SPHERE revela una fascinante colección de discos alrededor de estrellas jóvenes

Nuevas imágenes del instrumento SPHERE, instalado en el Very Large Telescope de ESO, nos muestran, con más detalle que nunca, los discos polvorientos que hay alrededor de estrellas jóvenes. Estos presentan una extraña variedad de formas, tamaños y estructuras, incluyendo los efectos de lo que probablemente sean planetas aún en formación.

El instrumento SPHERE, instalado en el Very Large Telescope (VLT) de ESO, en Chile, permite a los astrónomos suprimir la brillante luz de estrellas cercanas con el fin de obtener una mejor visión de las regiones que las rodean. Esta colección de nuevas imágenes de SPHERE es sólo una muestra de la gran variedad de discos polvorientos que se encuentran alrededor de estrellas jóvenes.

Estos discos son completamente diferentes en tamaño y forma: algunos contienen brillantes anillos, otros anillos oscuros, y algunos incluso se asemejan a hamburguesas. Su aspecto también difiere notablemente dependiendo de su orientación en el cielo (desde disco circulares, que vemos de cara, a estrechos discos vistos casi de canto). 

Esta observación de SPHERE es el descubrimiento de un disco de canto alrededor de la estrella GSC 07396-00759, miembro de un sistema múltiple de estrellas, incluido en la muestra de DARTTS-S. Curiosamente, y pese a que son de la misma edad, este nuevo disco parece ser más evolucionado que el disco rico en gas que hay alrededor de la estrella T Tauri en el mismo sistema.Crédito:

ESO/E. Sissa et al.

La tarea principal de SPHERE es descubrir y estudiar exoplanetas gigantes que orbitan estrellas cercanas usando detección visual directa. Pero el instrumento es también una de las mejores herramientas existentes para obtener imágenes de los discos que hay alrededor de estrellas jóvenes, regiones donde pueden estar formándose planetas. Estudiar este tipo de discos es fundamental para investigar la relación entre las propiedades de disco y la formación y la presencia de planetas.

Muchas de las estrellas jóvenes que se muestran a continuación provienen de un nuevo estudio de estrellas T Tauri, un tipo de estrellas que son muy jóvenes (tienen menos de 10 millones de años de edad) y que varían en brillo. Los discos que hay alrededor de estas estrellas contienen gas, polvo y planetesimales -los cimientos de los planetas y los progenitores de los sistemas planetarios-.

Estas imágenes también muestran el aspecto que podría tener nuestro propio Sistema Solar en las primeras etapas de su formación, hace más de 4.000 millones de años.

La mayoría de las imágenes mostradas fueron obtenidas como parte del sondeo DARTTS-S (siglas de Discs ARound T Tauri Stars with SPHERE, discos alrededor de estrellas T Tauri con SPHERE). Las distancias de los objetivos oscilan entre 230 y 550 años luz de la Tierra. En comparación, la Vía Láctea tiene un tamaño de unos 100.000 años luz, por lo que estas estrellas están relativamente cerca de la Tierra. Pero, incluso a esta distancia, es muy difícil obtener buenas imágenes de la débil luz reflejada por los discos, ya que son opacados por la deslumbrante luz de sus estrellas madre.

Otra nueva observación de SPHERE es el descubrimiento de un disco de canto alrededor de la estrella GSC 07396-00759, detectada por el sondeo SHINE (SpHere INfrared survey for Exoplanets, sondeo infrarrojo de SPHERE para la búsqueda de exoplanetas). Esta estrella roja es miembro de un sistema múltiple de estrellas que también está incluido en la muestra de DARTTS-S, pero, curiosamente, y pese a que son de la misma edad, este nuevo disco parece ser más evolucionado que el disco rico en gas que hay alrededor de la estrella T Tauri en el mismo sistema. Esta desconcertante diferencia en los plazos de evolución de los discos alrededor de dos estrellas de la misma edad es otra razón por la cual los astrónomos están deseosos de saber más sobre los discos y sus características.

Los astrónomos han utilizado SPHERE para obtener muchas otras imágenes impresionantes, así como para otros estudios que incluyen la interacción de un planeta con un disco, los movimientos orbitales dentro de un sistema y el tiempo de evolución de un disco.

Los nuevos resultados de SPHERE, junto con los datos de otros telescopios como ALMA, están revolucionando la comprensión de los astrónomos sobre los entornos que hay alrededor de estrellas jóvenes y los complejos mecanismos implicados en la formación de planetas.

Nuevas imágenes del instrumento SPHERE, instalado en el Very Large Telescope de ESO, nos muestran, con más detalle que nunca, los discos polvorientos que hay alrededor de estrellas jóvenes. Estos presentan una extraña variedad de formas, tamaños y estructuras, incluyendo los efectos de lo que probablemente sean planetas aún en formación.

Crédito:ESO

ESO

Fuente: http://elblogantares.blogspot.com.es/2018/04/sphere-revela-una-fascinante-coleccion.html 

Telescopio de la NASA encuentra las esquivas buckybolas en el espacio

Los astrónomos que usan el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA han descubierto moléculas de carbono, conocidas como “buckybolas”, en el espacio por primera vez. Las buckybolas son moléculas en forma de balón de fútbol que se observaron por primera vez en el laboratorio hace 25 años.

Se conocen así porque recuerdan a las cúpulas geodésicas del arquitecto Buckminster Fuller, que tienen círculos entrelazados en la superficie de una esfera parcial. Las buckybolas se pensaba que flotaban por el espacio, pero habían esquivado su detección hasta el momento.

“Encontramos lo que ahora son las moléculas más grandes conocidas en el espacio”, dice el astrónomo Jan Camide la Universidad de Ontario Occidental en Canadá, y el Instituto SETI en Mountain View, California. “Estamos particularmente emocionados debido a que tienen propiedades únicas que las hacen importantes para todo tipo de procesos químicos y físicos que tienen lugar en el espacio”. Cami es el autor de un artículo sobre el descubrimiento que aparece on-line en la edición del jueves de la revista Science.

Las buckybolas están hechas de 60 átomos de carbono ordenados en estructuras esféricas tridimensionales. Sus patrones alternativos de hexágonos y pentágono encajan con una pelota de fútbol típica blanca y negra. El equipo de investigación también encontró a los parientes alargados de las buckybolas, conocidas como C70, por primera vez en el espacio. Estas moléculas constan de 70 átomos de carbono y tienen forma de una pelota de rugby. Ambos tipos de moléculas pertenecen a una clase oficialmente conocida como buckminsterfullerenos, o fullerenos.

El equipo de Cami encontró inesperadamente las bolas de carbono en una nebulosa planetaria conocida como Tc 1. Las nebulosas planetarias son restos de estrellas, como el Sol, que se desprendieron de sus capas exteriores de gas y polvo conforme envejecían. Una estrella compacta y caliente, o enana blanca, en el centro de una nebulosa ilumina y calienta estas nubes de material del que se han despojado.

Las buckybolas se encontraron dentro de esas nubes, tal vez reflejando una etapa corta en la vida de la estrella, cuando se desprende de grandes cantidades de material rico en carbono. Los astrónomos usaron el instrumento de espectroscopía de Spitzer para analizar la luz infrarroja de la nebulosa planetaria y ver la forma espectral de las buckybolas. Estas moléculas están aproximadamente a temperatura ambiente – la temperatura ideal para emitir patrones distintivos de luz infrarroja que Spitzer puede detectar. De acuerdo con Cami, Spitzer miró al lugar adecuado en el momento adecuado. Dentro de un siglo, las buckybolas pueden estar demasiado frías para ser detectadas.

Los datos de Spitzer se compararon entonces con datos de medidas de laboratorio de las mismas moléculas y mostraron un encaje perfecto.

“No planeamos descubrir esto”, dice Cami. “Pero cuando vimos estas fantásticas firmas espectrales, supimos inmediatamente que estábamos viendo una de las moléculas más buscadas desde hace tiempo”.

En 1970, el profesor japonés Eiji Osawa predijo la existencia de las buckybolas, pero no se observaron en experimentos de laboratorio hasta 1985. Los investigadores simularon las condiciones en las atmósferas de estrellas gigantes viejas ricas en carbono, en las que se habían detectado cadenas de carbono. Sorprendentemente, estos experimentos dieron como resultado la formación de grandes cantidades de buckminsterfullerenos. Las moléculas se han encontrado desde entonces en la Tierra en las cenizas de velas, capas de ropa y meteoritos.

El estudio de los fullerenos y sus parientes ha crecido hasta convertirse en un animado campo de investigación debido a la fuerza única de las moléculas y sus excepcionales propiedades físicas y químicas. Entre las potenciales aplicaciones están escudos, administración de fármacos y tecnologías superconductoras.

Sir Harry Kroto, que compartió el Premio Nobel de Química de 1996 junto a Bob Curl y Rick Smalley por el descubrimiento de las buckybolas, dijo: “Este apasionante avance proporciona pruebas sólidas que de las buckybolas han existido, como he sospechado desde hace tiempo, desde tiempos inmemoriales en los oscuros rincones de nuestra galaxia”.

Anteriores búsquedas de buckybolas en el espacio, en particular alrededor de estrellas ricas en carbono, no tuvieron éxito. Se presentó hace 15 años un caso prometedor para su presencia en las tenues nubes entre estrellas, usando observaciones en longitudes de onda ópticas. El hallazgo está esperando confirmación de datos de laboratorio. Más recientemente, otro equipo de Spitzer informó de evidencias de buckybolas en un tipo de objeto distinto, pero las firmas espectrales que observaron estaban contaminadas en parte por otras sustancias químicas.

Fuente: www.cienciakanija.com 

¡¡Expulsada de nuestra galaxia!!

Hace cien millones de años, cuando un sistema estelar triple viajaba a través del bullicioso centro de la Vía Láctea, sucedió algo que cambió su historia para siempre. El trío pasó tan cerca del gran agujero central de nuestra galaxia que éste capturó a uno de sus tres miembros y expulsó violentamente a los otras dos. Víctimas del tremendo empujón, las dos estrellas supervivientes se fusionaron, dando lugar a una nueva, enorme y supercaliente gigante azul que ahora escapa de nuestra galaxia a más de 2,5 millones de km por hora.



La historia parece sacada de la ciencia ficción, pero un equipo de astrónomos de la NASA, utilizando el Telescopio Espacial Hubble, ha llegado a la conclusión de que es precisamente éste el escenario más probable para explicar el origen de la estrella HE 0437-5439, una de las más veloces jamás detectadas por el hombre. De hecho, cruza el espacio a una velocidad de más de dos millones y medio de km por hora, tres veces más rápido que la velocidad orbital de nuestro Sol alrededor de la Vía Láctea. Las observaciones del Hubble confirman que este auténtico bólido estelar procede del centro galáctico.

Desde el año 2005, se han encontrado ya hasta 16 estrellas viajando a hipervelocidad, y desde entonces se cree que todas proceden de las regiones centrales de la Vía Láctea, aunque este extremo nunca ha podido probarse. Hasta ahora. HE 0437-5439 es la primera estrella de estas características que se observa directamente, logrando establecer sin lugar a dudas su procedencia.



"Utilizando el Hubble - asegura el astrónomo Warren Brown, del Centro Harvard Smithsonian de Astrofísica de Cambridge, en Massachussetts- hemos logrado por primera vez calcular el lugar del que procede la estrella, observando su sentido de movimiento y dando marcha atrás. Y procede directamente del centro de la Vía Láctea. Estas estrellas exiliadas son muy raras entre la población de cien mil millones de estrellas de nuestra Vía Láctea: sólo una de cada cien millones de convierte en una estrella hiperveloz".

El movimiento de estas estrellas sueltas puede ayudar a revelar la forma en que se distribuye la materia oscura alrededor de nuestra galaxia. "Estudiando estas estrellas podemos aprender mucho sobre la naturaleza de la masa del Universo que no podemos ver y eso nos ayudará a comprender cómo se formaron las galaxias", sentencia Oleg Gnedin, el director del equipo de astrónomos que ha realizado las observaciones. "El empujón gravitatorio propinado por la materia oscura -añade- puede ser medido a partir de la forma de las trayectorias de estas estrellas hiperveloces cuando salen de la Vía Láctea".

El nuevo vagabundo espacial cruza actualmente las lejanas zonas exteriores de la Vía Láctea, a cerca de 200.000 años luz de su centro. El diámetro del disco galáctico tiene cerca de la mitad de tamaño, unos 100.000 años luz. Utilizando el Hubble para medir la dirección de fuga de esta estrella, los astrónomos han logrado determinar la región concreta de la que procede. Y ese lugar es el mismísimo centro de la galaxia.

"La estrella está viajando a una velocidad absurda, mucho más del doble de lo que necesita para escapar del campo gravitatorio de la galaxia -explica Brown, considerado uno de los mayores "cazadores" de estrellas hiperveloces-. No existen estrellas que viajen tan rápido bajo circunstancias normales".

Pero esta historia no termina aquí. Según su velocidad y posición, HE 0437-5439 debería haber tardado unos cien millones de años para llegar desde el centro de la galaxia hasta su posición actual. Pero su masa (unas nueve veces la del Sol) y su intenso color azul indican que no lleva brillando más de veinte millones de años. Demasiado joven para haber hecho un viaje tan largo.



Por eso, la explicación que mejor encaja con las observaciones es que la estrella formara parte de un sistema estelar triple que se vio envuelto en una especie de inmensa partida de billar cósmico jugada por el monstruoso agujero negro central de la Vía Láctea. En efecto, ese agujero negro es el único "vecino" con la fuerza suficiente como para dar a la estrella semejante velocidad de escape.

Brown sugiere que el sistema triple de estrellas original contenía una pareja de estrellas que orbitaban muy cerca la una de la otra. Y un tercer miembro que se mantenía algo más distante. Al pasar cerca de él, el agujero negro absorbió a esta tercera estrella, alejándola del grupo y provocando así la violenta expulsión de las otras dos. Bajo estas condiciones, y sin el contrapeso gravitatorio de la tercera compañera, la más grande de las dos estrellas restantes evolucionó más rápidamente, se convirtió en una gigante roja y absorbió literalmente a su compañera más pequeña. La fusión de ambos astros dio lugar a la gigante azul que podemos ver hoy.

Una gigante que está abandonando ya el territorio de nuestra galaxia y cuyo destino será brillar en solitario y en medio de un inmenso espacio vacío.

Fuente:  /www.abc.es/blogs/nieves/

De Jose Manuel Nieves (el 22/07/2010 a las 17:48:04, en Ciencia)

Descubierta una estrella monstruosa

Con 300 veces la masa del Sol, el astro rompe todos los récords y previsiones teóricas

La nebulosa Tarántula, donde está la estrella más masiva descubierta hasta ahora, vista con un telescopio de 2,2 metros de diámetro (izquierda) y con el VLT (centro y derecha) en las que se aprecia gran detalle- ESO/P.CROWTHER/C.J.EVANS

Una estrella de 300 veces la masa de nuestro Sol es algo no sólo nunca visto hasta ahora sino también completamente inesperado para los astrónomos, que estimaban el límite máximo de masa en unas 150 veces la solar. Pero la han encontrado. Todavía se la conoce sólo por su anodino nombre oficial, R136a, y la han localizado unos científicos en la nebulosa Tarántula, de la galaxia vecina Gran Nube de Magallanes, a unos 165.000 años luz de distancia de la Tierra. "La existencia de un monstruo así, millones de veces más luminoso que el Sol, y perdiendo peso por los intensos vientos estelares, puede ayudarnos a responder una pregunta clave. ¿Cómo de masivas pueden ser las estrellas?", explican los especialistas del Observatorio Europeo Austral (ESO), con cuyos telescopios VLT, en Chile, se ha descubierto esta superestrella.

Ilustración los tamaños comparativos de varios astros: desde una enana roja (la más pequeña, en naranja), una enana amarilla, como el Sol (en amarillo), una enana azul con ocho masas solares (azul claro) y la gigante de 300 masas solares (azul oscuro, al fondo).- ESO

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"A diferencia de los humanos estas estrellas [supermasivas] nacen con mucho peso y lo van perdiendo con la edad", comenta Paul Crowther, líder del equipo que ha hecho el descubrimiento. "Con poco más de un millón de años, el caso más extremo, R136a1, está ya en su mediada edad y ha sufrido un intenso adelgazamiento, perdiendo un quinto de su masa inicial en ese tiempo, lo que significa más de 50 veces la masa solar". Para tener una de la esperanza de vida de este monstruo, el Sol tiene unos 4.500 millones de años, y durará otros tantos. Por su masa llevan vidas diferentes y tendrán finales diferentes.
Los astros más masivos queman mucho combustible [hidrógeno], viven rápido y al final, cuando ya no queda con qué alimentar el reactor termonuclear de su interior colapsa por su propia gravedad y produce una explosión de supernova, dispersando ingentes cantidades de materia en su entorno. De la supernovas normales, queda al final un rescoldo que es una estrella de neutrones, superdensa, o incluso un agujero negro. Pero la existencia de estrellas tan masivas como R136a1 hace que los astrofísicos escuelen con la posibilidad de que se produzcan supernovas excepcionalmente brillantes que dispersen en la explosión toda su materia, sin restos, sin esos objetos exóticos que son las estrellas de neutrones o los agujeros negros. El Sol, sin embargo, y las estrellas de su tamaño, cuando se acabe el hidrógeno (convertido en helio) y se apague su reactor nuclear, sufrirá una expansión de sus capas exteriores, que se irán enfriándose y se convertirá en una gigante roja. a la larga sólo quedará en su lugar un rescoldo, una enana blanca.
Las estrella supermasivas son muy raras y sólo se forman en los conjuntos estelares más densos, por lo que identificarlas individualmente es muy difícil. Crowther (Universidad de Sheffield (Reino Unido) y sus colegas, se han centrado en su investigación en dos grupos de estrellas jóvenes: uno es RMC136a, en el que han identificado unas 100.000 estrellas incluido el superastro; el otro es NGC3603, situado a unos 22.000 años luz de la Tierra. Han encontrado varios astros con temperaturas superficiales superiores a los 40.000 astros, más de siete veces más calientes que el Sol y varios millones de veces más brillantes. Los análisis y comparaciones con modelos de formación y evolución estelar indican, según estos científicos que varias de las estrellas que han observado nacieron con masas superiores a 150 veces la solar, el considerado hasta ahora límite máximo. "Nuestro hallazgo apoya la idea de que debe haber un límite superior a la masa de una estrella, pero de momento lo hemos doblado, 300 masas solares, respecto al que se estimaba hasta ahora, de 150 masas solares", comenta Olivier Schnurr (Instituto de Astrofísica de Postdam, Alemania). Crowther considera que, de momento, será difícil batir su récord. El hallazgo se publica en la revista británica Monthly notices of the royal Astronomical Society.
En concreto R136a1, la más masiva hasta ahora, tiene una masa actualmente de 265 veces la del Sol pero debió naces con unas 320 masas solares. Si este superastro se pusiera en lugar del nuestro, lo superaría en brillo tanto como el Sol supera a la Luna, explica el ESO. ¿Cómo se ha podido formar un monstruo así? Los científicos tienen dudas: puede haber nacido así de masivo ya o puede ser producto de la fusión de otros astros más pequeños.
Crowther y sus colegas han realizado sus observaciones con el conjunto de grandes telescopios VLT (en Cerro Paranal, Chile), del ESO, y han combinado sus datos con los del archivo del Hubble.

Fuente: elpais.com

Encuentran la estrella ideal para un planeta que comience a albergar vida

Un equipo internacional liderado por investigadores del Instituto de Estudios Espaciales de Catalunya (CSIC) señala que las propiedades de la estrella k1 Ceti, con la misma edad que tenía el Sol cuando surgió la vida en la Tierra, podría ser la ‘perfecta anfitriona’ para un planeta que comenzara a albergar algún ser vivo. El estudio, que se publica esta semana en The Astrophysical Journal, podría ayudar a conocer cuál era la composición química de la atmósfera terrestre en sus primeras etapas.

Un equipo dirigido por Ignasi Ribas, astrofísico del Instituto de Estudios Espaciales de Catalunya (CSIC), ha analizado las propiedades de k1 Ceti (del griego, kappa1), una estrella de la constelación de La Ballena (Cetus), análoga al Sol en su juventud, y que podría ser la “perfecta anfitriona” para un planeta que comenzara a albergar vida.

El estudio de esta hermana pequeña del Sol, publicado en Astrophysical Journal, resulta fundamental para predecir con precisión cómo era la atmósfera de la Tierra temprana. La edad de la estrella estudiada es de 600 millones de años, la misma que tenía el Sol cuando se calcula que comenzó a surgir la vida en la Tierra hace 3900 millones de años.

“Es como disponer de una máquina del tiempo para viajar al momento en que los primeros organismos empezaban a poblar nuestro planeta. Para lograr esto, sería necesario encontrar planetas de tipo terrestre a su alrededor y estudiar su composición, pero estos no se han descubierto todavía”, explica Ribas.

La estrella k1 Ceti se puede observar desde la Tierra a simple vista, a unos 30 años luz. Se trata de una estrella casi idéntica al Sol pero que gira mucho más rápido sobre sí misma: nueve días frente a los 26 que tarda el Sol en dar una vuelta completa, lo que se interpreta como un signo de su juventud.

Los investigadores han hallado que k1 Ceti tiene una luminosidad de sólo un 70% de la que tiene en la actualidad el Sol, como la que tuvo el astro que ilumina la Tierra cuando era joven. Además, han descubierto que la juventud de la estrella lleva asociada una elevada actividad magnética, lo que hace que las radiaciones de alta energía (rayos X y ultravioleta) sean mucho más intensas.

Conocer mejor la atmósfera primitiva

“La estrella k1 Ceti emite hasta 10 veces más radiación ultravioleta que el Sol en la actualidad, lo que tiene una trascendencia para las atmósferas planetarias en forma de procesos fotoquímicos”, señala Ribas. Al tener una mayor emisión en el rango ultravioleta, el ritmo de fotodisociaciones de los compuestos químicos en la atmósfera de un posible planeta sería mayor. Estos procesos son necesarios para la generación de vida por medio de la creación de moléculas prebióticas.

El experto subraya: “El estudio de k1 Ceti resulta indispensable para saber cuál pudo ser la composición química de la atmósfera de la Tierra temprana. Aún no conocemos con precisión cual ha sido la evolución de la atmósfera terrestre a lo largo de los últimos 4400 millones de años”.

La estrella k1 Ceti puede proporcionar también pistas para resolver la paradoja del Sol joven tenue. Hace millones de años el Sol, con una luminosidad del 70% de la actual, no podría haber mantenido agua líquida en la superficie de la Tierra. Sin embargo, los estudios geológicos realizados demuestran lo contrario, es decir, que la Tierra nunca se congeló por completo, con excepción de la época de la glaciación que se produjo hace entre 2400 y 2100 millones de años.

Según indica el astrofísico, “con la intensidad solar de hace 3900 millones de años que sugiere el estudio de k1 Ceti y la concentración actual de gases de efecto invernadero, la superficie de la Tierra se encontraría completamente congelada, lo que contradice los estudios geológicos realizados hasta el momento”. Aunque existen diversas teorías que intentan explicar esta paradoja, todavía hoy no se ha podido resolver.

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Referencia bibliográfica:
I. Ribas, G. F. Porto de Mello, L. D. Ferreira, E. Hebrard, F. Selsis, S. Catalán, A. Garcés, J. D. do Nascimento Jr. y J. R. de Medeiros. “Evolution of the solar activity over time and effects on planetary atmospheres. II. kappa1 Ceti, an analog of the Sun when life arose on Earth”. The Astrophysical Journal, junio de 2010.

Fecha Original: 16 de junio de 2010
Enlace Original

Fuente: cienciakanija.com

Moléculas precursoras de la vida en el espacio

El astrónomo Rafael Bachiller nos desvela e interpreta las imágenes más espectaculares del Cosmos. Temas de palpitante investigación, aventuras astronómicas y novedades científicas sobre el Universo.

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Este espectro tomado por el telescopio espacial de infrarrojos HERSCHEL ilustra la variedad molecular existente en una nube interestelar como la de Orión. Agua, monóxido de carbono, metanol, formaldehído, cianuro de hidrógeno, óxidos de azufre y otras moléculas (de las cuales hay muchas aún sin identificar) dejan sus firmas inequívocas en la emisión del infrarrojo lejano que se origina en la nebulosa. El espectro se muestra superpuesto a una imagen (también infrarroja) tomada por el telescopio espacial Spitzer.

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El espectrómetro HIFI. | ESA y consorcio HIFI

Espectrómetro espacial

El espectro es uno de los primeros que obtuvo el instrumento HIFI (Heterodyne Instrument for the Far Infrared) a bordo del telescopio espacial HERSCHEL de la ESA.
Se trata de un espectrómetro de muy alta resolución que cubre las longitudes de onda entre 150 y 600 micras, y que ha sido construido por un consorcio internacional en el que participaron instituciones españolas (OAN-IGN y CAB-INTA, CSIC).

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El telescopio espacial Herschel. | ESA

El telescopio HERSCHEL fue lanzado con éxito el 19 de Mayo de 2009, pero al poco tiempo de su lanzamiento (en Agosto de 2009), HIFI tuvo un problema imprevisto y debió ser puesto fuera de servicio hasta que la ESA encontró una solución desde sus centros de control. A principios de 2010, el instrumento volvió a funcionar con normalidad, y tras un periodo de pruebas, se encuentra ahora realizando observaciones astronómicas a pleno rendimiento.

Moléculas interestelares

El espacio que media entre las estrellas no está vacío. En su seno se encuentran grandes masas de gas y polvo, denominadas 'nubes interestelares'. Los pequeños granos de polvo (material sólido) pueden apantallar muy eficientemente el campo de radiación ambiente y, gracias a ello, en el gas pueden ir formándose moléculas de cierta complejidad. La disciplina que estudia estos procesos se denomina Astroquímica y constituye una de las áreas más dinámicas de investigación de la Astronomía contemporánea.

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Ampliación de algunos detalles en el espectro HIFI de Orión.

Naturalmente la molécula interestelar más abundante es la del Hidrógeno (H2), a la que sigue (con una abundancia diez mil veces menor) el monóxido de carbono (CO). Aunque el medio interestelar se encuentra muy diluido, las largas escalas de tiempo cósmico hacen que muchas reacciones químicas puedan tener lugar, dando lugar a un gas de gran riqueza molecular.
La química interestelar se suele desencadenar con las muy eficientes reacciones de los iones (formados por el efecto de los rayos cósmicos) con moléculas o átomos neutros. Aunque mucho más lentas, también hay reacciones neutro-neutro que pueden llegar a ser muy importantes. Finalmente, los procesos químicos que tienen lugar sobre la superficie de los granos de polvo también contribuyen muy significativamente a la evolución química del medio.

Radiotelescopios: detectores de moléculas

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Radiotelescopio de Kilt Peak. | ARO, NRAO.

Se conocen hoy más de 120 especies moleculares diferentes en el espacio interestelar. Estas moléculas emiten radiación cuando cambian de estado de energía, y es esa radiación la que constituye los espectros de emisión que se detectan, sobre todo, en los dominios de ondas infrarrojas y de radio. La mayor parte de las moléculas se han detectado gracias a los radiotelescopios, sobre todo en ondas milimétricas (esto es, en ondas que son mil veces más cortas que las empleadas por las emisoras de radio FM).
Un pequeño radiotelescopio de 11 metros de diámetro (después aumentado a 12 m) en el Observatorio de Kitt Peak (Arizona, EEUU) fue el instrumento clave en el desarrollo de la astrofísica molecular. Con el se realizó el descubrimiento de docenas de moléculas interestelares en las décadas de los 1970 y 1980.

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A mediados de los 1980, tomó el relevo el gran radiotelescopio de 30-m del IRAM situado a casi 3.000 m de altitud en Pico Veleta (cerca de Granada). La constatación de la riqueza química existente en el espacio interestelar se considera uno de los mayores logros de la Radioastronomía.

Precursores de la vida

Particularmente interesantes son las moléculas orgánicas que se encuentran de manera generalizada en las nubes interestelares densas de nuestra Vía Láctea. Alcoholes, éteres, e incluso algún azúcar simple (como el glicoaldehído) poseen abundancias significativas en tales nubes.

Fórmula de la glicina.

La detección de la glicina, un aminoácido simple, en el espacio interestelar se viene intentando desde hace varios años. Pero aunque se tienen indicios muy positivos sobre su presencia en el espacio, su detección todavía ha de ser confirmada de manera inequívoca. La posibilidad de que existan aminoácidos en el espacio puede tener consecuencias de gran importancia para nuestra comprensión del origen de la vida. Aminoácidos simples, como la glicina, son los ladrillos con los se construyen las cadenas de proteínas y éstas, a su vez, son los constituyentes del ADN.
Hasta ahora se viene considerando que las condiciones necesarias para el desarrollo de la vida son extremadamente exigentes y que en la Tierra se da una larga y complicada serie de circunstancias que ha permitido el desarrollo de la vida. Sin embargo, si se confirmase la detección de aminoácidos interestelares, tendríamos que concluir que los procesos físicos más fundamentales para originar vida son extremadamente comunes, lo que sugeriría que podría crearse vida de manera generalizada en el Universo.
El estudio de la riqueza molecular interestelar y de los procesos químicos que regulan las abundancias de las moléculas puede ayudar a comprender el origen de la vida, y tiene por tanto una importancia crucial en Astrobiología.
El medio interestelar es un laboratorio único para el estudio de fenómenos químicos y prebióticos que suceden en condiciones físicas tan extremas (densidades y temperaturas muy bajas sometidas a intensos baños de radiación) que son difícilmente reproducibles en los laboratorios terrestres. Y el telescopio espacial HERSCHEL equipado con su espectrómetro HIFI es un instrumento sobresaliente para realizar diagnósticos físico-químicos en tal laboratorio.

También interesante

• Las primeras moléculas detectadas en el espacio interestelar fueron los radicales metino (CH) y cianuro (CN), ambos altamente reactivos. La primera detección se realizó hacia 1940 mediante espectroscopía óptica. La identificación de la primera molécula en ondas de radio (el radical OH) se obtuvo en 1963.
• Algunas moléculas interestelares (como el agua) emiten una intensa radiación coherente conocida como máser, equivalente en microondas a la radiación láser.
• El telescopio espacial de infrarrojos de la ESA fue denominado HERSCHEL en honor de William Herschel (1738-1822), uno de los mayores astrónomos de la historia y descubridor de la radiación infrarroja procedente del Sol.

Fuente: elmundo.es

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Rafael Bachiller es director del Observatorio Astronómico Nacional ( Instituto Geográfico Nacional).

Un quinteto de cuatro galaxias

El astrónomo Rafael Bachiller nos desvela e interpreta las imágenes más espectaculares del Cosmos. Temas de palpitante investigación, aventuras astronómicas y novedades científicas sobre el Universo.

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Una coincidencia hace que estas cinco galaxias de la constelación de Pegaso aparezcan como un quinteto. En realidad, la galaxia azulada situada en la parte superior izquierda de la imagen está a una distancia de tan sólo 40 millones de años de luz, mientras que las otras cuatro se encuentran próximas entre sí, a una distancia de unos 300 millones de años luz. Este cuarteto sí que constituye un agrupamiento físico real en el que las interacciones mutuas causan deformaciones y desgarramientos en cada una de las galaxias individuales.

Visible e infrarrojo desde el espacio

Esta imagen fue obtenida poco después de que los astronautas a bordo del transbordador espacial Atlantis actualizasen y mejorasen los detectores del telescopio espacial Hubble (la reparación tuvo lugar en el mes de mayo de 2009). La imagen es la composición de varias imágenes individuales tomadas con filtros visibles e infrarrojos.

Una galaxia próxima y enana

En la galaxia azulada (denominada NGC7320), por ser la más próxima a la Tierra, es posible distinguir innumerables estrellas individuales, muchas son estrellas muy jóvenes formadas en el disco de la galaxia, son estas estrellas las que proporcionan el color azulado predominante. Aunque el tamaño aparente de esta galaxia es parecido a los de las otras dos grandes del 'quinteto', la realidad es que NGC7320 es una galaxia enana con un diámetro lineal unas 8 veces menor que el de la otra gran galaxia observada a la derecha de la imagen.

Un cuarteto en interacción

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Ondas de choque en el Quinteto | Spitzer telescope (NASA) & Calar Alto Obs. (MPG)

Las otras cuatro galaxias son mucho más rojizas, posiblemente debido a que sus estrellas son más evolucionadas en término medio que las de NGC7320. Esas cuatro galaxias están demasiado lejanas y no es posible distinguir estrellas individuales, los 'puntos' brillantes representan aquí grandes cúmulos estelares.
La galaxia en la parte superior derecha de la imagen (NGC7319) tiene unos brazos espirales bien desarrollados y una prominente barra central. Las dos galaxias del centro de la imagen (NGC7318A y NGC7318B) tienen sus núcleos muy próximos y sus estructuras espirales se encuentran confundidas. La interacción entre estas galaxias crea grandes filamentos de gas y polvo en los que se forman estrellas nuevas y origina violentas ondas de choque que se propagan por el medio intergaláctico.
Especialmente interesante es el filamento a la derecha de este par, que aparentemente no está incluido en ninguna de las galaxias, en el que se observan puntos brillantes azulados, se trata de grandes cúmulos de estrellas muy jóvenes.
Finalmente, la galaxia en la parte inferior izquierda de la imagen (NGC7317) es una galaxia elíptica que todavía no ha sido fuertemente afectada por los fenómenos de interacción.

Grupos de Hickson

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El grupo compacto de Hickson HCG87 | NASA, ESA, HST, Hunsberger et al.

Este quinteto es el prototipo y el más estudiado del centenar de grupos compactos de galaxias catalogados por el astrónomo Paul Hickson en 1982, los cuales son conocidos como 'grupos compactos de Hickson'. Por ello, otra designación del Quinteto de Stephan es 'HCG92' (el objeto número 92 del catálogo de Hickson).
Los grupos compactos de Hickson son subconjuntos dentro de mayores asociaciones o cúmulos de galaxias. La evolución de un grupo compacto está determinada por las interacciones gravitacionales entre las galaxias. Tales interacciones son la causa de los grandes filamentos y otras distorsiones morfológicas que se observan en la mayor parte de los grupos. La atracción gravitacional entre galaxias también desencadena la formación de brotes de formación estelar y núcleos activos en algunos miembros de los grupos.

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El grupo compacto de Hickson HCG31 | NASA, ESA, HST

Se piensa que el destino final de muchos de estos grupos es el mezclado paulatino entre sus diferentes galaxias individuales, lo que puede dar lugar a una única macro galaxia muy distorsionada y con múltiples núcleos.

También interesante

• El quinteto de Stephan se llama así en honor del astrónomo francés Édouard Stephan (1837-1923) que fue quien lo descubrió en 1877 desde el Observatorio de Marsella.
• Debido a la expansión del Universo, las galaxias más lejanas se alejan de nosotros a velocidades progresivamente más altas. NGC7320, la galaxia azulada y más próxima se aleja de nosotros a una velocidad de unos 800 km/s, mientras que el grupo de las cuatro restantes se alejan a una velocidad 8 veces más alta, esto es, unos 6400 km/s.
• El estudio y modelización de las interacciones gravitacionales de los grupos de Hickson demuestra que, junto con la materia ordinaria observada, tales grupos deben contener grandes cantidades de materia oscura (de naturaleza desconocida). Esta materia oscura es lo que determina la evolución dinámica de los grupos.

Fuente: elmundo.es

La Tierra y la Luna se formaron después de lo que se pensaba

Foto: NASA

MADRID, 7 Jun. (EUROPA PRESS) -

La Tierra y la Luna fueron creadas como resultado de una colisión gigante entre dos planetas del tamaño de Marte y Venus. Hasta ahora se pensaba que sucedió cuando el Sistema Solar tenía unos 30 millones de años o aproximadamente hace 4.537 millones de años. Pero la nueva investigación del Instituto Niels Bohr muestra que la Tierra y la Luna deben haberse formado mucho más tarde, quizás hasta 150 millones de años después de la formación del sistema solar. Los resultados de la investigación han sido publicados en la revista científica Earth and Planetary Science Letters.

“Hemos determinado las edades de la Tierra y la Luna usando isótopos de tungsteno, que puede revelar si los núcleos de hierro y sus superficies de piedra fueron mezclados durante la colisión”, explica Tais W. Dahl, que realizó la investigación como proyecto de su tesis en Geofísica en el Instituto Niels Bohr en la Universidad de Copenhague en colaboración con el profesor David J. Stevenson, del Instituto de Tecnología de California (Caltech).

Los planetas del sistema solar fueron creados por las colisiones entre planetas enanos pequeños en órbita alrededor del Sol recién nacido. En las colisiones, los planetas pequeños se funden y forman planetas más grandes y más grandes. La Tierra y la Luna son el resultado de una colisión entre dos gigantescos planetas del tamaño de Marte y Venus. Los dos planetas chocaron en un momento en que ambos tenían un núcleo de metal (hierro) y un manto de silicatos que los rodea (roca).

¿Pero cuándo y cómo sucedió? La colisión tuvo lugar en menos de 24 horas y la temperatura de la Tierra fue tan alta (7000º C), que tanto roca como metal se fundieron en la turbultena colisión. ¿Pero se mezclaron también entre sí las masas de piedra y hierro?

La edad de la Tierra y la Luna se puede fechar mediante el examen de la presencia de ciertos elementos en el manto terrestre. Hafnio-182 es una sustancia radiactiva, que se descompone y se convierte en el isótopo de tungsteno-182. Los dos elementos tienen propiedades químicas muy diferentes y, aunque los isótopos de tungsteno prefieren adherirse a los metales, los de hafnio prefiere los silicatos, es decir, la roca.

Se tarda entre 50 y 60 millones de años para que todo el hafnio se degrade y se convierta en tungsteno. Durante la colisión que formó la Luna casi todo el metal se hundió en el núcleo de la Tierra. ¿Pero fue todo el tungsteno a parar al núcleo?

“Hemos estudiado a qué temperatura metal y roca se funden en el curso de colisiones de formación planetaria. Usando modelos de cálculo dinámico de la turbulenta mezcla de roca líquida y masas de hierro se ha encontrado que los isótopos de tungsteno de la formación temprana de la Tierra permanecen en el manto rocoso” , explica Tais W. Dahl, Niels Bohr Institute de la Universidad de Copenhague.

Los nuevos estudios implican que la colisión de formación de la Luna se produjo después de que todo el hafnio se había deteriorado por completo en tungsteno.

“Nuestros resultados muestran que el núcleo de metal y roca no es capaces de emulsionar en estas colisiones entre planetas que son mayores de 10 kilómetros de diámetro, por lo que la mayoría del núcleo de hierro de la Tierra (80-99%) no fue removido de tungsteno a partir del material rocoso en el manto durante la formación, explica Tais W. Dahl.

El resultado de la investigación significa que la Tierra y la Luna deben haberse formado mucho más tarde de lo que se pensaba anteriormente.

Fuente: blogastronomia.com

El telescopio 'Hubble' capta estrellas en movimiento

El telescopio espacial 'Hubble' ha logrado captar el movimiento de grupos de estrellas dentro de la denominada Nebulosa NGC 3603, un gigantesco criadero de jóvenes estrellas masivas de la Vía Láctea, situado a 20.000 años luz del Sol.
Este racimo estelar, superior a 10.000 soles de masa y con un diámetro de tres años luz, fue el elegido por un equipo de astrónomos del instituto Máximo-Planck y de la Universidad de Colonia, dirigidos por Wolfgang Brandner, para revelar si sus estrellas estaban a la deriva.
Su situación dificultaba la toma de medidas, lo que obligó al equipo a comparar sus posiciones en imágenes estables tomadas a lo largo de muchos años por el telescopio espacial Hubble. En este proceso descubrieron un archivo de fotos del racimo NGC 3603 desde julio de 1997, captadas por la cámara WFPC2 que lleva a bordo. Las últimas observaciones las iniciaron ellos mismos en septiembre de 2007.

Dos años de análisis

Los investigadores lograron medir las velocidades exactas de más de 800 estrellas, sus temperaturas superficiales, y pudieron comprobar que tenían diferentes masas, según informa el Observatorio Austral Europeo (ESO).

"Es la primera vez que se han podido medir movimientos estelares exactos en racimo compacto de estrellas jóvenes"

Los astrónomos concluyen que las velocidades de las estrellas son independientes de su masa y que aún reflejan las condiciones existentes en el momento de la formación del racimo, hace cerca de un millón de años. Explican que las estrellas nacen cuando se colapsa una nube gigantesca de gas y de polvo.
En casos tales como la región NGC 3603, donde la nube es excepcionalmente masiva y compacta, este proceso es muy rápido e intenso y se suele conservar la atracción gravitacional de sus orígenes. A largo plazo estos racimos de estrella compactos pueden desarrollar enormes bolas de estrellas conocidas como racimos globulares, que siguen unidos debido a la gravedad hata 1.000 millones de años.
Wolfgang Brandner destaca que es la primera vez que se han podido medir movimientos estelares exactos en racimo compacto de estrellas jóvenes. Andrea Stolte, de su mismo equipo, añade que esta investigación será fundamental para los astrónomos que intentan entender cómo se forman y evolucionan estos racimos de estrellas.

Fuente: elmundo.es

Verifican a escala cósmica la validez de la teoría de la relatividad de Einstein

Un equipo liderado por científicos de la Universidad de Princeton ha puesto a prueba la teoría de la relatividad general de Albert Einstein para ver si se cumple a escala cósmica. Y, después de dos años de análisis de datos astronómicos, los científicos han dictaminado que la teoría de Einstein, que describe la interacción entre la gravedad, el espacio y el tiempo, opera a grandes distancias tal como lo hace en las regiones locales del espacio.

(NC&T) El análisis de estos científicos sobre más de 70.000 galaxias demuestra que el universo, al menos hasta una distancia de 3.500 millones de años-luz de la Tierra, sigue las normas establecidas por Einstein en su famosa teoría.

Desde que el físico Arthur Eddington midió la curvatura de la luz de las estrellas alrededor del Sol durante un eclipse en 1919 y demostró la validez de la teoría de la relatividad general de Einstein, el mundo científico ha aceptado sus principios. Pero hasta ahora, nadie había puesto a prueba la teoría tan a fondo ni tan robustamente, a distancias y escalas que van mucho más allá del sistema solar.

En este trabajo, han intervenido Reinabelle Reyes, Rachel Mandelbaum y James Gunn de la Universidad de Princeton, Tobias Baldauf, Lucas Lombriser y Robert Smith de la Universidad de Zúrich, y Uros Seljak de la Universidad de California en Berkeley.

Los resultados del análisis son importantes porque respaldan las teorías actuales que explican la forma y dirección del universo, incluyendo las ideas más aceptadas sobre la Energía Oscura, y permiten descartar las sospechas que se despertaron a raíz de otros experimentos recientes que sugerían que la relatividad general podía estar equivocada.

Publicada por primera vez en 1915, la teoría de la relatividad general de Einstein sigue siendo un avance fundamental en la física moderna. Redefinió la comprensión humana del tejido de la existencia: La gravedad, el espacio y el tiempo.

La innovadora teoría mostró que la gravedad puede afectar al espacio y al tiempo, una cuestión crucial para comprender las fuerzas fundamentales de la física y los fenómenos naturales, incluyendo los agujeros negros.

Fuente: noticias21.com

Descubierto un sistema estelar binario con eclipses únicos

Astrofísicos de la UC Santa Barbara son los primeros científicos en identificar dos estrellas enanas blancas en un sistema binario eclipsante, permitiendo la primera medida directa del radio de una rara enana blanca compuesta de helio puro. Los resultados se publican en la revista Astrophysical Journal Letters. Estas observaciones son las primeras en confirmar una teoría sobre un cierto tipo de estrella enana blanca.

La historia empieza con las observaciones de Justin Steinfadt, estudiante graduado de física en la UCSB que ha estado monitorizando estrellas enanas blancas como parte de su tesis doctoral junto a Lars Bildsten, profesor y miembro permanente del Instituto Kavli de Física Teórica (KITP) de la UCSB, y Steve Howell, astrónomo del Observatorio Nacional de Astronomía Óptica (NOAO) en Tucson, Arizona.

Descubrieron breves eclipses durante las observaciones de la estrella NLTT 11748 con el Telescopio Faulkes Norte del Telescopio Global del Observatorio Las Cumbres (LCOGT), una institución afiliada a la UCSB. NLTT 11748 es una de las pocas enanas blancas de muy baja masa y núcleo de helio que están bajo cuidadoso estudio por sus variaciones de brillo. Rápidas instantáneas de la estrella – aproximadamente una exposición cada minuto – encontraron algunas imágenes consecutivas donde la estrella era ligeramente más tenue. Steinfadt rápidamente se dio cuenta de la importancia de este inesperado descubrimiento. “Hemos estado mirando muchas estrellas, ¡pero sigo pensando que tuvimos suerte!”, comenta.

Avi Shporer, becario de posdoctorado en la UCSB y LCOGT, ayudó con las observaciones y rápidamente prestó su experiencia al descubrimiento. “Sabíamos que era algo inusual, especialmente cuando confirmamos estas caídas la siguiente noche”, dice Shporer. Los científicos observaron eclipses de tres minutos de la estrella binarias dos veces durante la órbita de 5,6 horas.

La emoción por el descubrimiento y la necesidad de confirmación llevaron rápidamente al uso del Telescopio Keck de 10 metros situado en Mauna Kea, Hawai, sólo cinco semanas después de la primera observación. El equipo también contó con David Kaplan, Miembro de Hubble y becario de posdoctorado en KITP. Bildsten y Kaplan lograron su uso del telescopio Keck intercambiando tiempo que habían reservado para otro proyecto con Geoff Marcy de la UC Berkeley.

Durante esa noche, los científicos fueron capaces de medir el cambiante desplazamiento Doppler de la estrella NLTT 11748 cuando orbitaba a su tenue pero más masiva enana blanca compañera. “Fue asombroso ser testigos del cambio de velocidad en la estrella en apenas unos minutos”, dice Kaplan, que estuvo presente en el telescopio Keck durante las observaciones.

Estas observaciones llevaron a la confirmación de una importante teoría sobre las enanas blancas. Las estrellas terminan sus vidas de muchas formas. “La formación de tal sistema binario que contiene una enana blanca de helio y masa baja tiene que ser el resultado de interacciones y pérdida de masa entre las dos estrellas originales”, dice Howell. Las enanas blancas son remanentes muy densos de estrellas como el Sol, con dimensiones comparables a las de la Tierra. Una estrella se convierte en enana blanca cuando ha agotado su combustible nuclear y todo lo que queda es el denso núcleo interior, normalmente hecho de carbono y oxígeno.

Una de las estrellas en la binaria recientemente descubierta es una enana blanca relativamente rara de núcleo de helio con una masa de sólo de un 10 a un 20 por ciento la del Sol. La existencia de estas estrellas especiales se ha sabido desde hace más de 20 años. El trabajo teórico predijo que estas estrellas son más calientes y grandes que las enanas blancas comunes. Hasta ahora su tamaño nunca había sido medido. Las observaciones de la estrella NLTT 11748 por este grupo de investigación ha arrojado las primeras medidas directas del radio de una inusual enana blanca que confirma la teoría.

La otra estrella en la binaria también es una enana blanca, aunque una algo más común, compuesta mayormente de carbono y oxígeno con aproximadamente el 70 por ciento de la masa del Sol. Esta estrella es más masiva y también menor que la otra enana blanca. La luz que emite es 30 veces más tenue que la de su compañera en la binaria.

Bildsten da crédito a las colaboraciones científicas del UCSB por el éxito de este trabajo, señalando que el equipo original fue expandido para incluir al KITP, el Departamento de Física y el LCOGT para dar una rápida respuesta al nuevo descubrimiento.

“Una posibilidad particularmente intrigante a evaluar es qué sucederá en 6000-10 000 millones de años”, dice Bildsten. “Esta binaria está emitiendo ondas gravitatorias a un ritmo que forzará a las dos enanas blancas a entrar en contacto. Lo que suceda entonces nadie puede imaginarlo”.

Fuente: cienciakanija.com

Cómo la dualidad podría resolver el dilema de la materia oscura

Los astrofísicos tienen que elegir entre la materia oscura o la gravedad modificada para explicar el universo. Pero una nueva y extraña dualidad podría indicar que pueden quedarse con ambas.

El debate sobre la naturaleza de onda o partícula de la luz consumió a los físicos durante 300 años después de que Isaac Newton defendiera la idea de partícula y Christian Huygens respaldara la idea de la onda. La solución, que la luz puede verse como una onda y como una partícula, habría dejado asombrados a estos gigantes de la física, como hizo con nosotros.

Lo que no debería sorprendernos, no obstante, es que otros argumentos, aparentemente igual de intratables, puedan resolverse de forma similar.

Pero exactamente esto es lo que puede suceder con el problema de la materia oscura que ha desconcertado a los astrofísicos durante casi 80 años, de acuerdo con Chiu Man Ho de la Universidad Vanderbilt en Nashville y un par de colegas.

El problema es que las galaxias rotan tan rápido que la materia que contienen debería salir volando hacia el espacio. De forma similar, los cúmulos de galaxias no parecen contener suficiente masa para mantenerlas unidas y evitar que se desmiembre. Dado que esto, manifiestamente no sucede, alguna fuerza debe estar mantiendo las masas en su lugar.

Los astrofísicos proponen dos explicaciones. La primera es que estas galaxias están llenas de una masa invisible, conocida como materia oscura, que proporciona un tirón gravitatorio extra. La segunda es que la gravedad es más fuerte a estas escalas intergalácticas y puede hacer el trabajo por sí misma, una idea conocida como Dinámica Newtoniana Modificada o MOND.

No hay mucho cariño entre los defensores de la materia oscura y sus homólogos de MOND: ambos dicen que el otro está equivocado y escrutan el universo en busca de evidencias para batir a sus oponentes. Ningún bando ha derrotado convincentemente el argumento del otro por ahora, pero todos parece conceder que cuando uno triunfe, el otro hincará la rodilla.

Tal vez haya otra posibilidad, no obstante: que ambos estén en lo cierto.

Lo que hace que sea posible es una nueva aproximación a la gravedad en la que es un fenómeno emergente relacionado con la entropía. Ya echamos un vistazo a esto hace unos meses.

La idea básica es que partes del universo tienen distintos niveles de entropía y esto crea una fuerza que redistribuye la materia de una forma que maximiza su entropía. Esta fuerza es a lo que llamamos gravedad.

Hasta el momento, esta aproximación ha asumido un universo simple. Pero los cosmólogos saben que nuestro universo no sólo se está expandiendo sino que lo hace de forma acelerada. Lo que Chui y compañía han hecho es derivar la gravedad como una fuerza emergente usando la misma aproximación entrópica, pero esta vez en un universo que está acelerando.

El resultado es una forma de gravedad en la que los parámetros de masa y aceleración comparten un extraño tipo de dualidad: el término aceleración puede verse como modificado al igual que en MOND; o el término de masa puede verse como modificado como en la teoría de la materia oscura.

En efecto, Chui y compañía dicen que la materia oscura y MOND son dos caras de la misma moneda.

Es interesante señalar que el efecto de cada tipo de modificación parece ser dependiente de escala. En esta teoría, la interpretación MONDiana funciona a nivel galáctico mientras que la interpretación de la materia oscura funciona mejor a escala de cúmulos de galaxias.

Así es como también tiene éxito en las pruebas observacionales. MOND parece explicar mejor el comportamiento real de las galaxias, mientras que la aproximación de la materia oscura explica mejor las estructuras de cúmulos de galaxias.

¿Podría ser que ambas fueran manifestaciones de la misma cosa? Sólo los osados o los tontos lo descartarían. Y cosas más extrañas han pasado en la física, como Newton y Huygens podrían afirmar.

Fuente: cienciakanija.com

Quantum space monster leaps from a gravity well

GRAVITY may have the power to create quantum monsters. A strong gravitational field can induce a runaway effect in quantum fluctuations in apparently empty space, resulting in a burgeoning concentration of energy that may explode stars or create black holes. So say Daniel Vanzella and William Lima at the University of São Paulo in Brazil.

Quantum phenomena are not thought to have any significant influence over processes on the astrophysical scale, such as the compression of gas clouds into stars. That's the domain of gravity, which in turn is not supposed to be much affected by quantum events, like an elephant unaware of the microbes on its skin. In only a few exotic cases, such as singularities inside black holes, do gravity and quantum-level forces influence the same processes.

Gravity is not supposed to feel quantum events, like an elephant unaware of the microbes on its skin

Now calculations by Vanzella and Lima suggest gravity can trigger a powerful reaction in the fluctuating quantum fields of forces in apparently empty space, and that this reaction may be enough to influence the evolution of large objects like stars.

According to the uncertainty principle, virtual particles quickly pop in and out of existence throughout the vacuum of space. The pair calculate that a sufficiently powerful gravitational field, such as that created by a dense object like a neutron star, could create a region near the star where these virtual particles become densely packed. Their calculations suggest that the overall energy density of this region will grow exponentially until it dwarfs the energy of the object that generated the gravitational field - a monster of virtual particles that exceeds the strength of its creator.

What that monster could do is still unknown, but Vanzella and Lima speculate that the amassed energy could conceivably explode a neutron star, collapse it into a black hole, or some combination of the two.

However, none of the quantum fields based on known forces, such as electromagnetism, would be capable of causing a neutron star to collapse. Only an as-yet undiscovered quantum field would react to the gravity of a neutron star.

Nevertheless, the pair say that known quantum fields may have an influence on astrophysical processes if they were triggered by gravitational effects on much larger scales - across clusters of galaxies or in superclusters, for example (Physical Review Letters, vol 104, p 161102).

David Toms at the University of Newcastle, UK, is intrigued by the idea. "It is surprising that it was not noted earlier," he says.

Paul Anderson of Wake Forest University in Winston-Salem, North Carolina, is also impressed by the pair's demonstration that quantum fields may occasionally rival gravity as the dominant force on large scales. But he says it is unclear whether the process could have significant astrophysical effects.

Fuente: newscientist.com

Desconcertante alineación de quásares apunta a cuerdas cósmicas

Algo ha hecho que quásares vecinos en el universo lejano apunten a una dirección similar cuando sus orientaciones deberían ser aleatorias. ¿Podría ser una señal de cuerdas cósmicas – gigantescas ondas en el tejido del espacio-tiempo?

En 2005, Damien Hutsemekers de la Universidad de Lieja en Bélgica, y sus colegas, informaron de un inusual efecto en la observación de 355 quásares. Encontraron que la luz de esos quásares tendía a estar polarizada, con las oscilaciones electromagnéticas confinadas a un plano particular que puede describirse mediante un vector de polarización. Aunque no hay una razón obvia para pensar que estos vectores debieran estar orientados de una forma especial de un quásar a otro, el equipo de Hutsemekers encontró que las orientaciones no eran aleatorias. Si se tomaban dos quásares adyacentes cualesquiera, los vectores de polarización apuntaban en casi la misma dirección.

Es más, cuando el equipo observó quásares incluso más alejados, vieron que este vector rotaba aproximadamente 30 grados cada 3260 millones de años luz desde la Tierra. El vector giraba en sentido horario cuando se observada desde el polo norte galáctico de la Vía Láctea y en sentido antihorario mirando desde el polo sur (arxiv.org/abs/astro-ph/0507274v1).

El año pasado, el equipo demostró que la dirección del vector de polarización está correlacionado con el eje de rotación del propio quásar. Esto significa que los quásares adyacentes tienden a tener aproximadamente la misma orientación – de nuevo, algo que nadie habría esperado ver.

Ahora, Robert Poltis y Dejan Stojkovic de la Universidad Estatal de New York en Buffalo dicen que tienen una explicación. Se debe todo a eventos que tuvieron lugar aproximadamente 10^-12 segundos tras el Big Bang. En el momento en que el universo sufrió una transición de fase, provocando que la fuerza electrodébil se separase en la fuerza electromagnética y la fuerza nuclear débil. El modelo estándar de la física de partículas sugiere que esto también habría dado como resultado la formación de cuerdas cósmicas, que son defectos topológicos en el tejido del espacio-tiempo y que puede tomar la forma de lazos gigantes.

Las cuerdas cósmicas pueden provocar que se formen campos magnéticos a lo largo de ellas, dice Poltis. Las cuerdas son inestables y decaen rápidamente, pero el campo magnético permanece y se habría estirado a escalas cosmológicas conforme se expandía el universo.

Poltis y Stojkovic modelaron cómo dos lazos gigantes de líneas de campo magnético podrían afectar a la formación de galaxias. Una proto-galaxia contiene partículas cargadas – electrones e iones de hidrógeno – las cuales adquieren momento angular a partir del campo magnético. El efecto neto es que la proto-galaxia adquiere un momento angular global, alineando su eje en una cierta dirección. Dos proto-galaxias vecinas que se forman en la vecindad del mismo campo magnético terminarían por tener sus ejes apuntando en la misma dirección.

Los investigadores también demostraron cómo el retorcimiento de las líneas de campo magnético a escalas cósmicas podría ser la causa de que los ejes de los quásares rotasen cuanto más lejos mirases (arxiv.org/abs/1004.2704).

“Esta explicación puede, efectivamente, reproducir nuestras observaciones bastante bien, incluso la posible rotación del ángulo de polarización”, dice Hutsemekers. “Además, la posibilidad de que la impresión de las cuerdas puede detectarse a través del estudio de la orientación de galaxias o quásares es emocionante”.

Fuente: cienciakanija.com

Enlace original: newscientist.com 

The imperfect universe: Goodbye, theory of everything

FIFTEEN years ago, I was a physicist hard at work hunting for a theory of nature that would unify the very big and the very small. There was good reason to hope. The great and the good were committed. Even Einstein, who recognised that our understanding of reality is necessarily incomplete, had spent the last 20 years of his life searching for a unified field theory that would describe the two main forces we see acting around us - gravity and electromagnetism - as manifestations of a single force. For him, such a mathematical theory represented the purest and most elegant expression of nature and the highest achievement of the human intellect.

Fifty-five years after Einstein's death, the hunt for this elusive unified field theory continues. To physicist Stephen Hawking and many others, finding the "theory of everything" would be equivalent to knowing the "mind of God". The metaphor is not accidental.

Modern critics say that Einstein and other giants of 20th-century physics (including Wolfgang Pauli, Erwin Schrödinger and Werner Heisenberg) failed because their models didn't include all particles of matter and their fundamental interactions. Factor them in, they argue, and we stand a much better chance of success. Dreams of a final theory (as a book on the subject, by Nobel laureate Steven Weinberg, was titled) live on, stronger than ever.

But are we really getting any closer? Do we dare ask whether the search is fundamentally misguided? Could belief in a physical theory that unifies the secrets of the material world - a "hidden code" of nature - be the scientific equivalent of the religious belief in oneness held by the billions who go to churches, mosques and synagogues every day?

Even before what we now call physics existed, ancient Greek philosophers pondered whether the diversity of nature could radiate from a single source, a primal substance. Thales, regarded by Aristotle as the first philosopher in the Greek tradition, proposed that everything was made of water, a substance he believed represented nature's dynamic essence. Later, Pythagoras and his followers believed that nature was a mathematical puzzle, constructed through ratios and patterns that combine integers, and that geometry was the key to deciphering it.

The idea of mathematics as a fundamental gateway to nature's secrets re-emerged during the late Renaissance. Galileo Galilei, René Descartes, Johannes Kepler and Isaac Newton made it clear that the mathematical description of nature succeeds only through the painstaking application of the scientific method, where hypotheses are tested by experiments and observations and then accepted or rejected. Physics became the science of the "how", leaving the "why" for philosophy and religion. When Newton was asked why matter attracts matter with a strength that weakens with the square of the distance, he answered that he "feigned no hypotheses"; it was enough to provide a quantitative description of the phenomenon.

That, however, is only half the story. To Newton, God was the supreme mathematician and the mathematical laws of nature were Creation's blueprint. As science advanced, the notion that god interfered explicitly with natural phenomena faded away, but not the idea that nature's hidden code lay in an all-encompassing mathematical theory. Einstein's "God" was far removed from Newton's, as he famously said: "I believe in Spinoza's God who reveals himself in the orderly harmony of what exists." His search for a unified field theory was very much a search for the essence of this natural god.

Modern incarnations of unified field theories come in two flavours. The more traditional version, the so-called Grand Unified Theory (GUT), seeks to describe electromagnetism and the weak and strong nuclear forces as a single force. The first of these theories was proposed in 1974 by Howard Georgi, of Harvard University, and Sheldon Glashow, now at Boston University. The more ambitious version seeks to include gravity in the unification framework. Superstring theory tries to do this by abandoning the age-old paradigm that matter is made of small, indivisible blocks, substituting them with vibrating strings that live in higher-dimensional spaces.

Like all good physical theories, GUTs make predictions. One is that the proton, the particle that inhabits all atomic nuclei, is unstable. For decades, experiments of increasing sensitivity have looked for decaying protons and failed to find them. As a consequence, the models have been tweaked so that protons decay so rarely as to be outside the current reach of detection. Another prediction fared no better: bundled-up interacting fields called magnetic monopoles have never been found.

For superstrings, the situation is even worse. In spite of its mathematical elegance, the theory is so detached from physical reality that it is exceedingly difficult to determine what a measurable string effect might be.

I now think that the very notion of a final theory is faulty. Even if we succeed in unifying the forces we know, we can only claim to have achieved partial unification. Our instruments have limits. Since knowledge of physical reality depends on what we can measure, we will never know all there is to know. Who is to say there are only four fundamental forces? Science is full of surprises. Much better to accept that our knowledge of physical reality is necessarily incomplete. This way, science is understood as a human enterprise and the "mind of God" is exorcised once and for all.

Ever since the discovery of parity violation in the weak interaction over 50 years ago, experiments in particle physics have shown us that our hopes for perfection are just that - hopes. Symmetries are violated left and right; in nature, unlike in John Keats's famous poem, beauty isn't always truth.

But there's more. I propose that fundamental asymmetries are a necessary part of our universe, that they determine our very existence. Consider the following. The universe had to have special properties to keep on expanding for 14 billion years. And particles of matter had to dominate those of antimatter soon after the big bang, or the universe would consist mostly of radiation.

Life itself is a product of imperfections, from the spatial asymmetry of amino acids to mutations during reproduction. Asymmetries forged the long, complex and erratic path from particles to atoms to cells, from simple prokaryotic cells without nuclei to more sophisticated eukaryotic cells, and then from unicellular to multicellular organisms.

The history of life is deeply enmeshed with the earth's environmental changes, from the increase of oxygen availability, to the advent of plate tectonics that help regulate carbon dioxide. Life (not to mention intelligence) in the extraordinarily complex forms we have come to know is probably quite rare, a product of asymmetries, imperfections and accidents.

In the end, giving up on a final theory won't make doing physics - or science - less exciting. Nature has plenty of mysteries to keep us busy for a very long time.

Profile

Marcelo Gleiser is Appleton Professor of Natural Philosophy and professor of physics and astronomy at Dartmouth College, New Hampshire. He runs the 13.7 blog, hosted by US National Public Radio. This essay is based on his book A Tear at the Edge of Creation: A radical new vision for life in an imperfect universe (Free Press)

Fuente: newscientist.com