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Um astrofísico deriva novas soluções matemáticas para um antigo problema da astronomia

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O astrofísico teórico de Berna, Kevin Heng, conseguiu um feito raro: no papel, ele criou novas soluções para um antigo problema matemático que era necessário para calcular os reflexos da luz em planetas e luas. Agora, os dados podem ser interpretados de forma simples para entender as atmosferas dos planetas, por exemplo. É provável que as novas fórmulas sejam incorporadas em futuros livros didáticos.

Milhares de anos atrás, a humanidade observou a mudança de fases da lua. A ascensão e queda da luz do sol refletida na lua, ao mostrar suas várias faces para nós, é conhecida como a “curva de fase”. Medir as curvas de fase da Lua e dos planetas do Sistema Solar é um antigo ramo da astronomia que data de pelo menos um século. As formas das curvas de fase codificam informações sobre as superfícies e atmosferas desses corpos celestes. Na era moderna, os astrônomos mediram as curvas de fase dos exoplanetas usando telescópios espaciais como Hubble, Spitzer, cabrae CHEOPS. Essas observações são comparadas com as previsões teóricas. Para fazer isso, é necessário um método para calcular essas curvas de fase. Envolve a busca de uma solução para um difícil problema matemático relacionado à física da radiação.

Métodos para calcular curvas de fase existem desde o século XVIII. A mais antiga dessas soluções pertence ao matemático, físico e astrônomo suíço Johann Heinrich Lambert, que viveu no século XVIII. Ele é creditado com a “Lei da Reflexão de Lambert”. O astrônomo americano Henry Norris Russell apresentou o problema de calcular a luz refletida dos planetas do Sistema Solar em um influente artigo de pesquisa de 1916. Outra solução conhecida é atribuída em 1981 ao lunarologista americano Bruce Happie, que se baseou no trabalho clássico de Indian -Americano Prêmio Nobel Subrahmanyan Chandrasekhar em 1960. Hapke foi o pioneiro no estudo da lua usando soluções matemáticas para curvas de fase. O físico soviético Viktor Sobolev também fez contribuições importantes para o estudo da luz refletida de corpos celestes em seu influente livro de 1975. Inspirado no trabalho desses cientistas, o astrofísico teórico Kevin Heng do CSH Space and Habitat Center em Universidade de Berna Descubra uma ampla gama de novas soluções matemáticas para calcular curvas de fase. O artigo de pesquisa, escrito por Kevin Heng em colaboração com Brett Morris do Centro Nacional de Competência em Pesquisa NCCR PlanetS – dirigido pela Universidade de Bern junto com a Universidade de Genebra – e Daniel Kitsman do CSH, foi publicado em astronomia natural.

Soluções geralmente aplicáveis

“Tive a sorte de que um trabalho tão rico já tivesse sido feito por esses grandes cientistas. Hapke descobriu uma maneira mais simples de escrever a solução clássica de Chandrasekhar, que era famoso por resolver a equação da transferência radiativa de espalhamento isotrópico. Sobolev percebeu que era possível estudar o problema em pelo menos dois sistemas de coordenadas matemáticas. ” Sarah Seeger chamou a atenção de Heng para o problema, resumindo-o em seu livro de 2010.

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Combinando essas ideias, Heng foi capaz de escrever as soluções matemáticas para a força de reflexão (albedo) e a forma da curva de fase, completamente no papel e sem recorrer a um computador. “O principal aspecto dessas soluções é que elas são válidas para qualquer lei de reflexão, o que significa que podem ser usadas de maneiras muito gerais. O momento crucial para mim veio quando comparei esses cálculos com papel e caneta com os de outros pesquisadores feito com cálculos de computador. Fiquei impressionado com a forma como eles combinaram “, disse Heng.”.

Análise bem-sucedida da curva de fase do comprador

“O que me emociona não é apenas a descoberta de uma nova teoria, mas também suas principais implicações para a interpretação dos dados”, diz Heng. Por exemplo, arquivo Cassini Nave espacial medindo curvas de fase de Júpiter no início dos anos 2000, mas nenhuma análise aprofundada dos dados havia sido feita antes, provavelmente porque os cálculos eram muito caros em termos computacionais. Com esse novo conjunto de soluções, Heng foi capaz de analisar as curvas de fase da Cassini e concluir que a atmosfera de Júpiter está cheia de nuvens compostas por partículas grandes e irregulares de tamanhos diferentes. Este estudo paralelo acaba de ser publicado por Astrophysical Journal Letters, Em colaboração com o especialista em dados e cientista planetário da Cassini Liming Li, da Universidade de Houston, no Texas, EUA

Novas possibilidades para analisar dados de telescópios espaciais

“A capacidade de escrever soluções matemáticas para as curvas de fase da luz refletida no papel significa que podemos usá-las para analisar dados em segundos”, disse Heng. Ele abre novas maneiras de interpretar dados que antes eram inaplicáveis. Heng está colaborando com Pierre Auclair-Desrotour (anteriormente CSH, agora no Observatório de Paris) para popularizar essas soluções matemáticas. “Pierre Auclair-Desroetour é um matemático aplicado mais talentoso do que eu, e prometemos resultados emocionantes em um futuro próximo”, disse Heng.

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No astronomia natural Paper, Heng e colegas demonstraram um novo método para análise de curva de fase planeta extra-solar Kepler-7b do telescópio espacial Kepler. Brett Morris liderou a parte de análise de dados do artigo. “Brett Morris lidera a análise de dados para a missão CHEOPS em meu grupo de pesquisa, e sua abordagem moderna à ciência de dados tem sido crítica para a aplicação bem-sucedida de soluções matemáticas a dados reais”, explicou Heng. Eles estão atualmente colaborando com cientistas do Telescópio Espacial TESS, liderado pelos EUA, para analisar os dados da curva de fase do TESS. Heng prevê que essas novas soluções levarão a novas maneiras de analisar os dados da curva de fase dos próximos US $ 10 bilhões Telescópio espacial James Webb, que deve ser lançado no final de 2021. “O que mais me entusiasma é que essas soluções matemáticas permanecerão válidas por muito tempo depois que eu morrer e provavelmente farão parte dos livros-texto padrão”, disse Heng.

Referências:

“Beginners Closed Solutions to Geometric Lapis and Reflexive Phase Curves for Exoplanets” Por Kevin Heng, Brett Morris e Daniel Kitsman, 30 de agosto de 2021 Disponível aqui astronomia natural.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01444-7

“Jupiter as an Exoplanet: Insights from Cassini Phase Curves” por Kevin Heng e Liming Lee, 11 de março de 2021 Disponível Cartas de jornal astrofísico.
DOI: 10.3847 / 2041-8213 / abe872

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Privação associada a maior risco de segundo câncer entre sobreviventes de câncer de mama na Inglaterra Câncer

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Privação associada a maior risco de segundo câncer entre sobreviventes de câncer de mama na Inglaterra  Câncer

As mulheres sobreviventes do cancro da mama que vivem nas zonas mais desfavorecidas têm 35% mais probabilidades de desenvolver um segundo cancro, não relacionado, em comparação com as que vivem nas zonas mais ricas. pesquisar Ofertas.

O câncer de mama é o câncer mais comumente diagnosticado no Reino Unido, com cerca de 56.000 pessoas informadas que o sofrem a cada ano. Melhorar o diagnóstico e o tratamento significa que As taxas de sobrevivência em cinco anos são agora de 86% na Inglaterra.

As pessoas que sobreviveram ao cancro da mama têm uma maior probabilidade de desenvolver um segundo cancro primário (não relacionado), mas até agora o risco exato não foi claro.

Uma equipa de investigadores liderada pela Universidade de Cambridge analisou dados do NHS de quase 600.000 pacientes em Inglaterra e descobriu que, em comparação com a população feminina em geral, as mulheres que sobreviveram ao cancro da mama tinham um risco aumentado de desenvolver 12 outros cancros primários.

Elas tinham o dobro do risco de desenvolver câncer na mama não afetada (no lado contralateral), um risco aumentado de 87% de câncer endometrial, um risco aumentado de 58% de leucemia mieloide e um risco aumentado de 25% de câncer de ovário.

O estudo, publicado no The Lancet Regional Health – Europe, concluiu que o risco de desenvolver um segundo cancro primário era maior em pessoas que viviam em áreas de maior privação socioeconómica.

Em comparação com os mais ricos e menos ricos, os sobreviventes do cancro da mama têm um risco 166% maior de cancro do pulmão, um risco 78% aumentado de cancro do estômago e um risco aumentado de mais de 50% de cancro da bexiga e do esófago, e um risco aumentado de 48% de desenvolver câncer de mama. Maior risco de câncer de cabeça e pescoço e aumento de 43% no risco de câncer renal.

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No geral, aqueles que viviam nas áreas mais desfavorecidas tinham 35% mais probabilidade de desenvolver um segundo cancro que não o cancro da mama.

Isto pode dever-se ao facto de factores de risco como o tabagismo, a obesidade e o consumo de álcool serem mais comuns entre os grupos mais desfavorecidos. Um estudo de 2023 descobriu que a privação causa 33.000 casos adicionais de câncer no Reino Unido a cada ano.

O primeiro autor, Isaac Allen, do Departamento de Saúde Pública e Cuidados Primários da Universidade de Cambridge, disse: “Este é o maior estudo já feito para rastrear o segundo tipo de câncer depois do câncer de mama, e o primeiro a mostrar que mulheres diagnosticadas com câncer de mama em áreas desfavorecidas têm maior probabilidade de desenvolver um segundo tipo de cancro.” Muitos cancros resultam da privação, mas é claro que é necessária mais investigação para determinar os factores específicos que levam a riscos mais elevados e a melhor forma de reduzir estas disparidades.

Além dos dados de mais de 580.000 mulheres, os investigadores examinaram o risco de um segundo cancro primário em mais de 3.500 homens sobreviventes de cancro da mama diagnosticados entre 1995 e 2019, utilizando o conjunto de dados do Registo Nacional de Cancro.

Os sobreviventes do cancro da mama do sexo masculino tinham 55 vezes mais probabilidade do que a população masculina em geral de desenvolver cancro da mama contralateral, 58% mais probabilidade do que a população masculina em geral de desenvolver cancro da próstata e tinham quatro vezes mais risco de desenvolver cancro da tiróide, embora os números reais destes cânceres Foi baixo.

Reagindo às descobertas, o professor Pat Price, oncologista líder e cofundador da… Campanha Pegue o CâncerEle disse: “Isto destaca outro exemplo de desigualdades alarmantes no cancro, sublinhando a necessidade urgente de um plano dedicado ao cancro. “Nem a origem de uma pessoa nem o seu estatuto socioeconómico devem determinar as suas hipóteses de contrair ou sobreviver ao cancro”.

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Dr. Simon Vincent, Diretor de Pesquisa, Apoio e Impacto do Breast Cancer Now, disse: Embora um risco maior de câncer secundário possa ser causado por fatores genéticos ou pelos efeitos do tratamento inicial do câncer de mama, são necessárias mais pesquisas sobre as causas do segundo câncer primário. . Câncer e como acompanhar pacientes que completaram o tratamento inicial para câncer de mama.

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Podemos ter detectado a primeira explosão magnética fora da nossa galáxia

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Podemos ter detectado a primeira explosão magnética fora da nossa galáxia
Mais Zoom / M82, o local do que é provavelmente uma explosão gigante de um magnetar.

NASA, ESA e a equipe do legado do Hubble

Os raios gama são uma ampla classe de fótons de alta energia, incluindo qualquer coisa com mais energia que os raios X. Embora muitas vezes surjam de processos como o decaimento radioativo, poucos eventos astronômicos os produzem em quantidades suficientes para que possam ser detectados quando a radiação se origina em outra galáxia.

Porém, a lista é maior que uma, o que significa que a descoberta dos raios gama não significa que conhecemos o evento que levou ao seu aparecimento. A baixas energias, podem ser produzidos nas regiões circundantes dos buracos negros e por estrelas de neutrões. As supernovas também podem produzir uma explosão repentina de raios gama, assim como a fusão de objetos compactos, como estrelas de nêutrons.

Depois, há magnetares. Estas são estrelas de nêutrons que, pelo menos temporariamente, possuem campos magnéticos intensos de >1012 Muitas vezes mais forte que o campo magnético do sol. Os magnetares podem sofrer explosões e até explosões gigantes, pois emitem grandes quantidades de energia, incluindo raios gama. Estas explosões podem ser difíceis de distinguir das explosões de raios gama resultantes da fusão de objetos compactos, pelo que as únicas explosões magnéticas gigantes confirmadas ocorreram na nossa galáxia ou nos seus satélites. Até agora parece.

o que é que foi isso

A explosão em questão foi monitorizada pela Agência Espacial Europeia Observatório Integrado de Raios Gama, entre outros, em novembro de 2023. GRB 231115A era curto, durando apenas cerca de 50 milissegundos em alguns comprimentos de onda. Embora explosões mais longas de raios gama possam ser produzidas pela formação de buracos negros durante supernovas, esta explosão curta é semelhante àquelas que se espera que sejam observadas quando estrelas de nêutrons se fundem.

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Os dados direcionais do Integral GRB 231115A colocaram-no diretamente acima de uma galáxia próxima, M82, também conhecida como Galáxia do Charuto. M82 é a chamada galáxia starburst, o que significa que está formando estrelas rapidamente, e a explosão é provavelmente causada por interações com seus vizinhos. No geral, a galáxia está formando estrelas a uma taxa 10 vezes maior que a taxa de formação de estrelas da Via Láctea. Isto significa muitas supernovas, mas também significa um grande número de jovens estrelas de nêutrons, algumas das quais formarão magnetares.

Isto não exclui a possibilidade de M82 estar presente antes de uma explosão de raios gama de um evento distante. No entanto, os investigadores estão a utilizar dois métodos diferentes para mostrar que isto é altamente improvável, tornando algo que ocorre dentro da galáxia a fonte mais provável dos raios gama.

Ainda poderia ser uma explosão de raios gama ocorrendo dentro de M82, exceto que a energia total estimada da explosão é muito menor do que esperaríamos desses eventos. As supernovas também deveriam ser detectadas em outros comprimentos de onda, mas não havia sinal de nenhuma (de qualquer maneira, elas geralmente produzem explosões mais longas). Uma fonte alternativa, a fusão de dois objetos compactos, como estrelas de nêutrons, poderia ter sido detectada usando observatórios de ondas gravitacionais, mas não havia nenhum sinal claro neste momento. Estes eventos muitas vezes deixam para trás fontes de raios X, mas nenhuma nova é visível em M82.

Portanto, parece uma explosão magnética gigante, e possíveis explicações para uma curta explosão de radiação gama não funcionam realmente para GRB 231115A.

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Procurando por mais

O mecanismo exato pelo qual os magnetares produzem raios gama não foi totalmente determinado. Pensa-se que este processo envolve um rearranjo da crosta da estrela de neutrões, imposto pelas intensas forças geradas pelo campo magnético surpreendentemente intenso. Acredita-se que as explosões gigantes exigem uma intensidade de campo magnético de pelo menos 1015 Gauss. O campo magnético da Terra é inferior a um gauss.

Assumindo que o evento enviou radiação em todas as direções, em vez de direcioná-la para a Terra, os pesquisadores estimam que a energia total liberada foi de 1045 ergs, o que se traduz em aproximadamente 1022 Megatoneladas de TNT. Portanto, embora seja menos ativo do que uma fusão de estrelas de nêutrons, ainda é um evento impressionantemente ativo.

No entanto, para compreendê-los melhor, provavelmente precisaremos de mais do que os três estados na nossa vizinhança imediata que estão claramente associados aos magnetares. Assim, ser capaz de determinar de forma consistente quando estes eventos ocorrem em galáxias distantes seria uma grande vitória para os astrónomos. Os resultados podem ajudar-nos a desenvolver um modelo para distinguir quando olhamos para uma explosão gigante em vez de fontes alternativas de raios gama.

Os investigadores também observam que esta é a segunda candidata a erupção gigante associada à M82 e, como mencionado acima, espera-se que as galáxias estelares sejam relativamente ricas em magnetares. Concentrar as pesquisas nelas e em galáxias semelhantes pode ser exatamente o que precisamos para acelerar o ritmo das nossas observações.

Natureza, 2024. DOI: 10.1038/s41586-024-07285-4 (Sobre IDs digitais).

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Missão Starlink terça-feira de Cabo Canaveral

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Missão Starlink terça-feira de Cabo Canaveral

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