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Comentário para Revista Pesquisa FAPESP sobre evidência de buracos negros estelares na região central da Via Láctea

A seguir, reproduzo o comentário que dei para a Revista Pesquisa FAPESP sobre a descoberta de potencialmente centenas de buracos negros estelares na região central da Nossa Galáxia, publicado recentemente na Nature.

Pesquisa FAPESP: O centro das galáxias seriam os melhores lugares para detectar um “enxame” de buracos negros como esse? Se sim, por que motivo?

Sim. Há mais de dez anos foi previsto que a região central da galáxia teria, usando o seu termo, um enxame de buracos negros estelares, com masses de cerca de 10 massas solares. De fato, a previsão é de que haveriam milhares destes buracos negros estelares no parsec central. O motivo é que há uma grande quantidade de estrelas massivas nesta região da galáxia, que deram origem a buracos negros. Devido a um efeito chamado fricção dinâmica na astrofísica—que é puramente gravitacional—objetos mais massivos que estão se movendo em meio a astros menos massivos tendem a perder momentum e caem para a região central da galáxia. O mesmo fenômeno explica porque buracos negros supermassivos habitam o centro das galáxias. Devido à fricção dinâmica, os buracos negros estelares acabam migrando para as partes centrais da galáxia.

 

Pesquisa FAPESP: Seria possível “fotografar” esses buracos negros em algum comprimento de onda?
Imagear não é possível, pois eles têm um horizonte de eventos pequeno—diâmetro de ~60 km—a distâncias maiores que 1 kpc. Um instrumento capaz de fotografar estes buracos negros deveria ser capaz de resolver um objeto de 1000 nm na superfície da Lua. Impossível com a tecnologia atual. Nem mesmo imagear os discos de acreção destes buracos negros estelares é possível.
Pesquisa FAPESP: Como eles foram detectados e o que sua distribuição espacial revela? é provável que eles colidam num futuro próximo? [considerando a escala de tempo necessária para que esse tipo de evento cósmico ocorra]
A evidência da sua presença se deve à detecção de raios X—neste caso fótons com energias entre 2 e 8 keV. O estudo em questão encontrou evidência de muitas fontes pontuais de  raios X a uma distância menor que 1 pc do centro da Nossa Galáxia; tais fontes são caracterizadas por um espectro de radiação eletromagnética chamado de “espectro não-térmico”, o que naturalmente é produzido pelo gás acelerado e super-aquecido no disco de acreção ao redor de buracos negros. Por este motivo elas são fortes candidatas a buracos negros estelares. 
 
É improvável que eles colidam num futuro próximo pois tais processos podem demorar muito tempo até a colisão final—potencialmente centenas de milhões a bilhões de anos. Mas quem sabe temos sorte e exista um sistema binário de buracos negros próximo de se fundir? As ondas gravitacionais emitidas por tal fenômeno gerariam uma forte detecção com LIGO-Virgo.

Books about black holes to the interested layman

One question I get often is:

What books on the topic of black holes would you suggest as a starting point for interested readers without specialized knowledge of physics and math?

I interpret this question as: what books about black holes that I would suggest for people who are not pursuing physics or math as a career or taking a physics/math undergraduate course? Luckily, there are many lovely books for a broad spectrum of readers.

For readers with high-school or higher education

If you are interested in a more “apocalyptic” take on black holes and their destructive power, check these books out:

For kids

In-depth books without math

For those wanting to go deeper, without falling inside the event horizon. I would especially recommend the books below for physics, math or engineering undergraduate students.

  • Gravity’s fatal attraction: Black holes in the universe. Mitchell Begelman & Martin Rees. For the undergrads that come to me interested in doing a undergraduate research project on black holes, I always recommend to read a couple of chapters from this book. Clear, non-technical description of black hole astrophysics, getting into a bit more detail than other expositions on the subject.
  • Black holes and time warps. Kip Thorne. A classic, must-read book for anybody wanting an in-depth account of the history of black holes and the main discoveries until the mid-nineties. Written by one of the leaders in the field and one of the pioneers of the LIGO observatories (he eventually got a Nobel prize for LIGO). Thorne gives a lot of historical details about the development of the theory of black holes and their observations.

Recent developments: Gravitational waves and the first image of a black hole

  • Black hole blues and other song. Janna Levin. I have to say this book was a ton of fun to read! This is a required reading for anybody wanting to understand the history of LIGO and the quest for gravitational waves.
  • Einstein’s shadow. Seth Fletcher. A description of the challenges behind the Event Horizon Telescope, published before the first image of an event horizon was taken.

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Atingindo o impossível: A primeira fotografia de um buraco negro

No dia 26 de Abril às 18h apresentarei a palestra do evento Convite à Física no IF USP. Originalmente iria falar sobre os “13 maiores mistérios cósmicos” que é um assunto super interessante é claro. Porém, dados desenvolvimentos recentes muito empolgantes na astronomia, resolvi mudar o assunto da palestra.

A minha palestra vai ser “Atingindo o impossível: A primeira fotografia de um buraco negro”. Com toda a hype que está acontecendo ao redor do Event Horizon Telescope, resolvi falar sobre este assunto, que diga-se de passagem também é um grande mistério cósmico.

Mais informações logo abaixo.


 

Atingindo o impossível: A primeira fotografia de um buraco negro

Rodrigo Nemmen / IAG USP

Em 12 de Abril, um time internacional de astrônomxs apontou um observatório do tamanho do planeta Terra—o Event Horizon Telescope—para o centro da Nossa Galáxia, com o objetivo de obter a primeira fotografia de um horizonte de eventos: a misteriosa fronteira de um buraco negro da qual nada consegue escapar. Nesta palestra, falarei sobre esta incrível aventura científica e de como ela pode abrir novos horizontes na nossa compreensão da gravidade.

Palestra no Convite à Física, IF USP

Local: Auditório Abrahão de Moraes, Instituto de Física da USP

Quando: 26 de Abril, Quarta-feira, 18h

divulgacao
Crédito da imagem: M. Moscibrodzka, T. Bronzwaer, H. Falcke / Radboud University

 

Participação no Canal Quem Explica / Youtube

Recentemente dei uma entrevista para o canal Quem Explica no youtube, falando sobre os conceitos científicos envolvidos na trama do filme Interestelar. O Diego Senise e a Carol Scavazzini fizeram uma excelente edição dos vídeos, que constam nos links abaixo.

  1. Parte 1: Premissa do filme Interestelar; teoria da relatividade geral; gravidade dos buracos negros
  2. Parte 2: O que é o tal de “espaço-tempo” na física?
  3. Parte 3: O que são anomalias gravitacionais na astrofísica, e o que isto tem a ver com Einstein, matéria escura e energia escura?
  4. Parte 4: Viagem a outras dimensões e o “tesseract” do filme
  5. Parte 5: “A matemática é a partitura do universo”: o poder das equações na física e alguns exemplos de equações da teoria da relatividade geral

 

Entrevista: surfando ondas gravitacionais, USP e NASA (podcast)

Já está no ar a entrevista que eu dei para o pessoal do podcast “Estourando a Bolha” do IAG USP. Foi uma entrevista superdivertida onde conversamos sobre astronomia, ondas gravitacionais, NASA e muitas outras coisas (inclusive astrologia).

O programa está dividido em três partes. Na primeira parte, conversamos sobre a diferença entre astronomia, astrofísica e astrologia. Depois conversamos sobre o ciclo de vida das estrelas e como surgem os buracos negros.

Na segunda parte, conversamos sobre o espaço e o tempo, e o que é a teoria da relatividade de Einstein. Expliquei o que são ondas gravitacionais, a recente observação destas ondas pelo LIGO e o que foi necessário para realizar esta importante descoberta.

Na terceira parte, contei um pouco da minha trajetória científica, desde a minha cidade natal — Passo Fundo, RS — até astrofísico na NASA e depois se tornar professor na USP. Também explico porque decidi retornar ao Brasil.

Vale a pena conferir a entrevista. E parabéns ao pessoal do Estourando a Bolha! Continuem fazendo bonito.

Ondas gravitacionais

Há algumas semanas, a ciência atingiu novos patamares. É o começo de uma verdadeira revolução na astronomia: a partir de agora, não estamos limitados a observar o universo usando somente a luz dos astros, neutrinos e raios cósmicos — agora podemos, literalmente, escutar a sinfonia do espaço-tempo criada pelo universo e através desta sinfonia entender os fenômenos mais misteriosos e violentos do cosmos.

Tudo isto graças a GW150914, que é o nome dado à primeira fonte de ondas gravitacionais observada diretamente na história. GW150914  que nos forneceu : a primeira detecção direta de uma fonte de ondas gravitacionais, através do experimento LIGO. A significância desta descoberta é enorme:

  • primeira observação direta das ondas gravitacionais (lembrando que já fizemos uma observação indireta das ondas gravitacionais através do decaimento da órbita de um sistema binário de pulsares)
  • primeira observação de um sistema binário de buracos negros
  • primeira observação de um sistema binário de buracos negros que sofreu coalescência

O artigo de descoberta, publicado na revista Physical Review Letters, é belíssimo. Recomendo fortemente a sua leitura às interessadas. Até onde eu sei, é a primeira vez que um artigo conseguiu tirar do ar os servidores da PRL. É claro que uma imensa cobertura da imprensa se seguiu à publicação do artigo, indo desde cartum no New Yorker, matéria no Fantástico até uma passagem no The Late Show.

Apesar de eu não trabalhar com ondas gravitacionais, fui entrevistado diversas vezes para falar um pouco sobre esta incrível descoberta e a sua importância. Abaixo, reuni algumas das declarações que eu tenho dado à imprensa sobre o assunto:

Ondas gravitacionais: Só o começo da verdade que está lá fora
USP Online (destaque). Feb. 2016

“O mais empolgante está por vir. Só começamos a escutar o espaço-tempo”
Carta Educação. Feb. 2016

Ondas gravitacionais detectadas vão mudar observação do universo(rádio). Reach: 68 million people
Agência RadioWeb. Feb. 2016

Para ficar na história: Ciência comprova existência das ondas gravitacionais
Ciência Hoje. Feb. 2016

Futurologia da minha parte: prevejo que esta descoberta vai render um prêmio Nobel nos próximos dois anos aos cientistas que lideraram o experimento LIGO.

 

 

Sugestões de livros sobre mecânica quântica e física de plasmas a nível de divulgação científica

Recentemente recebi um e-mail perguntando sugestões de livros de divulgação científica sobre mecânica quântica e física dos plasmas.

Sobre mecânica quântica, eu recomendaria os seguintes livros:

Estes livros são sensacionais e ensinam os conceitos básicos da MQ de maneira qualitativa e divertida. Há também uma lista bem legal de livros sugeridos pelo The Guardian.

Livros a nível de divulgação científica sobre física de plasmas são bem mais difíceis de encontrar. Eu recomendaria o livro “Gravity’s fatal attraction: black holes in the universe” dos renomados astrofísicos Mitchell Begelman e Martin Rees, que fala sobre os ambientes mais extremos do universo (que envolvem plasmas) perto dos buracos negros. De fato, eu recomendo este livro aos meus estudantes quando eles começam a aprender sobre o papel dos buracos negros no universo.

Futebol em Marte

O Daniel Lisboa do UOL me escreveu recentemente fazendo uma série de perguntas inusitadas para uma matéria que ele está escrevendo: como seria uma partida de futebol no planeta Marte? Eu achei as perguntas super interessantes e divertidas, e resolvi fazer algumas contas para descobrir como seria jogar uma pelada no planeta vermelho.

As minhas respostas às perguntas do Daniel constam abaixo. A matéria publicada você pode ler no UOL esporte.

Perguntas e respostas sobre futebol em Marte

Numa hipotética chegada do homem à Marte, quais seriam os empecilhos mais evidentes para “jogar uma pelada” por lá?
Marte não é um lugar amigável para os seres humanos. O planeta é muito frio, cheio de desertos e com pouquíssimo oxigênio. Se você aterrizasse com os seus amigos em Marte para jogar uma pelada, o principal problema é que a pressão atmosférica lá é muito menor que aqui na Terra (1%). Se você fosse de bermuda, chinelo e camiseta pra lá, em poucos minutos a sua pele iria se romper, os seus órgãos explodiriam e vocês sofreriam uma more rápida porém dolorosa. Como eu disse acima, Marte é não legal com os seres humanos.
Mas suponhamos que você e os seus companheiros usam um traje protetor de astronauta para jogar a pelada, dotado de um tanque de oxigênio.
Pode-se imaginar alguma maneira de lidar com a falta de gravidade?
A gravidade em Marte é menos da metade da gravidade na Terra (40%). Seria bastante complicado tentar contornar este problema.
Seria um futebol acrobático. Você dificilmente levaria tombos no planeta vermelho. Você conseguiria pular três vezes mais alto por lá. Em outras palavras, um passo dado em Marte rende 3x mais.
O ruim é que seria difícil manter a bola dentro do campo de futebol. Uma bola chutada em Marte alcançaria mais que o dobro da distância da mesma bola chutada na Terra. A baixa resistência do ar em Marte tornaria difícil certas jogadas que bons jogadores usam, por exemplo colocar giro na bola (na física este efeito é chamado de efeito Magnus).
Quais temperaturas os “peladeiros” enfrentariam? Já existe tecnologia (por exemplo, roupas especiais) para lidar com elas?
Fico com frio só de pensar. A temperatura média por lá é de -47 graus centígrados com uma máxima de -5 graus.
Sim, as roupas de astronautas foram projetadas para proteger contra estas baixíssimas temperaturas.
E a bola, iria requerer algum material especial? Uma bola “comum” suportaria as condições marcianas?
Infelizmente as nossas bolas de futebol seriam imprestáveis em Marte. Por quê? Uma bola de futebol normal provavelmente iria se rasgar em Marte, porque ela iria se expandir devido à pressão atmosférica muito mais baixa no planeta vermelho. O tecido da bola não iria aguentar.
Uma maneira de contornar este problema seria criar bolas de futebol feitas com tecidos muito mais resistentes. Estas bolas de futebol — aprovadas pela FIFA marciana — provavelmente seriam mais difíceis de chutar e mudariam completamente a dinâmica do jogo.
Que tipo de terreno os jogadores teriam de enfrentar? Será que dá para jogar bola nele?
A superfície de Marte é um grande deserto, coberto de pedra basáltica com uma camada de areia vermelha. E bastante acidentado, cheio de crateras. Seria difícil achar uma área “limpa” pra jogar uma pelada.
Jogar bola em Marte exigiria mais ou menos preparo fisico do que na Terra? É possível fazer essa comparação?
Um Messi marciano vai ter uma preparação física extremamente diferente de um terráqueo futebolístico e o tipo de jogo também vai ser bem diferente. Vai ser um jogo comparativamente chato em relação ao futebol terráqueo.
Vai ser necessário menos preparação física devido à gravidade reduzida. Como o jogador vai ter que jogar bola com um traje de astronauta que não permite muita agilidade, o jogo vai ser menos ágil, mais lento. A importância do posicionamento e precisão dos passes vai ser muito maior que aqui na Terra.
 Por fim, como astronautas fazem para se manter ativos em longas viagens espaciais? Imagino que eles chegariam em Marte com defasagem muscular, não?
Vão ser necessários muitos exercícios físicos e fisioterapia durante a viagem. Existem aparelhos de ginástica especiais para que os astronautas se mantenham em forma. Por exemplo, esteiras e pesos especiais. Provavelmente vai haver um pouco de defasagem muscular.

Links interessantes sobre o assunto

Football in Mars: a lesson in creative thinking | astrobites

Staying fit in space | NASA

The physics of kicking a soccer ball

Projectile motion app

Comparação entre as propriedades dos planetas Terra e Marte | WolfraAlpha

Leia também sobre conceitos fascinantes do movimento de projéteis: horizontal range, drag force (wikipedia)

Ciência e cerveja

No dia 7 de Outubro eu dei a palestra inaugural no evento Encontros Memoráveis de Ciência e Cerveja em Ribeirão Preto. Falei sobre as diferentes maneiras de morrer com um buraco negro no Bar Cervejarium. Foi uma conversa sobre ciência bastante descontraída — pela primeira vez eu dei uma palestra enquanto “molhava o bico” — e a participação do pessoal foi ótima. Entre um tira-gosto e outro, fomos até os limites do universo e além.

Revista Galileu fez uma ótima matéria sobre o assunto, preparada pelo João Mello BourroulBuracos negros e cerveja: veja como é uma palestra científica em um bar. Vale a pena conferir.

Em breve, o Marcos de Oliveira — o idealizador do evento — vai disponibilizar no youtube o vídeo da palestra, que foi transmitida ao vivo.

Apresentação regada a cerveja e tira-gostos no Bar Cervejarium em Ribeirão Preto. Crédito: João Mello Bourroul | Revista Galileu.
Apresentação regada a cerveja e tira-gostos no Bar Cervejarium em Ribeirão Preto. Crédito: João Mello Bourroul | Revista Galileu.

Virada Científica 2015 na USP

No próximo Sábado nós teremos na USP o maior evento de divulgação científica do ano: Virada Cientifica (clique no link para ver a programação completa). Haverá várias palestras e atividades muito legais.

Sobre astronomia, teremos por exemplo:

§ A ciência do filme Interestelar, 18h na FAU – o filme será exibido no CINUSP às 14h30, com tempo de sobra para quem quiser ver os dois
§ A procura de uma Terra 2.0 e de um Sistema Solar 2.0, 14h no IAG
§ Origens da vida num contexto cósmico, 17h na FAU

Agenda das outras atividades astronômicas (por exemplo, observação do céu, astronomia e gastronomia e outros).

Avise os seus amigo(a)s e colegas interessado(a)s!

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