O grafeno tem causado muita emoção entre os cientistas desde o extremamente forte e fina de material carbonhoneycomb em forma, apenas um átomo de espessura, foi descoberto em 2004. Em 2011, a NASATelescópio Espacial Spitzer viu a assinatura de flocos de carbono plano, chamado grafeno, no espaço - a primeira detecção de sempre cósmica do material - que é organizado como o fio de galinha em folhas planas que são um átomo de espessura.
A equipe de astrônomos usando sinais Spitzer identificadas do grafeno em duas pequenas galáxias fora do nosso próprio, chamados de Nuvens de Magalhães , especificamente no material derramado por estrelas moribundas, chamadas nebulosas planetárias . O N 70 nebulosa acima, é um "Bubble Super" na Grande Nuvem de Magalhães (LMC imagem abaixo), uma galáxia satélite para o sistema de Via Láctea, localizado no céu do hemisfério sul a uma distância de cerca de 160.000 anos-luz.
O telescópio de infravermelhos de detecção também viu uma molécula relacionada, chamado C70, na mesma região - marcando a primeira detecção deste produto químico fora da nossa galáxia. Segundo os astrônomos, o grafeno e C70 pode estar se formando, quando ondas de choque geradas por estrelas moribundas quebrar os grãos de hidrogênio contendo carbono.
O físico Peter Horava, da Universidade da Califórnia, em Berkeley, pensa graphere pode nos ajudar a entender o que aconteceu imediatamente após o Big Bang ou o que está acontecendo perto do horizonte de eventos dos buracos negros, onde os campos gravitacionais são enormes.
Letizia Stanghellini e Richard Shaw, membros da equipe no Observatório Astronómico Nacional Óptico em Tucson, Arizona, descrevem como os choques resultantes de colisões, movidos pelos ventos de estrelas velhas em nebulosas planetárias pode ser responsável pela formação dos fulerenos (C60 e C70) e grafeno (planar C24). A equipe foi liderada por Domingos Anibal Garcia-Hernandez do Instituto de Astrofísica das Canárias , em Espanha e inclui os astrônomos internacionais e bioquímicos.
As nebulosas planetárias são originários de estrelas semelhantes ao nosso Sol que atingiram o fim de suas vidas e estão derramando conchas de gás para o espaço. Neste caso, as nebulosas planetárias estão localizados nas Nuvens de Magalhães, duas galáxias satélites à nossa própria Via Láctea, que são melhor vistas do hemisfério sul. À distância das Nuvens de Magalhães, nebulosas planetárias aparecem como pequenas manchas difusas.
No entanto, ao contrário planetárias em nossa galáxia, a Via Láctea cujas distâncias são muito incertas, a distância para planetárias nas Nuvens de Magalhães podem ser determinados a melhor do que 5%. Com essas distâncias precisas, a equipe de pesquisa determinou a luminosidade verdadeira das estrelas e confirmou que os objetos são de fato as nebulosas planetárias, e não algum outro objeto no zoológico astrofísica.
Fulerenos, ou Buckyballs, são conhecidos do trabalho de laboratório na Terra e tem muitas propriedades interessantes e importantes. Fulerenos consistem de átomos de carbono dispostos em uma esfera tridimensional semelhante aos domos geodésicos popularizadas por Buckminster Fuller.
O fulereno C70 pode ser comparado com uma bola de rugby, enquanto C60 é comparado com uma bola de futebol. Ambas estas moléculas têm sido detectadas na amostra. Grafeno (planar C24) é uma folha plana de átomos de carbono, um átomo de espessura, que tem extraordinária resistência, condutividade, elasticidade e espessura.
Citado como o mais fino substância conhecida, o grafeno foi sintetizado pela primeira vez no laboratório em 2004 por Geim e Novoselov para o qual recebeu em 2010 o Prêmio Nobel de Física. "Se confirmado com laboratório de espectroscopia - algo que é quase impossível com as técnicas atuais - esta seria a primeira detecção de grafeno no espaço", disse o membro da equipa Garcia-Hernandez.
A equipe propôs que fulerenos e grafeno são formadas a partir do choque induzido (isto é, grãos de cereais e colisões) A destruição de grãos de carbono amorfo hidrogenados (HACS). Tais colisões são esperados nos ventos estelares provenientes de nebulosas planetárias, e esta equipa vê evidências de fortes ventos estelares no espectro ultravioleta destas estrelas.
"O que é particularmente surpreendente é que a existência de estas moléculas não depende da temperatura estelar, mas com a força dos choques do vento," diz Stanghellini.
A Pequena Nuvem de Magalhães é particularmente pobre em metais (qualquer elemento além de hidrogênio e hélio, no jargão dos astrônomos), mas esse tipo de ambiente favorece a evolução do carbono rico em nebulosas planetárias, o que acaba por ser um lugar favorável para moléculas de carbono complexos .
O desafio foi extrair a evidência para o grafeno (planar C24) de dados do Spitzer. "O Telescópio Espacial Spitzer foi incrivelmente importante para o estudo de moléculas orgânicas complexas em ambientes estelares", diz Stanghellini.
"Estamos agora na fase de não só detectar fulerenos e outras moléculas, mas começando a entender como se formam e evoluem nas estrelas." Shaw acrescentou: "Estamos planejando em terra acompanhamento através do sistema NOAO de telescópios. Esperamos encontrar outras moléculas em nebulosas planetárias, onde fulereno foi detectado para testar alguns processos físicos que possam nos ajudar a compreender a bioquímica da vida."
Enquanto isso Horava, da Universidade da Califórnia, Berkeley, desenvolveu uma nova teoria da gravidade quântica, que reflete a necessidade de entender o que aconteceu imediatamente após o Big Bang ou o que está acontecendo perto do horizonte de eventos dos buracos negros, onde os campos gravitacionais são enormes.
Na física da matéria condensada, especificamente no grafeno, um átomo de carbono um átomo de espessura, cujos elétrons de ping em torno da superfície como bolas em uma máquina de pinball e pode ser descrito usando a mecânica quântica. Como os átomos de grafeno são movendo-se a apenas uma fracção da velocidade da luz, não há necessidade de tomar em consideração relatividade.
Mas grafeno legal até o zero absoluto próximo e algo extraordinário acontece: os elétrons acelerar dramaticamente. Agora teorias relativistas são necessários para descrevê-los corretamente. Foi essa mudança que despertou a imaginação de Horava. O que impressionou Horava sobre o grafeno é que a simetria de Lorentz nem sempre é aparente nela.
Poderia a mesma coisa ser verdade do nosso universo, ele se perguntou. O que vemos ao nosso redor hoje é um cosmos legal, onde o espaço eo tempo aparecem ligadas por Lorentz simetria - um fato que as experiências têm estabelecido com precisão espantosa. Mas as coisas eram muito diferentes nos primeiros momentos. E se a simetria que é evidente, hoje, não é fundamental para a natureza, mas algo que emergiu como o Universo esfriou-se da bola de fogo big bang, tal como surge no grafeno, quando ele é resfriado?
Horava tweaked equações de Einstein de uma forma que removeu Lorentz simetria: uma propriedade que mantém a velocidade da luz constante para todos os observadores, não importa o quão rápido eles se movem, o tempo diminui e contrato distâncias para exatamente o mesmo grau. Isto levou Horava a um conjunto de equações que descrevem a gravidade na mesma estrutura quântica como as outras forças fundamentais da natureza: gravidade surge como a força de atração devido às partículas quânticas chamadas grávitons, em muito da mesma maneira que a força eletromagnética é transportada por fótons .Ele também alterada a relatividade geral de modo a incluir uma direção preferencial para o tempo, do passado ao futuro, a maneira como o universo como o observamos parece evoluir.
"De repente, você tem novos ingredientes para modificar o comportamento de gravidade a distâncias muito curtas," Horava disse em entrevista à New Scientist.
Ao quebrar em pedaços a simetria entre espaço e tempo, a teoria Horava da altera a física dos buracos negros - especialmente buracos negros microscópicos, que podem formar nas energias mais altas, o que significa para a formação desses buracos negros, e se eles são o que parecem para a relatividade geral "é uma questão muito grande."
Gravidade Horava também pode ajudar a resolver um dos grandes mistérios não resolvidos da cosmologia moderna: o enigma da matéria escura se as equações de movimento derivadas da relatividade geral são um pouco fora isso poderia explicar as velocidades observadas das estrelas e galáxias, sem matéria escura desempenhando um papel .
"É possível que alguma fração da imagem matéria escura do universo poderia ser proveniente de correções para as equações de Einstein", disse Horava.
O mesmo vale para a energia escura: as teorias da física de partículas prever a força da energia escura para cerca de 120 ordens de magnitude maiores do que o que se observa, ea relatividade geral não pode explicar esta discrepância enorme. Mas a teoria Horava contém um parâmetro que pode ser aperfeiçoado de modo que a energia do vácuo previsto pela física de partículas é reduzido para o pequeno valor positivo que está em sintonia com os movimentos observados de estrelas e galáxias.
As respostas finais virá com observações melhoradas de buracos negros supermassivos, que contêm regiões de intensa gravidade, o que poderia revelar as correções necessárias para a relatividade geral e provar a teoria Horava de gravidade quântica, em muito da mesma forma que as medições inexplicáveis da órbita de Mercúrio mostrou que As leis de Newton estavam incompletos, abrindo a porta para Einstein.
Crédito da imagem: ESO
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