Astrofísica

Definição

A astrofísica é um ramo da ciência espacial que aplica as leis da física e 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 ficam borradas.

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.

O que é Astrofísica?

A astrofísica é um ramo da astronomia que analisa as propriedades e as interações de objetos cosmológicos baseados em leis físicas conhecidas.

O termo é um pouco enganador, pois qualquer um que entra na astronomia também deve ser proficiente em física. Pode-se dizer que este campo é muito semelhante aos campos da astronomia e da cosmologia.

As duas principais divisões neste campo são: astrofísica observacional e teórica.

Não existe tal como a astrofísica experimental porque as escalas e os objetos que estão sendo observados são muito grandes ou distantes para experimentar com a tecnologia moderna. Como a luz leva tempo para nos viajar na Terra, as regiões mais distantes do universo são realmente janelas no universo antigo, quando o universo era muito mais denso e mais enérgico. Como esse campo às vezes trata de teorias do universo precoce e compacto, ele pode se sobrepor fortemente com a física de partículas, que fornece previsões de como a matéria se comportaria no universo antigo.

Os astrofísicos são conhecidos pelo estudo de fenômenos como buracos negros, galáxias, superaglomerados, estrelas de nêutrons, quasares, Big Bang, matéria e energia escuras, cordas cósmicas, evolução estelar, radiação cósmica de fundo de microondas e muitos outros.

O cosmos é uma boa arena para o estudo da física pura, porque em escalas tão grandes, o tipo particular de elemento que compõe objetos torna-se menos significativo, e as variáveis mais gerais, como a massa e a velocidade, assumem o primado. Às vezes, este campo é chamado de “o estudo do muito grande e do muito pequeno”.

Muitos insights importantes para a compreensão humana do universo foram contribuídos por astrofísicos. Eles previam a idade provável do universo, o tamanho do universo observável, quanto tempo o Sol durará antes de esgotar o seu combustível nuclear, a combinação de buracos negros e outros corpos celestes exóticos, o que o universo parecia há bilhões de anos, a temperatura média do espaço interestelar ou intergaláctico, as formas das galáxias e a forma como a matéria é distribuída através do universo observável.

A astrofísica sempre continua a evoluir e produz novas perspectivas sobre a estrutura do universo.

Os astrofísicos estudam galáxias distantes

O que um astrofísico faz?

Um astrofísico é um cientista que pesquisa os princípios da luz, do movimento e das forças naturais enquanto pertencem ao universo em geral.

Ele ou ela se envolve em estudos de física teórica na tentativa de aprender mais sobre as propriedades subjacentes do cosmos. Muitos se especializam em estudar um fenômeno ou uma teoria particular, como buracos negros, o desenvolvimento e extinção das estrelas, a relatividade e o movimento, ou a origem do universo.

Quase toda cultura passada e presente tentou explicar a natureza do cosmos e determinar como surgimos.

Os astrofísicos incorporam o seu amplo conhecimento de propriedades matemáticas e físicas com características observáveis e para formar explicações modernas. Os cientistas freqüentemente dedicam longas e cansativas horas a realizar matemática de teste e erro e revisando o trabalho realizado por seus colegas.

Tanto é desconhecido ou incerto sobre o universo que não é incomum para um cientista gastar a maior parte de sua carreira investigando uma única circunstância astronômica. Por exemplo, muitos cientistas dedicaram décadas de suas vidas profissionais a formar a teoria do Big Bang, um conceito que agora é fortemente apoiado, mas ainda não é totalmente compreendido.

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 de corpos celestes usando modelos matemáticos complexos sem base física.

Newton mostrou que uma única teoria explica simultaneamente as órbitas de luas e planetas no espaço e a trajetória de uma bala de canhão na Terra. Isto adicionou ao corpo de evidências para a (então) conclusão surpreendente de que os céus e a Terra estão sujeitos às mesmas leis físicas.

Talvez o que mais separe o modelo de Newton dos anteriores seja que seja preditivo e descritivo. Com base em aberrações na órbita de Urano, os astrônomos previam a posição de um novo planeta, que foi então observado e chamado Neptuno. Ser preditivo e descritivo é o sinal de uma ciência madura, e a astrofísica está nesta categoria.

Marcos na astrofísica

Porque a única maneira de interagir 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 a maior parte da informação.

As primeiras ideias sobre a natureza das estrelas surgiram em meados do século 19 a partir da ciência em flor da análise espectral, o que significa observar as frequências específicas de luz que substâncias específicas absorvem e emitem quando aquecidas. A análise espectral continua a ser essencial para o triunvirato das ciências espaciais, orientando e testando novas teorias.

A espectroscopia precoce forneceu a primeira evidência de que as estrelas contêm substâncias também presentes na Terra. A espectroscopia revelou que algumas nebulosas são puramente gasosas, enquanto algumas contêm estrelas. Mais tarde, ajudou a cimentar a ideia de que algumas nebulosas não eram nebulosas – eram outras galáxias!

No início da década de 1920, Cecilia Payne descobriu, usando espectroscopia, que as estrelas são predominantemente hidrogênio (pelo menos até sua idade). O espectro das estrelas também permitiu que os astrofísicos determinassem a velocidade com que eles se moviam para a direção ou para longe da Terra.

Assim como o som que um veículo emite é diferente, em direção a nós ou longe de nós, devido ao deslocamento Doppler, o espectro de estrelas mudará da mesma maneira. Na década de 1930, ao combinar 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 impulsionar o sol, mas finalmente percebeu que a energia produzida dessa maneira só duraria 100 mil anos.

Cinquenta anos depois, a famosa equação E = mc² de Einstein deu aos astrofísicos a primeira pista para o que a verdadeira fonte de energia poderia ser (embora se verifique que o colapso gravitacional tem um papel importante). À medida que a física nuclear, a mecânica quântica e a física de partículas cresciam na primeira metade do século XX, tornou-se possível formular teorias sobre como a fusão nuclear poderia dominar as estrelas. Essas 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 do universo, mas também atinge perto de casa. De acordo com a Teoria do Big Bang, as primeiras estrelas eram quase inteiramente hidrogênio. O processo de fusão nuclear que os energiza esmaga os átomos de hidrogênio para formar o elemento mais pesado do hélio.

Em 1957, a equipe de astronomia de marido e mulher de Geoffrey e Margaret Burbidge, juntamente com os físicos William Alfred Fowler e Fred Hoyle, mostrou como, à medida que as estrelas envelhecem, produzem elementos mais pesados e pesados, que passam para futuras gerações de estrelas em quantidades cada vez maiores.

É apenas nas fases finais da vida das estrelas mais recentes que são produzidos os elementos que compõem a Terra, como ferro (32,1 por cento), oxigênio (30,1 por cento), silício (15,1 por cento). Outro desses elementos é o carbono, que juntamente com o oxigênio, compõem a maior parte da massa de todos os seres vivos, inclusive nós. Assim, a astrofísica nos diz que, enquanto não somos todas as estrelas, estamos todos firmes.

Qual a diferença entre astronomia e astrofísica?

Tecnicamente falando, a astronomia é a ciência de medir as posições e características dos corpos celestes, e a astrofísica é a aplicação da física para entender a astronomia. No entanto, hoje em dia, os dois termos são mais ou menos intercambiáveis, uma vez que todos os astrônomos utilizam a física para entender suas descobertas.

Resumo

A astrofísica é literalmente “ciência espacial”. Especificamente, é um ramo da ciência espacial que aplica as leis da física e da química na tentativa de entender os objetos mais enormes do universo. Obviamente, a astrofísica é mais do que apenas estrelas.

Trata-se de entender planetas, galáxias, nebulosas, buracos negros e todos os outros objetos a deriva no cosmos. Uma vez que esses objetos influenciaram diretamente nossa evolução (e continuam a influenciar nossa evolução), entender seus mecanismos exatos é de extrema importância.

Existem dois ramos desta disciplina: Cosmologia e Astronomia.

A cosmologia é o estudo do cosmos em geral. Por exemplo, um cosmólogo pode estudar a origem, a evolução e o destino final do universo (coisas como o big bang, a inflação cósmica, etc.).

A astronomia é o estudo de objetos ou estruturas individuais (posições de medição de galáxias ou aglomerados de galáxias, medição de luminosidades, traçados de estrelas, etc.). A astrofísica é o campo que cria teorias físicas para as estruturas de pequeno a médio porte no universo. Se parece que todos se misturam um pouco, é porque eles fazem.

Fonte: www.space.com/www.wisegeek.org/curious.astro.cornell.edu/futurism.com