The Milky Way Could Be Spreading Life From Star to Star

For almost two centuries, scientists have theorized that life may be distributed throughout the Universe by meteoroids, asteroids, planetoids, and other astronomical objects. This theory, known as Panspermia, is based on the idea that microorganisms and the chemical precursors of life are able to survive being transported from one star system to the next.

Expanding on this theory, a team of researchers from the Harvard Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) conducted a study that considered whether panspermia could be possible on a galactic scale. According to the model they created, they determined that the entire Milky Way (and even other galaxies) could be exchanging the components necessary for life.

The study, “Galactic Panspermia“, recently appeared online and is being reviewed for publication by the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. The study was led by Idan Ginsburg, a visiting scholar at the CfA’s Institute for Theory and Computation (ITC), and included Manasvi Lingam and Abraham Loeb – an ITC postdoctoral researcher and the director of the ITC and the Frank B. Baird Jr. Chair of Science at Harvard University, respectively.

A new study expands on the classical theory of panspermia, addressing whether or not life could be distributed on a galactic scale. Credit: NASA

As they indicate their study, most of the past research into panspermia has focused on whether life could had been distributed through the Solar System or neighboring stars. More specifically, these studies addressed the possibility that life could have been transferred between Mars and Earth (or other Solar bodies) via asteroids or meteorites. For the sake of their study, Ginsburg and his colleagues cast a wider net, looking at the Milky Way Galaxy and beyond.

As Dr. Loeb told Universe Today via email, the inspiration for this study came from the first-known interstellar visitor to our Solar System – the asteroid ‘Oumuamua:

“Following that discovery, Manasvi Lingam and I wrote a paper where we showed that interstellar objects like `Oumuamua could be captured through their gravitational interaction with Jupiter and the Sun. The Solar System acts as a gravitational “fishing net” that contains thousands of bound interstellar objects of this size at any given time. These bound interstellar objects could potentially plant life from another planetary system and in the Solar System. The effectiveness of the fishing net is larger for a binary star system, like the nearby Alpha Centauri A and B, which could capture objects as large as the Earth during their lifetime.”

“We expect most objects to likely be rocky, but in principle they could also be icy (cometary) in nature,” Ginsburg added. “Regardless of whether they are rocky or icy, they can be ejected from their host system and travel potentially thousands of light-years away. In particular the center of the galaxy can act as a powerful engine to seed the Milky Way.”

Artist’s impression of the first interstellar asteroid/comet, “Oumuamua”. This unique object was discovered on 19 October 2017 by the Pan-STARRS 1 telescope in Hawaii. Credit: ESO/M. Kornmesser

This study builds on previous research conducted by Ginsburg, Loeb and Gary A. Wegner of the Wilder Lab at Dartmouth College. In a 2016 study published in the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, they suggested that the center of the Milky Way could be the instrument through which hypervelocity stars are ejected from a binary system and then captured by another system.

For the sake of this study, the team created an analytic model to determine just how likely it is that objects are being traded between star systems on a galactic scale. As Loeb explained:

“In the new paper we calculated how many rocky objects that are ejected from one planetary system can be trapped by another one across the entire Milky Way galaxy. If life can survive for a million years, there could be over a million `Oumuamua-size objects that are captured by another system and can transfer life between stars. Therefore panspermia is not exclusively limited to solar-system sized scales, and the entire Milky Way could potentially be exchanging biotic components across vast distances.”

“[O]ur physical model calculated the capture rate of objects in the Milky Way which strongly depend upon velocity and the lifetime of any organisms that may travel on the object,” added Ginsburg. “No one had done such a calculation before, and we feel this is quite novel and exciting.”

From this, they found that the possibility of galactic panspermia came down to a few variables. For one, the capture rate of objects ejected from planetary systems is dependent on the velocity dispersion as well as the size of the captured object. Second, the probability that life could be distributed from one system to another is strongly dependent upon the survival lifetime of the organisms.

An artist’s conception of a hypervelocity star that has escaped the Milky Way. Credit: NASA

However, in the end they found that even in the worst case scenarios, the entire Milky Way could be exchanging biotic components across vast distances. In short, they determined panspermia is viable on galactic scales, and even between galaxies. As Ginsburg said:

“Smaller objects are more likely to be captured. If you consider Saturn’s moon Enceladus (which is very interesting in itself) as an example, we estimate that as many as 100 million such life-bearing objects may have traveled from one system to another! Again, I think it’s important to note that our calculation is for life-bearing objects.”

The study also bolsters a possible conclusion raised in two previous studies conducted by Loeb and James Guillochon (an Einstein Fellow with the ITC) back in 2014. In the first study, Loeb and Guillochon traced the presence of hypervelocity stars (HVSs) to galactic mergers, which caused them to leave their respective galaxies at semi-relativistic speeds – one-tenth to one-third the speed of light.

In the second study, Guillochon and Loeb determined that there are roughly a trillion HVSs in intergalactic space and that hypervelocity stars could bring their planetary systems along with them. These systems would therefore be capable of spreading life (which could even take the form of advanced civilizations) from one galaxy to another.

In addition to small objects (like meteoriods), life could be distributed throughout our galaxy by interstellar asteroids, and between galaxies by stars systems. Credit: NASA/Jenny Mottor

“In principle, life could even be transferred between galaxies, since some stars escape from the Milky Way,” said Loeb. “Several years ago, we showed with Guillochon that the Universe is full of a sea of stars that were ejected from galaxies at speeds up to a fraction of the speed of light through pairs of massive black holes (formed during galaxy mergers) which act as slingshots. These stars could potentially transfer life throughout the Universe.”

As it stands, this study is sure to have immense implications for our understanding of life as we know it. Rather than coming to Earth on a meteorite, possibly from Mars or somewhere else in the Solar System, the necessary building blocks for life could have arrived on Earth from another star system (or another galaxy) entirely.

Perhaps someday we will encounter life beyond our Solar System that bears some resemblance to our own, at least at the genetic level. Perhaps we may even come across some advanced species that are distant (very distant) relatives, and collectively ponder where the basic ingredients that made us all possible came from.

OCTOBER 12, 2018 BY MATT WILLIAMS

Fuente: https://www.universetoday.com/140223/the-milky-way-could-be-spreading-life-from-star-to-star/

Further Reading: arXiv

¿Puede la Teoría de Cuerdas explicar la expansión acelerada del Universo?

ABC Físicos de todo el mundo discuten sobre la posibilidad de que la Teoría de Cuerdas pueda incluir conceptos como el de energía oscura

Una nueva conjetura está revolucionando a los físicos, especialmente a aquellos que creen y sustentan la Teoría de Cuerdas, la idea según la cual las partículas subatómicas, que generalmente se representan como puntos, consisten en realidad en la vibración de objetos aún más pequeños y cuyo aspecto recuerda al de cuerdas o filamentos. Un electrón, por ejemplo, no sería un simple punto sin estructura interna, sino un conjunto de cuerdas minúsculas que vibran en un espaciotiempo de once dimensiones.

Recientes investigaciones parecían haber conseguido arrinconar e invalidar en gran parte la teoría, pero el autor de la nueva hipótesis, el físico Timm Wrase, de la Universidad de Viena, le acaba de proporcionar un nuevo balón de oxígeno. Sus resultados, que están provocando acaloradas discusiones académicas en todo el mundo, se acaban de publicar en Physical Review D. El artículo se puede encontrar también en ArXiv.org.

Todo empezó el pasado mes de Junio, cuando un equipo de investigadores de la Universidad de Harvard y el Instituto de Tecnología de California, capitaneados por el físico teórico Cumrun Vafa, publicaron un artículo cuyas conclusiones eran un auténtico mazazo para la Teoría de Cuerdas. De hecho, decía el estudio, esa teoría es "fundamentalmente incompatible" con la energía oscura, pero como resulta que solo con la energía oscura podemos explicar la expansión acelerada del Universo, la Teoría de Cuerdas tenía que estar equivocada.

El destino de la controvertida teoría parecía sellado, pero Timm Wrase se dio cuenta enseguida de que algo extraño sucedía con el artículo de Harvard. Y es que sus conclusiones parecían ser incompatibles con la existencia del bosón de Higgs, que fue descubierto en 2012 por los físicos del CERN, en Suiza. Wrase y sus colegas de las universidades de Columbia en Nueva York y de Heilderberg publicaron entonces sus cálculos en el citado artículo de Physical Review y de inmediato una serie interminable de acaloradas discusiones sobre la Teoría de Cuerdas y la energía oscura empezaron a propagarse por todo el planeta.

Como sabemos muy bien, el mayor desafío de la Física moderna consiste en explicar por qué las leyes que gobiernan la realidad macroscópica (la de los objetos formados por múltiples partículas, como mesas, personas o estrellas) no funcionan cuando se aplican al mundo subatómico de las partículas individuales, que parecen seguir otras leyes completamente diferentes.

En este sentido, la Teoría de Cuerdas ha suscitado muchas esperanzas, ya que parece ser capaz de resolver la cuestión y agrupar en un único cuerpo teórico a todas las fuerzas de la naturaleza para que sean capaces de describir el mundo físico al completo, desde las partículas más pequeñas hasta las estructuras más grandes del Universo. Todo un sueño, pues, para los físicos: un único cuerpo de leyes capaz de explicar la realidad desde lo más pequeño a lo más grande.

A menudo, sin embargo, se ha acusado a la Teoría de Cuerdas de ofrecer una gran cantidad de resultados matemáticos abstractos y muy pocas predicciones susceptibles de ser comprobadas experimentalmente. Pero últimamente esa situación ha cambiado, y la comunidad de físicos que apoyan la teoría discuten ahora sobre una cuestión que está íntimamente relacionada con los experimentos cósmicos que miden la expansión del Universo. Como se sabe, el Universo se expande, es decir, cada vez se hace más grande. Pero no solo crece constantemente, sino que su expansión, además, se está acelerando, de forma que crece cada vez más deprisa. Un hallazgo que valió, en 2011, el Premio Nobel de Física a los investigadores Brian Schmidt y Adam Riess.

Energía oscura y expansión del Universo

Por lo que sabemos, esa expansión acelerada solo puede explicarse suponiendo que existe una forma adicional de energía. Una energía previamente desconocida y a la que hoy nos referimos como "energía oscura".

Originalmente, la idea viene del mismísimo Albert Einstein, que la agregó en forma de una "constante cosmológica" a su teoría de la Relatividad General. Pero Einsten no hizo eso para explicar un Universo en expansión, sino para todo lo contrario. Para él, en efecto, el Universo era estático y se encontraba en un perfecto equilibrio. Por eso, cuando en 1929 Edwin Hubble demostró sin lugar a dudas que en realidad el Universo se está expandiendo, Einstein calificó la modificación de sus ecuaciones como el mayor error de toda su vida. Los años posteriores, sin embargo, demostraron que Einstein tenía razón incluso cuando se equivocaba, y tras el descubrimiento de la expansión acelerada del cosmos, su constante cosmológica fue reintroducida como "energía oscura" en los modelos cosmológicos actuales.

"Durante mucho tiempo -asegura Timm Wrase- pensamos que una energía oscura como esa podría acomodarse muy bien en la Teoría de Cuerdas". De hecho, la teoría predice la existencia de una serie de partículas adicionales que pueden describirse como campos. Dichos campos tienen un estado de energía mínima, algo parecido a una manzana que permanece dentro de una taza. La manzana siempre estará en el punto más bajo del recipiente, donde ya no se moverá. Si estuviera en cualquier otra parte, su energía sería mayor. Pero el hecho de que se encuentre justo en el fondo no significa que la manzana no tenga energía en absoluto. De hecho, podríamos colocar la taza con la manzana en el suelo, pero también encima de una mesa, donde la manzana tendría más energía, aunque seguiría sin poder moverse porque aún estaría en un estado de energía mínima dentro del recipiente.

"En la Teoría de Cuerdas -prosigue Wrase- existen campos que podrían explicar la energía oscura de una forma similar: localmente, estarían en un estado mínimo de energía, pero aún así su energía tendría un valor superior a cero. Esos campos serían la fuente de la llamada energía oscura. Y con ella podríamos explicar la expansión acelerada del Universo".

De esta forma, y justo cuando la Teoría de Cuerdas parecía estar cobrando nuevas fuerzas, se publicó, el pasado 25 de Junio, el artículo de Cumrun Vafa, de la Universidad de Harvard y uno de los teóricos de cuerdas más renombrados del mundo, en el que sugería que tales campos de energía positiva "en forma de cuenco" no son posibles en la Teoría de Cuerdas.

Y fue Timm Wrase quien se dio cuenta rápidamente de las implicaciones de esta afirmación: "Si eso fuera cierto -afirma el físico- la expansión acelerada del Universo, tal y como la hemos imaginado hasta ahora, no sería posible. La expansión acelerada tendría que ser descrita por un campo con propiedades bastante diferentes, como un plano inclinado en el que una bola rueda cuesta abajo, perdiendo energía potencial". Pero en ese caso, la cantidad de energía oscura en el universo cambiaría con el tiempo, y la expansión acelerada del universo podría algún día llegar a detenerse. La gravedad podría entonces volver a juntar todo el material y comprimirlo en un punto, similar al Big Bang.

Pero esta no es toda la historia. "La conjetura de Cumrun Vafa, que prohibe ciertos tipos de campos -explica el investigador-, también prohibiría cosas que ya sabemos que existen". Cosas como el campo de Higgs, que también tiene propiedades que deberían estar prohibidas en la conjetura de Vafa. Sin embargo, la existencia del campo de Higgs es un hecho comprobado experimentalmente, y su hallazgo hizo merecedores a Peter Higgs y a François Englert del Nobel de Física en 2013.

Sin pérdida de tiempo, en Julio de este año, apenas un mes después de la publicación de Vafa, Wrase hizo públicas sus conclusiones en ArXiv.org. Lo que provocó de inmediato fuertes controversias en la comunidad internacional de físicos. Y ahora su trabajo, tras pasar la revisión por pares, ha sido publicado en Physical Review.

"Esta controversia es algo bueno para la Teoría de Cuerdas - asegura Timm Wrase- De repente, muchas personas tienen ideas completamente nuevas en las que nadie había pensado antes". Wrase y su equipo investigan ahora qué campos en concreto están permitidos en la Teoría de Cuerdas y en qué puntos violan la conjetura de Vafa. "Tal vez eso nos lleve a nuevas y emocionantes ideas sobre la naturaleza de la energía oscura, y eso sería un gran éxito".

Afortunadamente, las hipótesis que surjan a partir de ahora podrán ser, al menos en parte, comprobadas experimentalmente. En los próximos años, en efecto, misiones como la Euclides, de la Agencia Espacial Europea, podrán medir la expansión acelerada del Universo con más precisión que nunca.

Fuente: https://www.abc.es/ciencia/abci-puede-teoria-cuerdas-explicar-expansion-acelerada-universo-201810092014_noticia.html

Ondas gravitacionales para medir la velocidad de expansión del universo

Desde que el universo se creó en una colosal "explosión" hace 13.800 millones de años, ha estado expandiéndose, arrastrando con él a las galaxias, de una manera muy parecida a lo que ocurre con las pasas de una masa para bizcocho cuando aumenta de volumen.

Ilustración de los últimos momentos previos a una colisión entre una estrella de neutrones y un agujero negro, con la primera siendo destruida por el tirón de marea del segundo (en el centro del disco). Una colisión de estas características culmina con la fusión entre ambos objetos. (Imagen: A. Tonita, L. Rezzolla, F. Pannarale)

La comunidad astronómica lleva tiempo observando ciertas estrellas y otras fuentes cósmicas de mucha luz para medir su distancia respecto a la Tierra y la velocidad con la que se alejan de nosotros, dos parámetros que son esenciales para estimar la constante de Hubble, una unidad de medida que describe el ritmo con el que se está expandiendo el universo.

Pero, hasta la fecha, las iniciativas más precisas han acabado con valores muy diferentes de la constante de Hubble, lo que impide saber con suficiente certeza la velocidad con la que está expandiéndose el universo. Esta información, según creen los astrónomos, podría aclarar cuestiones clave sobre los orígenes de este último, así como su destino, incluyendo si el cosmos se expandirá indefinidamente o acabará por contraerse hasta derrumbarse sobre sí mismo.

Ahora, el equipo de Salvatore Vitale, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), y Hsin-Yu Chen, de la Universidad Harvard, ambas entidades en Estados Unidos, ha propuesto una forma más precisa e independiente de medir la constante de Hubble, usando ondas gravitatorias emitidas por un sistema relativamente raro: una pareja de astros masivos compuesta por un agujero negro y una estrella de neutrones, un sistema binario enormemente energético en el que cada astro gira en espiral alrededor del otro. A medida que se reduce la distancia que separa a estos objetos, deben producir ondas gravitatorias capaces de hacer temblar el espacio, y un destello de luz cuando acaban colisionando.

Los autores del nuevo estudio argumentan que un destello de luz de este tipo puede dar a los científicos una indicación de la velocidad a la cual la pareja se está alejando de la Tierra. Las ondas gravitatorias emitidas, si fueran detectadas en la Tierra, deberían proporcionar una medida independiente y precisa de la distancia del sistema. Aunque las binarias de este tipo son muy escasas, los investigadores calculan que bastaría detectar unas pocas para obtener el valor más preciso hasta la fecha de la constante de Hubble y de la tasa de expansión del universo.

Fuente: http://elblogantares.blogspot.com/2018/07/ondas-gravitacionales-para-medir-la.html