O que é astrofísica?
Astrofísica
A astrofísica é um ramo da ciência espacial que aplica as leis da física e da química para explicar o nascimento, a vida e a morte de estrelas, planetas, galáxias, nebulosas e outros objetos no universo. Tem duas ciências irmãs, astronomia e cosmologia, e as linhas entre elas se confundem.
No sentido mais rígido:
- Astronomia mede posições, luminosidades, movimentos e outras características
- Astrofísica cria teorias físicas de estruturas de pequeno a médio porte no universo
- A cosmologia faz isso para as maiores estruturas e o universo como um todo.
Na prática, as três profissões formam uma família unida. Peça a posição de uma nebulosa ou que tipo de luz ela emite, e o astrônomo pode responder primeiro. Pergunte do que a nebulosa é feita e como ela se formou e o astrofísico irá se aprisionar. Pergunte como os dados se encaixam com a formação do universo, e o cosmólogo provavelmente entraria em ação. Mas cuidado – para qualquer uma dessas perguntas, dois ou três podem começar a falar ao mesmo tempo!
Objetivos da astrofísica
Os astrofísicos procuram entender o universo e nosso lugar nele. Na NASA, os objetivos da astrofísica são “descobrir como o universo funciona, explorar como ele começou e evoluiu, e procurar vida nos planetas em torno de outras estrelas”, segundo o site da NASA .
A NASA afirma que esses objetivos produzem três grandes questões:
Como o universo funciona?
Como chegamos aqui?
Estamos sozinhos?
Tudo começou com Newton
Enquanto a astronomia é uma das ciências mais antigas, a astrofísica teórica começou com Isaac Newton . Antes de Newton, os astrônomos descreveram os movimentos dos corpos celestes usando modelos matemáticos complexos sem uma base física.
Newton mostrou que uma única teoria explica simultaneamente as órbitas das luas e dos planetas no espaço e a trajetória de uma bala de canhão na Terra. Isso se somava ao corpo de evidências da (então) surpreendente conclusão de que os céus e a Terra estão sujeitos às mesmas leis físicas.
Talvez o que mais separou o modelo de Newton dos anteriores é que ele é preditivo e também descritivo. Com base nas aberrações na órbita de Urano , os astrônomos previram a posição de um novo planeta, que foi então observado e chamado Netuno . Ser preditivo e descritivo é o sinal de uma ciência madura, e a astrofísica está nessa categoria.
Marcos em astrofísica
Como a única maneira de interagirmos com objetos distantes é observando a radiação que eles emitem, muito da astrofísica tem a ver com a dedução de teorias que explicam os mecanismos que produzem essa radiação e fornecem idéias para extrair o máximo de informações dela.
As primeiras idéias sobre a natureza das estrelas surgiram em meados do século XIX, a partir da florescente ciência da análise espectral, que significa observar as frequências específicas de luz que determinadas substâncias absorvem e emitem quando aquecidas. A análise espectral continua a ser essencial para o triunvirato das ciências espaciais, tanto orientando como testando novas teorias.
A espectroscopia precoce forneceu a primeira evidência de que estrelas contêm substâncias também presentes na Terra. A espectroscopia revelou que algumas nebulosas são puramente gasosas, enquanto algumas contêm estrelas. Isso ajudou a consolidar a ideia de que algumas nebulosas não eram nebulosas – eram outras galáxias!
Década de 1920
Cecilia Payne descobriu, usando espectroscopia, que as estrelas são predominantemente hidrogênio (pelo menos até a velhice). Os espectros de estrelas também permitiram aos astrofísicos determinar a velocidade com que se movem em direção ou para longe da Terra. Assim como o som que um veículo emite é diferente, movendo-se em nossa direção ou para longe de nós, por causa do efeito Doppler, os espectros das estrelas vão mudar da mesma maneira.
Na década de 1930, combinando a mudança Doppler e a teoria da relatividade geral de Einstein , Edwin Hubble forneceu evidências sólidas de que o universo está se expandindo. Isso também é previsto pela teoria de Einstein e juntos formam a base da Teoria do Big Bang.
Também em meados do século 19, os físicos Lord Kelvin (William Thomson) e Gustav Von Helmholtz especularam que o colapso gravitacional poderia alimentar o sol, mas eventualmente perceberam que a energia produzida dessa forma duraria apenas 100.000 anos.
E = mc 2
Cinquenta anos depois, o famoso E = mc 2 de EinsteinA equação deu aos astrofísicos a primeira pista sobre qual seria a verdadeira fonte de energia (embora o colapso gravitacional desempenhe um papel importante).
À medida que a física nuclear, a mecânica quântica e a física de partículas cresceram na primeira metade do século XX, tornou-se possível formular teorias sobre como a fusão nuclear poderia fornecer energia às estrelas. Estas teorias descrevem como as estrelas se formam, vivem e morrem, e explicam com sucesso a distribuição observada de tipos de estrelas, seus espectros, luminosidades, idades e outras características.
A astrofísica é a física das estrelas e outros corpos distantes no universo, mas também atinge perto de casa. Segundo a Teoria do Big Bang, as primeiras estrelas eram quase inteiramente de hidrogênio.
O processo de fusão nuclear que os energiza esmaga átomos de hidrogênio para formar o hélio do elemento mais pesado. Em 1957, a equipe de astrônomos marido-e-mulher de Geoffrey e Margaret Burbidge, juntamente com os físicos William Alfred Fowler e Fred Hoyle, mostraram como, à medida que as estrelas envelhecem, eles produzem elementos mais pesados e mais pesados, que passam para gerações posteriores de estrelas. em quantidades cada vez maiores.
É somente nos estágios finais da vida das estrelas mais recentes que os elementos que compõem a Terra, como ferro (32,1%), oxigênio (30,1%) e silício (15,1%), são produzidos. Outro desses elementos é o carbono, que junto com o oxigênio, compõem a maior parte da massa de todos os seres vivos, incluindo nós. Assim, a astrofísica nos diz que, apesar de não sermos todas as estrelas, somos todos estelares.
Astrofísica como carreira
Tornar-se um astrofísico requer anos de observação, treinamento e trabalho. Mas você pode começar a se envolver de uma maneira pequena mesmo no ensino fundamental e médio, juntando-se a clubes de astronomia, participando de eventos locais de astronomia, fazendo cursos on-line gratuitos de astronomia e astrofísica, e acompanhando notícias no campo em um site como o Espaço.com
Na faculdade, os estudantes devem ter o objetivo de (eventualmente) concluir um doutorado em astrofísica e, em seguida, assumir um cargo de pós-doutorado em astrofísica. Os astrofísicos podem trabalhar para o governo, laboratórios de universidades e, ocasionalmente, organizações privadas.
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