También la energía puede teletransportarse

Investigadores japoneses demuestran que, en contra de lo que se creía hasta ahora, es posible mover energía a grandes distancias a través de la teleportación cuántica.

Cuando se habla de teleportación, o teletransporte, los científicos suelen referirse a la posibilidad de trasladar instantáneamente determinadas propiedades de la materia de un lugar a otro. Ahora, un grupo de investigadores japoneses acaba de demostrar que, en contra de lo que se creía hasta el momento, es perfectamente posible mover también energía a muy largas distancias por medio de la teleportación cuántica.

No se trata de un concepto nuevo, pero siempre se había pensado que la cantidad de energía que puede ser transmitida de esta forma se disiparía tras recorrer una breve distancia. Sin embargo, el equipo de la Universidad de Tokohu dirigido por Masahiro Hotta ha demostrado que la teleportación cuántica de energía puede funcionar, sin pérdidas, incluso a distancias muy largas. El equipo cree que su idea puede demostrarse en un dispositivo semiconductor y, aún más, que un proceso similar a la teleportación de energía podría haber ocurrido de forma natural al principio de la existencia del Universo.

La idea de la teleportación cuántica fue propuesta por primera vez en 1992 por el científico de IBM Charles Bennett. Se basaba en la idea de que dos hipotéticos individuos, llamados Alice y Bob, eran capaces de “teletransportar” un estado cuántico entre uno y otro. Según el esquema tradicional, Alice puede enviar a Bob información sobre un estado cuántico determinado, de forma que Bob sea capaz de roconstruir una copia perfecta de ese estado. Para hacerlo, ambos intercambian información clásica al mismo tiempo que comparten parejas de partículas que están entrelazadas cuánticamente. El entrelazamiento cuántico es una extraña propiedad de la materia que permite que dos partículas entrelazadas “conozcan” de forma instantánea cuál es el estado de la otra, sin importar la distancia que las separe. Esta especie de comunicación instantánea se produce tanto si las dos partículas están en la misma habitación o en extremos opuestos del Universo. Hasta ahora, y aprovechando ese principio, científicos de todo el mundo han experimentado con la “teleportación cuántica” de fotones y otras partículas, llegando a cubrir distancias de más de cien kilómetros.

Sin embargo, y a pesar de que la teleportación cuántica no proporciona medio alguno para intercambiar energía, ya en 2008 Masahiro Hotta anunció una forma en que también la energía podría teletransportarse. En el esquema de Hotta, Alice enviaría a Bob la información que necesita para que éste extraiga energía del vacío. Dicha extracción es teóricamente posible, ya que en la teoría cuántica de campos el vacío no es tal. De hecho, está lleno de energía, en forma de partículas virtuales que burbujean contínuamente, apareciendo y desapareciendo a cada instante.

La idea de Hotta parte del hecho de que, igual que los pares de partículas, también los puntos cercanos entre sí del vacío cuántico están entrelazados. Lo cual significa que si Alice y Bob están cerca el uno del otro, entonces Alice debería ser capaz de tomar una medida de su campo local y usar el resultado de esa medida para obtener información acerca del campo local de Bob. Si entonces Alice pasa la información a Bob a través de un canal clásico (por ejemplo, llamándole por teléfono), Bob podría usar esa información para extraer energía de su campo local. Dicha energía sería siempre menor de la que gastó Alice para tomar las medidas iniciales. Desde el punto de vista de la Termodinámica, esto significa que Alice puede “teleportar” energía a Bob bajo la forma de la información que necesita para extraer energía del vacío cuántico en el que se encuentra.

Por desgracia, el grado de entrelazamiento entre los campos locales en los que se encuentran Alice y Bob decae muy rápidamente a medida que aumenta la distancia entre ellos. De hecho, la fracción de la energía de entrada de Alice que Bob puede recuperar es inversamente proporcional a la sexta potencia de la distancia que media entre los dos. De modo que, en la práctica, sería extremadamente difícil intercambiar una cantidad significativa de energía a grandes distancias.

Estados comprimidos

Pero en su último trabajo, recién aparecido en ArXiv, Hotta y sus colegas de la Universidad de Tohoku proponen un modo de evitar esta limitación, utilizando lo que llaman “estados de vacío comprimidos”. Dichos estados son idénticos a los estados del vacío que se pueden encontrar en cualquier parte, excepto para la región que está justo entre Alice y Bob, donde la densidad de energía es mucho mayor. El resultado es que el entrelazamiento puede mantenerse incluso a distancias mucho mayores. En efecto, si se elige el “estado de vacío comprimido” adecuado, los estados cuánticos de Alice y Bob podrían permanecer entrelazados sin importar cual sea la distancia que les separa.

Los investigadores proponen que estos “estados comprimidos” pueden ser creados en laboratorio por medio de la súbita expansión de la logitud de la trayectoria recorrida por un flujo de electrones en un campo Hall cuántico. El efecto Hall cuántico puede observarse en capas ultrafinas de materiales semiconductores sometidas a un intenso campo magnético. Los electrones en un estado Hall cuántico fluyen sin obstáculos en una dirección alrededor del borde del semiconductor y forman un “canal de correlación cuántico” en cuyo interior es posible el entrelazamiento. Hotta trabaja actualmente con su equipo para crear este dispositivo en su laboratorio.

Hotta y sus colegas sostienen también que estos “estados comprimidos” tuvieron lugar de forma natural en los primeros momentos de la historia del Universo, durante el periódo de rápida expansión que la Ciencia conoce como “inflación” y durante el cual el Universo multiplicó su tamaño en un tiempo muy breve. La duda está ahora en saber si es posible aplicar la inflación al desarrollo de dispositivos electrónicos como el que Hotta quiere construir. Lo veremos dentro de poco, cuando el investigador publique sus próximos trabajos…

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Los quarks se mueven al otro lado del espejo

Nueva medida de la violación de la paridad en la dispersión electrón-quark

Un equipo internacional de científicos en el Jefferson Lab de EE UU ha registrado con una precisión sin precedentes cómo se rompe la simetría especular cuando se bombardean quarks con electrones diestros y zurdos. El modelo estándar de la física ya predecía esta pequeña violación de la paridad –así se llama– mientras actúa la fuerza débil entre las partículas.

Hall A del Jefferson Lab, donde se ha desarrollado el experimento de dispersión electrón-quark. / U.S. Government Work


Miembros de una colaboración científica del Jefferson Lab de EE UU han medido una propiedad intrínseca de los quarks con una precisión cinco veces superior a la conseguida hasta ahora, hace casi 40 años.
Se trata de un raro caso de ruptura de la simetría del espejo, lo que los científicos denominan violación CP o violación de la paridad, cuando se realiza un experimento de dispersión electrón-quark. Los detalles técnicos se publican en la revista Nature.

El resultado se ajusta a lo que predice el modelo estándar de la física, una teoría que describe las partículas subatómicas y sus interacciones, salvo la gravedad; y confirma una propiedad concreta: la simetría especular de quarks.

En principio las características de un objeto se mantienen aunque se voltee como si fuera su imagen en el espejo. En el caso de los quarks, tres de las cuatro fuerzas que intervienen en sus interacciones –la gravedad, el electromagnetismo y la nuclear fuerte– presentan esta simetría especular; pero la cuarta, la fuerza débil, no.
Esto significa que las características intrínsecas que determinan cómo interactúan los quarks a través de la fuerza débil –los acoplamientos débiles– son diferentes de la carga eléctrica de la fuerza electromagnética, la carga de ‘color’ de la fuerza fuerte o la masa de la gravedad.
Los investigadores han registrado la ruptura de la simetría especular de quarks a través de un proceso de dispersión inelástica profunda, una forma de analizar el interior de los protones y neutrones mediante electrones. Para ello se envió un haz de 6,067 GeV de electrones hacia núcleos de deuterio (isotopo del hidrógeno con un neutrón y un protón).
"En una dispersión inelástica profunda, el impulso realizado por el electrón va dentro del nucleón (protón o neutrón) y lo rompe", explica Xiaochao Zheng , profesor en la Universidad de Virginia y portavoz de la colaboración científica.
Para producir el efecto de visualización de los quarks a través de un espejo, la mitad de los electrones enviados se programaron para girar en su trayecto hacia la derecha (diestros) y la otra mitad hacia la izquierda (zurdos).
Millones de interacciones en dos meses
Durante dos meses unos 170.000 millones de electrones interactuaron con los quarks a través tanto de la fuerza débil como la electromagnética y los datos se registraron de forma independiente en dos espectrómetros de alta resolución.
El equipo encontró una asimetría o diferencia en el número de electrones que interactuaban con el objetivo, según se los hiciera girar en una dirección u otra. La fuerza débil entre el electrón y los quarks está detrás del fenómeno.
La fuerza débil experimentada por quarks tiene dos componentes. Uno es análogo a la carga eléctrica y se ha medido bien en experimentos anteriores, pero el otro está relacionado con el spin o giro del quark y se ha aislado por primera vez en el experimento del Jefferson Lab.
En concreto, los resultados conducen a una combinación de acoplamiento débil electrón- quark formulada como  2C_2u - C_2d (donde u son los quarks up o arriba y d los down o abajo), que es cinco veces más precisa que la determinada con anterioridad.
Este acoplamiento particular describe cuanto de la ruptura en la simetría especular en las interacciones electrón-quark se origina por las preferencias de giro de los quarks durante la interacción débil. El último experimento que registró esto se desarrolló en el actual SLAC National Accelerator Laboratory (EE UU) hace más de 70 años.

El nuevo resultado es el primero que muestra que esta combinación no es cero, según lo predicho por el modelo estándar, pero también establece nuevos límites para ir más allá. Estos datos complementan, y en ciertos aspectos superan, a los que ofrecen los colisionadores de partículas, como el LHC del CERN.

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La 'telaraña' cósmica

•  Cuenta con dos millones de años luz de tamaño

El desarrollo de telescopios cada vez más potentes y dotados de una gran sensibilidad viene permitiendo captar espectaculares imágenes del Universo que nos rodea y de recopilar información de sus galaxias más lejanas. Ahora, con la ayuda del telescopio Keck I situado en lo alto del volcán Mauna Kea en Hawai, se han podido captar las imágenes de una nebulosa azulada, la cual podría ser parte de la malla de filamentos que conectan unas galaxias con otras. Aunque su existencia está predicha teóricamente, esta malla no había sido observada hasta la fecha.
La nebulosa rodea al cuásar UM287, una galaxia remota cuya luminosidad es inmensa. Su composición podría servir para verificar la teorías sobre el modelo cosmológico estándar de formación de estructuras en el universo.
«La evolución de nuestro universo desde el Big Bang hasta nuestros días puede calcularse utilizando grandes ordenadores, teniendo en cuenta toda la información observacional disponible. De esta manera se predice que, a muy gran escala, las galaxias deben estar situadas en una especie de telaraña cósmica constituida por una malla de filamentos que se interconectan de manera aparentemente caótica», explica sobre la teoría el director de Rafael Bachiller director del Observatorio Astronómico Nacional.
El grupo internacional de astrónomos, dirigidos por S.Cantalupo y Xavier Prochaska de la Universidad de California en Santa Cruz (EEUU), han publicado su estudio en la revista «Nature» donde detallan que la nebulosa cuenta con dos millones de años luz de tamaño.
El autor principal, Cantalupo, muestra su sorpresa ante este nuevo descubrimiento afirmando que «se trata de un objeto muy excepcional: es enorme, por lo menos dos veces mayor que cualquier nebulosa detectada antes, y se extiende mucho más allá del entorno galáctico del cuásar», señala.
Prochaska, profesor de Astronomía y Astrofísica en la Universidad de California Santa Cruz, añade que «este cuásar ilumina gas difuso en escalas mucho más allá de cualquiera de los que hemos visto antes, lo que nos da la primera imagen de gas extendido entre las galaxias. Proporciona una visión excelente de la estructura general de nuestro universo».

Su principal componente es el hidrógeno

Gracias a la luz que emite el cuásar, cuya radiación procede principalmente de los efectos ocasionados por el agujero negro supermasivo que habita en su interior, los científicos han observado que la nebulosa de su entorno está compuesta de un gas difuso: hidrógeno, el principal componente que da lugar al nacimiento de las estrellas.

Cuásar UM287 rodeado por la nebulosa de unos 2 millones de años luz de tamaño W. M. Keck Observatory

De hecho, en las observaciones de la nebulosa, se puede ver la luz de color violeta y azulado procedente de este gas, una vez tenida en cuenta la expansión del universo. En realidad el hidrógeno emite una radiación Lyman Alfa (ultravioleta invisible) pero, al `estirarse' las ondas por la expansión del universo, cambia al rango visible como aparece en las fotografías.
Los astrónomos, además de utilizar el telescopio Keck I se sirvieron de un instrumento especial, el espectrómetro llamado `The Low Resolution Imaging Spectrograph?. Mejor conocido por sus siglas en inglés, el LRIS permite tomar espectros e imágenes de los objetos más distantes conocidos en el Universo.
Tras la obtención de la imágenes, los autores apuntan a que la cantidad de gas contenido en la nebulosa es diez veces mayor de lo que aparece en las simulaciones del ordenador. «Creemos que puede haber más contenido en pequeños núcleos densos dentro de la red cósmica de lo que se ve en nuestros modelos», teoriza Cantalupo. Sin embargo, Rafael Bachiller apunta que deducir a partir de estas observaciones la estructura de la malla cósmica es «muy aventurado» ya que «podría tratarse de una nube intergaláctica discreta que se encuentra en las proximidades del cuásar, y no necesariamente un trozo de filamento de la malla».
Este trabajo, concluye Bachiller «ilustra la potencia con la que cuentan los mayores telescopios del mundo, como los Keck en Hawái o el Gran Telescopio de Canarias que pueden revelarnos aún muchos detalles sobre la naturaleza y evolución del universo».

Malla de filamentos. W. M. Keck Observatory

YULY JARA Madrid

Actualizado: 23/01/2014 10:38 horas

Fuente: http://www.elmundo.es

Descubierto el primer agujero negro orbitando alrededor de una estrella ‘peonza’

Investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y del CSIC han descubierto una singular pareja cósmica: un agujero negro y una estrella tipo Be, caracterizada por su elevada fuerza de gravedad. El trabajo se publica esta semana en la revista Nature.

La estrella masiva tipo Be gira a gran velocidad y expulsa un disco de materia que es atraído por el agujero negro y absorbido a través de un disco de acreción. / Gabriel Pérez - SMM (IAC)

La teoría predecía su existencia, pero nadie había sido capaz de encontrarlos hasta ahora. Utilizando los telescopios Liverpool y Mercator, del Observatorio de Roque de los Muchachos (isla de La Palma, Canarias), un equipo de investigadores de distintos centros españoles ha localizado el primer sistema binario formado por un agujero negro y una estrella 'peonza' o de tipo Be. La revista Nature publica hoy este descubrimiento.

Las estrellas Be son relativamente abundantes en el universo. Sólo en nuestra galaxia se conocen más de 80 formando sistemas binarios junto con estrellas de neutrones. “Su particularidad es su elevada fuerza centrífuga: estas estrellas giran sobre sí mismas a una velocidad muy alta, cercana a su límite de rotura, como si fuesen peonzas cósmicas”, explica Jorge Casares, del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y la Universidad de La Laguna (ULL), uno de los descubridores del sistema y experto en agujeros negros de masa estelar (obtuvo la primera prueba sólida de su existencia en 1992).

La estrella MWC 656 gira a más de un millón de kilómetros por hora

En el caso de esta estrella, conocida como MWC 656 y que se encuentra en la constelación de Lacerta (el Lagarto) a 8.500 años luz de la Tierra, su superficie gira a más de un millón de kilómetros por hora.

“Comenzamos a estudiar la estrella a partir de 2010, cuando se detectó una emisión transitoria de rayos gamma que parecía provenir de la misma”, cuenta Marc Ribó, del Institut de Ciències del Cosmos de la Universidad de Barcelona (ICC/IEEC-UB). “No se observaron más emisiones gamma –añade– pero descubrimos que formaba parte de un sistema binario”.

Un análisis detallado de su espectro ha permitido ahora inferir las características de su acompañante: “Se trata de un cuerpo con una masa muy alta, entre 3,8 y 6,9 veces la masa solar. Un objeto así, que no es visible y con esa masa, sólo puede ser un agujero negro, ya que ninguna estrella de neutrones es estable por encima de tres masas solares”, afirma Ignasi Ribas, investigador del CSIC en el Instituto de Ciencias del Espacio (IEEC-CSIC).

El agujero negro orbita alrededor de la estrella Be y se alimenta de la materia que ésta va perdiendo. “Su gran velocidad de rotación provoca que expulse materia a través de un disco ecuatorial; materia que es a su vez atraída por el agujero negro y forma en su caída otro disco, llamado disco de acreción. Estudiando la emisión de este disco hemos podido analizar el movimiento del agujero negro y deducir su masa”, comenta Ignacio Negueruela, investigador de la Universidad de Alicante (UA).

Los científicos creen que se trata de un miembro próximo de una población oculta de estrellas Be con agujeros negros: “Pensamos que estos sistemas son mucho más abundantes de lo esperado pero difíciles de detectar, ya que los agujeros negros se alimentan del gas expulsado por la estrella Be de forma 'silenciosa', es decir, sin emitir mucha radiación. Esperamos poder confirmar esto con la detección de otros sistemas en la Vía Láctea y en galaxias cercanas usando telescopios de mayor diámetro como el Gran Telescopio Canarias”, concluye Casares.

Agujeros negros, un desafío continuo

La detección de agujeros negros representa un desafío desde su formulación teórica en el siglo XVIII. Dado que no se ven –su gran fuerza gravitatoria impide que la luz escape de su interior– los telescopios no pueden detectarlos. Sin embargo, en determinados momentos, algunos agujeros negros pueden producir radiación de alta energía en su entorno, por lo que pueden localizarse con satélites de rayos X.  Es el caso de los agujeros negros activos, que están siendo alimentados por materia de un objeto cercano: si se detecta una emisión violenta de rayos X procedente de un lugar en el que no parece haber nada, es posible que allí se 'esconda' un agujero negro.

Gracias a este método, en los últimos 50 años se han descubierto 55 candidatos a agujeros negros. De ellos, 17 cuentan con lo que los astrónomos llaman una “confirmación dinámica”: se ha localizado la estrella que lo alimenta y ello ha permitido medir la masa del objeto 'invisible' en torno al que giran. Si la masa de este objeto es al menos tres veces superior a la masa del Sol se considera probado que se trata de un agujero negro.

El mayor problema lo presentan los agujeros negros 'durmientes', como el que los investigadores han localizado en torno a esta estrella tipo Be: “Su emisión de rayos X es casi inexistente, por lo que resulta muy difícil que capten nuestra atención”, reconoce Casares. De hecho, los investigadores creen que hay miles de sistemas binarios con agujeros negros distribuidos por la Vía Láctea, algunos también con estrellas compañeras de tipo Be.

Fuente: IAC/ULL/CSIC

Fuente: http://www.agenciasinc.es/

Hallan las galaxias «madre» de la mayor parte de las estrellas

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

José Manuel Nieves el ene 8, 2014

The galaxy cluster Abell 2744, snapped over the course of 50 hours from 12 billion light-years away(Image: NASA, ESA, and J. Lotz, M. Mountain, A. Koekemoer, and the HFF Team (STScI))

Nunca antes vistas, son las que hicieron posible que el cielo se poblara de astros en las primeras etapas del Universo, hace más de 10.000 millones de años.

Fueron las “madres” de muchas de las estrellas que hay en el Universo. Una población entera de pequeñas galaxias primigenias sin las cuales, sencillamente, las cosas no serían como son. Se formaron durante el “baby boom”, una lejana época durante la que nació la mayoría de las estrellas que existen, y aunque se sospechaba su existencia, nunca habían podido ser vistas ni localizadas. Hasta ahora.

Un grupo de astrónomos de la Universidad de California, en efecto, ha conseguido localizar, utilizando el telescopio espacial Hubble, esa población galáctica original, la que hizo posible que el cielo se poblara de estrellas en los primeros tiempos de existencia del Universo en que vivimos.

El grupo galáctico recién localizado es el más numeroso jamás visto en el Universo remoto. Y sus miembros son las galaxias más pequeñas y oscuras de las que se tenía noticia hasta ahora. Para capturar su debil luz, los astrónomos han tenido que realizar larguiísimas exposiciones con los instrumentos del Hubble en el rango de la luz ultravioleta.

El estudio resultante, presentado ayer durante la 223 reunión de la Sociedad Astronómica Americana, que se celebra en Washington, se publicará dentro de unos días en The Astrophysical Journal.

Un «zoom» natural

Se trata de 58 jóvenes y diminutas galaxias, nacidas hace más de 10.000 millones de años, durante el apogeo del nacimiento de nuevas estrellas. Las nuevas galaxias son cien veces más numerosas que sus “primas” más masivas, pero también cien veces menos luminosas que cualquier otra galaxia detectada hasta ahora en las profundidades del espacio del Universo primitivo.

En condiciones normales, estas galaxias habrían sido demasiado débiles como para ser detectadas por el Hubble. Pero los astrónomos lograron hacer que el telescopio espacial trabajara “en equipo” junto a un “zoom” espacial natural, una lente producida por la gravedad de Abell 1689, un enorme cúmulo galáctico no demasiado alejado de nosotros.

El cúmulo es tan masivo que es capaz de magnificar la luz que recibe de las galaxias más lejanas que tiene detrás gracias a un fenómeno conocido como “lente gravitacional”, en el que la curvatura misma del espacio actúa como un gigantesco espejo de feria, que deforma la luz, haciéndola más brillante.

“Siempre ha existido preocupación por el hecho de que sólo somos capaces de ver las más brillantes entre las galaxias muy distantes -afirma Brian Siana, que ha dirigico el estudio-. Pero las galaxias brillantes, sin embargo, sólo son la punta del iceberg. Creemos que la mayoría de las estrellas que se formaron en el Universo primitivo lo hicieron en galaxias que nunca hemos podido ver. Ahora hemos localizado esas galaxias nunca vistas y creemos que lo que vemos es el resto de ese iceberg”.

El equipo de Siana cree que ha logrado completar un censo de galaxias de una época en la que el Universo apenas tenía 3.400 millones de años de vida, una fracción de su edad total. Y si la muestra de galaxias encontradas es representativa de toda la población galáctica de aquella época, entonces la mayoría de las estrellas se formaron en el interior de esas pequeñas galaxias.

“A pesar de ser poco brillantes -explica por su parte Anahita Alavi, otro de los autores principales del estudio- su gran número nos hace pensar que pudieron dar cuenta de la formación de la mayor parte de las estrellas durante aquella época”.

Para Siana, el descubrimiento de estas galaxias también ayudará a reforzar la idea de que las estrellas muy calientes en el interior de galaxias pequeñas son capaces de bombear radiación suficiente como para ionizar el hidrógeno a base de expulsar sus electrones. Este proceso, llamado “reionización”, sucedió hace unos 13.000 millones de años, durante los primeros mil millones de años del nacimiento del Universo a partir del Big Bang. Gracias a la reionización, el Universo se hizo transparente a la luz (antes atrapada en un denso caldo de partículas), lo que hace posible que ahora los astrónomos la sigan hasta su origen, al principio de los tiempos.

“A pesar de que las galaxias de nuestra muestra existieron unos pocos miles de millones de años después de la reionización -asegura Siana- es más que probable que galaxias como esas, o incluso esas mismas, jugaran un papel muy destacado en el proceso”.

Muy diferentes a las que hay a nuestro alrededor, estas galaxias primitivas no forman majestuosas espirales ni podrían catalogarse dentro de las demás familias galácticas conocidas. Para Anahita Alavi, “la lente gravitacional estira la forma aparente de las galaxias muy distantes, permitiendonos verlas. Sin la lente, la mayoría de ellas serían simples puntos para el Hubble. Ahora, sin embargo, tenemos ya una idea sobre sus formas y tamaños, algo que antes era imposible de conseguir”.

Pequeñas e irregulares

El análisis del Hubble muestra que estas galaxias primitivas son pequeñas, de apenas unos cientos de años luz de diámetro (nuestra Vía Láctea, por ejemplo, mide 50.000 años luz de punta a punta), y que tienen formas irregulares.

“Incluso cuando ya eran plenamente maduras -apunta Siana- estas galaxias tenían entre una décima y una centésima parte de la masa de nuestra Vía Láctea. Y al estar sometidas al fuego constante del nacimiento de estrellas, su luz está dominada por el brillo ultravioleta de esas estrellas”.

El tiempo en el que esas galaxias existieron es conocido como el “baby boom” de la formación estelar, un periodo que se sitúa entre hace 9.000 y 12.000 millones de años.

Utilizando las lentes gravitacionales de seis cúmulos masivos de galaxias, el Hubble está explorando ahora el Universo primitivo en busca de más pequeñas galaxias. En ellas están las respuestas a muchas de las preguntas que hoy se hacen los astrónomos, y que permitirán saber por qué las cosas son tal y como las vemos.

La medida más precisa de las galaxias lejanas

El grupo internacional del Espectroscopio Detector de Oscilación de Bariones (BOSS) ha medido la distancia que existe hasta galaxias situadas a más de 6.000 millones de años luz con una precisión sin precedentes del 1%. El trabajo, en el que participan científicos de la Universidad de Barcelona, también establece límites para la misteriosa materia oscura.

Ilustración de la medida tomada por BOSS. Las esferas muestran el tamaño actual de las oscilaciones acústicas de bariones (BAO) de los inicios del universo, que han ayudado a establecer la distribución de las galaxias, con una ligera tendencia a alinearse a lo largo de los bordes de las esferas. Las BAO se pueden usar como una regla (línea blanca) para medir las distancias a todas las galaxias del universo. / Zosia Rostomian, Lawrence Berkeley National Laboratory


En la reunión anual de la Sociedad Astronómica Americana hoy se han anunciado los últimos datos del Baryons Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS). El equipo que integra este espectroscopio ha informado que ha logrado tomar la medida, con una precisión sin precedentes del 1%, de la distancia a galaxias lejanas localizadas a más de 6.000 millones de años luz de la Tierra.

"No hay muchas cosas en nuestra vida cotidiana que conozcamos con una precisión del 1%", dice David Schlegel, investigador principal del proyecto y físico del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBNL). “Ahora conozco el tamaño del universo mejor que el de mi casa".

Toda medida conlleva un grado de incertidumbre, que puede expresarse como un porcentaje de aquello que se mide –por ejemplo, si se mide una distancia de 200 km con un error de 2 km del valor real, la precisión sería del 1%–. En astronomía sólo unos pocos cientos de estrellas y algunos cúmulos están lo suficientemente cerca para que las distancias medidas tengan esa precisión.

Casi todas estas estrellas están a sólo unos pocos miles de años luz de distancia, dentro de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. Por tanto, llegar a medir distancias un millón de veces más lejanas con esta precisión es un reto en astronomía.
Para llevar a cabo estas medidas BOSS ha utilizado la medida de las denominadas oscilaciones acústicas de bariones (BAO), unas ondas periódicas del universo primitivo que permiten conocer la distribución de galaxias en el universo.
Estas ondas de sonido tienen una longitud conocida que se puede usar para medir distancias y deducir el ritmo de expansión del universo en el pasado. Como el tamaño original de estas ondas es conocido, se puede obtener su medida actual para cartografiar galaxias, lo que  ha permitido ubicar 1,2 millones de galaxias.
En esta investigación han participado los científicos Licia Verde y Antonio Cuesta del Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona (ICCUB). En concreto han efectuado los cálculos necesarios para determinar cómo la  medida de la distancia promedio a estas galaxias afecta a nuestro conocimiento del contenido de materia y energía del universo.
"La precisión de la medida de distancia de BOSS, complementada con otras fuentes de información cosmológica, ofrecen la mejor determinación hasta la fecha de la historia de la expansión del universo, de su geometría y de su contenido de materia y energía”, destaca Verde.
Avances sobre la materia oscura
“Los resultados de estos cálculos restringen los posibles valores de los seis parámetros que describen nuestro universo, como son su expansión en el momento presente, su curvatura o el contenido de materia oscura”, apunta Cuesta.
De hecho, las medidas ponen nuevos límites a las propiedades de la misteriosa materia oscura que se piensa llena el espacio vacío, lo que provoca la expansión acelerada del universo.
Hasta ahora, las mediciones de BOSS parecen consistentes con una forma de energía oscura que se mantiene constante a través de la historia del Universo. Esta ‘constante cosmológica’ es uno de los seis números necesarios para hacer un modelo que una la forma y la estructura a gran escala del universo.
El proyecto BOSS, que lidera Schlegel desde el Lawrence Berkeley National Laboratory,  forma parte del tercer proyecto de Exploración Digital del Espacio Sloan (Sloan Digital Sky Survey, SDSS-III) y en él participan entre otros un grupo de astrofísicos españoles.
El SDSS se inició el año 2000 y desde el principio ha examinado más de una cuarta parte del cielo nocturno y ha producido el mapa tridimensional en color del universo más grande que se haya hecho nunca.

Zona geográfica: Internacional

Fuente: UB

Despite quantum's gains, standard computers still rule

View of the National Security Agency (NSA) in the Washington suburb of Fort Meade, Maryland, 25 January 2006

Quantum computing is getting the headlines these days, with buzz among scientists of giga-powered number-crunching and unbreakable encryption.

The US National Security Agency (NSA) is reportedly advancing towards a quantum computer that could crack almost any conventional algorithm.

The NSA plans were leaked by contractor Edward Snowden and reported by The Washington Post on Thursday.

Details of its work remain sketchy, though. And the agency is only one of many players, both public and corporate, in a field that must overcome many hurdles before it can dethrone standard computing.

Conventional computers work by processing binary code—an information currency that exists in one of two states, either zero or 1.

Quantum computers, though, break free of the two-state constraints.

They harness the principle of quantum mechanics, when strange things occur through the state of an atom's spin, something called angular momentum.

In a quantum state, the atom goes into a condition called superposition. It can hold the value of zero or 1 or both values at the same time.

This juggling trick holds out the possibility of parallel processing on a massive scale.

An algorithm that a conventional supercomputer might take years to break could be cracked by so-called qubits, or quantum bits, in a fraction of the time.

"The special properties of qubits will allow quantum computers to work on millions of computations at once," says IBM. "For example, a single 250-qubit state contains more bits of information than there are atoms in the Universe."

Daunting engineering obstacles have to be overcome, though. In order to achieve the fragile quantum state, a cloud of atoms has to be cooled to near-absolute zero and controlled by pulses of laser.

Changes in temperature, electromagnetic waves and minute defects in material can all wreck the sought-after superposition that fuels the qubit.

Scaling up these computers from hugely expensive, highly protective labs represents "an enormous practical challenge," the Nobel jury said in 2012, when it awarded that year's physics prize for fundamental work on the quantum state.

Quantum's other big plus is a phenomenon called entanglement.

Particles created in a quantum state behave like psychic twins.

Even if they are far apart, a disturbance to one particle affects the other, a phenomenon that Einstein once called "spooky action at a distance."

Thus if a message sent in a quantum state is intercepted en route, the entanglement is destroyed—and alarm bells ring that someone is eavesdropping.

Achieving quantum cryptography

Entanglement is the big goal of quantum cryptography.

It holds out the possibility of creating a unique, one-time code shared only by sender and recipient that would be almost impossible to decrypt by an outsider. Better still, the message could not even be touched during transmission.

Even without entanglement, though, the quantum state can be useful in cryptography, said Philippe Grangier, a specialist in quantum optics at France's National Centre for Scientific Research (CNRS).

His team has done tests that sends a standard-encrypted message, along with a quantum-encrypted key, in squirts of light down a fibre-optic cable.

Once received, the key is then used to decode the message.

The technique uses the quantum signature in the key as a burglar alarm, Grangier said in a phone interview.

"Just the slightest interception of the data will reduce the size of the quantum key when it gets to the recipient, and the spy gets detected," said Grangier.

"The more the spy perseveres, the smaller the key becomes. Eventually, the connection is cut."

Their greatest length for transmission has been through a cable 80 kilometres (50 miles) long—a distance that is useful for local communications but still way too short for transcontinental use or more.

Going beyond this distance lies the conundrum of how to amplify a weakening light signal down a cable so that the data is repeated but does not lose its quantum state through interference.

Other techniques aim at overcoming the "repeater" problem by line of sight laser transmission, in theory to satellites in near-Earth orbit.

Source: http://phys.org

GPS satellites suggest Earth is heavy with dark matter

Image by Raj Mehta’s Blog http://rajmehta19.com

GPS is handy for finding a route, but it might be able to solve fundamental questions in physics too. An analysis of GPS satellite orbits hints that Earth is heavier than thought, perhaps due to a halo of dark matter.

Dark matter is thought to make up about 80 per cent of the universe's matter, but little else is known about it, including its distribution in the solar system. Hints that the stuff might surround Earth come from observations of space probes, several of which changed their speeds in unexpected ways as they flew past Earth. In 2009, Steve Adler of the Institute of Advanced Studies in Princeton, New Jersey, showed how dark matter bound by Earth's gravity could explain these anomalies.

Ben Harris at the University of Texas at Arlington wondered if dark matter might also affect satellites. "The nice thing about GPS satellites is that we know their orbits really, really well," he says. From nine months of data on the satellites in the GLONASS, GPS and Galileo groups, he calculated Earth's mass as "felt" by each one.

At a meeting of the American Geophysical Union in San Francisco in December, he reported an average figure that was between 0.005 and 0.008 per cent greater than the value for Earth's mass established by the International Astronomical Union. A disc of dark matter around the equator 191 kilometres thick and 70,000 km across can explain this, he says.

Harris has yet to account for perturbations to the satellites' orbits due to relativity, and the gravitational pull of the sun and moon. What's more, preliminary data from NASA's Juno probe, also presented at the AGU meeting, suggests its speed was as expected as it flew by Earth, casting doubt on the earlier anomalies.

But if Harris's explanation is correct, satellites could reveal properties of dark matter, such as whether its particles interact with each other.

This article appeared in print under the headline "GPS satellites hint at Earthly dark matter"

Link: http://www.newscientist.com

Las 13 mejores fotos del Universo en 2013

Esteban Zamorano 25 Diciembre 2013

Entre éstas hay fotos tomadas por sondas espaciales, satélites, fotógrafos aficionados y profesionales, etcétera.

Como todos los años el reconocido astrónomo Phil Plait (quien realiza divulgación científica bajo el apodo 'Bad Astronomer') realiza una selección de las mejores imágenes del Universo.

1.- Un cúmulo globular

(CC) NASA/ESA

Esta imagen corresponde al cúmulo globular M15 situado en la constelación de Pegaso, uno de los objetos conocidos más antiguos con 12 mil millones de años. Según Plait es sorprendente por su densidad: Unas 100.000 estrellas ocupan un espacio de unos 200 años luz de ancho.

2.- 43 noches fotografiando la galaxia Centaurus A

(C) Rolf Olsen

Para tomar esta hermosa foto el astrónomo 'amateur' de Nueva Zelanda, Rolf Olsen, pasó 43 noches exponiendo durante unas 120 horas a la galaxia Centaurus A, visible solo desde el hemisferio sur, con la ayuda de su telescopio con un espejo de 25 centímetros.

3.- El polo sur marciano

(CC) ESA / G. Neukum / Bill Dunford

El Mars Express orbiter lleva unos diez años tomando fotografías del planeta rojo. Bill Dunford recolectó algunas de estas fotos y para crear este gran mosaico del polo sur de Marte. Lo que se ve de color rojo es casi infrarrojo, invisible a nuestros ojos pero no para la cámara de la sonda.

4.- El esplendor de la nebulosa Cabeza de Caballo

(CC) NASA, ESA, Hubble Heritage Team

Para conmemorar el aniversario '23 del Telescopio Espacial Hubble el pasado 24 de abril publicaron esta sorprendente imagen de una de las nebulosas más famosas debido a su peculiar forma que asemeja la cabeza de un caballo, la que está ubicada justo en el reconocible cinturón de Orion.

5.- Saturno desde arriba

(CC) NASA/JPL/Space Science Institute/Gordan Ugarkovic

Gordan Ugarkovic tomó las imágenes de dominio público de la sonda Cassini para crear este mosaico de Saturno desde su polo norte, donde se puede ver la sorprendente tormenta hexagonal de 25.000 kilómetros de diámetro que tiene el planeta de los anillos en su extremo "superior".

6.- Decir adiós con estilo

(CC) NASA, ESA, Hubble Heritage Team

La nebulosa NGC 5189 tiene en su centro una enana blanca, que probablemente son los restos de una estrella con el doble de la masa del Sol, la que cuando se le terminó su combustible explotó liberando enormes cantidades de gas al espacio.

7.- Andrómeda en infrarrojo

(CC) ESA/Herschel/PACS & SPIRE Consortium, O. Krause, HSC, H. Lin

La galaxia de Andrómeda es una de las más cercanas a nuestra galaxia, la Vía Láctea, y como ésta, también tiene brazos en espiral donde se forman nuevas estrellas. La fotografía corresponde al polvo expulsado por este proceso, el que brilla (detectable solo en infrarrojo) debido a su cercanía a grandes estrellas que calientan el polvo a unos acogedores -232 °C.

8.- El año de los cometas

(C) Damian Peach

Sin duda el 2013 fue el año de los cometas. La imagen superior corresponde a una sorprendente fotografía tomada por Damian Peach el pasado 13 de noviembre al "difunto" cometa ISON.

9.- La Tierra en el equinoccio

Normalmente el eje de la Tierra está inclinado unos 23° respecto a su órbita en torno al Sol, excepto cuando ocurren los equinoccios que es cuando la Tierra recibe la luz del Sol de forma pareja respecto a su eje. Esta imagen corresponde a una animación creada por Vitaliy Egorov en base a las fotografías tomadas en el último equinoccio entre el 20 y el 21 de septiembre por el satélite ruso Elektro-L.

10.- Los cuernos del eclipse

(C) Teoh Hui Chieh

Estas imágenes corresponden a dos cuadros de un sorprendente video timelapse realizado por los fotógrafos Colin Legg y Geoff Sims en Australia el pasado diez de mayo durante un eclipse solar.

11.- Recordando E.T.

(C) Philipp Schmidli

El fotógrafo Philipp Schmidli quiso recordar en Suiza la sorprendente escena de la película "E.T. el Extra-Terreste" con una fotografía 'sin Photoshop' cuya planificación les tomó meses y numerosos intentos fallidos.

12.- China llega a la Luna

(C) CNSA, CCTV

Hace unas semanas atrás China logró ser el tercer país del mundo en lograr un alunizaje controlado (que es muy distinto y más complejo que lanzar un objeto a que estrelle con la Luna) gracias a la misión Chang'e 3 y su rover "Conejo de Jade".

13.- Las largas sombras de la Tierra

(CC) NASA

La Estación Espacial Internacional tiene la maravillosa característica que gira en torno a nuestro planeta unas 18 veces al día, lo que significa atestiguar 18 amaneceres y 18 atardeceres cada 24 horas, por lo que los astronautas aprovechan para intentar tomar la foto más sobrecogedora del momento en que aparece el Sol en nuestro planeta.
Quizá esta foto del 4 de julio del 2013 sea la mejor de este año, y muestra al Sol muy bajo en el horizonte mientras se forman nubes tormentosas por sobre la costa de Brasil. Las sombras de las nubes en el agua son un signo que el Sol estaba muy bajo.
Link: Slate

Espectaculares 'géiseres' en una luna de Júpiter

Chorros de vapor de agua de 200 km. de altura en Europa

Recreación artística de un chorro de vapor de agua en la superficie helada de Europa, con el Sol al fondo. K. RETHERFORD, SOUTHWEST RESEARCH INSTITUTE. 

TERESA GUERRERO Madrid

Actualizado: 16/12/2013 16:53 horas

Se llama Europa y es la más pequeña de las cuatro principales lunas del planeta Júpiter. Un mundo misterioso y helado que cuenta con un océano subterráneo que intriga a los científicos y del que, según han detectado ahora, parecen emerger enormes chorros de vapor de agua. Así lo asegura un equipo liderado por Lorenz Roth tras analizar las imágenes obtenidas por el telescopio espacial Hubble en noviembre y diciembre de 2012 y compararlas con otras más antiguas captadas en 1999.
Según detallan en su investigación, publicada esta semana en la revista Science, si se confirma que se trata de géiseres significaría que el agua del océano subterráneo de este satélite puede salir fácilmente a su superficie, al menos en algunas ocasiones. Y es que sólo han podido detectar estos chorros de vapor de agua durante un periodo de siete horas.
El hallazgo, añaden, podría ser decisivo a la hora de planificar futuras misiones de exploración para determinar si Europa, que cuenta con una tenue atmósfera, es potencialmente habitable. "El descubrimiento de vapor de agua expulsado desde el Polo Sur refuerza la posición de Europa como el candidato con más posibilidades para que sea potencialmente habitable", afirma Lorenz Roth, astrónomo en el Instituto de Investigación Southwest de San Antonio (Texas, EEUU), en una nota de prensa de la Agencia Espacial Europea (ESA). Según aclara, no saben si estos chorros están conectados con el agua líquida que creen que hay bajo su superficie.
El estudio detalla que los chorros de vapor de agua miden nada menos 200 kilómetros de altura. Fueron observados solamente en el Polo Sur durante un breve periodo, coincidiendo con el momento en el que este cuerpo celeste helado está orbitando a mayor distancia de Júpiter. Según creen, los chorros se desvanecen cuando la luna pasa muy cerca de su planeta.

El planeta Júpiter y su satélite, Europa, en el que se muestra el lugar donde se detectaron los géiseres

SOUTHWEST RESEARCH INSTITUTE

Los investigadores creen que los chorros de vapor de agua de Europa podrían ser parecidos a los géiseres que la nave espacial Cassini observó en 2005 en Encélado, una de las lunas del planeta Saturno. Según sostienen los científicos, serían emisiones de vapor a alta presión que escapan de grietas muy estrechas.
Otro estudio presentado esta semana durante el congreso otoñal que la Unión Geofísica Americana celebra en San Francisco (California, EEUU) ha revelado la presencia de minerales arcillosos en la luna Europa, cuyo origen podría estar en el choque de este objeto con un asteroide o cometa. En este caso, el estudio se realizó con los datos recabados por la sonda espacial Galileo, que fue lanzada por la NASA en 1989 y cuya misión se prolongó hasta 2003. Esta nave espacial se sumergió en el interior de la atmósfera de Júpiter hasta que fue destruida, revelando información muy valiosa sobre su composición química, su campo magnético y sus principales satélites, entre ellos Europa.
La detección de agua en estas pequeñas lunas las convierte en uno de los principales objetivos de los científicos que buscan potenciales mundos habitables en nuestro Sistema Solar. La Agencia Espacial Europea (ESA) prevé mandar en el año 2022 su misión JUpiter ICy moons Explorer para explorar Júpiter y tres de sus lunas principales: Ganímedes, Calisto y Europa.
La sonda no tripulada tardaría unos ocho años en llegar a Júpiter, donde permanecería durante tres años, estudiando en profundidad y realizando mapas del planeta y de estas tres lunas.

Fuente: http://www.elmundo.es

Despega con éxito la misión Gaia que cartografiará nuestra galaxia

Lanzamiento de la misión Gaia. ESA

TERESA GUERRERO Enviada especial Kurú (Guayana Francesa)

Actualizado: 19/12/2013 12:29 horas

La nave espacial GAIA vuela ya hacia su destino, un punto situado a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra y desde el cual cartografiará en tres dimensiones nuestra Vía Láctea. La sonda de la Agencia Espacial Europea (ESA ) ha despegado este jueves desde el Puerto Espacial de la Guayana Francesa a las 10.12 (hora peninsular española) bordo de un lanzador Soyuz, el mismo tipo que se usa también para misiones tripuladas a la Estación Espacial Internacional (ISS). La separación del telescopio Gaia se ha producido 42 minutos después del despegue.
"Es la máquina soñada por los astrofísicos", ha declarado Álvaro Giménez, responsable del programa científico de la Agencia Espacial Europea (ESA). Según precisó, durante los 20 años que han transcurrido desde que se presentó el proyecto, Gaia ha costado unos 750 millones de euros.
Desde que los seres humanos empezaron a estudiar el cielo nocturno, calcular la posición de cada estrella ha sido una de las tareas principales para entender y conocer lo que Galileo llamó "ese oscuro laberinto". El griego Hiparco fue uno de los padres de este arte llamado astrometría.
Tras muchas horas observando el cielo, en el año 129 a.C el astrónomo griego logró completar un catálogo de un millar de estrellas. Dos milenios después, todo está listo en la Guayana Francesa para el despegue, este jueves, de un sofisticado telescopio espacial cuya misión será cartografiar mil millones de estrellas de nuestra galaxia. Aunque parecen muchas, se trata sólo del 1% de las que se calcula hay en nuestra Vía Láctea, un disco en el que se concentran unos cien mil millones de estrellas.
Y si Hiparco observaba el cielo desde Grecia, el satélite Gaia lo hará desde el espacio, utilizando la cámara digital más grande construida para una misión de exploración. Además de estrellas, la nueva sonda de la Agencia Espacial Europea (ESA) identificará nuevos asteroides, planetas fuera de nuestro Sistema Solar, cuerpos helados, agujeros negros devorando materia o agujeros negros gigantes en otras galaxias.
Tras varios retrasos desde el calendario inicial, el despegue de Gaia, la gran misión de la Agencia Espacial Europea (ESA) de 2013, estaba previsto para el inicio del otoño, pero ha ido posponiéndose hasta apurar el año. El pasado mes de octubre, un fallo técnico en la tarjeta de uno de los componentes retrasó un mes el lanzamiento de la nave, que ya había sido trasladada a Guayana Francesa desde Toulouse para ser lanzada hacia el 20 de noviembre. Allí, en la sede de la empresa Astrium se ensamblaron todas las piezas de esta sonda en cuya construcción han participado medio centener de empresas europeas.
La nave, que en la Tierra tiene un peso unos 2.000 kilos y tiene unos diez metros de envergadura, dará vueltas alrededor del Sol. En concreto, orbitará alrededor de una posición que se llama L2. Se trata de uno de los cinco "puntos de Lagrange", donde las fuerzas gravitacionales del Sol, la Tierra y la Luna se encuentran equilibradas. Ofrece un ambiente térmico estable con una radiación moderada, lo que ayudará a que no se deterioren demasiado sus instrumentos, protegidos por un gran parasol que se desplegará cuando esté en órbita.
La mayoría de los cien mil millones de estrellas de la Vía Láctea, explican los astrónomos de la Agencia Espacial Europea, nacieron en nuestra galaxia pero muchas otras se originaron en pequeñas galaxias externas que se fusionaron con la nuestra. Con sólo mirar una estrella se puede obtener una gran cantidad de información. Y Gaia observará cada astro unas 70 veces a lo largo de la misión. Unos datos llevan a otros. Averiguando la distancia a la que está los astrónomos pueden calcular su luminosidad y su tamaño, y de esta forma obtener información sobre su naturaleza y edad.
La sonda consta en realidad de dos telescopios que operan conjuntamente y que tienen en total diez espejos rectangulares que recogen y focalizan la luz hacia los tres instrumentos de detección. Uno de estos instrumentos mide las posiciones de las estrellas en el cielo, otro su velocidad y otro proporcionará información sobre el color de los cuerpos celestes para determinar su temperatura, masa y composición química

Fuente: http://www.elmundo.es