AstrofísicaFontes galácticas,

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3 TodasAsPalavras» nm#744» entrevista AstrofísicaFontes galácticas, nuvens de Magalhães,buracos negros,são mistérios românticos para qualquer um.mas não para Miguel Avillez,astrofísico,presidente da Sociedade Portuguesa de Astronomia, professor de Matemática na Universidade de Évora,que estuda as estrelas sem nunca olhar para o céu.o seu mundo são os supercomputadores,que lhe fazem milhares de horas de cálculos para entender a galáxia em que vivemos. ENTREVISTA Sofia Barrocas FOTOGRAFIA Filipe Pombo Há o fascínio da humanidade pelas estrelas, pelo espaço. Porque será? Tem a ver com a nossa origem, com a procura de uma justificação da nossa existência, por isso é que existem esses programas de procura de vida extraterrestre. Acha possível que haja vida extraterrestre? É possível, porque o nosso sol não é o único na nossa galáxia com este tipo de características. Na Via Láctea existem (cem mil milhões) de estrelas. Certamente nós não somos os únicos... Nesta galáxia... Nesta galáxia. O Sol não é certamente a única estrela que poderá potenciar vida. Poderá haver vida como a nossa, mais desenvolvida ou microrgânica. A comunicação entre as diferentes vidas inteligentes, se existirem, é que demorará muito tempo. De acordo com aquilo que sabemos, não será possível tão cedo. Mas é uma possibilidade? É uma possibilidade, mas é remota. Agora que efectivamente existe um potencial de vida microrgânica, isso não tenho dúvidas nenhumas. Até, eventualmente, nos planetas do sistema solar. E a possibilidade de haver meteoritos que choquem com a Terra? Existe. E não o assusta? Não. A probabilidade é pequena. A teoria e a observação O que é a astrofísica? É diferente da astronomia? A Astronomia Contemporânea é a ciência que estuda, com recurso a observações e à Física, o cosmos e os eventos que ocorrem fora da Terra e da sua atmosfera. Classicamente, aastrofísica eraacomponente teórica e a Astronomia a componente observacional. Em Portugal, ainda há quem faça esta separação entreastronomia e Astrofísica, mas na maioria dos outros países não. O objecto de estudo é o mesmo? É. A Astronomia Contemporânea estuda estes fenómenos com base em observações e na Física. Os observadores têm de ter uma formação muito sólida em Física por forma a explicarem as observações que fazem. Por outro lado, os teóricos, para validarem os seus modelos, têm de reproduzir as observações. Assim, as componentes teórica e observacional andam sempre juntas. Mas obriga a formações diferentes? Sim. Quem trabalha essencialmente em teoria, trabalha mais a nível de processos físicos, de produção de modelos, e paralelamente também trabalha a nível numérico, ou seja, tenta resolver equações complexas com recurso a computadores (ou mesmo supercomputadores). Para tal, tem de escrever programas de computador bastante complexos. O observador profissional tem outro trabalho. Faz observações com recurso a telescópios terrestres ou espaciais, e depois tenta relacioná-las com previsões teóricas. Uma pessoa que faz observação foi treinada para isso, passou alguns anos a aprender como se utilizam telescópios sofisticados, como se tratam dados de observação e como é que os relaciona com a teoria. 31»noticiasmagazine 27.AGO.2006

4 Ciência «Portugal é um nome pequeno na comunidade internacional.mas o impacte científico dos investigadores portugueses é muito grande.» É esse trabalho que permite chegar àquelas conclusões que uma determinada estrela se vai apagar dentro de não sei quantos milhões de anos? É. Em Portugal faz-se observação e teoria? Sim. Faz-se investigação teórica (e numérica) e observacional. Em que área é que Portugal tem maior tradição? Em teoria. Se bem que desde os anos noventa tenha havido um incremento na formação de investigadores com uma forte componente observacional. Isto porque, entretanto, Portugal aderiu ao ESO (Observatório Astronómico do Sul), e à ESA (Agência Espacial Europeia). Aí é necessário fazer observações e tratar os respectivos dados. Existem meios para isso? Existem internacionalmente. Em Portugal, há alguns telescópios, mas não como os do ESO ou doutros pontos do mundo, como por exemplo nos EUA, Havai, ilhas Canárias, etc. Há ainda a considerar os telescópios espaciais lançados em missões da ESA e da NASA. É preciso treinar as pessoas para trabalhar com estes instrumentos. E esse treino demora muito tempo. E é feito por quem? Pelas universidades? Sim. Uma pessoa que queira trabalhar em Astronomia, observacional ou teórica (Astrofísica), ingressa num programa de doutoramento associado a um projecto de investigação original. O candidato é treinado para efectuar o trabalho. Se o trabalho requer tratamento de dados observacionais, o candidato é treinado nessas técnicas. Se requer teoria e utilização de supercomputadores, então tem que ser treinado também na parte numérica e na utilização de infra-estruturas de grande débito computacional. Esta formação só pode ser proporcionada pelas universidades e os seus centros ou institutos de investigação. São as universidades que conferem o grau de doutor. «Aluguer» de telescópios Faz-se em Portugal ou é preciso sair? Em Portugal temos agora uma grande capacidade para dar doutoramentos. Em termos de observação não se põe a questão das infra-estruturas, porque muitos dados observacionais estão armazenados em bases de dados internacionais a que se pode aceder ou então, concorre-se a tempo de observação, em telescópios terrestres ou espaciais.em termos teóricos, e no caso de se necessitar de supercomputadores, será necessário concorrera tempo de CPU [unidade de processamento central dos computadores] nos centros de supercomputação, tanto europeus como americanos. Para que isto seja possível, os orientadores dos trabalhos de doutoramento têm de estabelecer colaborações com investigadores residentes nesses países. Pode pedir-se tempo para fazer observação? Sim. Regularmente submetem-se projectos para se efectuarem observações com algum instrumento. Os projectos são avaliados por comités constituídos por investigadores de reconhecido mérito na área. O que acontece aos dados das observações? Após a observação, os investigadores têm um prazo para tratar e publicar os dados. Findo esse prazo, os dados são tornados públicos. Pode acontecer que após serem tornados públicos, alguém faça o mesmo estudo e publique os resultados antes mesmo da equipa proponente. Portugal tem investigadores jovens É um dos fundadores da Sociedade Portuguesa de Astronomia. Que existe há quanto tempo? A sociedade foi fundada em finais de Na altura já havia bastantes pessoas formadas em Astronomia e Astrofísica, muitas com doutoramento, e entendeu-se que deviam ser ouvidas a uma única voz, isto é, que houvesse uma representação única da comunidade científica. Nesse âmbito, decidiu-se avançar para a constituição da sociedade que, entre outras coisas, procura promover e divulgar a investigação que é feita em Portugal. E o que é feito em Portugal? Muita coisa. Estuda-se, por exemplo, formação e desmembramento de nuvens moleculares, a formação, estrutura e evolução estelar, populações estelares, galáxias, a interacção entre o disco e o halo das galáxias, turbulência compressível, radiação cósmica de fundo, núcleos galácticos activos, buracos negros, etc... E isso é um trabalho individual ou em rede? Pode ser individual, mas normalmente cada pessoa tem as suas ligações. Devido à grande competitividade, há que estabelecer parcerias. O que também fomenta a proliferação do trabalho no mercado internacional. Também temos de ver as coisas numa perspectiva de marketing. Em Portugal faz-se pouco esse marketing. É uma questão cultural. Portugal é um nome pequeno na comunidade internacional. Todavia, o impacte científico dos investigadores portugueses é muito grande. Temos uma comunidade muito jovem, na casa dos trinta e tantos anos, na sua maioria doutorada no âmbito do pré-acordo de adesão de Portugal ao ESO durante os anos noventa do século passado. Descobertas portuguesas Há algum trabalho que se possa dizer que é mesmo de portugueses? Há. Se as equipas que fazem observações descobrem algum fenómeno, a primazia desse resultado é deles. Na teoria é exactamente a mesma coisa... Pode dar algum exemplo recente? A observação da estrutura filamentar numa nuvem molecular em resultado da sua fragmentação devido à turbulência. Alguns destes fragmentos tornar-se-ão gravitacionalmente instáveis dando origem à formação de estrelas. Esta observação foi efectuada por uma equipa internacional na qual participava uma astrónoma portuguesa, que trabalha no Centro de Astrofísica da Universidade do Porto. A implicação daquela observação é muito grande. Qual é a implicação? Trata-se da primeira observação que confirma a teoria da formação estelar que tem vindo a emergir nos últimos anos, em resultado de estudos teóricos da evolução em grande 32»noticiasmagazine 27.AGO.2006

5 escala do espaço interestelar e formação e fragmentação de nuvens moleculares por turbulência supersónica. Possodar-lhe outro exemplo. Num projecto de observação da galáxia M33, que temos financiado pela NASA e que utiliza o telescópio espacial Chandra, medimos a massa de um buraco negro. Os buracos negros são muito célebres... O buraco negro é algo que não conseguimos observar, porque tem uma gravidade de tal maneira grande que não deixa a luz escapar. É por isso que as naves espaciais dos filmes estão sempre a desaparecer por lá... Porque é preciso uma velocidade superior à velocidade da luz para escapar à acção do buraco negro. E como não existe essa velocidade... Simular para entender O que é que mais o atrai na astrofísica? No meu caso, é conseguir explicar, entre outras coisas, a dissipação da turbulência supersónica e magnetizada, a circulação da matéria entre o disco e o halo das galáxias e o efeito dos ventos estelares, da explosão de estrelas e da turbulência no espaço interestelar e na formação de nuvens moleculares e sua fragmentação. O espaço interestelar é um meio muito difuso, isto é, tem muito poucas partículas por unidade de volume, ao contrário da Terra. Trata-se de um sistema com condições físicas muito diferentes, onde o comportamento dos vários fenómenos é diferente daquele que teriam na Terra. E isso demonstra-se como? Através de simulações e de observações. A grande dificuldade em observar o espaço vem do facto de o telescópio observar tudo em duas dimensões (2D). Nós temos uma capacidade de visualização muito grande, em três dimensões (3D), pois os nossos olhos es- 33»noticiasmagazine 27.AGO.2006

6 tão afastados, o que nos permite ter uma ideia tridimensional do que nos rodeia. Todavia, se tirarmos uma fotografia, temos uma visão em 2D. E é exactamente isso que acontece nas observações do espaço. E não se tem a ideia da profundidade. Só se consegue perceber alguma distância em função de outros objectos dos quais se conheça a sua localização. Isto torna o trabalho muitocomplicado. Isso seria possível sem computadores? Antigamente fazia-se. Levava um bocadinho mais de tempo, não? Os computadores permitem o tratamento de um volume muito grande de dados, e também permitem que se efectuem simulações numéricas. Os dados destas simulações são convertidos em dados de observação. De seguida, procedemos a comparações estatísticas entre esses dados, transformados, e as observações reais. E assim vemos se há ou não variações, o que é que aconteceu, quais são as diferenças, e tentamos explicá-las fisicamente. Que implicações podem ter esses estudos na vida das pessoas? Há duas vertentes: uma é o interesse, o conhecimento. Outra é o desenvolvimento tecnológico. À medida que há necessidade de fazer mais observações são construídos melhores instrumentos. Paralelamente, em termos de supercomputação, por exemplo, são construídos computadores com tecnologia que permita uma comunicação muito rápida entre diferentes CPU, e entre estes e a memória das máquinas. Uma consequência do desenvolvimento de supercomputadores foi o incremento na capacidade de cálculo. Devido ao grande número de CPU que contêm, podem fazer-se simulações que demoram várias centenas de milhares, senão mesmo milhões, de horas de CPU. Para se ter uma ideia desta enormidade de horas, basta ver que um milhão de horas de simulação com 1000 CPU corresponde a 41.6 dias de cálculo. Se utilizarmos menos CPU demora muito mais tempo. Tenho simulações, já publicadas, que necessitaram de 1.4 milhões de horas de CPU... A Bolha Local Quais as descobertas que considera mais revolucionárias na área da astronomia/astrofísica? Uma importante foi a observação indirecta de buracos negros... Para mim, uma das descobertas revolucionárias, foi a descoberta da Bolha Local. Isso é o quê? Nós estamos inseridos numa bolha... «Nós»...? Nós, o sistema solar. Essa bolha é uma cavidade que foi provocada pela explosão de 19 estrelas, que passaram nas proximidades do Sol nos últimos 13/14 milhões de anos. A estrela que explodiu mais próximo ocorreu a 70 parsec [um parsec corresponde a 30.8 milhões de milhões de quilómetros, aproximadamente a distância do Sol à estrela mais próxima]. 34»noticiasmagazine 27.AGO.2006

7 A descoberta desta bolha, que tem gás, com temperaturas elevadas a dez mil graus ou mais mesmo um milhão de graus veio mudar completamente a visão que se tinha do espaço interestelar circundante e da nossa galáxia. Antes olhávamos para a galáxia, víamos muito gás quente à nossa volta (porque estamos inseridos numa bolha de gás quente), e pensava-se que cerca de 80 por cento do volume do disco galáctico era ocupado por gás a temperaturas superiores a quinhentos mil graus. Quando se descobriu a Bolha Local (1983) iniciou-se a alteração destes valores, que agora as observações apontam para serem da ordem dos 20 por cento. Esta bolha teve implicações: alterou imediatamente a visão que tínhamos [nos anos setenta]. Ultimamente, tem havido a identificação das várias estrelas que deram origem à Bolha Local não pela sua presença porque elas já não existem mas pela sua ausência. Pode explicar melhor...? Olhando para os vários grupos estelares que existem à volta do Sol, consegue saber-se quais são as estrelas que faltam. Isto tem a ver com a formação das estrelas. O número e massa das estrelas obedecem à chamada função de massa inicial. Sabendo quais as estrelas presentes pode saber-se com uma certa probabilidade quais as estrelas em falta. «Vemos sempre o passado» É verdade que as estrelas que estamos a ver já não existem, já morreram há muito, mas a sua luz só agora cá chega... Quando nós olhamos para algum sítio estamos sempre a ver o passado. A luz demora algum tempo a vir do objecto, porque tem de percorrer o espaço que está entre o objecto e o observador. Então podemos estar a olhar para uma coisa que já não existe. Podemos. Isso não lhe provoca problemas de ordem metafísica? De maneira nenhuma. Trata-se de um fenómeno físico perfeitamente explicável. Para onde nós olhamos, estamos sempre a olhar para o passado. Se eu olhar para aquele quadro ali na parede, estou a vê-lo há um milionésimo de segundo, ou se calhar há menos tempo do que isso. A luz tem que bater no quadro, reflectir-se e vir ter ao meu olho. A luz percorre o espaço entre o quadro e os meus olhos. Quando chega aqui, já chegou com um tempo de atraso relativamente ao tempo em que foi emitida. Portanto, eu estou a olhar para o passado. Acontece o mesmo com as estrelas. Não há razão para ter alguma preocupação metafísica. Passa a vida a olhar para o céu? Não. É mais para o computador e a ler artigos. Não faz observação? Não. O que faço é ver as imagens de satélite que há. Não faço observação, não é a minha área, e nem sequer tenho tempo para isso. Física «Ao olharmos para um sítio vemos sempre passado.a luz demora a vir do objecto,porque tem de percorrer o espaço que está entre este e o observador.» Fontes galácticas Como é que se tornou astrofísico? Licenciei-me em Física e doutorei-me em Física, especialidade de Astrofísica. Trabalho em Astrofísica teórica e computacional. Tive a oportunidade de trabalhar no Departamento de Astrofísica do American Museum of Natural History, em Nova Iorque. O que fiz lá foi estender os meus estudos de doutoramento e iniciar-me noutras áreas de investigação, por exemplo, em turbulência. O doutoramento foi sobre... Fontes galácticas. No disco das galáxias existem estrelas com massas superiores ou iguais a oito vezes a massa do Sol. Estas estrelas, quando terminam o seu ciclo de «vida» explodem (supernovas) e a onda de choque libertada pela sua explosão aquece o gás circundante até temperaturas dos milhões de graus. Este gás tem uma energia tão grande que não é retido no disco da galáxia, escapando para o halo. No seu movimento ascendente o gás arrefece, formando nuvens que continuam a ascender, mas com um movimento balístico. Depois de atingirem o ponto mais alto da sua trajectória caem sobre o disco. É a isto que se chama fonte galáctica bem, é um processo mais complexo do que isto. O meu trabalho de doutoramento consistiu no desenvolvimento do primeiro modelo tridimensional que explicasse o fenómeno. Quais serão as grandes descobertas na área da Astrofísica/Astronomia, em função dos estudos que estão a ser desenvolvidos? Há muita coisa. Na minha área, uma das descobertas mais importantes é conseguir explicar-se a metalicidade das nuvens de alta velocidade que são observadas no halo da nossa galáxia. Porque neste processo da fonte galáctica, as nuvens são formadas por material proveniente do disco, portanto a sua metalicidade deveria ser igual à do disco. Há outras nuvens que têm metalicidade semelhante àquela das nuvens de Magalhães. E outras que têm metalicidade primordial, e portanto a sua origem será extragaláctica. Todavia, existem nuvens que se sabe serem de origem galáctica e têm metalicidades inferiores à do disco da galáxia. Portanto, temos um problema entre a metalicidade e a origem das nuvens, que terá de ser resolvido via observações e simulações numéricas envolvendo a física atómica. O que são as nuvens de Magalhães? São duas galáxias anãs irregulares, satélites da Via Láctea. Qual é o seu maior desejo enquanto astrofísico? Portugal passar a ter uma infra-estrutura de supercomputação que nos permita fazer cá o nosso trabalho. Neste momento temos de estabelecer colaborações, desnecessárias em alguns casos, só para ter acesso a infra- -estruturas de supercomputação estrangeiras. Os investigadores principais têm de ser residentes nesses países. Se estiver nos EUA, posso concorrer. Se não, escrevo o projecto e um colaborador meu residente lá será o investigador principal, passando eu a ser um dos co-investigadores. E isto acaba por nos tirar a primazia. É verdade que em Portugal já existem algumas instituições com meios de supercomputação, mas não há meios para fazer aquilo a que chamamos production runs, que é haver tempo dedicado para se efectuarem simulações com dezenas de milhares de horas de CPU, como é necessário para o meu trabalho. Tenho simulações a correr em vários sítios, porque preciso de muito tempo de cálculo. A investigação é muito competitiva? É. Na minha área há poucas pessoas, mas já começa a haver muita competição. A vantagem do que faço é que numa única simulação obtenho resultados que diferentes equipas de investigação identificam como algo em que estão interessadas e isso permite-me ter várias colaborações. Os modelos que desenvolvemos não só têm reproduzido o que é observado, como também têm feito previsões que entretanto foram confirmadas.«35»noticiasmagazine 27.AGO.2006