O Prof. Dr. Paulo Afrânio Augusto Lopes, possui graduação em Física e pós-graduação em Astronomia. Desde 2009 é professor do Observatório do Valongo (UFRJ), onde foi coordenador dos cursos de graduação e pós-graduação. Atua principalmente na área de Astrofísica Extragaláctica, em particular na investigação da evolução de galáxias em diferentes ambientes.
Sua caminhada começou em 1996 na UFF no curso de Física, e hoje você já foi coordenador dos cursos de Graduação e Pós-graduação em Astronomia do Observatório do Valongo (UFRJ). De aluno para doutor como você avalia o curso de Física dentro desse período?
Paulo Afrânio:
A mudança de perspectiva, desde aluno até professor, é muito grande. Enquanto alunos somos impactados por diversas dificuldades para a manutenção e desenvolvimento do ensino superior no Brasil. Mas na condição de professor podemos perceber com mais detalhe estas adversidades, principalmente quando estamos envolvidos com atividades de gestão (como coordenação de curso). A maior parte destas está relacionada ao baixo investimento e mudanças frequentes nas políticas educacionais.
Na verdade, podemos dizer que falta uma política educacional de Estado, que sobreviva a mudanças de governos, sendo um pilar do desenvolvimento nacional. Esse foi o caminho adotado por alguns países há algumas décadas atrás, e que já há algum tempo são referência no desenvolvimento mundial. Um dos casos mais citados é o da Coreia do Sul, mas também podemos mencionar a Finlândia e mais recentemente, Portugal.
No que diz respeito ao cursos de Física (no qual me graduei) e de Astronomia (no qual atuo) creio que vale a pena mencionar mudanças que visam uma melhor inserção dos estudantes no mercado de trabalho. Para isso, os cursos experimentaram mudanças para ter habilitações (com diferentes especialidades) e a partir destas até cursos novos podem ser criados. Um exemplo, é o curso de Física-Médica da UFRJ, que surge como resposta a uma crescente demanda ligada ao desenvolvimento de equipamentos hospitalares que usam radiação ionizante.
No currículo da graduação em astronomia da UFRJ, pode-se escolher entre cinco ênfases: (i) Astrofísica; (ii) Astronomia Computacional; (iii) Astronomia Instrumental; (iv) Astronomia Matemática; (v) Difusão da Astronomia. Essas diferentes possibilidades abrem um leque de opções, de acordo com as habilidades e interesses dos estudantes.
Em resumo, apesar das dificuldades, entendo que esses cursos (Física e Astronomia) se desenvolveram bastante, adaptando-se as mudanças que presenciamos nas últimas décadas.
A Astrofísica Extragaláctica é um dos campos mais ativos da Astrofísica contemporânea, mas aqui no Brasil pouco se fala, você poderia dar uma pincelada sobre esse tema?
Paulo Afrânio:
Creio que a astronomia em geral, e a ciência como um todo, são temas pouco abordados no dia a dia. Durante a pandemia tivemos mais espaço para ciência na mídia, em particular em biologia e infectologia, mas com o tempo esse acaba diminuindo. Entre diversos fatores que contribuem para a pequena visibilidade de temas científicos, temos a pouca divulgação científica feita por boa parte dos cientistas (assumo minha parcela de responsabilidade nesse ponto) e o baixo desenvolvimento educacional do país (voltando a minha primeira resposta).
A Astrofísica Extragaláctica é uma área fascinante. E “jovem” (tendo cerca de 100 anos)! Nesta buscamos investigar como as galáxias se formam e evoluem, estudando propriedades estruturais (como tamanho e morfologia) e ligadas a atividade de formação estelar. Além disso, verificamos a distribuição das galáxias no espaço e a possível dependência de suas propriedades com o ambiente no qual residem. Isso tudo nos leva a uma conexão com a Cosmologia, pois as galáxias representam uma das formas de traçarmos a distribuição de matéria e sua evolução no Universo.
Uma das suas especialidades é o estudo de aglomerados de galáxias, que podem conter até milhares de galáxias. Pensar em uma galáxia já é muito, imagina milhares. Qual seria a probabilidade da existência de vida extraterrestre para você?
Paulo Afrânio:
Essa é uma questão extremamente interessante, mas de difícil resposta, pois não temos como estimar uma probabilidade confiável. Por outro lado, podemos pensar na equação de Drake, que busca uma resposta para essa questão, mas mais que isso, visa estimular o diálogo e a pesquisa sobre o tema. Esta equação foi formulada por Frank Drake em 1961 e serviu como base para discussões do primeiro encontro sobre “busca de vida extraterrestre inteligente” (search for extraterrestrial intelligence, SETI, em inglês). A equação fornece uma estimativa de N, o número de civilizações na Via Láctea com as quais seria possível estabelecermos comunicação. A expressão leva em conta sete termos, que quando multiplicados fornecem N. Estes termos são: (i) R*, a taxa de formação de estrelas apropriadas ao desenvolvimento de vida inteligente; (ii) fp, a fração de estrelas com sistemas planetários; (iii) ne, o número de planetas (por sistema) com ambiente apropriado à vida; (iv) fl, a fração destes nos quais a vida realmente surge; (v) fi, a fração de planetas nos quais a vida inteligente se desenvolve; (vi) fc, a fração de civilizações que desenvolve tecnologia que produz sinais de sua existência; (vii) L, o período pelo qual essas civilizações produzem tais sinais.
Com exceção do primeiro fator (taxa de formação estelar) pouco se sabia sobre os demais termos há cerca de 60 anos. Na época, alguns obtinham estimativas pessimistas (N = 1), enquanto outros chegavam a valores maiores (alguns milhões). Drake chegou numa estimativa de N = 10000 (supondo que sociedades capazes de se comunicar poderiam se formar numa taxa de uma por ano e viveriam por cerca de 10000 anos). Mesmo depois de seis décadas, tivemos pouco progresso em relação ao melhor entendimento dos demais termos (à exceção do conhecimento de exoplanetas). Sendo assim, a equação de Drake continua bastante incerta, mas serve pro seu propósito original, que é estimular o debate e a pesquisa acerca deste tema.
Quais os principais temas de pesquisa, em astrofísica extragaláctica, desenvolvidos no Observatório do Valongo? Como eles podem ser apresentados ao grande público?
Paulo Afrânio:
Os professores do Valongo que atuam em astrofísica extragaláctica investigam diferentes aspectos da evolução de galáxias. Entre outros, temos projetos que buscam: (i) um melhor entendimento do histórico de formação estelar de galáxias do tipo S0 (intermediárias entre espirais e elípticas); (ii) a caracterização morfológica de galáxias (com base na decomposição da luz e em técnicas de deep learning); (iii) a seleção de galáxias anãs de baixa metalicidade (importantes para compreensão da formação de galáxias primordiais); (iv) o estudo da distribuição da estrutura em grande escala do Universo; (v) a investigação da evolução de galáxias em diferentes ambientes no Universo; (vi) o desenvolvimento de ferramentas de machine learning para aplicações em astrofísica extragaláctica.
Alguns destes projetos fazem uso de dados de grandes levantamentos (surveys, em inglês) astronômicos, alguns dos quais fazemos parte, ao passo que outros projetos também são baseados em dados obtidos pelos professores do Valongo, em diferentes telescópios.
A divulgação dos resultados destas pesquisas dá-se de diferentes maneiras, como palestras e cursos feitos no Valongo e em escolas. Na home-page (e redes sociais) do Observatório pode-se encontrar uma lista de eventos de interesse do público em geral. Estes são organizados pela equipe de extensão do Observatório do Valongo. Além disso, alguns trabalhos desenvolvidos no Valongo também são divulgados em redes sociais ou diferentes plataformas de mídia.
O que representa o telescópio James Webb para a astrofísica contemporânea?
Paulo Afrânio:
O telescópio espacial James Webb (ou JWST) representa um enorme e aguardado avanço na nossa capacidade de explorar o Universo. Com ele podemos observar desde o Universo em suas fases iniciais até nuvens de poeira onde estrelas e sistemas planetários estão se formando.
O JWST permite a investigação de galáxias na sua juventude. Estas encontram-se muito distantes, a cerca de 13 bilhões de anos luz. Isso só pode ser alcançado com um telescópio dotado de um grande espelho. O Webb tem um espelho primário de 6,5 metros (em comparação aos 2,4 metros do telescópio Hubble). O JWST tem instrumentos extremamente sensíveis no infravermelho, o que é essencial para exploração de regiões afetadas pela presença de poeira, em particular estrelas e planetas em formação. Desta forma, o Webb auxiliará na busca de exoplanetas, podendo quem sabe encontrar uma outra Terra.
Ou seja, muitos das perguntas de astrônomos (e do público leigo) poderão ter uma resposta com as observações feitas por esse fantástico novo telescópio. Também é importante lembrarmos que a construção e o lançamento do JWST representam um grande avanço tecnológico. O desenvolvimento tecnológico para construção do espelho tem benefícios em áreas distantes, como cirurgia ocular e computação.
Qual a importância do número 1/137 para o universo?
Paulo Afrânio:
Este número representa a constante de estrutura fina, representando uma medida da força da interação entre partículas carregadas e a força eletromagnética.
Elétrons só podem orbitar um núcleo atômico em níveis de energia específicos. Ao mudar de nível num átomo um elétron vai emitir ou absorver radiação. A diferença de energia entre dois níveis orbitais portanto está associada a mudança de nível do elétron, podendo ser detectada como uma linha espectral, que ocorre em comprimentos de onda (ou frequência) específicos.
No entanto, há cerca de 100 anos, percebeu-se que algumas linhas espectrais apareciam divididas. Ao invés de somente uma, apareciam duas linhas com uma separação muito pequena (daí o nome “estrutura fina”). Para explicar o surgimento de linhas divididas foi introduzida a “constante de estrutura fina”. Isso foi feito pelo físico Arnold Sommerfeld. A diferença desta constante para outras constantes físicas fundamentais é que esta é adimensional. Com o passar do tempo verificou-se que esta constante aparece em outros problemas físicos.
Creio que esta constante tornou-se “popular”, porque é comum que alguns físicos digam que diferentes valores para ela, representariam um universo diferente, afetando o tamanho dos átomos ou reações nucleares, por exemplo. Ainda não temos uma explicação para origem desta constante, nem para seu valor. Quem sabe isso venha a acontecer se um dia tivermos o desenvolvimento de uma grande teoria unificada da física.
Existe alguma evidência da existência de seres pluricelulares em algum planeta? Caso não exista, na sua área de atuação e pesquisa, você acredita nesta possibilidade? E quanto a existência de vida inteligente, seria possível?
Paulo Afrânio:
Até o momento não temos evidências de vida fora da Terra. No entanto, com o número cada vez maior de exoplanetas descobertos (atualmente conhecemos mais de 5000), os avanços nos telescópios recentes e o progresso da astrobiologia, essa descoberta talvez aconteça nos próximos anos. Porém, é provável que venha de nossa própria “vizinhança”, do que são conhecidas como luas geladas do sistema solar exterior. Pelo menos seis destas devem possuir oceanos, que podem ser propícios para o desenvolvimento de vida.
Motivados pela descoberta de água na lua de Saturno chamada Enceladus, pelo menos duas sondas foram planejadas nos últimos anos, tendo seus lançamentos em 2023 e 2024. O objetivo principal é o estudo detalhado de algumas destas luas, como Europa, Calisto e Ganimede, já que a combinação de água líquida com calor do interior planetário são condições favoráveis ao desenvolvimento de vida microscópica.
Sobre a existência de vida inteligente. Essa possibilidade é discutida na comunidade científica há bastante tempo. Minha resposta sobre o tema já está numa das perguntas feitas na entrevista à Linkezine (por favor veja acima). Lá eu falo sobre a equação de Drake, que serviu como base para discussões do primeiro encontro sobre “busca de vida extraterrestre inteligente” (search for extraterrestrial intelligence, SETI, em inglês), nos anos 1960. Cerca de duas décadas depois foi fundado o instituto SETI, que tinha como objetivo inicial a busca por vida inteligente extraterrestre.
Como foi formado o cinturão de asteroides entre Marte e Júpiter? Por que não se aglutinaram formando um planeta nessa região?
Paulo Afrânio:
A formação do cinturão de asteroides ainda não é totalmente compreendida. A teoria mais aceita (ou mais popular) é a de que haveria muito mais matéria nessa região na época da formação do sistema solar, sendo quase a totalidade desta (~99%) expelida posteriormente. Note que apesar de ser composto por bilhões de pequenos corpos de formato irregular, a massa total do cinturão é inferior a 4% da massa da Lua. A origem do cinturão estaria relacionada a própria formação do sistema solar, pois os planetas se formaram a partir de cinturões como esse, que se aglutinaram (a partir da atração gravitacional entre eles), dando origem a corpos maiores (planetas). Na região na qual temos o cinturão de asteroides não teria sido possível formar um planeta devido a proximidade de Júpiter. Os objetos do cinturão não conseguiram se aglutinar, pois sofrem uma grande influência gravitacional, tanto de Júpiter, quanto do Sol (que apesar de ter massa muito maior, está bem mais distante). Nessa “disputa” entre Sol e Júpiter os asteroides não conseguiram se unir para formar um planeta.
Há uma teoria mais recente que propõe uma visão contrária a essa, segundo a qual a região do cinturão seria praticamente desprovida de matéria na época da formação do sistema solar, tendo sido povoada posteriormente, quando os planetas que conhecemos se formaram. Os corpos do cinturão seriam originários de resíduos não aproveitados da formação dos planetas, tanto os chamados “terrestres”, como os gigantes gasosos, que teriam migrado para esta região. Matéria dos planetas menores teria povoado a região interna do cinturão, ao passo que material residual dos planetas Júpiter e Saturno teria dado origem a parte mais externa do cinturão. Esta teoria forneceria uma explicação para os diferentes tipos e composições dos asteroides em regiões distintas do cinturão.