Matéria Escura Quente e Fria

Matéria escura é invisível. Baseado no efeito de lente
 gravitacional, um anel de matéria escura foi detectado
nessa imagem de um aglomerado de galáxias
(CL0024+17) e foi representado em azul.
(http://en.wikipedia.org/wiki/Dark_matter)

A temperatura da matéria escura é a medida de quão rápido a partícula realiza seu movimento, com quente referindo-se à partículas que movem-se próximo à velocidade da luz (neutrinos, por exemplo) e frio para partículas movendo-se mais lentamente que isso. O destino do universo depende em quanta matéria escura existe: mais matéria escura significa que o universo irá entrar em colapso, enquanto menos matéria significa um universo em indefinida expansão, não interferindo nisso se a matéria escura é quente ou fria. Esse conceito, porém, possui um papel crucial na compreensão da formação das galáxias. Se toda a matéria escura do universo inicial era fria, as galáxias poderia ter formado-se primeiro e depois congregado-se em aglomerados. Entretanto, grandes vazios e grandes estruturas observadas por astrônomos não teriam se desenvolvido. Se toda matéria escura fosse quente, galáxias teriam formado-se muito tarde para que fosse possível explicar observações de objetos como quasares. As observações mais recentes e simulações de computador tendem a apontar em direção a um universo com uma mistura de ambos os tipos de matéria escura.

Fonte: Stephen's Hawking Universe - Strange Stuff Explained (BBC/PBS)

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Isaac Newton

Newton retratado por Godfrey
Kneller, 1689 (com 46 anos de idade)
(http://pt.wikipedia.org/wiki/
Isaac_Newton)

Certamente um dos maiores cientista que já viveu, Isaac Newton (1642-1727) teve um profundo impacto na astronomia, física e matemática. Nascido prematuramente e após a morte de seu pai, Newton teve uma infância difícil. Sua mãe casou-se novamente quando ele tinha apenas três anos, e ele foi enviado para viver com seus avós. Após a morte de seu padastro, sua mãe o trouxe de volta para Woolsthorpe no condado de Lincoln, onde ela queria que ele se torna-se um fazendeiro. Um tio, porém, reconheceu talentos acadêmicos no garoto, e eventualmente, enviou-o ao Trinity College em Cambridge.
Muitas de suas grandes ideias surgiram em 1665-66, quando gastou seu tempo em Woolsthorpe enquando Cambridge estava fechada devido uma epidemia de peste negra. Entre suas principais proezas, estão a invenção de um telescópio reflexor, o design básico por trás de todos os grandes telescópios usados hoje; a invenção de um ramo da matemática chamado Cálculo, uma ferramenta crítica para a ciência; elucidação das três leis da mecânica; e o desenvolvimento da lei da gravitação universal. Até o surgimento da relatividade geral, no século 20, as teorias de Newton foram a base de todos os modelos cosmológicos. Durante a metade de seus vinte anos, ele foi nomeado Professor Lucasiano de Matemática na Cambridge, posto que era ocupado por Stephen Hawking.

Fonte: Stephen's Hawking Universe - Cosmological Stars (BBC/PBS)

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Movimento planetário

Qualquer sagaz observador do céu noturno logo perceberá que vários objetos comportam-se de forma diferente do resto. Enquanto a maioria dos pontos de luz permanecem fixados em relação uns aos outros, retornando ao mesmo ponto ano após ano, alguns planetas (da palavra grega 'viajante') movem-se de forma complexa. A maioria viaja de oeste para leste em relação a estrelas fixas, mas ocasionalmente param e revertem sua direção por alguns meses antes de retornar para sua locomoção oriental. Entender como os planetas movem-se era uma questão central na cosmologia na época que se pensava que os planetas eram os componentes da maior parte do universo.

Leis de Kepler ilustradas em um modelo
com dois corpos em órbita.
(http://en.wikipedia.org/wiki/
Kepler%27s_laws_of_planetary_motion)

O trabalho de explicar esses movimentos diferentes recaiu sobre Nicolau Copérnico e Johannes Kepler. Copérnico deduziu corretamente que o sol residia no centro do sistema solar. Como um corredor rápido vendo seus concorrentes, a Terra via planetas externos mais lentos em uma posição mais atrás enquanto estávamos prontos para ultrapassá-los, eles então retornavam para sua direção normal de movimento (observação do movimento relativo por um observador na superfície da Terra). Kepler refinou essa imagem pela demonstração de que todos os planetas movem-se em órbitas elípticas e as velocidades variam com sua distância em relação ao Sol.
 

Fonte: Stephen's Hawking Universe - Strange Stuff Explained (BBC/PBS)

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Universo Inflacionário

A teoria do Big Bang faz um excelente trabalho em descrever o universo que vemos hoje: ela explica a expansão do universo, prediz corretamente a abundância de hidrogênio e hélio (elementos mais comuns no universo), e também explica a radiação cósmica de fundo. Poucos cientistas questionam sua validade.
Apesar de seus sucessos, o modelo padrão da teoria do Big Bang era muito simples para ser completo. Por exemplo, ele não explica qual o motivo da temperatura da radiação de fundo permanecer extraordinariamente constante sobre todo o céu, não variando por mais que uma parte em 100.000. No modelo padrão do modelo do Big Bang, os constituintes do universo primordial não poderiam interagir entre si, então não há forma de todos eles atingirem a mesma temperatura. Outro problema é que o universo parece quase plano, existindo sobre a tênue linha entre aberto e fechado. No modelo padrão do Big Bang, a única forma de explicar essas observações é tendo o universo começado com uma temperatura uniforme e em uma densidade crítica.
Em 1980, o físico americano Alan Guth idealizou uma forma de contornar esses problemas. Ele teorizou que pouco após o Big Bang (10⁻³⁵ segundos ou 100 bilhões de trilhões de bilionésimos de segundo, para ser exato), o universo submeteu-se a um período extraordinariamente rápido de expansão, inflando seu tamanho por um fator de 10⁵⁰.

Uma explosão extraordinária de expansão nos estágios iniciais do
universo inflou para o tamanho do cosmos em um fator de 10⁵⁰.
Isso contrasta com o modelo padrão do Big Bang, no qual o universo
expande em uma data sempre decrescente à medida que a
gravidade tenta colocar tudo de volta no mesmo ponto.

Antes do período inflacionário, os constituintes do universo poderiam estar em contato um com o outro, então eles poderiam ter chegado à mesma temperatura. E a rápida inflação poderia ter feito a expansão do universo parecer muito plana, na mesma forma que um balão é inflado por um fator tão grande que poderia lembrar as Grandes Planícies. A inflação acabou em 10⁻³⁰ segundos após o Big Bang, e desde então, o universo tem expandido como o modelo padrão do Big Bang.
Guth baseou seus argumentos nas Grandes Teorias Unificadas, ou GUT (Grand Unified Theories), que unem gravidade, eletromagnetismo e forças nucleares forte e fraca em uma. Essas teorias predizem que o universo resfriou-se após o Big Bang, e que as forças separaram-se em suas identidades no que é chamado transição de fase. A água submete-se a uma transição de fase similar quando converte-se em gelo com a queda de temperatura. Se as condições forem adequadas, você pode supercongelar a água, à temperaturas inferiores ao ponto de congelamento, sem formação de gelo. Se o universo comportar-se de forma similar, então o espaço pode ter um excesso de energia que atua contrariamente à gravidade, orientando a inflação.

Fonte: Stephen's Hawking Universe - Strange Stuff Explained (BBC/PBS)

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Galileu Galilei

(http://pt.wikipedia.org/wiki/Galileu_Galilei)

Muitos acadêmicos consideram que o nascimento da ciência moderna ocorreu com Galileu Galilei (1564-1642), o qual utilizou instrumentos para observar a natureza e experimentos para compreendê-la. Assim como Copérnico, ele começou treinando para uma carreira médica, mas depois trocou o assunto para uma área que possui maior interesse, a matemática. Galileu amplamente aceitou a idéia de Copérnico que a Terra e os demais planetas orbitavam o sol, mas ele foi o primeiro capaz de prová-la baseado em suas observações com um telescópio.
Muitos pensam que foi Galileu que inventou o telescópio, porém isso não é verdade. Fabricantes de lestes na Europa provavelmente descobriram como fazer objetos distantes parecerem mais próximos bem antes de Galileu. O primeiro telescópio que atraiu interesse, porém, foi feito em 1608 pelo oculista holandês Hans Lippershey. Quando Galileu ouviu falar disso, ele rapidamente fez seu próprio telescópio e o direcionou para os céus.
Dentro de alguns poucos meses, ele descobriu quatro luas orbitando Júpiter, destruindo a ideia grega de que a Terra era o centro de todo movimento e as fases de Vênus, contrapondo o conceito ptolomaico de que o Sol e os todos os planetas orbitavam a Terra. Ele escreveu suas sensacionais descobertas em italiano em vez do latim acadêmico, permitindo que o público geral pudesse ler sobre eles. Sua observações aprimoraram nosso conhecimento do universo em que vivemos e auxiliou a transformar a ciência em um esforço de experimentação, além de observação. Pelo seus esforços, e seu devastante efeito sobre os dogmas religiosos da época, ele foi forçado à renegar seus achados diante da Inquisição e passou sua última década de vida sob prisão domiciliar.

Fonte: Stephen's Hawking Universe - Cosmological Stars (BBC/PBS)

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Quasares

Quasar 3C273 em luz visível

O objeto mais brilhante do universo. Quasares brilham com uma intensidade de 1.000 grandes galáxias, mas apenas ocupando uma área do tamanho de nosso sistema solar.
Quasares, palavra reduzida de fontes de rádio quase-estelares, foram descobertos no início da década de 1960 pelos astrônomos perplexos  com esses pontos de luz, os quais pareciam como se fosse estrelas normais, mas emitiam ondas de rádio. Quando Maarten Schmidt percebeu que o diferente espectro dos quasares era resultado de um grande desvio para o vermelho, ele usou a lei de Hubble para deduzir a vasta distância desses objetos. Por anos os astrônomos debateram sobre o que poderia produzir tanta energia em tão reduzido volume. Agora, a maioria parece convencida que os quasares estão no centro de jovens galáxias, onde buracos negros supermassivos sugam estrelas 'passageiras' e nuvens de gás. Esses material, então, formam um disco por aposição em torno do buraco negro e esse é aquecido pelo atrito até que comece a emitir luz.


Fonte: Stephen's Hawking Universe - Strange Stuff Explained (BBC/PBS)

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É possível que algo escape de um buraco negro ?

Buracos negros são usualmente considerados como objetos cuja gravidade é tão forte, que nem

(http://physics.stackexchange.com/questions/69087/
are-there-any-other-mechanisms-that-can-
make-virtual-particles-real-other-than)

mesmo a luz poderia escapar deles. Entretanto, Stephen Hawking demonstrou que buracos negros podem irradiar energia. O motivo remete à mecânica quântica e o princípio da incerteza. Por períodos muito breves de tempo, matéria ou energia pode ser 'criada'* de espaços vazios porque não existe algo como espaços verdadeiramente vazios. Hawking percebeu que se se um par partícula/anti-partícula surgissem próximas ao horizonte de eventos de um buraco negro, uma poderia cair no buraco negro antes de aniquilar sua contraparte. A outra partícula poderia escapar das 'garras' gravitacionais do buraco negro, aparecendo para um observador externo como radiação**.

Fonte: Stephen's Hawking Universe - Strange Stuff Explained (BBC/PBS)

*Nota do Tradutor¹: adicionei aspas em 'criada', mantendo a ideia do texto original - possivelmente indicando o surgimento de um grupo de partículas em um local determinado. Matéria e energia não podem ser criadas ou destruídas, porém são intercambiáveis.
**Nota do Tradutor²: essa radiação é a radiação de Hawking, também chamada de evaporação de buracos negros.

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