Quarta-feira, 29 de Julho de 2009

As Espirais Galácticas

 

"Porque é que o Sol roda ao contrário da espiral galáctica não precisas de explicar, não é mistério nenhum! A espiral não é um movimento global da matéria da galáxia, é apenas uma onda de densidade que se propaga do centro da galáxia para a periferia.” 

 

 Grandes palavras Mário... mas o que é isso de uma onda de densidade? As estrelas atravessam os braços da espiral sem perturbação, o que significa que essa «onda» não é como as ondas do mar ou do som. Por isso lhe chamam «onda de densidade». Mas descrever o que se passa não é explicar. A questão permanece: o que é e como se origina essa «onda de densidade»?”

 

Meu caro, eu não sei e suponho que ninguém saiba, mas a seu tempo se encontrará a explicação; perceber que se trata de uma «onda de densidade» já é um grande passo!”

 

Sem dúvida Mário! Mas agora vais ter a oportunidade de dar mais um passo e perceber tão misterioso fenómeno.”

 

Bem, lá começas tu... estou ansiosamente à espera de te ouvir...”

 

Sabes uma coisa curiosa? A explicação das espirais está na capa de um livro que tu certamente já manuseaste dúzias de vezes!”

 

Na capa de um livro?? Não me lembro de nenhum livro com esse assunto na capa!”

 

O assunto não é esse, de facto; mas no desenho da capa está a solução, embora quem fez a capa não estivesse a pensar em nada disso.”

 

Tu mais os teus mistérios.” Mário solta um riso fresco e protector. “Desembucha lá, de que livro se trata?”

 

"Einstein's Theory of Relativity, do Max Born, conheces?"

 

 

Se conheço?? Amo esse livro! É um dos dois livros que me entusiasmaram para a Física!”
 
E como é a capa?”
 

A capa? Fazes cada pergunta... eu presto lá atenção às capas... creio que são umas ovais... um daqueles desenhos que qualquer programa de matemática faz e que são muito decorativos...”

 

Eu tenho aqui a capa digitalizada, queres ver?” Abro a foto da minha edição do livro do Max Born.

 

 

 

(clicar para ver com detalhe)

  

Olha para esse desenho e pensa no movimento da matéria na galáxia.” Mário foi literalmente sugado para o monitor do computador, a casca professoral vaporizada pelo entusiasmo de ver algo novo, como um miúdo a olhar para os embrulhos de Natal. O zumbido dos excitados neurónios parecia quase audível e manteve-nos em venerando silêncio. Finalmente, com voz expectante, começou a expor um raciocínio:

 

Isto são elipses sucessivamente mais pequenas e com o eixo sucessivamente rodado... como as órbitas da matéria na galáxia... a matéria tem órbitas aproximadamente elípticas, mas as elipses vão rodando com uma velocidade que depende do seu tamanho... esta precessão das elipses vai originando a zona de maior densidade em espiral, que roda ao contrário da matéria!” termina, maravilhado. É intensa a sensação de beleza que nos assola quando desvendamos segredos que presumíamos indecifráveis.

 

Espera aí, deixa ver se eu percebi.” A Luísa interrompe o momento. “Então, a princípio, as órbitas seriam todas elipses concêntricas, com o eixo maior alinhadinho; mas estas elipses rodam, com uma velocidade que depende do eixo maior; em consequência, elas vão estabelecer uma linha de cruzamentos que tem a forma de uma espiral. Estou certa até aqui?”

 

Isso mesmo Luísa.” Responde o Mário ainda entusiasmado. E continua: “Na linha de cruzamento das órbitas a densidade da matéria é muito maior, mas a matéria segue apenas a respectiva órbita elíptica; as estrelas atravessam os braços da espiral sem perturbação. O desenho espiral é estável porque toda a matéria fora da zona central tem a mesma velocidade. A barra central tem um comportamento diferente porque aí as velocidades variam com a distância ao centro galáctico.”

 

Mário continuava maravilhado a olhar para capa do livro.Nesta saíste-te bem, Jorge... já na explicação da formação das galáxias...”

 

Ainda estou a trabalhar nessa. Mas de uma coisa estou certo: nesta fase do Universo tudo se explica com o recurso à simples leis da Gravidade. A explicação para a formação das galáxias será simples, elegante, nada caótica, porque as densidades são muito baixas e não há choques entre as moléculas. E sobretudo, não dependerá de nenhumas forças ocultas, entes negros ou energias desconhecidas. A única dificuldade reside na nossa falta de inteligência para descobrir como é; depois de descoberto, uma criança poderá perceber.”

 

Isso é que é fé na simplicidade divina!” A Luísa desatou a rir, trocista.

 

Não é Fé, eu sou um conhecedor da personalidade subtil e serena de Deus!” Não resisti à provocação, e a Luísa e eu rimo-nos, divertidos com o ar perplexo dos outros dois. Mas aproveitei para continuar com ar mais sério:Repara que não há nada de caótico em todas as sucessivas etapas de organização da matéria até agora: a uniformidade inicial origina cascas esféricas, que originam anéis, que originam galáxias, que originam estrelas; e, como vamos ver, também a formação de estrelas é um processo preciso e determinístico.”

 

Preciso e determinístico? Saíste-me cá um poeta... então as estrelas não resultam de processos caóticos de condensação de nuvens de matéria?” 

 

Pois, também pensavas que sabias tudo sobre os braços espirais das galáxias e, afinal, não sabias...”

 

 

 

 

Nota: o anonimodenome chamou-me a atenção de que esta explicação já foi apresentada por Lin e Shu e está na wikipedia aqui; não fazia ideia, já tive esta ideia há muitos anos e esta teoria não é referida na minha bibliografia; antes de publicar fiz uma pesquisa rápida na net, nomeadamente na wikipedia, mas devo ter-me ficado pela versão portuguesa ou não devo ter corrido a inglesa até ao fim. De qualquer maneira, convém registar que as ideias que aqui apresento, quando acontece não serem originais, verifica-se que são certas... logo, é possível que as originais também o sejam...

 

publicado por alf às 16:57
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Quinta-feira, 16 de Julho de 2009

A Trajectória Solar

 

 

Agora vamos ver umas características curiosas das galáxias. Para começar, sabem qual é a velocidade da nossa Galáxia em relação ao ruído de fundo Cósmico, ou seja, o que eu chamo a velocidade absoluta da Galáxia? E a velocidade do Sol em relação ao centro da Galáxia, sabem qual é?

 

Bem... sei que a velocidade da galáxia anda pelos 500 km/s... mas não sei ao certo...

 

Pois, a tua cabeça não é exactamente a Wikipedia!dispara jovial a Luísa

 

Boa ideia, vamos à Wikipedia ver. Aqui está, na janelinha à direita: velocidade da Galáxia 552 km/s... velocidade de rotação da galáxia entre 210 e 240 km/s... velocidade do Sol em relação ao centro galáctico 220 km/s... Ah, e aqui está uma coisa interessante, o Sol move-se no sentido oposto ao do padrão em espiral da galáxia!

 

No sentido oposto? Como é isso possível?”

 

A espiral não é um braço de matéria a mover-se, é algo muito diferente de que falarei mais adiante; para já, vamos analisar as velocidades do Sol e da Galáxia. A velocidade da galáxia é mais do dobro da velocidade de rotação do Sol, o que significa que a trajectória absoluta do Sol (em relação ao RFC) é uma linha aberta, uma ciclóide. Tenho aqui uma figura, querem ver:”

 

 

 

 

 

 Mas isso é quase uma linha recta!Exclama a Luísa.e 10 elevado a 18 em km é quanto em anos-luz?”

 

São 100 000 anos-luz, é quanto vale cada divisão desse gráfico. Pois é, em relação ao ruído de fundo é quase uma linha recta; e se te lembrares agora da figura que já mostrei com a intersecção de duas bolhas... deixa abri-la de novo... aqui está:

 

 

 

 

“...percebes que o movimento do Sol é o movimento da matéria na zona de intersecção a oscilar entre uma casca e outra, tipo ping-pong, e a deslocar-se para fora, empurrada pelo crescimento das bolhas. A velocidade média da matéria é a das bolhas, não é devida ao campo galáctico, e a distância ao centro galáctico resulta apenas da posição da matéria na casca, não tem nenhuma relação com a sua velocidade.”

 

Observam todos em silêncio. Mais uma vez, percebo que a Luísa e a Ana aguardam o veredicto do Mário. Finalmente, este pronuncia-se:

 

Se é como dizes, então a velocidade das galáxias reflecte a velocidade de crescimento das bolhas e não pode ser uma qualquer; todas as galáxias geradas no mesmo anel de intersecção teriam de ter a mesma velocidade «absoluta», como lhe chamas.

 

Exactamente Mário, só a direcção variaria. E mais: o conhecimento da velocidade da Galáxia permite-nos traçar com precisão a história passada do Universo e determinar o valor desse parâmetro tão difícil de medir que é a densidade da matéria no Universo.

 

Sim, mas não respondeste à minha pergunta: a velocidade das galáxias do mesmo anel é a mesma ou não?

 

Eu não tenho dados sobre isso, mas se não fosse assim, a distribuição das galáxias no espaço não poderia configurar anéis, não é verdade? Nós observamos a disposição das galáxias em anéis até distâncias de milhares de milhões de anos e essa disposição não poderia manter-se neste tempo todo se as velocidades das galáxias do mesmo anel não fossem aproximadamente radiais e iguais.

 

Então, e as galáxias que convergem para o Grande Atractor?A Ana desconfiada.

 

São galáxias de anéis diferentes; os anéis vão intersectar-se todos por sua vez, originando uma nova estrutura espacial, mas isso é assunto mais para diante.”

 

Mas o que disseste não impede que o campo galáctico não vá acelerar a matéria, determinando velocidades relativas mais altas para a matéria mais próxima, como acontece no sistema planetário.”

 

Mário, repara na figura da zona de intersecção: a matéria duma casca vai ficar sujeita ao campo da outra, que lhe é quase perpendicular; o efeito é mudar a direcção da velocidade em relação ao centro galáctico mas não altera significativamente o seu módulo em relação a este. Claro que há parte da matéria que vai deslocar-se mais na direcção do centro e esta vai ser acelerada. Mas isso é o que observamos nas galáxias, onde a velocidade da matéria junto do centro já não é constante.”

 

O Mário queda-se meditativo, a olhar para a figura; eu continuo: “Nota que eu não sei explicar tudo, por exemplo, não sei ao certo como se fracciona a distribuição da matéria, não sei se já está fraccionada quando se dá a intersecção ou se é depois disso, se a galáxia resulta de matéria só duma casca ou se a matéria da bolha maior domina o fenómeno e determina o sentido de circulação, sendo os diferentes tipos de galáxias uma consequência das diferentes relações entre as bolhas que as originam...”

 

A silenciosa mas atenta Ana interrompe-me, com ar de dúvida:

Mas ainda não estou a perceber porque é que o comportamento da matéria há-de ser diferente na galáxia e no sistema planetário porque, no fundo, ambos resultam de uma condensação de uma nuvem de matéria.”

 

Ahh, mas aí é que estás muito enganada Ana, os dois processos são completamente diferentes e, na verdade, nenhum resulta da condensação de uma nuvem de matéria. A galáxia resulta de matéria apanhada numa intersecção de campos; o sistema planetário resulta de algo completamente diferente do que pensas, algo...

 

A impulsiva Luísa interrompe-me:

 

Antes de passares adiante, ainda te falta explicar uma coisa, essa história da espiral da Galáxia rodar ao contrário do Sol!

 

Ah, mas é para já Luísa!

 

 

publicado por alf às 19:04
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Quinta-feira, 2 de Julho de 2009

Galáxias e Atractores

 

 

Comecemos pela intersecção de duas bolhas. Já falamos disto mas aqui está uma figura para recordarmos.” Abri a primeira das figuras que tinha feito no já longínquo inverno de 95, quando tentei explicar a uns astrónomos as minhas ideias:

 

 

 

 

 

 

 

Sim, isso já vimos.”

 

Então passemos à figura seguinte, vejamos em detalhe o campo na zona de intersecção.” Abri a segunda figura. “Temos a secção de uma casca a azul e outra a vermelho; na zona de intersecção, portanto, numa secção do anel de intersecção, fiz a composição dos campos, estão a ver?

 

 

 

 

 

 

 

 

Sim... nada de novo, o campo no anel de intersecção diminui do interior para o exterior, como nas cascas...”

 

Pois, mas agora repara na terceira figura:

 

 

 

 

 

 



O Mário faz uma cara de quem não quer acreditar no que está a ver; dispara, quase agressivo: “o que é isso??

 

É o que tu estás a perceber Mário; para analisarmos os movimentos relativos dos átomos, temos de analisar o campo relativo ao campo médio, não é verdade?

 

Sim, claro, o movimento é inercial...

 

Então, tens um campo diferencial que cresce do centro do anel para a periferia, como mostra a figura, não é verdade?

 

Sim, está certo...O Mário hesitante, mas sinto-lhe já a curiosidade a vencer o receio.

 

Espera aí, não vás tão depressa... acho que estou um pouco lenta...a Luísa ri-se, denunciando confusão.

 

Luísa, podemos decompor o campo total na soma do campo médio com este campo diferencial; cada um produz consequências no movimento das partículas e o resultado final obtém-se pela soma das consequências parciais.

 

Ah, estou a perceber, o campo médio produz um movimento acelerado linear, enquanto o campo diferencial, como é orientado para o centro do anel, vai originar um vórtice; portanto, vamos ter um vórtice, ou seja, uma galáxia, a deslocar-se aceleradamente numa certa direcção do espaço!!Luísa triunfante.

 

Isso é que é velocidade mental Luísa! E dizias tu estar lenta. Mas é mesmo assim: vamos ter uma galáxia a deslocar-se como se atraída por um ponto do espaço, um Grande Atractor, como lhe chamam os astrónomos. Só que o Grande Atractor não existe, a Galáxia é empurrada pelas bolhas em crescimento, não é atraída, é repelida.

 

Espera aí, não vás tão depressa...O Mário ri-se, imitando a Luísa.

 

Certo Mário, a afirmação da Luísa é uma intuição, agora temos de ver como a coisa se processa em pormenor.”

publicado por alf às 11:51
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