Un tesoro de antiguas y enigmáticas galaxias

• Los satélites europeos 'Planck' y 'Herschel' descubren las agrupaciones de galaxias más lejanas exploradas hasta ahora

• Se originaron entre 2.000 y 3.000 millones de años después del Big Bang y se cree que son las precursoras de los actuales cúmulos de galaxias

Los puntos rojos muestran la localización de las agrupaciones de galaxias descubiertas PLANCK/HERSCHEL

TERESA GUERRERO

Actualizado: 31/03/2015 14:00 horas

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 Son auténticas fábricas de estrellas y se formaron cuando sólo habían transcurrido entre 2.000 y 3.000 millones de años desde el Big Bang. Se trata de las agrupaciones de galaxias más antiguas que han sido exploradas hasta ahora. Un total de 228 grupos que, según creen los astrofísicos, podrían ser los precursores de los cúmulos de galaxias más grandes que existen en la actualidad.

Los dos telescopios espaciales europeos Planck y Herschel, lanzados conjuntamente en mayo de 2009, han trabajado en equipo para localizar estas agrupaciones de galaxias, cuyo descubrimiento fue presentado ayer simultáneamente en el Instituto de Astrofísica Espacial de Francia, en la sede de la Agencia Espacial Europea (ESA) en Holanda y en el Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA, en EEUU. Esta investigación internacional, en la que participan científicos de la Universidad de Oviedo y del Instituto de Física de Cantabria, se publicará en la revista Astronomy & Astrophysics.

Vertiginosa formación estelar

Mientras el satélite Planck ha encontrado «el cofre del tesoro»,Herschel, un observatorio espacial capaz de detectar la radiación que emiten los objetos lejanos y muy polvorientos del Cosmos, ha averiguado qué había en su interior. El cofre serían esas agrupaciones compactas de galaxias muy lejanas. Y los objetos que constituyen ese tesoro son galaxias en las que se fabrican estrellas a una velocidad asombrosa. Hasta mil veces más rápido que en la actualidad. Se forman muchas estrellas y de gran tamaño.

El símil se le ha ocurrido al astrofísico italiano Luigi Toffolatti, profesor titular del Departamento de Física de la Universidad de Oviedo, para describir, «con un poco de fantasía», el último gran descubrimiento realizado por el consorcio Planck, en el que participa desde que está misión estaba siendo diseñada, a principios de los 90.

Según precisa Toffolatti en conversación telefónica, anteriormente se habían encontrado galaxias más antiguas, es decir, de una época todavía más temprana que las que se presentan en este trabajo. Algunas de estas galaxias se formaron cuando el Universo era apenas un bebé, pues tenía sólo unos 700 o 800 millones de años: «Pero se trataba de galaxias individuales. Nunca se habían visto grupos de galaxias tan antiguos como estos».

En un estudio publicado hace una década, Toffolatti y varios colegas de la Universidad de Oviedo y del Observatorio Astronómico de Padua ya predijeron la existencia y la posibilidad de observar estos proto-cúmulos (o clumps): «Es una gran satisfacción comprobar que habíamos acertado», afirma. Sí les sorprendió, sin embargo, tanto la gran cantidad de agrupaciones detectadas (228), como la gran actividad estelar que había en ellas. «Contienen muchas estrellas explosivas y gran cantidad de polvo. Por eso han podido verse a tanta distancia», señala Toffolatti.

«Fue una sorpresa enorme encontrar en grupos tan pequeños tantas galaxias polvorientas en las que se forman estrellas de una manera tan intensa», señala Hervé Dole, investigador principal, en un comunicado de prensa. Entre los autores de este estudio, figuran también Joaquín González-Nuevo, de la Universidad de Oviedo, así como Diego Herranz y Laura Bonavera, del Instituto de Física de Cantabria.

La misión de los satélites de la Agencia Espacial Europea (ESA) Plancky Herschel, con una duración prevista de dos años, concluyó en 2013 tras ser prolongada un par de años. Herschel es el primer observatorio espacial capaz de observar toda la gama infrarroja, lo que le permite estudiar regiones invisibles del Universo lejano y cercano gracias a sus tres instrumentos: dos cámaras y espectrómetro de alta resolución.

El satélite Planck, por su parte, estudia el llamado fondo cósmico de microondas con una resolución y sensibilidad sin precedentes. Durante su misión ha elaborado mapas de todo el cielo y, gracias a sus observaciones, se han podido hacer estimaciones sobre la distribución de la energía oscura, la materia oscura y la materia ordinaria en el Universo.

Los datos recabados por esta misión han dado ya lugar a decenas de artículos científicos (sólo en 2014 se publicó una treintena de ellos). Sin embargo, como señala Toffolatti, «todavía quedan muchos datos por analizar por lo que, en los próximos meses, veremos más resultados importantes».

Twitter: @teresaguerrerof

ESA/PLANCK/HERSHEL

EL ORIGEN DE LA TELARAÑA CÓSMICA

En la imagen superior se muestra un mosaico con los 228 campos o agrupaciones de galaxias, los precursores de los cúmulos de galaxias actuales. Estos proto-cúmulos, explica Luigi Toffolatti, «nos dan información sobre cómo, en la época temprana del Universo, se formó la llamada telaraña cósmica». Así se denomina una red universal de filamentos que conectan entre sí las regiones de más alta densidad de materia oscura en el Cosmos. «Los grandes cúmulos de galaxias que vemos ahora se formaron a partir de las grandes concentraciones de materia oscura. Pero hasta ahora no teníamos imágenes de los precursores de toda esa estructura». Ahora disponen de una amplia muestra de esos proto-cúmulos (más de 200), de cuya existencia antes sólo tenían indicios.

Fuente: http://www.elmundo.es/ciencia/

¿Han logrado los extraterrestres construir aceleradores con agujeros negros?

En los alrededores de un agujero negro sería posible construir un acelerador capaz de operar en la escala de Planck

 Investigadores lanzan una apasionante posibilidad de «cazar» civilizaciones inteligentes sin necesidad de buscar fuera de la Tierra.

Esta vez, los científicos no se refieren a buscar vida extraterrestre en forma de simples microorganismos, sino a una auténtica “cacería” de civilizaciones tecnológicas que podrían estar esperándonos “ahí fuera”.

Por ejemplo: ¿podrían los alienígenas haber construido en alguna parte un acelerador de partículas alimentado por el inmenso poder de un agujero negro? La idea es un auténtico sueño para los físicos que estudian la materia y la energía a escalas increíblemente pequeñas. Pero está, por lo menos durante los próximos siglos, totalmente fuera del alcance de nuestras posibilidades tecnológicas.

Sin embargo, una civilización extraterrestre conocedora de la Física y lo suficientemente avanzada podría haber conseguido esta hazaña tecnológica. Y si así fuera, nosotros podríamos detectarla sin necesidad de movernos de la Tierra.

Brian Lacki, del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, en Nueva Jersey, ha hecho los cálculos necesarios para ello. Y en un artículo recién publicado enarXiv sugiere que si tal acelerador existiera realmente, debería producir neutrinos a energías de yottaelectronvoltios. Y esos neutrinos super energéticos podrían detectarse directamente desde la Tierra.

Un yottaelectronvoltio equivale a 1024 (un cuatrillón) de electronvoltios, que son la unidad de medida que se utiliza en física de altas energías. Para darse cuenta de lo que esta energía significa, recordemos que el recién actualizado LHC, el mayor acelerador de partículas del mundo, en Suiza, alcanza una energía de colisión de “solo” 13 teraelectronvoltios (1012 ).

Con estos resultados en la mano, Lacki ha pedido a los astrónomos del SETI, que desde hace décadas buscan cualquier posible signo de inteligencia extraterrestre, que traten de localizar esos neutrinos super energéticos. Si los encuentran, serían la prueba que necesitaban para demostrar que no estamos solos en el Universo.

Un acelerador varias veces el Sol

Igual que hace la Humanidad, parece razonable asumir que una civilización alienígena avanzada tenga un gran interés por la Física y que, como nosotros, trate de construir aceleradores de partículas cada vez más potentes y capaces, por lo tanto, de operar a escalas cada vez más pequeñas.

Pero estudiar la realidad a escalas cada vez menores requiere, paradójicamente, aceleradores cada vez más grandes. Y para llegar al límite teórico, la escala de Planck, la más pequeña posible, se necesitarían aceleradores de partículas realmente gigantescos, con tamaños varias veces superiores al Sol, y materiales especiales que fueran capaces de resistir los intensísimos campos magnéticos necesarios para un acelerador de esas características. Por no hablar, claro, de la gigantesca cantidad de energía que haría falta para alimentar y mantener esos campos magnéticos.

Sin embargo, existen lugares en los que una densidad energética tan alta puede existir de forma natural. Y esos lugares se encuentran en las cercanías de los agujeros negros. Allí, según Lacki, sí que sería posible construir un acelerador capaz de operar en la escala de Planck.

Tal acelerador, sin embargo, con tasas de colisión de partículas un cuatrillón de veces superiores a las que se alcanzan en el LHC produciría, según Lacki, una gran cantidad de residuos en forma de partículas super energéticas que, en principio, no conseguirían escapar de los campos magnéticos del propio acelerador y no llegarían, por lo tanto, hasta la Tierra. Todas excepto los neutrinos, que tendrían energías miles de millones de veces superiores a cualquier neutrino jamás detectado desde nuestro planeta.

Detectados por el sonido

Esos neutrinos, además, y a diferencia de sus “parientes” menos energéticos, resultarían más fáciles de detectar ya que interactuarían más intensamente con la materia que atraviesan. Lacki ha calculado que la mayor parte de los neutrinos super energéticos que atravesaran la Tierra y sus océanos depositarían su energía en forma de “cascadas” de partículas secundarias, que podrían ser detectadas por el sonido que producen gracias a una red de hidrófonos en el agua. Dada la rareza de estos neutrinos, que serían mucho menos numerosos que los que normalmente atraviesan la Tierra de parte a parte (millones por segundo en cada cm. cuadrado) serían necesarios unos 100.000 hidrófonos para tener alguna posibilidad de detectarlos.

Sería una forma diferente de buscar signos de inteligencia extraterrestre. Una que no necesitría de grandes telescopios y para la que sería suficiente con buscar en casa.

Fuente: http://abcblogs.abc.es/nieves/

Hubble's Time Machine

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Los protones ya circulan por el LHC

Reconstrucción en tres dimensiones del túnel del LHC y lo simanes superconductores que aceleran los dos haces de protones / CERN

De todos los homenajes que recibirá Einstein este año por cumplirse un siglo de su teoría de la relatividad general, este será el más caro y espectacular: el LHC vuelve a funcionar.

Los responsables del Gran Colisionador de Hadrones han comparecido hoy en rueda de prensa para explicar los detalles de la puesta en marcha del experimento. La circulación de haces de protones por la instalación se espera “en dos semanas”, dijo Rolf Heuer, director general del CERN, aunque en realidad la máquina comenzó hace meses el largo proceso para volver a funcionar. Las primeras colisiones estables entre protones se esperan para finales de mayo o principios de junio.

“Esta es casi una máquina nueva”, dijo Heuer sobre las mejoras y revisiones que se han hecho en el LHC. Más de 10.000 conexiones entre los imanes que aceleran los protones han sido reforzadas, lo que permitirá generar dos haces de estas partículas tan potentes “que cada uno podría fundir 500 kilos de plomo”, añadió.

“El LHC no tiene un botón de encendido o apagado, esto no es un frigorífico”, quiso recalcar Frédérick Bordry, director de aceleradores y tecnología del CERN. Bordry explicó que el pasado fin de semana se inyectaron los primeros haces de protones en varios sectores del anillo del LHC, que mide 27 kilómetros de circunferencia. Este proceso de reinyección de partículas continuará durante los próximos dos meses. En este tiempo se producirán colisiones, pero sin valor científico y, a finales de mayo, llegarán las primeras observables para los científicos y susceptibles de producir descubrimientos.

El LHC no tiene un botón de encendido o apagado, esto no es un frigorífico

Aunque hay muchas formas de explicar por qué esto es importante, el que más claro lo dejó fue Einstein con su famosa ecuación E=mc². La energía es igual a la masa por la velocidad de la luz al cuadrado. El LHC acelera partículas hasta que estas rozan la velocidad de la luz. Esta vez, va a funcionar al doble de energía, 13 Teraelectronvoltios. Ninguna máquina humana ha conseguido generar tal energía o lo que es igual, ninguna máquina había podido producir partículas con tanta masa. Entre esas partículas podrían encontrarse las que componen la materia oscura o la supersimetría, posibles claves para empezar a entender lo que los físicos llaman el universo oscuro, o desconocido, y que supone el 95% del cosmos.

“Si la naturaleza es buena con nosotros podremos encontrar estas partículas pronto”, dijo Heuer. Su compañero Tiziano Camporesi, portavoz del experimento CMS, intentó aclarar qué es lo que realmente se puede esperar. “Si las nuevas partículas pueden ser producidas, serán producidas, lo que no sabemos es la probabilidad de que aparezcan”, explicó el físico. “Si la probabilidad es alta las veremos pronto y la naturaleza se habrá comportado, si no, serán mucho más difíciles de encontrar”, añadió. Una segunda forma de detectarlas, explicaron los físicos, es de forma indirecta, acumulando muchos datos sobre colisiones entre protones y viendo si estos se desvían ligeramente de los modelos físicos conocidos.

En la anterior tanda de experimentos había un objetivo claro, descubrir el bosón de Higgs. Esta vez, el LHC va a pisar tierra virgen y nadie sabe qué puede hallar. Una posibilidad, dijo Camporesi, es encontrar un nuevo estado de la materia. Otro responder a la pregunta: ¿Podemos crear materia oscura en el laboratorio?”, como explicó Dave Charlton, portavoz de Atlas, el otro experimento grande del LHC. Aunque nunca haya sido observada, la teoría dice que la materia oscura compone hasta el 25% del universo.

El LHC funcionará de forma continuada, con parones en Navidad, hasta 2018. Existe la posibilidad de que para entonces no se haya descubierto nada nuevo, pero eso no es ningún drama, según Heuer. “Tenemos un plan para continuar usando el LHC hasta 2035”, destacó.

Fuente: http://elpais.com

El LHC se adentra en el universo desconocido

Vista lateral del experimento CMS, uno de los mayores del CERN. / ULY MARTÍN

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Hace unos días, cerca de Cessy (Francia), una mujer paseaba con su perro ajena a lo que se cocía bajo sus pies. Era un entorno idílico. Campos verdes con nieve en las umbrías, granjas de vacas y los Alpes recortados en el horizonte. Mientras, a 100 metros bajo tierra, cientos de operarios, ingenieros y físicos hacían los últimos ajustes para encender la mayor máquina del mundo, capaz de reproducir lo que pasó en el universo poco después del Big Bang.

El Gran Colisionador de Hadrones, o LHC, en la frontera entre Francia y Suiza, volverá a funcionar a finales de mes, probablemente el 23 de marzo. Los físicos llaman a estas puestas en marcha runs(carreras en inglés). En la primera ya se consiguió todo un récord mundial con el descubrimiento del bosón de Higgs. Lo que depara esta segunda, que durará hasta 2018, no lo sabe nadie. Tras dos años de reparación y acondicionamiento el acelerador va a funcionar al doble de potencia y cruzará una frontera de la física nunca antes traspasada. Al otro lado puede haber partículas desconocidas cuyo descubrimiento convertiría al célebre bosón en un polvoriento trofeo de niñez.
Reyes Alemany es piloto del LHC. Esta física de partículas española trabaja en el centro de control del acelerador, en la parte francesa del laboratorio europeo de física de partículas CERN. Es una gran sala diáfana dividida de cuatro islas de ordenadores y monitores que supervisan los cuatro grandes aceleradores de la instalación. Desde aquí se controla cuándo y cuántos protones legan al anillo de 27 kilómetros del LHC y cuándo los dos hacesopuestos comenzarán a chocar produciendo nuevas partículas. En la isla de control del LHC, bajo las pantallas, una hilera de 47 botellas vacías de champán, whisky y vodka recuerdan la fiesta del descubrimiento del bosón.

Pisar el acelerador del LHC es una inmensa responsabilidad. “Sería imposible cargárselo apretando el botón equivocado, pero si no lo operas correctamente estás perdiendo nuevos higgs o peor, partículas desconocidas que podrían no aparecer más”, explica.

En 20 minutos, el CERN acelera protones hasta rozar la velocidad de la luz. Si los astronautas pudieran hacer lo mismo conocerían otros planetas habitables y posiblemente viajarían en el tiempo. Al chocar, los protones se desintegran dejando al descubierto quarks, leptones y el resto de partículas elementales. El bosón de Higgs era la última que faltaba para describir toda la materia. Dicho así parece un logro descomunal, pero esa materia, la que compone cada átomo del universo conocido, ya sea en la Tierra o en la estrella más lejana, supone solo el 5% del cosmos. El 95% restante está hecho de materia oscura y energía oscura, los dos grandes misterios del universo.

Vista interior de los imanes que componen el anillo de 27 kilómetros del LHC. Por su interior, en tubos de vacío, corren los dos haces opuestos de protones / ULY MARTÍN

El LHC tiene tres grandes retos en esta segunda carrera. Uno es descubrir la supersimetría, que sería como “entrar en una nueva dimensión”, como dice María Chamizo, física del CMS, uno de los dos experimentos grandes del LHC. Un ascensor presurizado —previo paso por la cabina de reconocimiento de retina— lleva a la instalación. A 100 metros bajo tierra, metido en su caverna, el CMS es como un tambor de lavadora de cinco pisos de alto y 14.000 toneladas. En su centro chocan los protones y sus sensores captan las nuevas partículas.

La supersimetría, o SUSY, supone que cada partícula elemental conocida tiene una hermana supersimétrica desconocida. A cada higgs correspondería un higgsino, a cada neutrino su neutralino, etc. La interacción entre esas hermanas podría ser responsables de fenómenos que se observan en el universo y para los que no hay explicación. Por ejemplo, entre todas esas partículas supersimétricas estarían las que componen la materia oscura, el segundo gran objetivo del LHC. Esta cara oculta de la materia forma el 25% del universo. Nunca se ha observado, pero los astrónomos y cosmólogos creen que esta sustancia sustenta a las galaxias y los cúmulos de galaxias.

La posibilidad de encontrar ahora esas nuevas partículas no es “terriblemente convincente”, opina Frederic Teubert, físico del experimento LHCb, pero eso no quiere decir nada. “La ventaja que tenemos los físicos experimentales es que da igual lo que creas probable o razonable, nada sustituye a la evidencia experimental y por eso estoy impaciente por descubrir qué nos depara la naturaleza a estas energías que son ‘terra incognita”, reconoce. Las primeras colisiones de protones se esperan para el 18 de mayo y con ellas, posiblemente, la física desconocida.

El tercer reto del LHC es más asequible: medir al detalle el bosón de Higgs. En estos dos años la máquina ha estudiado “unos 1.000 bosones”, pocos para conocerlo a fondo, explica Chamizo. En esta segunda ronda se planea obtener al menos el doble de datos que en la anterior “Esta vez el higgs dejará de ser la estrella, pero aún nos queda mucho por medir, entre otras cosas su anchura exacta”, explica José Enrique García, físico del otro experimento grande del LHC, el ATLAS.

Un detector como CMS hace 40 millones de fotos cada segundo. A eso hay que sumarle las de los otros dos experimentos que hay dentro del anillo de 27 kilómetros del LHC. Sólo una parte de los datos se acaban almacenando, pero aún así hace falta un gran cerebro informático para procesar y almacenar todo.

El cementerio de protones

Una bofetada de calor recibe al visitante en el Centro de Cálculo del CERN, situado en la parte suiza. Decenas de miles de ordenadores se agrupan en columnas y pasillos. Su zumbido obliga a gritar. “No hay nada igual en ninguna otra parte del mundo”, explica Maite Barroso, una de las jefas del centro. La capacidad de computación se ha duplicado para esta nueva ronda. En total hay 11.000 servidores y el equivalente a 100.000 ordenadores personales funcionando sin descanso.

En na novela superventas de Dan Brown Ángeles y demonios, una secta se cuela en el CERN para intentar destruir el Vaticano con antimateria. En el mundo real, el botín está aquí. “Recibimos ataques informáticos todos los días, no solo por la capacidad de computación, también por la visibilidad que daría poder secuestrar los servidores del CERN”, confiesa esta ingeniera de telecomunicaciones. Por ahora, dice, nadie lo ha conseguido. “Como mucho se cuelan por un agujero del Linux, igual afectan a 20 máquinas pero enseguida se detecta y se aísla el problema”, detalla.

La primera vez que se encendió el LHC, en 2008, hubo un accidente y la enorme energía generada fundió parte de sus imanes superconductores. Aunque muchas de las personas que estos días trabajan en la puesta a punto de la máquina mencionan el incidente con preocupación, José Miguel Jiménez, jefe de tecnología del CERN, se muestra seguro de que todo saldrá bien. Su trabajo actual se centra en diseñar los nuevos cables superconductores y los imanes que permitirán duplicar el número de colisiones en 2019. “El LHC es una máquina que permite muchos descubrimientos, pero es casi el pasado”, reconoce Jiménez. “Mientras, aquí estamos preparando ya el futuro”, añade.

La vida de un protón en el CERN es efímera. Como mucho dará vueltas al anillo durante un ciclo completo de 14 horas. Si para entonces no se ha desintegrado, será desviado contra un tubo de grafito, aluminio y cemento de unos siete metros: el cementerio de los protones del CERN. La energía eléctrica usada durante el ciclo vuelve a la red eléctrica francesa y suiza y posiblemente encienda la casa de esa señora que pasea con su perro por Cessy. Unas tres horas después, los pilotos del LHC inyectarán otra tanda de protones en la mayor máquina del mundo.

Muchas preguntas por responder

ANTONIO PICH

El descubrimiento del bosón de Higgs ha confirmado la existencia de un nuevo campo de fuerzas, de naturaleza distinta a los cuatro que ya conocíamos (electromagnético, fuerte o nuclear, débil y gravitatorio). El “campo de Higgs” impregna todo el espacio-tiempo, frenando el movimiento de las partículas que interactúan con él y generando así su masa. Las vibraciones de este campo son los bosones de Higgs.

El Higgs puede aportar respuestas a varios de los enigmas más candentes de la física. Los constituyentes elementales de la materia están replicados tres veces, y estas réplicas solo se diferencian entre sí por su masa, es decir, por su interacción con el campo de Higgs. Aunque ignoramos las razones de esta repetición, creemos que está relacionada con la sorprendente ausencia de antimateria en el Universo observable. Otro misterio por resolver es la naturaleza de la “materia oscura”, de la cual tenemos muchas evidencias astrofísicas. La materia conocida solo representa el 5% de la masa del Universo, mientras que un 21% parece corresponder a una sustancia distinta que no emite luz (el resto es “energía oscura”, algo mucho más misterioso y desconocido). Si la energía disponible es suficiente, el LHC podría producir materia oscura y permitirnos estudiar sus propiedades. Al tener masa, es posible que esta sustancia desconocida interaccione con el campo de Higgs, que actuaría como un portal al “mundo oscuro”.

La propia existencia del Higgs plantea nuevas preguntas. ¿Es único o hemos descubierto el primer miembro de una clase diferente de partículas? Muchos modelos introducen campos adicionales. Por ejemplo, las teorías supersimétricas predicen que las partículas elementales conocidas (incluyendo el Higgs) tienen parejas con distinto espín. El LHC puede confirmar o refutar su existencia. Otra posibilidad es que el bosón de Higgs esté compuesto por constituyentes todavía no descubiertos; un nivel de subestructura adicional que daría lugar a nuevas formas de materia.

El LHC empieza una emocionante investigación a energías nunca antes exploradas. Cruzaremos las fronteras actuales del conocimiento, en busca de respuestas a problemas aún no resueltos. Es probable que encontremos fenómenos inesperados, cuya naturaleza no alcanzamos a sospechar.

Antonio Pich catedrático de Física Teórica del IFIC y coordinador del Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN)

Fuente:http://elpais.com/