‘Gravitomagnetismo‘ é uma consequência teórica, prevista na “relatividade geral“,    da qual foi derivada em 1918… cujo efeito se refere ao “campo“ que seria criado por um corpo massivo girando rapidamente. A princípio é uma força que emerge da gravidade (não do ‘magnetismo‘), sendo assim denominada — simplesmente… por uma analogia matemática entre as “equações eletromagnéticas” e a criação de um “campo magnético”.

‘Researchers capture first ‘image’ of a dark matter’

Pode parecer que com a confirmação da descoberta do…”Bóson de Higgs”,    todos problemas…físicos…acabaram, mas não é bem assim. – A gravidade, nossa velha conhecida força atrativa, não faz parte do … “modelo padrão“.  Para esse reconhecimento, e com ele    a unificação de 4 forças num mundo    de 4 dimensões…é preciso que, além  das ondas gravitacionais, o ‘gráviton’    também surja “experimentalmente“.

Mas, nesse modelo há outra questão em aberto, que envolve direta (e unicamente)              a gravidade…se trata da ‘matéria escura‘. – E, uma das várias explicações dessa intrigante questão, traz consigo a hipótese de um…“campo gravitomagnético”                envolvendo a totalidade das galáxias e aglomerados … como se fosse uma “aura”. 

“Gravitomagnetismo”…é o estudo dos efeitos produzidos pela ‘indução gravitacional‘ causada pelo movimento do corpo gerador de um ‘campo gravitacional’…Assim como na relatividade existe uma equivalência entre massa e energia, a gravidade que é produzida por essa massa também deve gerar energia. Com efeito, a ‘energia cinética‘ (1/2.m.v²) contém massa e – portanto… gravidade. Por esta razão a Terra…como consequência de seu “movimento de rotação”…produz “força gravitomagnética” em corpos próximos.  Contudo, seus efeitos são muito fracos, já que sua constante característica é G/c²…onde   G é a constante gravitacional, e c…velocidade da luz no vácuo. Por isso é tão difícil criar experimentos para detetar o gravitomagnetismo. Nós não o sentimos no nosso dia-a-dia, mas segundo a ‘relatividade geral’ ele é real…Quando um planeta (estrela ou buraco negro, etc.) gira…arrasta o espaço-tempo à sua volta, torcendo sua estrutura como um turbilhão. Como Einstein nos diz que todas forças gravitacionais correspondem à uma curvatura espaçotemporal, deduz-se então que a torção é o gravitomagnetismo.

Obs… Há um efeito similar ao gravitomagnetismo, chamado ‘gravitoeletricidade‘…  uma ‘indução gravitacional’ também, mas que atua nos corpos…quer em movimento…ou não. 

linhas de força de um campo magnético geradas por uma corrente elétrica

“Campo gravitomagnético”  

Cientistas da Agência Espacial Europeia acreditam ter medido – pela 1ª vez…em laboratório…o equivalente gravitacional de um campo magnético… — Sob certas circunstâncias…o efeito é bem maior do que o previsto pela ‘Relatividade Geral‘,  podendo ser um ‘bom sinal’, rumo à tão sonhada “teoria quântica da gravidade”.

Da mesma forma que uma carga elétrica em movimento cria um campo magnético, uma movimentação de massa gera um campo gravitacional.

De acordo com a ‘Relatividade Geral’ de Einstein… o efeito seria virtualmente desprezível, porém, os cientistas Martin Tajmar e Clovis de Matos acreditam ter medido o efeito em laboratório (experiência feita em anel supercondutor girando a 6.500 rotações p/minuto).  A nova experiência testa a hipótese que explica a diferença entre as medições de massa de  ‘pares de Cooper‘ (portadores de cargas nos supercondutores) e seus valores, previstos na teoria quântica – como um “campo gravitomagnético” no supercondutor em rotação.

“Supercondutores“…são materiais especiais… – que perdem toda sua resistência elétrica quando resfriados abaixo de certas temperaturas.    Fazê-los girar produziria um fraco campo magnético (efeito London).

Pequenos sensores de aceleração colocados em variadas posições…nas proximidades do supercondutor (acelerado para que o efeito fosse detetável) registraram um…”campo de aceleração” no exterior do supercondutor, que seria gerado por ‘gravitomagnetismo’.  Este experimento, análogo gravitacional do experimento de indução eletromagnética de Faraday, feito em 1831, demonstra que um “giroscópio supercondutor“ é capaz de gerar forte “campo gravitomagnético“…o equivalente gravitacional de uma bobina magnética.  Ainda dependendo de confirmações posteriores, esse efeito poderá estabelecer as bases para um novo domínio tecnológico, que deverá ter inúmeras aplicações…na exploração espacial…e em outros setores. Segundo Matos…“Embora apenas 100 milionésimos da aceleração sejam do ‘campo gravitacional terrestre‘, o valor medido é 100 milhões     de trilhões de vezes maior do que o previsto pela…’Relatividade Geral‘…de Einstein”.

Indução gravitomagnética de campos gravitacionais

Os pesquisadores da ‘ESA’ propuseram também…um novo modelo teórico mais refinado do… “gravitomagnetismo”,  com base na…”supercondutividade“.

As “propriedades eletromagnéticas” dos ‘supercondutores‘ se explicam por meio  da ‘teoria quântica’, como um ‘ganho de massa’ pelas partículas de força (fótons).

Permitindo que partículas de força gravitacional – grávitons – se tornem pesadas, eles descobriram casualmente, que uma grande ‘força gravitomagnética‘ pode ser modelada.  E, concluiu Tajmar: “Se a teoria se confirmar…criando-se um novo modo de se investigar  a relatividade geral e suas consequências quânticas, será um grande avanço”. (texto base)  ***********************************************************************************

O que é…“Gravitomagnetismo”                                                                                                “O efeito previsto é que quando um satélite orbita a Terra, no que deveria                          ser um “círculo perfeito”… ele termina em um lugar um pouco distante de                          onde iniciou – devido ao ligeiro ‘vórtice’ … criado pela rotação da Terra”.

Efeitos relativísticos detetados ortogonalmente.

Sua existência foi experimentalmente comprovada, com base em dados das sondas ‘Lageos’ I e II, em meados dos anos 90 … o efeito medido foi 10% do previsto…pela “relatividade geral“.

Já em 2004…físicos da Universidade Stanford lançaram ‘Gravity-Probe-B‘,  sonda espacial — com ‘ultra-sensível’  giroscópio, capaz de fazer a medição do “gravitomagnetismo”…no espaço, com uma ‘precisão’ bastante melhor.

Após Einstein apresentar sua teoria da relatividade geral, passaram-se décadas até virem à tona todas consequências previstas. A mais famosa delas é a “equivalência fundamental“ entre matéria e energia. Outra, verificada experimentalmente…a contração de Lorentz, representa o aumento da massa, diminuição do comprimento, e dilatação do tempo…visto pelo observador externo, olhando um objeto em movimento…a ‘velocidades relativísticas’.  O efeito do tempo passar mais lentamente, é observado em relógios atômicos que orbitam a Terra… Da mesma forma, a criação de um “campo magnético“…ao girar de um objeto carregado já faz parte das teorias, mas a formação de um “campo gravitomagnético“, pela rotação de um corpo massivo… – ainda é uma “previsão teórica” da física; não obstante a funcionalidade matemática semelhante – utilizada na descrição dos 2 últimos fenômenos.

O Gravity Probe B…com seus sensores super-sensíveis… e um giroscópio com núcleo de esfericidade da ordem de 40 diâmetros atômicos…e distribuição de densidade – praticamente homogênea, foi projetado com a…’finalidade básica’  de captar sinais de gravitomagnetismo  na linha de arrasto resultante do efeito previsto da ‘torção‘ no espaço-tempo, devido à massa da Terra … em rotação.

A rotação de um “giroscópio” no vácuo deve se dar com “uniformidade” quase ‘perfeita’, sendo prevista uma pequena perturbação gravitomagnética… A forma mais simples de visualizar este efeito é imaginar uma bola girando sobre uma rede esticada, produzindo uma ligeira torção na rede…ao mesmo tempo em que gera depressão em sua superfície.    A dificuldade em medir o gravitomagnetismo todavia, é que a protuberância equatorial        da Terra cria discrepâncias no próprio sistema satélite/giroscópio, que para se medir a magnitude da verdadeira “linha de arrasto“ devem ser subtraídas dos dados coletados.

Um campo gravitomagnético muito poderoso, também é previsto de ser observado… em torno de ‘buracos negros supermassivos‘, girando a grandes “velocidades rotacionais”.

Tais buracos negros podem ter uma massa milhões de vezes maior que o sol, localizados em centros galáticos. No “sistema solar”…porém…o efeito gravitomagnético reduzido… faz sua deteção – algo extremamente difícil.

Buracos negros são envolvidos por “discos de acreção” de matéria em queda…tão quentes,  que brilham na região dos raios-X do espectro electromagnético… Há evidência crescente, recolhida por telescópios de raios-X como o Chandra X-ray Observatory da NASA, de que estes discos oscilam, tal como se espera que os giroscópios da “Gravity Probe B“…o façam. (texto base) (‘original’) consulta: Nanopartículas, magnetismo, nanoestruturas complexas  ************************************************************************************

Campo Magnético Primordial (dez/2009)                                                                            Nesta investigação é abordado o estudo do ‘campo magnético primordial’,                  ou seja, o campo magnético que se originou durante o Big-Bang, e desde então,              tem influenciado na formação das estruturas…que resultam no universo atual.

Pesquisadores do grupo de Astrofísica Galática da Universidade de Granada — Espanha  desenvolveram estudo para identificar a existência de um ‘campo magnético primordial’ no Universo. — O projeto está integrado à ambiciosa ‘missão Planck‘… cujo objetivo é definir variáveis fundamentais do Universo. Sob a coordenação de Eduardo Battaner López, e em colaboração com o ‘Instituto de Astrofísica de Canárias’ os cientistas estão medindo o campo magnético de nossa galáxia, a Via Láctea…Trata-se de uma iniciativa inovadora na astrofísica…pois envolve uma teoria sobre a existência no universo de um campo magnético primordial, o qual, até pouco tempo atrás, não era sequer aceito.

A existência do campo magnético é uma propriedade da matéria derivada diretamente do fato de que partículas apresentam carga… Existem “campos magnéticos” – como o gerado por um imã…outros como o que possui nosso planeta Terra…ou, o que se apresenta    no Sol. Seja qual escala for…possuem      a capacidade de afetar objetos que se deslocam à uma certa velocidade – e, reorientar assim… — seu movimento.

Para determinados setores teóricos em astrofísica, ainda não se reconhece a ideia de que possa existir esse ‘campo magnético primitivo do universo‘. Entre outros motivos, porque nunca se conseguiu a sua medição, o que é uma tarefa bem difícil. A possibilidade de sua confirmação revolucionará o conhecimento atual sobre os ‘fenômenos do cosmos’, ao se refazer estas questões, com mais variáveis, como a ‘derivada do campo magnético’.

O ‘campo magnético galático’    O estudo de “campos magnéticos” engloba uma abordagem… a nível       de planeta…estrela…e, galáxia… É razoável pois…que antes de medir    o ‘campo primordial do universo’,  se identifique os efeitos do campo magnético gerado na “Via Láctea”.

Os dados estudados neste projeto foram obtidos pelo satélite WMAP, enviado ao espaço em 2001, para coletar informação sobre a “radiação cósmica de fundo“…a diferentes temperaturas. Beatriz Ruiz, pesquisadora do grupo, explica que…“Este satélite fornece informações necessárias para se conhecer…a “origem” e “evolução” do universo. – Nesse estudo foi utilizada a informação do…‘WMAP’…em sua frequência mais baixa (22 GHz), correspondente à “radiação síncrotron“ de elétrons…em torno de um campo magnético”.  Com esta radiação se obtém, de forma indireta, informação sobre o campo magnético da Via Láctea…A coleta…análise…e tratamento de toda essa informação gerada pelo satélite permitirá traçar um modelo explicando a existência e distribuição do…campo magnético galático…que é o 1º passo. – A partir do nosso sistema solar, os satélites recebem, em 1º lugar, a radiação do…“campo magnético da Via Láctea” (ocultando a radiação do campo magnético primordial). – Desse modo, definido e subtraído o campo magnético galático, será possível estudar a “radiação exterior”...Já foram obtidos resultados nesta 1ª fase do projeto…com os quais se propõe que o campo magnético da Via Láctea é “axissimétrico” (simétrico em relação a um eixo) com forma espiral…Os braços espirais magnéticos não coincidem com os “braços espirais de matéria“…que definem a Via Láctea como galáxia.

Este modelo para o ‘campo magnético’ contrasta com outros métodos de observação de campos magnéticos, distintos aos da ‘radiação síncrotron’ — como a medida da rotação   dos pulsares, ou distribuição de campos de raios cósmicos. Após sua validade, torna-se então possível uma abordagem relativa ao estudo do “campo magnético universal“.

A partir do “Big Bang”                                                                                                              Segundo a teoria geral da relatividade, o Big Bang e a expansão do universo                          teriam gerado… ‘ondas gravitacionais‘…que viajam pelo espaço até hoje. 

O ‘campo magnético primordial’ é explicado teoricamente, como tendo surgido, no exato momento em que ocorreu o ‘Big Bang‘. Neste estudo da radiação emitida em tal campo magnético serão utilizados dados do ‘satélite Planck’ … em sua 3ª fase – coletando dados idênticos ao…’WMAP‘, mas em espectro de frequência mais alto, com mais informações da radiação de fundo. — A nível observacional, já limpos da poluição nas informações do campo magnético galático, os gráficos de energia obtida do universo serão avaliados pela técnica de “rotação de Faraday“, método por onde se pode medir — de forma indireta, os “campos magnéticos externos“… O que não é uma tarefa muito simples — pois além de identificar a radiação relacionada ao “campo magnético”, é necessário um abrangente estudo para limpar… – ao máximo…aquela energia pertencente aos ‘campos magnéticos’ de outras galáxias – ou aglomerados delas – que possam interferir na recepção de dados.

Desse modo, ficará definitivamente assegurado que a radiação remanescente                      recebida corresponda de fato à do ‘campo magnético primordial’. (texto base) ************************************************************************

“Polarização de Quasares“…e Alinhamento da “estrutura em larga escala”  Quasares são as regiões compactas dos núcleos das galáxias onde existem buracos negros supermassivos muito ativos. Estes buracos negros, encontram-se rodeados          por discos de matéria extremamente quente que quando ejetada na direção de seu        eixo de rotação … podem fazê-los brilhar mais que todas estrelas de suas galáxias.

Concepção artística mostrando os misteriosos alinhamentos entre os eixos de rotação de quasares e suas estruturas em larga escala. A estrutura em larga escala está em azul, e os quasares assinalados em branco, com os eixos de rotação dos seus buracos negros indicados através de uma linha. [ESO/M. Kornmesser]

Os resultados do VLT indicam que os eixos de rotação dos quasares tendem a posicionar-se paralelamente às estruturas de larga escala nas quais se encontram; ou seja, se estes se encontram em um longo filamento… a rotação dos seus BNs centrais apontará na direção do filamento… A probabilidade destes alinhamentos serem apenas resultado aleatório foi  estimada como menor que 1%…Como explicou Dominique Sluse (Universidade de Liège):

“A correlação entre a orientação dos quasares e sua estrutura… é previsão                        importante dos modelos quantitativos de evolução cósmica… – Tais dados                        nos fornecem a 1ª confirmação observacional deste efeito em larga escala”.

Não se conseguiu observar…de forma direta, os eixos de rotação, ou os jatos dos quasares. Em vez disso, foi medida a polarização da radiação emitida por cada quasar – e…  para 19 deles, achou-se um sinal polarizado significativo. A direção desta polarização foi usada na dedução do ângulo do disco de acreção, e por consequência, da direção do eixo de rotação do quasar. ‘texto base’ (2014) consulta ‘Misterioso alinhamento de buracos negros’ (2016)  ***********************************************************************************

Sobre a evolução cósmica dos “campos eletromagnéticos” (out/2019)

Nova simulação mostra em detalhes a evolução do Universo

Mesmo 200 anos após sua descoberta do eletromagnetismo, pelo físico H.C. Ørsted…sua existência ainda nos traz novos “quebra-cabeças“ em relação à sua origem. Com efeito, a origem dos ‘campos eletromagnéticos’…na maior escala do universo…ainda permanece um mistério; mesmo sendo consenso, que com magnitude femto-Gauss tais campos se perpetuem em tais escalas (acima dos “aglomerados galáticos“).

Uma possibilidade lógica é o incremento do “campo magnético”, no período primordial da “inflação”, necessário também para resolver os problemas da ‘planicidade’ e ‘horizonte’ no modelo padrão ‘Big Bang’, considerando que nesse período, estes campos assumam novas interações não padronizadas com a partícula…”inflaton“…responsável pela inflação inicial. No entanto…é senso comum que durante o período inflacionário estes campos magnéticos primordiais rapidamente sejam dissolvidos – com a subsequente ‘inflação exponencial’ do universo – tornando-se assim um desafio…a bem-sucedida “magnetogênese inflacionária”.

Recentemente, num trabalho foi publicado na revista Physical Review D, os pesquisadores Takeshi Kobayashi, do Centro Internacional de Física Teórica da Itália – e Martin S. Sloth, da Universidade do Sul da Dinamarca (região em que HC Ørsted nasceu), mostraram que, devido à lei de indução de Faraday – a suposta evolução do campo eletromagnético após a inflação diverge daquela previamente assumida…com fortes campos elétricos primordiais; abrindo-se uma nova perspectiva à origem dos ‘campos cósmico-magnéticos‘. (texto base)  ************************************************************************************

Começa a aparecer um universo magneticamente oculto (jul/2020)                         Está se descobrindo que campos magnéticos permeiam grande parte do cosmos. Se tais campos datam do “Big Bang”…eles poderiam resolver um grande mistério cosmológico.

Representação das linhas ocultas de campo magnético de fundo, se estendendo por milhões de anos-luz em todo o Universo.

Sempre que os astrônomos descobrem uma nova forma de procurar…campos magnéticos…em regiões cada vez mais remotas do cosmo…inexplicavelmente eles os encontram. – Estes ‘campos de força’…são entidades – circundando a Terra…o Sol…todas as galáxias, e seus aglomerados…incluindo o espaço que  há entre uma galáxia e outra…‘Linhas    de campo magnético‘… – permeiam o espaço intergaláctico, como se fossem ranhuras de uma…‘impressão digital‘.

No ano passado, astrônomos finalmente puderam examinar uma extremamente dispersa região do espaço…estendida entre aglomerados galáticos. – Lá, eles descobriram o maior campo magnético até hoje … 10 milhões de anos-luz de espaço magnetizado, abrangendo todo comprimento deste filamento da teia cósmica. Mas um 2º filamento magnetizado já foi localizado noutro lugar do Universo…por meio das mesmas técnicas; como comentou Federica Govoni, do “Instituto Nacional de Astrofísica” de Cagliari – Itália, que liderou a primeira observação: “Provavelmente, estamos apenas olhando para a ponta do iceberg”.

Nesse caso, a questão fundamental é – de onde vêm esses enormes campos magnéticos? Para Franco Vazza, astrofísico da ‘Universidade de Bolonha‘…que produz simulações de última geração sobre campos magnéticos cósmicos: “Evidentemente esse fenômeno não pode estar relacionado à atividade individual de galáxias ou a ventos de supernovas; vai muito além disso”… Uma possibilidade é que esse magnetismo cósmico seja primordial, remontando ao nascimento do Universo. Nesse caso, o “magnetismo fraco” existiria em todos os lugares, mesmo nos ‘vazios‘ da teia cósmica – regiões mais rarefeitas e escuras    do Universo. E, sendo assim, esse magnetismo de fundo teria semeado os campos mais fortes que posteriormente vieram a florescer em galáxias e aglomerados. Nesse sentido, talvez seja mesmo muito estranho… – ninguém ter levado a sério o ‘magnetismo‘ antes.

Segundo Levon Pogosian, professor da ‘Simon Fraser University’, Canadá: “a maioria dos cosmólogos dificilmente pensa sobre ‘magnetismo’, considerado como um grande quebra-cabeças”. – Todavia… por décadas, não havia como saber se o magnetismo era realmente onipresente, e portanto…um componente primordial do Cosmos – assim…não foi dada a devida atenção. – Mas, os astrofísicos continuavam coletando dados…até que o peso das evidências fez a maioria deles suspeitar que o magnetismo – de fato…está em toda parte.

A Alma Magnética do Cosmos                                                                                                  “O magnetismo é um pouco como um ‘organismo vivo’, porque os campos magnéticos      se conectam a todas as fontes de energia livres — nas quais podem se manter…e crescer. Eles podem se espalhar…e afetar outras áreas — crescendo assim … sob essa presença”. (Torsten Enßlin…astrofísico teórico do Instituto Max Planck em Garching – Alemanha) 

Simulações cosmológicas ilustram 2 explicações possíveis de como campos magnéticos passaram a permear aglomerados galáticos. À esquerda, os campos crescem de “sementes” uniformes que preencheram o cosmos nos momentos após o Big Bang. À direita, processos astrofísicos como a formação de estrelas e o fluxo de matéria em buracos negros supermassivos criam ventos magnetizados que se espalham pelas galáxias.

Os campos magnéticos surgem sempre que a carga elétrica flui. O campo da Terra…por exemplo, emana de seu…”dínamo interno” – uma corrente de ferro líquido agitando-se      em seu núcleo. – No entanto, uma vez que a origem de um ‘campo magnético‘ surge de partículas carregadas em movimento… — este campo pode se tornar maior e mais forte alinhando a ele outros campos mais fracos. – Ruth Durrer, cosmóloga da Universidade        de Genebra, explicou que o “magnetismo” é a única força, além da gravidade, que pode moldar a estrutura em grande escala do Cosmo — pois apenas magnetismo e gravidade podem ‘atuar‘ através de vastas distâncias. – A eletricidade, ao contrário…é local…e de curta duração, onde…em termos gerais, cargas positiva e negativa, em qualquer região,      se neutralizam. Mas, por ser impossível cancelar campos magnéticos…eles tendem a se somar, e sobreviver…Apesar das vantagens…tais ‘campos de fundo’ não se sobressaem; são imateriais… – apenas perceptíveis ao exercerem influência sobre “objetos vizinhos”.

Reinout van Weeren – astrônomo da Universidade de Leiden – envolvido em recentes deteções de filamentos magnetizados, explica que…“Não podemos simplesmente tirar uma foto de um campo magnético; não funciona assim”. Em seu artigo – ano passado, ficou demonstrada a presença de um ‘campo magnético’ no filamento relacionando os aglomerados de galáxias Abell 399 e Abell 401…pelo modo como o campo redireciona elétrons de alta velocidade – e outras partículas carregadas que passam por ele. Essas partículas carregadas, à medida que seus caminhos se torcem no campo, liberam uma fraca “radiação síncrotron”… O sinal síncrotron é mais forte em baixas frequências de rádio, tornando-o pronto para deteção pelo LOFAR – um conjunto de 20 mil antenas        de rádio de baixa frequência espalhadas pela Europa – com base no ‘Instituto Astron‘.  Nesse artigo, a equipe se refere a dados do filamento coletados em 2014…durante um        único período de oito horas…mas, que ficaram anos esperando até que a comunidade        de radioastronomia descobrisse como melhorar a calibração das medições do “Lofar”.

A atmosfera da Terra refrata as ondas de rádio que passam por ela, então o LOFAR vê        o Cosmo como se estivesse do fundo de uma piscina. Esse problema foi resolvido, com        o rastreamento da oscilação de…“faróis”…no céu (emissores de rádio com localizações precisas), e corrigindo então essa oscilação, para desemaranhar todos os registros. Ao aplicarem o algoritmo…aos dados do filamento – imediatamente perceberam o brilho    das ‘emissões síncrotron’…O filamento parece totalmente magnetizado – não só perto      dos…’aglomerados galáticos’ – se movendo um em direção ao outro – a partir de cada extremidade. Os pesquisadores esperam que um conjunto de novos dados – agora em análise, revele mais detalhes. – Nessas observações adicionais…”campos magnéticos”        se estendem por um 2º filamento…Os pesquisadores planejam publicar esse trabalho,          em breve… — A presença de gigantescos campos magnéticos, em ao menos esses dois filamentos, fornece novas importantes informações, e estímulo para novas pesquisas. 

Magnetogênese… Uma luz nos Vazios                                                                                  “Se esses campos magnéticos surgiram nos primórdios do Universo … a questão              passa a ser: como isso aconteceu?“ (Tanmay Vachaspati – Arizona State University)

Em 1991, Vachaspati propôs que os ‘campos magnéticos primordiais’ teriam surgido durante a transição de “fase eletrofraca” – uma fração de segundo após o ‘Big Bang‘, quando as forças…”eletromagnética” e “nuclear fraca”…tornaram-se independentes.    Outra ideia é que o magnetismo se materializou microssegundos depois, quando os prótons se formaram…ou logo após isso. Já o astrofísico Ted Harrison argumentou,      numa “teoria da magnetogênese primordial”, em 1973…que o plasma turbulento de prótons e elétrons poderia ter gerado os ‘campos primordiais‘. Uma outra proposta lançada é que o espaço ficou magnetizado antes de tudo isso – ao longo da ‘inflação cósmica’ (a expansão exponencial do espaço, que supostamente iniciou o Big Bang).

Mas também é possível que só tenha acontecido após o crescimento das estruturas,              1 bilhão de anos depois…Em todo caso, a melhor maneira de testar tantas teorias é          estudando o padrão dos ‘campos magnéticos’ nas partes mais primitivas do espaço intergaláctico…como as linhas suaves dos filamentos…e nos grandes ‘vazios locais’.              Certos detalhes: como o formato das linhas de campo, ou como o padrão muda em diferentes lugares e escalas … carregam informações valiosas … passíveis de serem testadas em teorias e simulações. Por exemplo, se os campos magnéticos surgiram              na transição de fase eletrofraca – como propôs Vachaspati, então linhas de campo resultantes deveriam ser ‘helicoidais’ — como disse ele…O problema é que é difícil              fazer a deteção de “campos de força” (magnética), onde não há nada para deslocar.

Blazars e a “rotação de Faraday”                                                                                            Um método de registrar um…”campo magnético“, como em 1845 Michael Faraday          sugeriu, é pelo modo como ele gira na direção de polarização da luz que o atravessa. 

A quantidade de “rotação de Faraday” depende da intensidade do campo magnético e da frequência da luz. Portanto, ao medir a polarização em frequências diferentes, é possível inferir a força do magnetismo ao longo da linha de visada. — Fazendo isso, de diferentes lugares, podemos criar um…”mapa 3D”…Os pesquisadores então, produziram medições aproximadas da “rotação de Faraday” usando o ‘LOFAR‘…mesmo levando em conta sua deficiência em captar sinais extremamente fracos. É que para isso, a astrônoma e colega de Federica Govoni no “Instituto Nacional de Astrofísica” de Cagliari — Valentina Vacca, havia desenvolvido um algoritmo para extrair estatisticamente sutis sinais de rotação de Faraday, acumulando dessa maneira várias medidas de ‘lugares (extremamente) vazios’.

Mas a técnica de Faraday realmente decolará quando o radiotelescópio de próxima geração, um gigantesco projeto internacional chamado…”Square Kilometer Array” (“SKA”) começar em 2027 a produção de uma fantástica grade de Faraday, comentou Enßlin. – Por enquanto, a única evidência de magnetismo nos ‘vazios’ é o que os observadores não veem, quando olham para objetos chamados… “blazares”… – localizados por trás desses vazios.

Blazars são feixes brilhantes de raios gama e matéria…alimentados por buracos negros supermassivos…À medida que os raios gama viajam pelo espaço, às vezes colidem com outros fótons, transformando-se como resultado, em um elétron e um pósitron…Essas partículas então colidem com outros fótons, transformando-os em raios gama de baixa energia. Mas quando a luz do blazar passar por um vazio magnetizado, tais raios gama parecerão ausentes – raciocinaram Andrii Neronov e Ievgen Vovk, do ‘Observatório de Genebra’, em 2010… Ou seja, o campo magnético desviará os elétrons e pósitrons para fora da nossa linha de visão. – Assim, ao serem criados, os raios gama de baixa energia não serão apontados para nós. E, de fato, quando Neronov e Vovk analisaram os dados      de um blazar adequadamente posicionado, perceberam apenas seus raios gama de alta energia, mas não os de baixa energia. – “É assim como um sinal, da ausência de sinal”.    Um ‘não sinal’ dificilmente é prova definitiva – e explicações alternativas para os raios gama ausentes foram sugeridas. Todavia – observações complementares têm cada vez mais apontado para a hipótese de Neronov e Vovk — “dos vazios serem magnetizados”.   

De modo mais convincente, em 2015, uma equipe sobrepôs várias medições de blazares      por trás de vazios, conseguindo daí deduzir um leve halo de raios gama de baixa energia      ao redor dos blazares. – Este efeito, representa exatamente o esperado…se as partículas estivessem sendo espalhadas por fracos campos magnéticos — com apenas cerca de um milionésimo de trilionésimo da força de um ímã de geladeira. E o mais surpreendente é que esta mínima quantidade de “magnetismo primordial” – pode ser justo a necessária, para resolver a divergência de medidas na energia escura, chamada “tensão de Hubble“.

O mistério da “tensão do Hubble”                                                                                          Em um artigo publicado online, ainda sob revisão da ‘Physical Review Letters‘, os cosmólogos Karsten Jedamzik ​​e Levon Pogosian…argumentam que – no início do Universo – campos magnéticos fracos levariam a uma taxa de “expansão cósmica”            mais rápida que a observada hoje. – O mais interessante, é que isso alivia a tensão              de Hubble de uma forma tão simples, que o artigo rapidamente chamou a atenção.

Relieving the Hubble tension with primordial magnetic fields

Pogosian havia reparado em um trabalho… de Karsten Jedamzik, onde campos magnéticos fracos foram somados à ‘simulação’ de    um Universo jovem…repleto de plasma, resultando daí, prótons    e elétrons viajando pelas ‘linhas’ desse…‘campo magnético’ — se juntando nas partes mais fracas. Dessa forma, prótons e elétrons se combinaram em…hidrogênio, na ‘mudança de fase primordial’ (“recombinação“) mais cedo do que — se poderia então esperar.

Lendo o artigo de Jedamzik, Pogosian percebeu que isso poderia resolver a discordância na “tensão de Hubble” – pois o cálculo cosmológico da velocidade na qual o espaço se expande hoje, observa a luz quando emitida durante a ‘recombinação’. E essa luz mostra um universo jovem, repleto de bolhas se formando das “ondas sonoras” espalhadas pelo plasma primordial…Se a “recombinação”…efeito de aglutinação dos campos magnéticos, aconteceu antes — então as ondas sonoras não poderiam ter se propagado com tão cedo,    e as bolhas resultantes seriam menores e mais próximas do que é de se supor… Assim, a    luz proveniente das bolhas…teria percorrido uma distância menor para nos alcançar – o que significa atravessar o espaço com uma expansão mais rápida…Como resultado disso tudo – as bolhas menores significam uma taxa deduzida maior da… “expansão cósmica”, aproximando bastante essa ‘medição cosmológica’ – daquela por supernovas e quasares.

“Eu pensei, uau”, disse Pogosian, “isso pode estar nos direcionando para a presença real de campos magnéticos. Então, escrevi a Karsten imediatamente”…Os dois se encontraram em Montpellier. Seus cálculos indicaram que, de fato, a quantidade de magnetismo primordial necessária para lidar com a tensão do Hubble…também está de acordo com as observações de blazars, e ao tamanho estimado de ‘campos primordiais‘…necessários para incrementar os gigantescos ‘campos magnéticos’ – que abrangem aglomerados de galáxias e filamentos. “Então, se isso estiver certo…tudo meio que vem junto!”…exclamou Pogosian. (texto base)  ************************************************************************************

Como o Universo obteve seu “campo magnético”                                                            Quando olhamos para o espaço, todos objetos astrofísicos vistos estão embutidos em campos magnéticos. Isso é verdade não só na vizinhança de estrelas e planetas…mas, também no espaço profundo, entre galáxias e aglomerados galácticos. Mesmo fracos, normalmente muito mais fracos do que os de um ímã de geladeira; esses campos são significativos — no sentido dos efeitos que exercem — sobre a dinâmica do Universo. 

Visualização de campos magnéticos de sementes filamentares emergindo de movimentos em grande escala de plasma não magnetizado em uma simulação numérica do universo primordial. (Muni Zhou et al)

Apesar de décadas de intensa pesquisa…a origem dos ‘campos magnéticos cósmicos’ continua sendo um dos grandes mistérios da Cosmologia. – Já conhecemos a forma como a… “turbulência” (movimento de agitação … comum a todo tipo de fluidos) pode amplificar os…“campos magnéticos preexistentes” por um processo chamado “dínamo de turbulência“. – Contudo essa incrível descoberta…para dizer a verdade, apenas fez aprofundar o mistério…Se um ‘dínamo turbulento‘ só faz amplificar um campo já presente; de onde então foi que surgiu o campo magnético “primordial“?

Assim sendo, não teríamos uma resposta completa e autoconsistente para a origem dos campos magnéticos astrofísicos – até entendermos como suas…”sementes” – surgiram. Nesse sentido um novo trabalho realizado pela estudante de pós-graduação Muni Zhou, seu orientador Nuno Loureiro, professor de ciência no MIT…e colegas da Universidade      de Princeton…como também da ‘Universidade do Colorado’…nos oferece uma resposta, mostrando os processos básicos que podem gerar o campo, para um estado totalmente não magnetizado; até o ponto dele se tornar forte o suficiente – para que o mecanismo      do dínamo assuma e amplie esse mesmo campo às magnitudes atualmente observadas.

Campos magnéticos estão por toda parte                                                                            Enquanto há muito aprendemos a fazer e usar ímãs permanentes e eletroímãs,                  com todos os tipos de aplicações práticas — as origens naturais dos… “campos        magnéticos” no Universo…permaneciam um mistério. Trabalhos recentes nos              deram respostas — mas muitos aspectos dessa questão ainda estão em debate.

‘Campos magnéticos naturais’ são vistos em todos lugares do Universo. — Eles foram observados pela primeira vez na Terra há milhares de anos…através de sua interação        com minerais magnetizados…e empregados para navegação – muito antes de termos qualquer compreensão de sua natureza ou origem. O ‘magnetismo solar‘, por sua vez,          foi descoberto no início do século 20 – através de seus efeitos sobre o espectro de luz emitido pelo Sol. – Desde então… observando o…”espaço profundo” – os telescópios      mais poderosos têm constatado a onipresença destes campos no ‘universo conhecido’.

Dínamo fluido: Ímã líquido gera magnetismo pelo movimento

“Efeito dínamo” (amplificando ‘campos magnéticos’)

Quando condutores, como fios de cobre, se movem em campos magnéticos, campos elétricos são criados. Tais campos, ou ‘tensões’…podem então conduzir correntes elétricas. É assim que a eletricidade, que usamos todos os dias…é produzida. Analisando o ‘modo de produção’ destes campos elétricos e magnéticos…em laboratório, os cientistas começaram a pesquisar sobre o problema. 

Através desse processo de ‘indução’ grandes geradores ou ‘dínamos’, convertem energia mecânica, na energia eletromagnética que alimenta nossas casas/escritórios.

Uma característica fundamental dos dínamos é que eles precisam de ‘campos magnéticos‘ para funcionar…Mas, no Universo, não há fios óbvios ou grandes estruturas de aço, então como tais campos surgem?…O progresso nesse problema começou há cerca de um século, quando a origem do ‘campo magnético’ da Terra foi propriamente analisada. — Até então, estudos de propagação de ondas sísmicas mostravam que grande parte da Terra … abaixo das camadas superficiais mais frias do manto…era líquida…e, havia um núcleo, composto de níquel fundido e ferro. Pesquisadores então teorizaram que o…’movimento convectivo’ desse líquido quente e eletricamente condutor – de alguma forma ainda desconhecida, se combinava com a rotação da Terra – para gerar assim…o seu “campo magnético” próprio.

Eventualmente, surgiram modelos que mostraram como o movimento convectivo poderia amplificar um campo existente. Este é um exemplo de “auto-organização” – característica frequentemente vista em ‘sistemas dinâmicos complexos‘; onde estruturas de larga escala crescem espontaneamente a partir de dinâmicas de pequena escala. Mas…assim como em uma ‘estação de energia’…é preciso um campo magnético para criar um campo magnético.

Com efeito…um processo semelhante está em ação em todo o Universo. — Todavia, em estrelas e galáxias, e no espaço entre elas, o fluido condutor de eletricidade não é metal fundido, mas ‘plasma’…um estado da matéria que existe a temperaturas extremamente altas, onde os elétrons são arrancados de seus átomos. Na Terra, os plasmas podem ser vistos em relâmpagos…ou luzes de néon. – Em um tal meio…o “efeito dínamo” poderia amplificar o campo magnético – desde que começando a partir de algum nível mínimo.

Como surgiram os primeiros campos magnéticos
No recente artigo de Zhou e colegas, publicado em 5 de maio na ‘PNAS‘ é desenvolvida a teoria subjacente à simulações numéricas em supercomputadores…mostrando como um ‘campo primordial’ pode ser produzido … e quais processos fundamentais estão em ação.

concepção artística da criação de um campo magnético galático simulado por plasma turbulento

Um aspecto importante do plasma entre estrelas e galáxias – é ser extremamente difuso – cerca de 1 partícula por metro³. Essa situação é muito diferente, daquela do interior estelar…onde a densidade de partículas se aproxima de: 30 ordens de magnitude a mais. — Baixas densidades evitam colisões de partículas no plasma cosmológico, proporcionando sobre seu comportamento efeitos tão importantes, que foram incluídos no modelo…que os pesquisadores estavam ‘desenvolvendo’.

Os cálculos realizados pelos pesquisadores do MIT seguiram a dinâmica desses plasmas, que se desenvolveram a partir de ondas bem ordenadas, mas se tornaram turbulentas, à medida que a amplitude crescia e as interações se tornavam fortemente não lineares. Ao incluir efeitos, a escalas reduzidas, da dinâmica do plasma sob processos macroscópicos, eles demonstraram a possibilidade de se produzir espontaneamente campos magnéticos primordiais através de movimentos genéricos de larga escala, tais como fluxos cortantes; onde a energia mecânica do sistema (‘cisalhamento’) é convertida em energia magnética.

Um resultado computacional importante foi a amplitude do campo magnético esperado por geração espontânea; mostrando que esta amplitude do campo pode crescer, de zero, para um nível em que o plasma é “magnetizado”…ou seja, onde a dinâmica do plasma é fortemente afetada pela presença do campo. – Aí… o mecanismo tradicional do dínamo assumiria e elevaria o campo aos níveis observados. O trabalho representa, desse modo, um modelo auto-consistente à geração de ‘campos magnéticos’…em escala cosmológica.  Segundo Ellen Zweibel…da “Universidade de Wisconsin”/Madison: “Apesar de décadas      de notável progresso na cosmologia, a origem dos ‘campos magnéticos‘, no contexto do Universo permanece desconhecida…é maravilhoso ver a teoria da ‘física de plasmas’ de última geração e a simulação numérica se juntarem, para este problema fundamental.”

Zhou e colaboradores seguirão refinando seu modelo, e estudando a transferência da geração das “sementes do campo“…até a fase de amplificação do dínamo. Uma parte importante de suas futuras pesquisas…será determinar se o processo pode funcionar        em uma escala de tempo consistente com as observações astronômicas. – Citando os pesquisadores: — “Este trabalho fornece o primeiro passo na construção de um novo paradigma na compreensão da magnetogênese no Universo”. (texto base; mai/2022)  ***************************(texto complementar)******************************

Gravitomagnetismo no Sistema Solar (Flávia Pereira da Rocha – ITA/2016)

“Como perspectiva deste trabalho observamos que os ‘efeitos GM‘ podem ser aplicados a outros sistemas, por exemplo – ‘sistemas binários‘ de estrelas de neutrons…ou de buracos negros, sistemas planetários mais massivos que o Sistema Solar, entre outros, respeitando o critério de ‘campo fraco’, o que implica campos longe destas fontes gravitacionais. O GM talvez também possa ser usado como uma tentativa de explicar a…’curva de rotação‘ de galáxias, sem a necessidade de inclusão de ‘matéria escura‘. — Outra possível aplicação são os ‘buracos negros supermassivos’ – no centro das galáxias – estudando o movimento orbital das estrelas longe do buraco negro central. – Uma consequência do GM neste caso, seria que tais buracos negros — na realidade — possam ser menos massivos.“ (texto base) ************************************************************************************

O que é a ‘matéria escura’, e por que ainda não foi encontrada?                              5/6 de toda a ‘matéria’ que compõe o universo … parece estar faltando, e                                ainda não conseguimos encontrá-la… – Essa parte é a…”matéria escura”.

Cientistas estão buscando…com alguns dos maiores e mais caros experimentos do mundo essa coisa chamada ‘matéria escura’. E, de tempos em tempos, esses experimentos retornam, sem respostas. Recentemente … 1 tonelada de xenônio líquido super–sensível, foi utilizado no experimento…“XENON1T“, dentro do laboratório de “Gran Sasso“…na Itália, sem que se encontrasse qualquer ‘sinal procurado’ após uma busca de 9 meses.

Nem o Grande Colisor de Hádrons, o maior acelerador de partículas do mundo, conseguiu revelar qualquer coisa…Então, a questão é saber – o que estamos procurando, e…por quê? 

Já no final do século 19, as observações científicas nos diziam que o Universo era muito maior do que aparentava. – Fritz Zwicky – físico mais conhecido como o pai da matéria escura, já na década de 1930…percebeu que as galáxias no superaglomerado de “Coma” pareciam se mover bem rápido. – Ele identificou haver talvez 400 vezes mais massa no aglomerado do que podia enxergar…e chamou essa massa perdida de “matéria escura”.

Mais tarde…durante as décadas 1960 e 1970…os trabalhos de Vera Rubin demonstraram que as próprias galáxias deveriam ser ainda maiores em relação à previsão feita pelas leis conhecidas da gravidade…Coisas massivas têm gravidade, e quanto mais massa possuem, maior a força delas para puxar as coisas. As ‘leis da gravidade’ preveem que, em sistemas massivos em movimento (como o nosso ‘Sistema Solar’ – ou aglomerados de estrelas), os objetos nas regiões mais distantes … devem se mover mais lentamente, do que os objetos mais próximos do centro… – e continuar desacelerando… – quanto mais longe estiverem.  Rubin…e colegas, todavia, observaram que – as estrelas nas bordas externas das galáxias  não diminuem de velocidade…orbitando em torno do centro galático, aproximadamente,    à mesma velocidade, ou até mais rápido do que as estrelas mais próximas do centro. Isso significaria que estas estrelas experimentavam mais gravidade…e, se encontravam numa região com mais massa que o esperado…Ou então, por ali, as leis físicas estavam erradas.

This Single Image Profoundly Sums Up Einstein’s Landmark Theory

O “grande mistério” 

Com efeito, em todo nosso universo, coisas grandes se comportam… – como se fossem ainda maiores do que parecem. E, às vezes, há algo … onde esperamos não haver nada.  Por exemplo – a 3,7 bilhões de anos-luz da Terra, no ‘Bullet Cluster’ (imagem ao lado),  a luz que viaja – partindo de galáxias atrás dele, é curvada por regiões aparentemente vazias — sem gravidade suficiente para tal.

Mas a evidência mais significativa para a ‘matéria escura‘, como o físico da Universidade de Chicago, Dan Hooper, explicou em uma conferência recente…vem das observações da estrutura em larga escala do próprio universo, que assim – por aparentemente nenhuma razão – parece assumir algum tipo de “estrutura gravitacional”…Portanto, algo até então indetectável para nós – deve estar por trás de tudo isso…Cálculos recentes implicam que existe cerca de 5 vezes mais dessa “coisa escura” – do que “matéria normal” (‘bariônica’).

Houve e continua havendo, muitas tentativas de entender essas estranhas                    observações. – E numa mudança gradual…mas significativa…temos agora                          uma ideia global mais ampla do que, de fato, seria a… “matéria escura“.

Uma vertente dessa abordagem usa o Grande Colisor de Hádrons (LHC) para esmigalhar prótons…na esperança de encontrar alguma anomalia dessa colisão…algum sinal de uma partícula ainda não descoberta que correspondesse às características da “matéria escura”. Até o momento… nenhuma foi encontrada… mas a busca não se encerrou, simplesmente mudou de local…A ideia é que uma partícula de matéria escura interaja levemente com o material do detector. – Para isso… o experimento mais sensível até agora… “XENON1T”, localizado sob uma montanha na Itália…usa uma tonelada de xenônio líquido criogênico como material detetor…O experimento ainda não achou nada…em sua busca de 9 meses com sua massa atual, ou nos 10 anos de suas prévias interações. – Ou melhor, encontrou um “monte de nada” – o que significa… propriedades que a matéria escura não pode ter.

Este ano em encontros no “Instituto Kavli” de Física Teórica, Santa Bárbara, Califórnia,      e na Itália, nas ‘Conferências Moriond‘, foi discutido o estado atual da pesquisa sobre a matéria escura e os novos caminhos que estão sendo testados para resolver este grande mistério. – Entre estes caminhos, por exemplo, alguns veem o ‘áxion‘, como a partícula subatômica que, simultaneamente, explicaria a falta de matéria escura, e resolveria um problema peculiar à…’física de partículas’ — em relação à força que mantém os núcleos atômicos coesos. Outros também consideram que talvez a existência de buracos negros primordiais (remanescentes do…”Big Bang”…ainda “foragidos”) poderia ser a resposta.

Em busca de um milagre…E a busca continua…                                                                  “Todos esperávamos e pensávamos que encontraríamos algum sinal                                    nas buscas padrão… Como continuamos a voltar de mãos abanando,                            estamos sendo forçados a pensar…de maneiras bastante diferentes”.

Detector Xenon1T instalado na Itália entre 2016 e 2018

É consenso que “ideias alternativas” são importantes… – e, dentre elas… – surge inevitavelmente a pergunta…se estamos entendendo…’fundamentalmente‘…algo errado – sobre as leis da física em geral.  A “matéria escura“…não seria apenas  o “éter luminífero” da nossa geração.  Para a astrônoma…Stacy McGaugh…da “Case Western Reserve University” … a matéria escura é uma…“fada do dente“, que faz as coisas funcionarem…Sempre que uma parte do Universo, parece não obedecer leis físicas … ela explica essas discrepâncias…preenchendo as lacunas.

Mas, como disse McGaugh, talvez tais partes do Universo não precisem de ‘matéria escura‘ para obedecer às leis da física… – Quem sabe, pensa ele… a matéria escura represente uma “incompletude” das leis que governam a gravidade. E esta “incongruência gravitacional” se manifesta numa das mais importantes questões pendentes sobre o Modelo Padrão: como e por que a gravidade é tão fraca comparada à outras forças, tal como a “força nuclear fraca”. Nesse sentido, talvez o que chamamos de…“matéria escura”, possa ser explicado com uma “Dinâmica Newtoniana Modificada” (MOND)…teoria que postula um ajuste nas leis da gravidade de Newton para explicar certos comportamentos…como por exemplo, a mais lenta aceleração nas bordas das galáxias. Ou ainda, talvez a gravidade surja da matemática da mecânica quântica, semelhante à temperatura… – que emerge do mover das partículas; como assim explicou Erik Verlinde…físico teórico da Universidade de Amsterdã, Holanda:

“Dizem que a matéria escura tem que ser uma partícula…Para mim, esses argumentos        não fazem sentido… Não pensamos nas outras possibilidades do que ela pode ser…Em certo sentido – a ‘matéria escura‘ é um espaço … reservado para algo que ainda não entendemos. Talvez por este motivo, nenhuma dessas ideias ainda consegue explicar a evidência significativa da…’matéria escura’ – na estrutura em larga escala do universo”.

Existem muitas razões pelas quais a matéria escura seja algo diferente. Pensamos hoje sobre a gravidade no sentido de massa interagindo com o próprio espaço, mas talvez a gravidade seja resultado do ‘comportamento coletivo’ das partículas. – Podemos estar entendendo mal as leis da física…essas leis podem não se aplicar à matéria escura…ou podem estar erradas ou incompletas…Assim, mesmo com insucessos recentes – ainda      há muitas possibilidades em aberto… O “XENON-1T” vai se transformar no “XENON-      nT”…enquanto o experimento DARWIN é projetado na busca por WIMPs. Com efeito,      do satélite chinês ‘Dark Matter Particle Explorer‘, ao ‘Espectrômetro Magnético Alpha‘        a bordo da ‘Estação Espacial Internacional’…além da recente deteção na Austrália…de sinais de rádio de estrelas – que pareciam alterados, por conta de alguma partícula de “matéria escura primordial”…o fato é — que a busca continua. (GIZMODO) nov/2018  ********************************************************************************

“Gravito-eletromagnetismo”… e o incrível conceito de “gravitomagnetismo”     Analogias são poderosas na literatura — através das metáforas — todavia…estas podem       ser ainda mais poderosas, se com elas explorarmos matematicamente a realidade física.

De certa forma…a matemática é como literatura…lidando com suas próprias definições e regras gramaticais; muito embora sejam a ‘desgraça’ da vida de muitos alunos. Triste, pois bem usada a “linguagem matemática”…nos daria uma…”perspectiva”…totalmente nova.

Fazer analogias no processo da física é fundamental…pois ajuda os cientistas a imaginar novos fenômenos. — Ainda nos referimos ao “fluxo” de uma “corrente” elétrica…usando ‘metáforas líquidas‘ que os físicos criaram, antes mesmo de saber que elétrons existiam. Por outro lado, o antigo conceito de ‘éter’ (meio hipotético de transporte de luz, análogo      à água ou ao ar) há muito tempo ultrapassou seu prazo de validade. Portanto, analogias físicas podem ser criativas e úteis…mas às vezes também podem se desviar do caminho.

O mesmo se aplica às analogias matemáticas aplicadas à realidade física, e especialmente à interação entre analogias matemáticas e físicas. Uma analogia que atormenta matemáticos e físicos há 1 século, e que ainda é um tópico atual – embora contestado…é aquela entre as equações da gravidade de Albert Einstein…e as equações do “eletromagnetismo” de James Clerk Maxwell…Isso levou a um novo e empolgante campo de pesquisa, chamado “gravito-eletromagnetismo” – e à previsão de uma nova força, denominada…“gravitomagnetismo“.

A força elétrica de Coulomb pode ser atrativa ou repulsiva; enquanto a força gravitacional de Newton é de atração.

A surpreendente ideia de comparar ‘gravidade’ com ‘eletromagnetismo’  (2 tipos inteiramente diferentes de fenômenos) teve seu início…com a intrigante…”analogia matemática”, entre a ‘equação da gravidade‘…de Newton – e a ‘lei eletrostática‘…de Coulomb. Ambas as equações têm, exatamente… – o mesmo formato; incluindo o … “quadrado inverso“.

Em 1913, Einstein tentou explorar a ideia bem mais complexa de um análogo gravitacional relativista da…”indução eletromagnética”… – ideia posteriormente desenvolvida por Josef Lense e Hans Thirring em 1918… Eles usaram a teoria final da Relatividade Geral (GR), de Einstein, publicada em 1916. – Hoje, esse chamado “gravito-eletromagnetismo” (GEM), é geralmente tratado matematicamente pela aproximação de ‘campo fraco‘ das equações da Relatividade Geral: versões mais simples que funcionam bem em campos como o da Terra. Nesse caso, a matemática dos ‘campos fracos‘ inclui quantidades que satisfazem equações notavelmente semelhantes às de Maxwell. – A parte “gravito-elétrica” ​​pode ser facilmente identificada com a cotidiana força descendente newtoniana, que nos mantém ancorados à Terra. A parte ‘gravitomagnética’, no entanto, é algo totalmente desconhecido; isto é, uma nova força – a princípio devido à rotação da Terra (ou qualquer outra massa semelhante).

É análogo à forma como um elétron em rotação gera um campo magnético,                      por indução, exceto que, matematicamente…um objeto massivo em rotação                      “induz” um “arrasto” do próprio espaço-tempo… – como se o espaço-tempo                      fosse como um…‘fluido viscoso‘ – arrastado em torno de uma bola girando.                          (Einstein identificou pela primeira vez o…”arrasto de referenciais” — como          consequência da aplicação da…”relatividade geral”…por Lense e Thirring)

efeito Lense-Thirring

Mas…até que ponto podemos levar a sério essas “analogias matemáticas”? Será que a indução gravitomagnética    é real?…Se for, deveria se apresentar como uma pequena oscilação orbital dos satélites – e… graças também ao “efeito geodésico” – da curvatura do ‘espaço-tempo’ pela matéria – como uma troca na direção do eixo orbital    de um ‘giroscópio’ (numa analogia à forma como um “campo magnético“ gerado pela corrente elétrica…muda      a orientação do “dipolo magnético”).

Finalmente, após um século de especulação, as respostas estão se revelando… Resultados independentes de várias missões de satélites, como a Gravity Probe B, LAGEOS, LARES e GRACE confirmaram os efeitos geodésicos e arrasto de referenciais da Terra – com graus variados de precisão. Quanto mais precisos os resultados, mais precisos fornecerão testes mais rigorosos da Relatividade Geral, mas o “gravitomagnetismo” já foi adotado pelos astrofísicos como um mecanismo…por exemplo, sugerido para explicar a observação dos misteriosos jatos de gás expelidos de quasares e núcleos galáticos ativos. E isso se explica, considerando que girar buracos negros supermassivos no coração destas usinas cósmicas produziria enormes efeitos de “arrasto de referenciais”…(e geodésicos). Dessa forma, um campo gravitomagnético resultante, análogo ao campo magnético que envolve os 2 pólos de um ímã — explicaria o alinhamento dos jatos com o eixo de rotação norte-sul da fonte.

Contudo, fazer analogias é um negócio muito complicado, e ainda há algumas anomalias interpretativas a serem reveladas. Por exemplo, permanecem dúvidas sobre o significado de termos analógicos como ‘densidade de energia’ gravitacional e “densidade de corrente de energia”. As coisas são talvez ainda mais problemáticas – ou interessantes – do ponto de vista matemático…como outra analogia ‘puramente matemática’ entre as equações de Einstein e Maxwell…que dá origem a uma analogia muito diferente das “equações GEM”.

Para resumir, é uma comparação entre as chamadas identidades de Bianchi em cada teoria. A existência de duas (e de fato várias) analogias matemáticas diferentes entre        equações desses 2 fenômenos físicos é incrivelmente sugestiva de uma conexão mais profunda. — Atualmente, porém…existem algumas inconsistências físicas aparentes,    entre as partes ‘elétrica’ ​​e ‘magnética’ em cada abordagem matemática. Ainda assim,      tais analogias formais são úteis — para ajudar os matemáticos a encontrar maneiras intuitivamente familiares de pensar sobre as formidáveis ​​equações da “Relatividade      Geral“. E além disso há sempre a tentadora possibilidade de que essa abordagem se      prove tão fisicamente válida…quanto a previsão do gravitomagnetismo. (texto base)  consulta: Espaçotempo girando em torno dos restos de uma ‘supernova’ (jan/2020) ******************************************************************************

“Arrasto relativístico de referenciais” pode dispensar “matéria escura”                Um século após teorizada, astrônomos detetaram efeitos da precessão Lense-Thirring no movimento de um sistema estelar binário composto por uma ‘anã branca’ e um ‘pulsar’.

Representação artística de uma estrela de neutrons com grande giro, orbitando uma anã branca, e arrastando consigo o tecido do espaço-tempo ao redor. [Mark Myers/OzGrav ARC Centre of Excellence]

Embora o “arrasto de referenciais” já tivesse sido detetado — por experimentos de satélites artificiais no campo gravitacional da Terra, nesses casos, o efeito é muito pequeno, e difícil de medir. Objetos mais massivos…como anãs brancas ou estrelas de neutrons, trazem uma melhor oportunidade de observar o fenômeno, sob campos gravitacionais bem mais fortes.

Precessão é um efeito giroscópico bem sutil da mudança do eixo de rotação de um objeto induzido por outro, que pode ser imaginado como um pião desengonçado que ameaça cair.

Vivek Krishnan e colegas observaram um jovem pulsar (PSR J1141-6545), girando muito rapidamente numa curta órbita em torno de uma enorme “anã branca”. Eles mediram os tempos de chegada dos pulsos (um pulsar pisca como se fosse um farol cósmico) – numa precisão de 100 microssegundos, por um período de quase 20 anos…o que lhes permitiu identificar um desvio de longo prazo nos parâmetros orbitais…Eliminando outras causas para essa deriva orbital, a equipe concluiu ser ela, resultado da precessão Lense-Thirring devido à rápida rotação do pulsar. Os resultados, confirmando a predição da relatividade geral, permitiram refinar a precisão no cálculo da velocidade de rotação da…’anã branca’. 

Dispensando…“matéria escura”…pelo…“Arrasto de referenciais”                            A principal função da matéria escura tem sido resolver a disparidade entre as observações astrofísicas e as teorias da gravidade…Sendo bariônica a única forma de matéria existente, não haveria força gravitacional suficiente – para evitar a dispersão estrutural das galáxias. 

Poucas hipóteses científicas têm resistido a tantos revezes quanto a ideia de uma matéria escura. Por sua causa, várias alternativas têm surgido – desde gravidade modificada (MOND), a áxions e wimps, incluindo matéria com massa negativa … ou ainda uma hipotética… – quinta dimensão – todas essas ‘formas salvadoras‘, continuam sem comprovação.

Todavia, para o professor Gerson Otto Ludwig…do “Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais” (INPE), pode-se justificar uma solução para o enigma da “matéria escura”      por meio da insuficiência nas análises atuais da rotação galáctica, com base em uma estrutura de cálculos newtonianos da gravidade. Para ele, ao substituir esse método,      por um modelo voltado à Relatividade Geral de Einstein, os efeitos hoje atribuídos à “matéria escura” poderiam ser explicados pelos efeitos do…”gravitomagnetismo“.

Campos gravitomagnéticos

Modelos com “matéria escura“ deixam de lado modificações significativas nas curvas rotacionais – as velocidades orbitais das estrelas visíveis e gases…plotadas contra sua distância radial do centro de sua galáxia, por desconsiderar as correções relativísticas gerais à gravidade newtoniana – decorrentes das correntes do “efeito Lense-Thirring” devido ao…“arrasto de referenciais“…da própria estrutura do espaço-tempo ao redor, dando origem a um campo gravitomagnético. Para corrigir essa deficiência, foi criado      um ajuste para as curvas rotacionais das galáxias – conforme as pesquisas anteriores, envolvendo Relatividade Geral. O modelo demonstra que – mesmo que os efeitos dos campos gravitomagnéticos sejam fracos, incluí-los, aproxima as ‘teorias da gravidade’    das curvas rotacionais observadas, virtualmente dispensando usar a “matéria escura”.

A teoria ainda precisa de algum desenvolvimento antes de ser amplamente aceita, e o próprio professor Gerson reconhece que a evolução temporal das galáxias modeladas        com esta estrutura é um problema tão complexo, que exigirá uma análise muito mais profunda. Para começar esse esforço, ele sugere que todos os cálculos realizados com modelos de disco galáctico delgado realizados até agora sejam recalculados, e mesmo,        o conceito de “matéria escura”, questionado. (texto 1) (fev/2020) (texto 2) (fev/2021)