Cecilia Payne-Gaposchkin, a mulher que descobriu do que são feitas as estrelas

Cecilia Payne-Gaposchkin foi uma das grandes astrônomas da história — Foto: SMITHSONIAN INSTITUTION ARCHIVES



Ela tinha apenas 25 anos quando chegou a uma conclusão que mudaria para sempre a forma que observamos o universo. Cecilia Payne-Gaposchkin foi uma das grandes astrônomas da história e a primeira a dizer do que eram feitas as estrelas.


Apesar disso, sua carreira nunca foi fácil. Teve de enfrentar o ambiente machista que dominava a ciência e o ensino na época.


Nascida na Inglaterra em 1900, Payne-Gaposchkin completou seus estudos de Física e Química no começo da década de 1920, na Universidade de Cambridge, na Inglaterra. A instituição de ensino permitia a presença de mulheres, mas não lhes concedia título universitário oficial.


Mas isso não deteve Payne-Gaposchkin. Em busca de uma carreira na astronomia, ela decidiu estudar nos Estados Unidos, onde imaginava que teria mais oportunidades. Em 1923, chegou ao Observatório de Harvard.


Entre 1885 e 1927, o Observatório empregou cerca de 80 mulheres para estudar fotografias de estrelas feitas em placas de vidro. Eram conhecidas como "mulheres computadores" de Harvard e fizeram grandes descobertas astronômicas. Entre elas, galáxias, nebulosas e a criação de métodos para medir distâncias no espaço.


Uma descoberta revolucionária



Enquanto Payne-Gaposchkin trabalhava no Observatório, usou seu aprendizado na área de física quântica para fazer uma descoberta revolucionária: determinar a composição das estrelas.


Durante a pesquisa para seu doutorado, que obteve em 1925, a astrônoma chegou à conclusão de que as estrelas são compostas de hidrogênio e hélio.


No entanto, essa conclusão foi contestada - e até ridicularizada - na época. O motivo é que o resultado entrava em conflito com a crença de que as estrelas tivessem uma composição química similar à da Terra.


Por isso, o famoso astrônomo Henry Norris Russell recomendou que Payne-Gaposchkin retirasse essa ideia de sua tese, dizendo que isso era "claramente impossível".


Porém, a descoberta acabou sendo confirmada. Em 1929, o próprio Russell reconheceu que Payne-Gaposchkin tinha razão.


Os atrônomos Otto Struve e Velta Zebergs classificaram a tese de Payne-Gaposchkin como "a mais brilhante já escrita na astronomia". Mais tarde, foi publicada como um livro: Stellar Atmospheres (Atmosferas Estelares, em tradução livre).



Carreira em Harvard



Apesar disso, Payne-Gaposchkin teve dificuldade para conquistar um lugar em Harvard. Entre 1927 e 1938, atuou como assistente técnica do então diretor Harlow Shapley, mas não lhe deram um posto oficial.


"Isso se devia ao pensamento misógino do presidente de Harvard, Abbott Lowell, que se negou a nomeá-la e jurou que nunca ocuparia uma cátedra em Harvard enquanto estivesse vivo", escreveu Amy Davy, curadora do museu de ciências de Londres.


Em 1938, já com outro presidente na instituição, Payne-Gaposchkin conquistou um posto oficial - porém, ainda não de professora.


Finalmente, na segunda metade da década de 1950, se tornou professora de Harvard. Depois, foi a primeira mulher a dirigir um departamento na instituição, o de astronomia. Em 1966, se aposentou.


"No entanto, apesar do seu êxito, Payne-Gaposchkin ainda ganhava menos do que seus pares homens. Um problema de desigualdade salarial de gênero, que existe ainda hoje", considerou Davy.


"Sua carreira é uma lembrança de que a razão por que não havia mais mulheres cientistas na história não se devia à falta de talento ou de paixão, mas sim à misogenia sistemática da sociedade", acrescentou a curadora.


"O trabalho de Cecilia Payne-Gaposchkin foi inegavelmente importante para nossa compreensão das estrelas e da astronomia. Porém, devido ao seu gênero, teve que trabalhar muito mais para lutar pelo reconhecimento que merecia".


A própria Payne-Gaposchkin descreveu a si mesma como uma "uma rebelde contra o papel feminino" e declarou que sua verdadeira rebelião "era contra ser pensada e tratada como inferior".




Autor: G1 Saúde
Fonte: G1 Saúde
Sítio Online da Publicação: G1 Saúde
Data: 16/04/2019
Publicação Original: https://g1.globo.com/ciencia-e-saude/noticia/2019/04/16/cecilia-payne-gaposchkin-a-mulher-que-descobriu-do-que-sao-feitas-as-estrelas.ghtml

Emissão de gases traz novas pistas sobre o fim da vida das estrelas

Módulo de carga útil do Herschel consiste no telescópio e no criostato que contém o banco óptico. Escudo solar protege equipamento da insolação e da luz difusa da Terra – Ilustração: Divulgação / The Herschel Space Observatory


As nebulosas planetárias (NPs) representam uma fase-chave da evolução estelar, o final da vida de uma estrela de baixa ou média massa. A partir das observações do telescópio espacial Herschel, um grupo internacional de astrônomos detectou uma rara emissão laser de gases no centro da nebulosa planetária Menzel 3, também conhecida como Nebulosa da Formiga. Além de indicar as condições físicas e a provável estrutura do gás, esta detecção aponta que a estrela central que produziu a nebulosa planetária tem uma estrela companheira (ou seja, faz parte de um sistema estelar binário). Essa descoberta poderá auxiliar futuros estudos sobre o material expelido em sistemas estelares múltiplos no centro de nebulosas planetárias. A pesquisa foi liderada por Isabel Aleman, pós-doutoranda do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG) da USP.




Nebulosas planetárias são formadas pelo gás e poeira ejetado por estrelas de pequena e média massa (aproximadamente de uma a oito massas solares) no final de sua vida. “O Sol, por exemplo, irá formar uma nebulosa planetária daqui a uns 5 bilhões de anos”, afirma Isabel. Enquanto as camadas externas da estrela são ejetadas para o meio interestelar, seu núcleo se torna uma estrela compacta chamada de anã branca. “Essas estrelas têm temperaturas superficiais muito elevadas, na faixa de 50 a 200 mil graus Kelvin (K), e sua radiação ilumina, aquece e ioniza o gás expelido. Esse material emite um espectro de radiação que pode revelar as espécies que o compõem, assim como sua estrutura e condições físicas, como, por exemplo, a distribuição de densidade e temperaturas.”

No trabalho, descrito em artigo da revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, foram utilizadas observações coletadas pelo Observatório Espacial Herschel. “O Herschel é um telescópio espacial desenvolvido e operado pela Agência Espacial Europeia (ESA), com contribuição significativa da Administração Nacional da Aeronáutica e Espaço dos Estados Unidos (Nasa)”, conta Isabel. O satélite com o telescópio foi lançado em maio de 2009. Planejado para durar três anos, ele ficou em operação por cerca de quatro anos, até o líquido necessário para resfriamento do sistema acabar, em 2013. “Esse telescópio observou a emissão dos objetos na faixa do infravermelho e submilimétrico do espectro de radiação.”

Nebulosa planetária Menzel 3, também conhecida como Nebulosa da Formiga, na qual astrônomos detectaram rara emissão de gases em seu centro – Foto: Divulgação/Nasa

O grupo de pesquisadores havia observado 11 nebulosas planetárias com o Herschel. “Ao inspecionar as observações, notei que o espectro da Menzel 3 era diferente do habitual, por apresentar emissão das chamadas linhas de recombinação de hidrogênio, compostas do gás ionizado pela radiação da estrela central”, relata Isabel. Essa emissão não é normalmente vista nos espectros de nebulosas planetárias dentro da faixa de comprimentos de onda observada pelo Herschel (infravermelho distante ao submilimétrico). “A análise dessa emissão mostrou que sua intensidade é amplificada por efeito laser, o que só acontece em condições muito específicas.”
Efeito laser

O efeito laser é a amplificação da intensidade de um feixe de radiação de um determinado comprimento de onda ao atravessar um material com certas propriedades. “Esse efeito só ocorre com certas combinações de comprimento de onda da radiação incidente e material. Daí ser uma emissão rara”, explica a pesquisadora. “O gás é ionizado pela radiação que vem da estrela central, sendo composto, majoritariamente, de hidrogênio. Portanto, a fonte da emissão laser é o gás ao redor da estrela, que também é o material atravessado.”

Isabel ressalta que o estudo das nebulosas planetárias contribui para a compreensão da evolução estelar, que é um dos temas centrais da astronomia. “Além disso, nebulosas planetárias produzem uma importante contribuição para o gás e poeira do meio interestelar. Elas participam do ciclo da matéria na galáxia: estrelas se formam do gás ao meio interestelar e, no final de suas vidas, devolvem esse material processado ao meio”, diz. “O gás ejetado permite estudar como as estrelas processam o gás que as compõem, assim como os processos que ocorrem após sua ejeção.”

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Isabel Aleman (em pé, a direita): descoberta sobre nebulosas planetárias contribui para a compreensão da evolução estelar – Foto: Divulgação

Isabel destaca que “esta pesquisa, em particular, demostrou que a emissão laser de hidrogênio pode ser esperada no centro de nebulosas planetárias que apresentam sistemas binários”. A emissão revela um gás cujas condições não podem ser estudadas pela emissão usualmente observada em nebulosas planetárias. “O laser de hidrogênio é então mais uma ferramenta que pode ser utilizada para o estudo desses objetos, em particular em regiões próximas às estrelas centrais, onde as densidades são mais de 10 mil vezes as densidades do gás típico de nebulosas, como o observado nos lóbulos da Menzel 3.”

Além disso, a presença de laser de hidrogênio reafirma a teoria de que há um disco de poeira no centro da Menzel 3, o que é evidência de um sistema estelar binário (duas estrelas orbitando uma a outra). “As características do sistema binário no centro de Menzel 3 ainda não são bem conhecidas. Para obter maiores detalhes, serão precisas novas observações futuras e modelos mais detalhados”, aponta. “O que sabemos até agora é que, além da estrela anã branca, que gerou a nebulosa planetária, deve haver uma outra estrela massiva que está expelindo material de suas camadas exteriores.”



Autor: Júlio Bernardes
Fonte: EcoDebate
Sítio Online da Publicação: EcoDebate
Data de Publicação: 13/06/2018
Publicação Original: https://jornal.usp.br/ciencias/ciencias-exatas-e-da-terra/emissao-de-gases-traz-novas-pistas-sobre-o-fim-da-vida-das-estrelas/
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Brasileiros retificam modelo sobre a formação de aglomerados de galáxias e estrelas

Quando os aglomerados de galáxias e os aglomerados de estrelas (globulares) se formam, ocorre um fenômeno chamado “relaxação violenta”. Após interagirem intensamente entre si, os milhares ou até milhões de corpos chegam a uma situação de relativo equilíbrio gravitacional e a uma distribuição espacial de certo modo duradoura.

Simulações numéricas mostram que fenômeno apresenta comportamento peculiar, que é a oscilação da entropia na fase inicial do processo. No fim, a entropia aumenta, como era de se esperar, indica pesquisa (aglomerado globular Messier 55, localizado na Via Láctea, na região caracterizada pela constelação de Sagitário, a 17.300 anos-luz da Terra / imagem: Nasa)

Um novo estudo, desenvolvido por pesquisadores brasileiros, mostrou que a visão que se tinha acerca da “relaxação violenta” estava equivocada. E tratou de corrigi-la.

Publicado em The Astrophysical Journal, o trabalho contou com apoio da FAPESP por meio de bolsas e auxílios concedidos a vários pesquisadores e também pela utilização de um cluster computacional financiado por meio do Programa Equipamentos Multiusuários.

“O processo de relaxação sempre foi analisado por meio da chamada Equação de Vlasov, uma equação diferencial proposta, em 1931, pelo físico russo Anatoly Alexandrovich Vlasov [1908-1975], para descrever os processos cinéticos que ocorrem no plasma”, disse Laerte Sodré Júnior, professor titular e ex-diretor do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo (IAG-USP), um dos autores do estudo.

“O problema é que a Equação de Vlasov supõe que a entropia do sistema seja constante – isto é, que não ocorra produção de entropia. Vale dizer, que a situação seja simétrica no tempo – uma vez que a seta do tempo é determinada pelo aumento de entropia. Isso obviamente não acontece no fenômeno real”, disse Sodré.

Se fosse verdadeiro, um processo desse tipo – reversível no tempo – exigiria uma revisão dos próprios fundamentos da física. Por isso, a literatura especializada se referia a ele como “paradoxo fundamental da dinâmica estelar”.

“Tínhamos claro que alguma coisa estava errada e nossa suspeita foi confirmada pelo estudo. A solução que encontramos para o suposto ‘paradoxo’ pode ser resumida em uma frase curta: a Equação de Vlasov simplesmente não se aplica ao caso”, disse Sodré.

Para comprovar essa ideia intuitiva, os pesquisadores precisaram se valer de pesados recursos computacionais. A interação gravitacional entre esses corpos celestes (galáxias ou estrelas) é bem descrita pela Lei da Gravitação Universal de Newton (cuja publicação completou 330 anos em 2017). O problema é matematicamente simples de resolver quando se trata de um sistema de dois corpos, mas a solução analítica se torna inviável em sistemas envolvendo milhares ou até milhões de corpos, cada qual interagindo gravitacionalmente com todos os demais. Daí a necessidade de se recorrer a complexas simulações numéricas.

“Empregamos técnicas numéricas desenvolvidas pelo astrônomo norueguês Sverre Aarseth, que é o grande especialista nesse tipo de simulação envolvendo muitos corpos. São simulações que exigem tanta capacidade computacional que, para realizá-las, tivemos que usar clusters de GPUs [Graphics Processing Units], muito mais eficientes do que as CPUs [Central Processing Units], usualmente utilizadas. Mesmo assim, cada simulação durou vários dias”, explicou Sodré.

Durante o trabalho, os pesquisadores brasileiros até receberam a visita de Aarseth, que continua extremamente ativo aos 83 anos de idade. Paralelamente à Astronomia, o premiado cientista norueguês é um aficionado por trekking, montanhismo e vida selvagem. Além de ser também mestre internacional de xadrez por correspondência.

“Os programas computacionais de Aarseth nos possibilitam resolver o problema de forma eficiente e confiável. Depois, para testar os resultados, nós os confrontamos com soluções obtidas por meio de outros programas cosmológicos. E eles foram compatíveis”, disse Sodré.

Equilíbrio do virial

As simulações mostraram que a entropia aumenta – como era de se esperar. Mas, além desse resultado previsível, houve outro, bem mais difícil de entender. É que, se no longo prazo a entropia cresce, no começo do processo de relaxação ela apresenta um comportamento oscilatório: ora aumenta, ora diminui.

“Pode parecer contraditório com o que se sabe sobre entropia, que é tida como uma grandeza que sempre aumenta. É certo que, no longo prazo, ela aumenta inexoravelmente, mas isso não ocorre o tempo todo. O grande alcance das interações gravitacionais faz com que os corpos estabeleçam correlações entre si e são tais correlações que determinam o caráter oscilatório da entropia na fase inicial do processo”, disse Sodré.

“Podemos pensar a questão nos seguintes termos. A entropia possui dois aspectos. Um puramente caótico, associado à segunda lei da termodinâmica e que corresponde à entropia convencional. Outro é decorrente dessas correlações, elas se perdem com o tempo, porém de forma mais lenta. E é isso que determina o comportamento oscilatório”, explicou.

Talvez fique mais fácil de entender ao se imaginar um conjunto de mil estrelas ou de mil galáxias, confinadas em um certo volume, todas inicialmente com velocidade zero. Devido à interação gravitacional, cada uma passa a atrair todas as demais e a distribuição inicial se modifica, ora encolhendo, ora expandindo.

Esse vaivém, determinado por interações de longo alcance, associa-se a oscilações de entropia. E perdura até que o sistema todo alcance uma situação de relativo equilíbrio, em que fica de certo modo estável em termos de suas propriedades gerais. No século 19 essa situação recebeu o nome de “equilíbrio do virial” – designação que se mantém até hoje.

“Trata-se de uma característica peculiar das interações gravitacionais. As interações eletromagnéticas também são de longo alcance, mas, como a matéria em geral é eletricamente neutra, seu efeito acaba ficando confinado em um volume restrito. Esse efeito de blindagem não ocorre com a força gravitacional. Em princípio, ela pode se estender até o infinito. E isso cria as tais correlações”, disse Sodré.

Embora interajam com o conjunto do Universo, os aglomerados de galáxias e os aglomerados globulares podem ser pensados, no caso, como sistemas fechados, “não dissipativos”. Isso significa que sua energia total não é perdida para o meio exterior, mas se conserva.

Alguns corpos ganham muita energia cinética e ficam com velocidade superior à velocidade de escape, desprendendo-se do sistema, mas isso não é muito relevante no conjunto. De modo geral, a oscilação de entropia deve ser pensada como processo interno, que não envolve troca de energia com o meio.

“Que eu saiba, só existe outro tipo de sistema que exibe essas oscilações de entropia. São reações químicas nas quais o composto que vai sendo produzido serve de catalisador para a reação inversa. Então, a reação fica indo de um lado para o outro, e a entropia do sistema oscila”, disse Sodré.

O novo estudo resolveu o “paradoxo fundamental da dinâmica estelar” e deu uma feição mais realista à formação das macroestruturas cósmicas. Além de Sodré, participaram do trabalho Leandro José Beraldo e Silva, Walter de Siqueira Pedra,Eder Leonardo Duarte Perico e Marcos Vinicius Borges Teixeira Lima.

O artigo The arrow of time in the collapse of collisionless self-gravitating systems: non-validity of the Vlasov-Poisson equation during violent relaxation pode ser lido em http://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/aa876e ehttps://arxiv.org/abs/1703.07363.



Autora: José Tadeu Arantes
Fonte: Agência FAPESP
Sítio Online da Publicação: FAPESP
Data de Publicação: 17/11/2017
Publicação Original: http://agencia.fapesp.br/brasileiros_retificam_modelo_sobre_a_formacao_de_aglomerados_de_galaxias_e_estrelas/26661/