Pergunte a Ethan: Como é o futuro da ciência?

Esta imagem de 2010 de três dos quatro exoplanetas conhecidos orbitando HR 8799 representa a primeira vez que um telescópio tão pequeno – menos que um ser humano adulto – foi usado para criar imagens diretas de um exoplaneta. Crédito da imagem: NASA/JPL-Caltech/Observatório Palomar .



O que nossas futuras missões em física, astronomia, astrofísica e muito mais guardam?


Se você voltasse no tempo apenas 30 anos, o mundo como nós era um lugar completamente diferente. Os únicos planetas conhecidos estavam em nosso próprio Sistema Solar; não tínhamos nenhuma concepção de energia escura; não havia telescópios espaciais; e as ondas gravitacionais eram apenas uma teoria não testada. Não tínhamos descoberto todos os quarks e léptons, e ninguém sabia se o Higgs era real. Nós nem sabíamos o quão rápido o Universo estava se expandindo. No início de 2018, uma geração depois, revolucionamos todos esses campos, inclusive com descobertas que nunca poderíamos ter previsto. O que vem a seguir? Isso é o que nosso apoiador do Patreon Tomas Wallgren quer saber:



Eu gostaria de ler ou ouvir alguns sobre o que os cientistas estão planejando fazer a seguir. O que está no pipeline, na prancheta ou apenas uma ideia para discussão?



Nos calcanhares de a grande reunião anual da American Astronomical Society , nunca houve um momento melhor para falar sobre o futuro da ciência.

O grande aglomerado de galáxias Abell 2744 e seu efeito de lente gravitacional nas galáxias de fundo, consistente com a teoria da relatividade geral de Einstein, estica e amplia a luz do Universo distante, permitindo que os objetos mais distantes de todos sejam vistos.



Foi preciso um esforço mundial para nos levar até onde estamos. Telescópios, observatórios, aceleradores de partículas, detectores de neutrinos e experimentos de ondas gravitacionais podem ser encontrados em todo o mundo, em todos os sete continentes e até no espaço. Do IceCube no Pólo Sul ao Hubble, Herschel e Kepler no espaço, do LIGO e Virgo em busca de ondas gravitacionais ao LHC no CERN, as descobertas que fizemos se devem aos milhares de cientistas, engenheiros, estudantes e cidadãos que trabalham incansavelmente para desvendar os segredos do Universo. Com tudo o que aprendemos, é importante ter em mente exatamente até onde chegamos: em um Universo que entendemos melhor do que qualquer humano de uma geração anterior, de Newton a Einstein a Feynman, jamais poderia ter sonhado. Agora, vamos dar uma olhada no que vem a seguir.



Dentro das atualizações do ímã no LHC, que o fazem funcionar com quase o dobro das energias da primeira corrida (2010-2013). Atualizações futuras de energia e luminosidade (o número de colisões por segundo) levarão a ainda mais dados.

Física de Partículas: Nos últimos anos, descobrimos o bóson de Higgs, a massividade dos neutrinos e a violação direta da reversão do tempo. O LHC no CERN está em pleno andamento, tendo coletado mais dados em altas energias do que todos os experimentos anteriores combinados. Enquanto isso, IceCube e o observatório Pierre Auger estão medindo neutrinos, incluindo neutrinos de alta energia e cósmicos, como nunca antes. À medida que olhamos para o futuro, futuros observatórios de neutrinos como IceCube Gen2 (com dez vezes o volume de colisão) e ANTARES (um detector de água do mar de dez milhões de toneladas) significam que veremos aumentos de dez vezes nas taxas de dados desses experimentos e, eventualmente, veja neutrinos de novos eventos de fusão de supernovas ou estrelas de nêutrons.



O observatório IceCube, o primeiro observatório de neutrinos desse tipo, foi projetado para observar essas partículas esquivas de alta energia sob o gelo da Antártida. Crédito da imagem: Emanuel Jacobi, IceCube/NSF.

A importância de atualizações para experimentos existentes também não deve ser negligenciada. O LHC, em particular, coletou apenas 2% dos dados projetados para serem coletados ao longo de sua vida. Enquanto isso, à medida que olhamos para o futuro, a potencial construção de novos experimentos, como um Colisor Linear Internacional, um colisor de prótons baseado em anéis de próxima geração, ou mesmo (se a tecnologia chegar) um colisor de múons relativista pode nos levar às próximas fronteiras em física de partículas fundamentais. É um momento incrível para estar vivo.



Vista aérea do detector de ondas gravitacionais Virgo, situado em Cascina, perto de Pisa (Itália). O Virgo é um interferômetro gigante a laser Michelson com braços de 3 km de comprimento e complementa os detectores gêmeos LIGO de 4 km. Crédito da imagem: Nicola Baldocchi / Colaboração Virgo.



Ondas Gravitacionais : Após décadas de trabalho em vários componentes, a era da astronomia de ondas gravitacionais não apenas chegou, mas veio para ficar. Os observatórios Advanced LIGO e Virgo encontraram até agora um total de cinco fusões buraco negro-buraco negro e uma fusão estrela de nêutrons-estrela de nêutrons e, à medida que passam por uma nova série de atualizações, planejam ficar ainda mais sensíveis. Isso significa que sinais de menor magnitude e fusões mais distantes devem ser descobertos na próxima vez que forem colocados online. Nos próximos anos, o detector KAGRA do Japão e o LIGO India também estarão online, abrindo a possibilidade de medições de ondas gravitacionais ainda mais precisas. Ondas gravitacionais de supernovas, falhas de pulsar, binários coalescentes e até fusões de estrelas de nêutrons e buracos negros podem estar no horizonte.

A impressão de um artista das três espaçonaves LISA mostra que as ondulações no espaço geradas por fontes de ondas gravitacionais de período mais longo devem fornecer uma nova janela interessante sobre o Universo. O LISA foi descartado pela NASA anos atrás e agora será construído pela Agência Espacial Européia, com contribuições parciais e de apoio da NASA. Crédito da imagem: EADS Astrium.



Mas há muito mais nas ondas gravitacionais do que apenas o LIGO! A Antena Espacial Laser Interferometer (LISA) será lançada na década de 2030, permitindo-nos detectar ondas gravitacionais de buracos negros supermassivos, juntamente com objetos de frequência muito mais baixa. Ao contrário do LIGO, os sinais do LISA nos permitirão prever quando e onde ocorrerão as fusões, permitindo-nos preparar nossos telescópios ópticos para o grande evento. As medições da polarização no fundo cósmico de microondas tentarão sondar as ondas gravitacionais remanescentes da inflação e quaisquer outros sinais de ondas gravitacionais que levem bilhões de anos para serem gerados. E usando o tempo de pulsar com matrizes como ACTA e NanoGRAV, podemos detectar objetos que levam anos ou mesmo décadas para orbitar. É um momento incrível para esta nova classe de ciência.

O Hubble Ultra Deep Field, contendo mais de 10.000 galáxias, algumas das quais estão agrupadas e agrupadas, é uma das visões mais profundas do Universo já obtidas, mostrando um enorme trecho do Universo de estruturas próximas a muitas cuja luz viajou por mais de 13 bilhões de anos antes de chegar até nós. Estamos apenas começando. Crédito da imagem: NASA, ESA e S. Beckwith (STScI) e a equipe do HUDF.



Astronomia e astrofísica : Por onde começar com tudo o que há de novo em astronomia? Como se nossas missões em andamento não fossem espetaculares o suficiente, com experimentos terrestres, em balões e em aeronaves constantemente recebendo atualizações com instrumentos novos e mais poderosos, também temos novas missões direcionadas ao espaço e online que prometem revolucionar tudo o que sabemos. Missões recém-lançadas como Swift, NuSTAR, NICER e CREAM nos darão uma nova janela sobre tudo, desde raios cósmicos energéticos até o interior de estrelas de nêutrons. O instrumento HIRMES, programado para voar a bordo do SOFIA no próximo ano, nos mostrará como os discos proto-estelares se transformam em estrelas completas. E o TESS, que será lançado ainda este ano, identificará planetas potencialmente habitáveis ​​do tamanho da Terra em torno das estrelas mais brilhantes e mais próximas do céu.

A nova da estrela GK Persei, mostrada aqui em um composto de raios X (azul), rádio (rosa) e óptico (amarelo), é um ótimo exemplo do que podemos ver usando os melhores telescópios de nossa geração atual. Todos esses comprimentos de onda, dos raios X ao rádio, devem melhorar tremendamente nos próximos anos e décadas. Crédito da imagem: Raio-X: NASA/CXC/RIKEN/D.Takei et al; Óptico: NASA/STScI; Rádio: NRAO/VLA.

Mais adiante, o IXPE será lançado em 2020, permitindo-nos medir os raios-X e sua polarização, ensinando-nos novas informações sobre os raios-X cósmicos e os objetos mais densos e massivos (como buracos negros supermassivos) no Universo. GUSTO, lançado em um balão de duração ultralonga sobre a Antártida, nos permitirá estudar a Via Láctea e o meio interestelar, ensinando-nos sobre todas as fases da vida estelar, desde o nascimento até a morte. O XARM e o ATHENA revolucionarão a astronomia de raios-X em geral, ensinando-nos sobre a formação de estruturas, fluxos de centros galácticos e potencialmente até lançar luz sobre a matéria escura. Enquanto isso, o EUCLID nos fornecerá medições de campo amplo do universo distante, permitindo ver milhares de supernovas distantes e nos dando as melhores restrições de energia escura de todos os tempos.

Agosto de 2013 Imagem mural do Telescópio Espacial James Webb. (Impressão do artista.) O Telescópio Espacial James Webb será lançado em 2019 e será nosso maior observatório infravermelho de todos os tempos, apresentando coisas que nunca encontraríamos de outra forma. Crédito da imagem: Northrop Grumman.

E isso sem mencionar as missões emblemáticas da NASA, como o Telescópio Espacial James Webb, WFIRST, ou os quatro candidatos à missão principal da NASA na década de 2030. Desde determinar se mundos potencialmente habitáveis ​​têm atmosferas até medir seus conteúdos (incluindo bioassinaturas); desde aprender quais blocos de construção da vida estão presentes em nuvens moleculares até encontrar as galáxias mais distantes; desde encontrar estrelas verdadeiramente imaculadas que são feitas de gás do Big Bang até aprender como as estrelas se formam e crescem, essas missões responderão a algumas das maiores questões filosóficas sobre de onde veio o nosso Universo e como ele veio a ser assim.

Uma vista lateral do GMT concluído, como ele ficará no gabinete do telescópio. Será capaz de visualizar mundos semelhantes à Terra a 30 anos-luz de distância e mundos semelhantes a Júpiter a muitas centenas de anos-luz de distância. Crédito da imagem: Giant Magellan Telescope — GMTO Corporation.

Ao mesmo tempo, telescópios e arranjos terrestres revolucionários estão sendo construídos. O Large Synoptic Survey Telescope de campo amplo combinará as ambições do SDSS e do Pan-STARRS e os estenderá com telescópios cerca de 20 vezes mais poderosos. O Square Kilometer Array levará a radioastronomia onde nunca foi antes, prometendo descobrir milhares de novos buracos negros e potencialmente encontrar fontes desconhecidas que nem conhecemos. Enquanto isso, também estamos construindo telescópios de classe de 30 metros, como GMT e ELT, que podem coletar mais de 100 vezes a luz que o Hubble pode, com instrumentos mais avançados e sistemas de óptica adaptativa do que qualquer coisa existente hoje. Os segredos do Universo serão nossos para descobrir.

Como porcentagem do orçamento federal, o investimento na NASA está no mínimo em 58 anos; com apenas 0,4% do orçamento, é preciso voltar a 1959 para encontrar um ano em que investimos uma porcentagem menor na agência espacial de nossa nação. Crédito da imagem: Escritório de Administração e Orçamento.

Isso, é claro, é apenas uma amostra do que está acontecendo. Cada campo científico e subcampo tem seu próprio conjunto de experimentos e propostas empolgantes, e mesmo esta lista fornecida aqui está longe de ser abrangente, nem incluindo missões científicas planetárias. E tudo isso está acontecendo, veja bem, já que o orçamento da NASA não aumenta, nem mesmo para acompanhar a inflação. (A National Science Foundation está sofrendo dificuldades semelhantes.) Apesar de tudo isso, os milhares e milhares de pessoas que trabalham nessas missões – para planejar, projetar, construir e executá-las, bem como analisar os resultados – permanecem tão otimistas como sempre. . Quando você está apaixonado por descobrir as verdades mais fundamentais sobre o Universo, incluindo perguntas como:

  • Do que é feito o universo?
  • Como as coisas ficaram assim?
  • Existe vida em outros lugares do Universo?
  • E qual é o destino final de tudo?

você encontrará uma maneira de atingir o máximo possível com os recursos limitados que possui.

Se você olhar cada vez mais longe, você também olhará cada vez mais longe no passado. Quanto mais cedo você for, mais quente e denso, além de menos evoluído, o Universo se torna. A parte que podemos ver é limitada e finita. Mas e o que está além? Crédito da imagem: NASA / STScI / A. Feild (STScI).

Como disse Thomas Zurbuchen da NASA sobre as atuais e futuras missões emblemáticas, como Hubble, James Webb, WFIRST e muito mais:

O que aprendemos com essas missões emblemáticas é por que estudamos o Universo. Isso é ciência em escala de civilização… Se não fizermos isso, não somos NASA.

Não é apenas a NASA, mas organizações nacionais e internacionais trabalhando juntas que nos permitem responder a perguntas que nem sabíamos fazer uma geração atrás. À medida que os segredos do Universo são revelados, eles trazem à tona questões mais profundas e fundamentais sobre nossas origens, composição e destino. O futuro da ciência não é apenas brilhante; está sendo trazido à existência bem diante de nossos olhos. Nunca houve um momento melhor para compartilhar a maravilha que simplesmente existir neste momento, com todo o conhecimento que adquirimos e estamos prontos para descobrir, tem a oferecer.


Envie suas perguntas Ask Ethan para beginwithabang no gmail ponto com !

Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium graças aos nossos apoiadores do Patreon . Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .

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