Tradução: “S03E04: The Pirate Solution (A Solução Pirata)”

No episódio desta noite, Raj trabalha com Sheldon em cima do “Problema da Matéria Escura”. Na minha opinião, este é o maior problema da física que temos a esperança de resolver atualmente.

Vera Rubin descobre a matéria escura galáctica.

 

Os físicos adoram teorias com problemas. É como puxar um fio de um casaco de lã: pode ser que você puxe apenas um pequeno tufo de lã, ou então você pode acabar desmanchando todo o casaco. A melhor coisa que pode acontecer para um cientista é arruinar o casaco de outra pessoa.

Um dos maiores problemas do século XIX era que a idade da Terra parecia ser muito maior que a idade do Sol. Geólogos argumentavam (corretamente) que a idade da Terra era medida em bilhões de anos de acordo com as taxas de sedimentação. Em contrapartida, os físicos calculavam que para qualquer fonte de energia conhecida, o Sol teria se extinguido após 20 milhões de anos, no máximo. Os argumentos dos físicos eram convincentes e bagunçaram com a geologia por um século. No fim das contas, o problema foi resolvido por uma grande mudança na maneira com que entendemos a energia. O advento da física nuclear na década de 30 explicou que o brilho do sol é proporcionado por reações nucleares. Ao converter a massa em energia, uma fonte de energia previamente desconhecida, as reações nucleares são aproximadamente um milhão de vezes mais poderosas que as reações químicas. Elas permitem que o sol tenha 4,5 bilhões de anos.

Talvez seja um mau exemplo para encorajar a resolução de problemas. Apesar de o embate entre a idade do Sol vs. a idade da Terra indicar um mal-entendido de imensa importância, ele foi resolvido apenas por trabalhos em áreas completamente diversas à astronomia e geologia. É uma história típica.

É bastante comum que os físicos descubram as coisas num golpe de sorte enquanto tentam resolver algum outro problema. Foi o que aconteceu com alguns físicos no Japão, enquanto trabalhavam no subterrâneo com um grande tanque de água chamado de “Kamiokande”. Quando era jovem, lembro de ter lido um ensaio de Isaac Asimov sobre este experimento: “After Many a Summer Dies the Proton” (Após Muitos Verões, Morre O Próton), descrevendo a procura por um próton decaído. Os teóricos diziam que eles deveriam achá-lo, uma vez que isso explicaria alguns de seus problemas teóricos. O título de Asimov foi prematuro – hoje, mais de 25 anos depois, nem o experimento japonês e nenhum outro conseguiu observar um único decaimento do próton. Neste ínterim, os físicos do Kamiokande tiveram de estudar partículas denominadas neutrinos, que atravessavam seu detector por serem uma fonte de ruído. Ao estudar o ruído, eles descobriram um magnífico efeito chamado de “oscilação de neutrinos”, que revelaram propriedades essenciais dos neutrinos. Os físicos japoneses haviam feito a maior descoberta científica no ramo da física de partículas em décadas. (Durante aquele período, eu estava em Genebra, e também procurava as “oscilações de neutrino” com parâmetros que os teóricos consideravam mais prováveis. Não achamos nada.) Se o experimento de Kamiokande não houvesse sido construído para procurar a equivocada predição dos teóricos acerca do decaimento dos prótons, não teríamos feito essa importante descoberta.

(O ensaio de Asimov era apenas um de muitos que ele escreveu a respeito da ciência para a revista mensal “Fantasy and Science Fiction” (Fantasia e Ficção Científica). Quando eu estava no 3º ano do Ensino Médio, o artigo científico de Asimov era sempre o primeiro a ser lido quando a revista chegava, e não as histórias de ficção científica. Talvez tenha sido um prelúdio para o fato de eu ter me tornado um consultor científico, e não um escritor.)

O problema de nosso século, o problema da matéria escura, tem muitas facetas, entretanto, a mais notória delas é a velocidade do nosso sistema solar. Assim como a Terra e os outros planetas em nosso sistema solar giram ao redor do Sol, nosso sistema solar orbita o centro da Via Láctea. Todo ano a Terra dá uma volta em torno do Sol, e todo “ano galáctico” (250.000.000 anos terrestres, ou quase 2 bilhões de anos caninos) o sistema solar faz uma órbita galáctica completa. Todo planeta que orbita o Sol obedece às regras da mecânica de Newton. Quanto mais distante estiver o planeta do Sol, menor será a sua velocidade, que é calculada de maneira bastante precisa pela raiz quadrada da distância. Por exemplo, Saturno está 9,5 vezes mais distante do Sol em relação à Terra, e por conseguinte se move 3,1 (raiz quadrada de 9,5) vezes mais devagar que a Terra. Isso ocorre por causa da atração gravitacional do Sol, que mantém os planetas em órbitas quase circulares. Ao somar todos os objetos que os astrônomos veem, o centro da galáxia deve fazer com que as estrelas no resto da galáxia adotem órbitas análogas àquelas dos planetas que giram ao redor do Sol. Entretanto, quando a astrofísica Vera Rubin realizou suas medições, ela não observou qualquer tipo de queda de velocidade. Uma vez que os astrônomos somente podem contar com o que veem, a luz, suspeitamos que exista matéria escura preenchendo a galáxia e exercendo uma atração maior em nosso sistema solar e em outras estrelas. Então 250.000.000 anos pode ser bastante tempo, mas sem a matéria escura esse tempo seria bem maior.

Velocidade das estrelas em relação à distância do centro da Via Láctea. O eixo Y indica a velocidade rotacional em km/s, enquanto o eixo X é o raio galáctico (distância até o centro) em kpc (kilopársec). A linha vermelha é a curva da relação velocidade/raio esperada, enquanto a preta é a calculada. A Terra e o Sol encontram-se perto do 8 do eixo X.

 

A descoberta da matéria escura nos avisou que nem sequer sabemos o que é 90% da matéria contida no universo. Ainda que esperemos todos que Sheldon ganhe um prêmio Nobel, esperemos que a Dr. Rubin seja homenageada também.

Os físicos adorariam outras provas da matéria escura, mas nem ao menos sabemos o que ela é. É nisso que Sheldon e Raj estavam trabalhando. Alguns físicos tentam achá-la no espaço. Se a matéria escura é composta de partículas que se colidem e aniquilam, elas liberarão uma luz repleta de bastante energia, que é chamada de “raios gama”. Esta luz é mais poderosa até que os raios-X. Os telescópios de raios gama espalhados pelo mundo estão procurando evidências destas colisões de matéria escura. Se olhar com atenção para o quadro branco, verá o nome de um telescópio de raios gama que um amigo meu construiu, chamado “VERITAS”. Você verá, também, um esquema de como ele funciona: raios gama atingem a atmosfera superior e produzem pequenas quantidades de luz detectadas por grandes espelhos curvos em solo. Ao mesmo tempo, outros físicos estão competindo para serem os primeiros a achar a matéria escura, observando diretamente a quantidade extremamente pequena de energia que uma partícula de matéria escura pode depositar num detector enquanto atravessa a Terra. Alguns experimentos utilizam o sódio (que tem uma massa atômica de 23) e outros utilizam o xenônio (com uma massa atômica de 131). Agora você sabe porque Raj risca o 131 e muda para 23. Sheldon estava calculando a taxa para o material alvo errado, para o xenônio, e não para o sódio.

Veja o novo episódio daqui a duas semanas e observe os quadros brancos para ver Sheldon tirando o atraso e estudando o sódio.


Tradução feita por Hitomi a partir de texto extraído de The Big Blog Theory, de autoria de David Saltzberg, originalmente publicado em 12 de Outubro de 2009. 

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Uma resposta to “Tradução: “S03E04: The Pirate Solution (A Solução Pirata)””

  1. Tradução: “S04E04: The Hot Troll Deviation (A Deviação da Troll Atraente)” « The Big Blog Theory (em Português!) Says:

    […] agora você já está por dentro das discussões mais controversas da Física atualmente. Já discutimos aqui antes que cerca de dois terços de toda a matéria na galáxia é uma substância escura e desconhecida, […]

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