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O Prémio Nobel da Física 2006 |
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  John Mather and George Smoot A Academica Real das Ciências sueca decidiu atribuir este ano o Prémio Nobel da Física a John C. Mather, astrofísico do Laboratório de Cosmologia Observacional do Centro Goddard de Voos Espaciais da NASA, em Maryland, e a George F. Smoot, astrofísico e cosmólogo observacional no Laboratório Lawrence e professor de física da Universidade da Califórnia, em Berkeley, pelas suas contribuições para o esclarecimento da natureza e das anisotropias da radiação cósmica de fundo (RCF) que banha o universo. Mather e Smoot trabalharam juntos na construção e no lançamento em 1989 do satélite da NASA Cosmic Background Explorer (COBE) destinado a observar os sinais residuais da explosão primordial – o Big Bang, que teria ocorrido cerca de 14 mil milhões de anos atrás. Em Abril de 1992 anunciaram a detecção dos mais antigos vestígios do calor residual dessa explosão e, além disso, a descoberta que iludiu os cientistas durante décadas, a existência de variações de temperatura da RCF, relíquias fósseis da explosão primordial que deu origem ao universo, e indicativas das suas primeiras estruturas. “Essas medidas vieram confirmar a nossa representação do Big Bang”, segundo George Smoot. “Ao estudar as flutuações da RCF de micro-ondas, encontrámos o instrumento que nos permitiu explorar o universo primordial, ver como evoluiu e de que é feito.” Para Smoot, “Estas pequenas variações são registos de pequeníssimas deformações no tecido do espaço-tempo originadas pela explosão primordial. Foram produzidas no momento em que o universo que hoje vemos era tão pequeno que não havia espaço suficiente para um único protão. Durante milhares de milhões de anos, a gravidade ampliou essas deformações dando origem às galáxias, enxames de galáxias, e a grandes espaços vazios.” O satélite COBE foi lançado a 18 de Novembro de 1989, indo munido de três instrumentos: o DIRBE (the Diffuse InfraRed Experiment) para detectar e medir a radiação cósmica de infra-vermelhos, o DMR (Differential Microwave Radiometers) para mapear com precisão a RCF de micro-ondas, e o FIRAS (Far-InfaRed Absolute Spectrophotometer) para comparar a radiação cósmica de fundo de micro-ondas com a radiação de um corpo negro. John Mather dirigiu a equipa do FIRAS e George Smoot dirigiu a equipa ligada ao DMR. As medidas iniciais de temperatura da RCF obtidas por Penzias e Wilson, quando acidentalmente a descobriram em 1965, indicavam que a temperatura era independente da direcção, isto é, que a radiação era isotrópica, com uma precisão de cerca de 10%. Medidas mais precisas revelaram posteriormente que numa dada direcção a temperatura era cerca de 0,001 K mais elevada num dos sentidos relativamente ao sentido oposto. É o que se chama anisotropia dipolar e é interpretada como sendo devida ao movimento da Terra através da RCF. Foi então que em 1992, as equipas do COBE encontraram anisotropias (da ordem de um para 100 000) para separações angulares muito menores (para ângulos da ordem de 7º). Estas pequenas flutuações de temperatura estão directamente relacionadas com variações da densidade de energia, as quais estão na origem dos processos de formação de estrutura no universo primitivo.
Os resultados do COBE foram mais tarde confirmados por experiências realizadas em balões, incluindo a liderada pela Universidade da Califórnia, Berkeley, Millimeter Anisotropy eXperiment Imaging Array (MAXIMA), a sua complementar na Antárctica, Ballon Observations Of Millimeter Extragalactic Radiation and Geophysics (BOOMERanG) e mais recentemente pela Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), as quais permitiram a observação da RCF segundo escalas angulares menores do que as observadas pelo COBE. George Smoot colaborou em todas estas experiências e está agora envolvido na preparação do satélite Planck da Agência Espacial Europeia, que será lançado em 2008. Smoot recorda que quando começou a sua carreira, a cosmologia não era considerada por muitos físicos como uma verdadeira ciência, mas como uma área marginal, muito especulativa. Hoje, na sequência destas descobertas em que Mather e Smoot estiveram envolvidos, a cosmologia é considerada uma ciência de precisão, capaz de testar os vários modelos teóricos que vão sendo propostos. E o modelo padrão da cosmologia, o Big Bang, é hoje uma teoria bem fundamentada sobre a origem do universo.
Paulo Crawford Departamento de Física da FCUL
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Antes
destas descobertas pensava-se que o Big Bang não era capaz de explicar a
formação de galáxias e enxames de galáxias pois previa um universo
espacialmente homogéneo e isotrópico. Mas o mais surpreendente é que o
nível de anisotropia encontrado pelo COBE é precisamente o indicado para
que essas estruturas se possam formar. Se tivesse sido encontrado um nível de
flutuações correspondentes a uma parte em 200 000, por exemplo, então as galáxias não
encontrariam as sementes de condensação necessárias para a sua formação.