Image representing the new particle observed by LHCb, containing two charm quarks and one up quark. (Image: Daniel Dominguez/CERN) Posted by Corinne Pralavorio on 6 Jul 2017. Last updated 6 Jul 2017, 14.20.
Today at the EPS Conference on High Energy Physics in Venice, the LHCb experiment at CERN’s Large Hadron Collider has reported the observation of Ξcc++(Xicc++) a new particle containing two charm quarks and one up quark. The existence of this particle from the baryon family was expected by current theories, but physicists have been looking for such baryons with two heavy quarks for many years. The mass of the newly identified particle is about 3621 MeV, which is almost four times heavier than the most familiar baryon, the proton, a property that arises from its doubly charmed quark content. It is the first time that such a particle has been unambiguously detected.
Nearly all the matter that we see around us is made of baryons, which are common particles composed of three quarks, the best-known being protons and neutrons. But there are six types of existing quarks, and theoretically many different potential combinations could form other kinds of baryons. Baryons so far observed are all made of, at most, one heavy quark.
“Finding a doubly heavy-quark baryon is of great interest as it will provide a unique tool to further probe quantum chromodynamics, the theory that describes the strong interaction, one of the four fundamental forces,” said Giovanni Passaleva, new Spokesperson of the LHCb collaboration. “Such particles will thus help us improve the predictive power of our theories.”
“In contrast to other baryons, in which the three quarks perform an elaborate dance around each other, a doubly heavy baryon is expected to act like a planetary system, where the two heavy quarks play the role of heavy stars orbiting one around the other, with the lighter quark orbiting around this binary system,” added Guy Wilkinson, former Spokesperson of the collaboration.
Measuring the properties of the
Ξcc++ will help to establish how a system of two heavy quarks and a light quark behaves. Important insights can be obtained by precisely measuring production and decay mechanisms, and the lifetime of this new particle.
The observation of this new baryon proved to be challenging and has been made possible owing to the high production rate of heavy quarks at the LHC and to the unique capabilities of the LHCb experiment, which can identify the decay products with excellent efficiency. The Ξcc++ baryon was identified via its decay into a Λc+baryon and three lighter mesons K-, π+ and π+.
The observation of the Ξcc++ in LHCb raises the expectations to detect other representatives of the family of doubly-heavy baryons. They will now be searched for at the LHC.
This result is based on 13 TeV data recorded during run 2 at the Large Hadron Collider, and confirmed using 8 TeV data from run 1. The collaboration has submitted a paper reporting these findings to the journal Physical Review Letters.
En 1928, el físico Paul Dirac hizo una extrordinaria predicción: todas y cada una de las partículas fundamentales del Universo tienen una "antipartícula", un gemelo idéntico a ellas pero con carga eléctrica opuesta. De forma que, cuando una partícula se encuentra con su antipartícula, ambas se aniquilan, produciendo un breve destello de energía. Apenas unos años después, se descubrió la primera antipartícula de antimateria, el positrón (opuesta al electrón), y la antimateria pasó rápidamente a formar parte de la cultura popular.
Sin embargo, en 1937, otro físico brillante, Ettore Majorana, dio un nuevo giro a la situación al prededir que en el caso de las partículas conocidas como fermiones (entre las que se incluye el protón, el neutrón, el electrón, el neutrino y el quark), deberían existir partículas que fueran, además, sus propias antipartículas.
Ahora, ochenta años después, un equipo de físicos ha logrado encontrar la primera evidencia de que los "fermiones de Mejorana" existen realmente. El hallazgo se llevó a cabo después de una serie de experimentos con materiales exóticos en los laboratorios de la Universidad de California, en colaboración con científicos de la Universidd de Stanford. Los resultados de los experimentos, dirigidos por los profesores Jing Xia y Kang Wang, siguiendo paso a paso el plan elaborado por Shoucheng Zhang, de Stanford, acaban de publicarse en Science.
"Nuestro equipo predijo exactamente dónde encontrar el fermión de Majorana y qué se debe buscar como evidencia -explica Zhang-. Este descubrimiento da por terminada una de las búsquedas más intensas de la física fundamental, una que ha durado exactamente 80 años".
Para el físico, y a pesar de que el famoso fermión parece ser una cosa más teórica que práctica, su hallazgo podría tener implicaciones concretas a la hora de construir computadoras cuánticas más estables en el futuro.
Una señal clara y rotunda
El tipo concreto de partícula de Majorana observado por los investigadores es conocida como "fermión quiral", porque se mueve a lo largo de una ruta unidimensional y solo en una única dirección. Y a pesar de que los experimentos para sacarlo a la luz fueron extremadamente difíciles de concebir, preparar y llevar a cabo, la señal que produjeron fue clara y rotunda, según los investigadores.
"Esta investigación -afirma Tom Devereaux, director del laboratorio en el que Zhang es el investigador principal- marca un hito en este campo".
En su experimento, los investigadores apilaron, en una cámara de vacío previamente enfriada, finas membranas de dos materiales cuánticos (un superconductor y un aislante topológico magnético) y enviaron después una corriente eléctrica a través de ellas. La membrana superior era un superconductor, y la del fondo un aislante topológico, que conduce la corriente solo a través de su superficie o bordes, pero no a través de su centro. Juntando las membranas, los físicos obtuvieron un aislante topológico superconductor, donde los electrones corrían a lo largo de dos ejes sobre la superficie del material sin resistencia, como coches en una autopista.
Zhang tuvo la idea de "retocar" el aislante topológico añadiéndole una pequeña cantidad de material magnético, lo que hizo posible que los electrones fluyeran en un sentido a lo largo de uno de los bordes de la superficie y en el sentido contrario en el borde opuesto.
Entonces los investigadores hicieron un barrido sobre la membrana con un imán. Eso hizo que el flujo de electrones se ralentizara, se detuviera y cambiara de dirección. Esos cambios no fueron graduales, sino que se fueron produciendo en pasos abruptos y concretos, como los peldaños idénticos de una escalera.
En un cierto momento de este ciclo, las particulas de Majorana emergieron, surgiendo en parejas de la capa superconductora y moviéndose a lo largo de los bordes del aislante topológico, justo igual que los electrones. Un miembro de cada pareja fue desviado de su ruta, permitiendo así a los científicos medir con facilidad el flujo de partículas individuales que seguían avanzando. Igual que los electrones, también estas partículas se ralentizaron, se detuvieron y cambiaron de dirección, aunque en pasos que eran exactamente la mitad de altos que los de los electrones.
Esos "medios pasos" eran, precisamente, la evidencia que los investigadores andaban buscando.
Ordenadores cuánticos
Zhang cree que en un futuro lejano los fermiones de Majorana podrían usarse para construir robustos ordenadores cuánticos que no se vean afectados por el ruido ambiente, que es uno de los mayores obstáculos para su desarrollo. De hecho, dado que cada Majorana es, esencialmente, media partícula subatómica, cada qubit de información podría ser almacenado en dos fermiones de Mejorana separados, reduciendo la posibilidad de que algo pudiera perturbarlos a ambos a la vez y perder así la información que llevan.
Por ahora, el físico se ha limitado a sugerir un nombre para el fermión Mejorana quiral que él y su equipo han logrado descubrir: la "partícula ángel", en referencia al best seller "Angeles y Demonios", en el que una hermandad secreta planea destruir el Vaticano con una bomba cuyo poder explosivo procede, precisamente, de la aniquilación de materia y antimateria. A diferencia del libro, asegura Zhang, en el mundo cuántico de los fermiones de Majorana solo hay ángeles, y no demonios.
Estos objetos de masa intermedia son incapaces de mantener la fusión nuclear para convertirse en estrellas
Recreación artística de una enana marrón- NASA / JPL-CALTECH
Las miles deenanas marronesencontradas hasta ahora están relativamente cerca del Sol, la inmensa mayoría dentro de 1.500 años luz, simplemente porqueestos objetos son débiles y por lo tanto difíciles de observar.La mayor parte de los casos detectados se encuentran en regiones de formación estelar cercanas, que son bastante pequeñas y tienen una baja densidad de estrellas.
En 2006 el equipo comenzó una nueva búsqueda de enanas marrones, observando cinco regiones cercanas de formación estelar. El rastreo incluía el cúmulo estelar NGC 1333, a 1.000 años luz de distancia en la constelación de Perseo. Ese objeto tenía aproximadamente la mitad de enanas marrones que estrellas, una proporción mayor a la antes vista.
Para establecer si NGC 1333 era inusual, el equipo volvió a otro grupo de estrellas más distantes, RCW 38, en la constelación de Vela. Tiene una alta densidad de estrellas masivas y condiciones muy diferentes a otros grupos.
RCW 38 está a 5.500 años luz de distancia, lo que significa que las enanas marrones son a la vez débiles y difíciles de ver al lado de las estrellas más brillantes. Los investigadores encontraron también muchas enanas marrones en RCW 38 -aproximadamente la mitad de todas las estrellas que hay- y se dieron cuenta de que el entorno en el que se forman las estrellas, si son más o menos masivas o están más o menos juntas, tiene sólo un pequeño efecto sobre cómo se forman las enanas marrones.
«Hemos encontrado una gran cantidad de enanas marrones en estos grupos. Y sea cual sea el tipo de clúster, las enanas marrones son muy comunes. Se forman junto a las estrellas de los cúmulos, por lo que nuestro trabajo sugiere que hay un gran número de enanas marrones.. allí afuera», explican.
Los investigadores estiman que nuestra galaxia, la Vía Láctea, tiene un mínimo de entre 25.000 millones y 100.000 millones de enanas marrones. Hay también muchas enanas marrones más pequeñas y más débiles, así que aún podría haber más, ya que el rastreo confirma que estos objetos tenues son omnipresentes.
Todos los experimentos han dado la razón a este científico ruso que hace 30 años calculó con lápiz y papel cómo fueron los orígenes del Cosmos Viatcheslav Mukhanov, en la Fundación BBVA en Madrid - José Ramón Ladra3
El cosmólogo Viatcheslav Mukhanov (Kanash, antigua URSS, 1952) habla alto y claro, en todos los sentidos. Vehemente e impetuoso, escucharle es todo un espectáculo; por su discurso rápido, rotundo y fulminante, la energía que desprende su voz y un acento que suena en inglés, y en esto hay cierta ternura, a un malo de las películas de James Bond. Con la misma pasión habla del Big Bang, cita a San Agustín o muestra su rechazo a la política de Vladímir Putin. Este catedrático de la Universidad Ludwig-Maximilians de Múnich (Alemania) tuvo hace treinta años una idea brillante que también se le ocurrió a Stephen Hawking. Con toda seguridad el nombre del británico le sonará mucho más, pero ambos llegaron de forma independiente a la misma conclusión: las galaxias, las estrellas, los planetas... todo se formó a partir de un fenómeno microscópico llamado fluctuaciones cuánticas, generadas después del Big Bang. Y tenían razón, dice el científico ruso, «punto por punto». De eso ha hablado en la inauguración de una nueva edición del ciclo de conferencias científicas de la Fundación BBVA en Madrid. La suya se titulaba «De la nada al Universo».
-Entonces, ¿toda la materia surgió de la nada?
-El hecho de que el Universo se origine de la nada no contradice ninguna ley física. En eso incluso estaban de acuerdo los teólogos antes del Medioevo, pero entonces eran palabras y ahora son hechos confirmados experimentalmente. El Universo surgió de la nada y si me pregunta qué había antes...
-¿Qué había?
-La pregunta no tiene sentido, porque el tiempo también fue creado cuando surgió el Universo. San Agustín decía esto mismo.
-Cita a San Agustín... ¿Dios tiene un espacio en esa ecuación?
-Yo diría que las leyes de la física lo explican todo. Ahora, quién es el creador de esas leyes, eso es otra cosa. Es una pregunta abierta.
-Si esto ha sucedido una vez, ¿pudo suceder más veces? ¿Puede volver a suceder?
-Sí, podemos tener múltiples universos. De hecho, no parece una idea nada loca, pero esa tesis está fuera de la física, porque no es una conclusión sin ambigüedad y no sabemos cómo verificarlo. La física se encarga solo de las cosas que se pueden verificar, y la cosmología, gracias a la experimentación de los últimos años, es parte de ella, una ciencia natural.
-Los experimentos sí han confirmado los cálculos que usted hizo una vez con lápiz y papel.
-Durante los últimos 25 años ha habido 70 experimentos que nos han dado la imagen del Universo cuando tenía solo 300.000 años de edad; apenas un «bebé», ya que ahora es muy viejo, tiene 13.700 millones de años. Pues bien, esa «foto» del Cosmos se solapa perfectamente con lo que yo dibujé hace treinta años. Son la misma imagen.
-¿Y no hay nada que le haya sorprendido, algo que no encajara en sus cálculos?
-Lo más sorprendente es que no hubo sorpresa. Todo fue confirmado. Era asombroso que las imágenes coincidieran. Todos los experimentalistas intentaban buscar desviaciones y anomalías, pero finalmente todo coincidía. Era exactamente igual.
-¿Qué experimento fue el definitivo, con el que ya no cabían dudas?
-La última palabra la ha dado la sonda Planck (telescopio espacial de la Agencia Espacial Europea), su contribución es tremenda, enorme, ya que gracias a ella los científicos pudieron establecer la imagen más completa del Universo. El experimento fue 500 veces más sensible comparado con otros anteriores, como el WMAP (Sonda de Anisotropía de Microondas Wilkinson, de la NASA). Con Planck no se puede ir más allá, no se puede mejorar más.
-No puede haber mayor satisfacción para un científico que le den la razón de esa forma...
-Por supuesto. Fue una satisfacción enorme. Fíjate que en los 80 estaba en completa contradicción con todas las observaciones astrofísicas en aquel momento, pero lo que parecía una mala teoría finalmente ganó.
-Y esa teoría hablaba de algo diminuto para explicar las estructuras más grandes conocidas. ¿Cómo es eso?
-Sí, cuando el Universo era recién nacido, el comportamiento de la materia estaba afectado por la mecánica cuántica, que prohíbe el estado de reposo absoluto. La mínima desviación del estado de reposo se llama fluctuación cuántica y, debido a ella, se formarían «semillas» de materia que, por la gravedad, acabarían convirtiéndose en galaxias, estrellas y planetas. Todo eso estaba localizado en algo aún más pequeño que una caja de cerillas. Luego, la mecánica cuántica es también responsable del origen de nuestra propia vida.
-¿Cabe una teoría sobre el Cosmos que no tenga en cuenta el Big Bang?
-No, pero llamémosle mejor Universo en expansión. Hemos esclarecido la razón del Big Bang y era un estado de dominación de la energía oscura. Hace 40 años pensábamos que producir un universo era muy difícil, hoy sabemos que es una tarea fácil si tienes la materia en el estado adecuado.
-El último gran descubrimiento de la cosmología son las ondas gravitacionales. Todo el mundo parece fascinado con ellas, ¿usted también?
-Sí, todo el mundo lo está, y, en efecto, es una nueva ventana abierta al Universo y hay que ir por ese camino, pero creo que el anuncio se hizo demasiado pronto. No hay estadística, y la interpretación de los eventos puede prestarse a sospechas. Parece complicado que esas ondas hayan sido producidas por la fusión de dos agujeros negros de 30 masas solares. No pondría la mano en el fuego por esa interpretación. Quizás pueda ser otra cosa, el agujero en el centro de la galaxia, pero no lo sé.
-¿Cree que los científicos de LIGO (el laboratorio que anunció el descubrimiento de las ondas gravitacionales) se precipitaron?
-Sí, yo hubiera esperado a una confirmación más cuidadosa. No se puede declarar victoria antes de confirmarla realmente. Creo que el anuncio fue demasiado exagerado y se «vendió» muy bien, la forma habitual por parte de los americanos para conseguir dinero y seguir haciendo ciencia. Debemos aprender algo de lo que pasó con el experimento BICEP2 hace dos años, que falló al anunciar el descubrimiento de estas ondas. Hay una tendencia a vender demasiado bien los logros.
-Usted llegó a las mismas conclusiones que Hawking sobre las fluctuaciones cuánticas. ¿Siempre está de acuerdo con él?
-No. Los científicos pensamos de forma diferente, no tenemos que estar en completo acuerdo y esa es una de las razones del progreso de la ciencia. Stephen (con quien compartió el Premio Fronteras del Conocimiento 2015 en Ciencias Básicas que otorga la Fundación BBVA) también un día se puso en desacuerdo consigo mismo y se desdijo. Y eso es importante. En investigación no se puede tener una opinión inamovible.
-Ha trabajado con los científicos que desarrollaron la bomba atómica. ¿Cómo fue?
-Sí, trabajé con varios. Zeldóvich, uno de los principales investigadores de la bomba nuclear, con todos sus secretos; el disidente Sacharov, que luego recibió el Nobel de la Paz, y Ginzburg, que propuso una de las ideas básicas de la bomba de hidrógeno. Pero ninguno de ellos hablaba de eso, porque era supersecreto.
-Suena apasionante, pero peligroso.
-Sí, pero mira, la física nuclear salvó a los físicos de los filósofos. En la época de Stalin, los filósofos decidían lo que deberían hacer o decir los físicos, con ideas como si la mecánica cuántica estaba de acuerdo con el marxismo leninismo o no... Podías ser atacado si te equivocabas, y eso significaba que al día siguiente o bien te mataban o te llevaban a un campo de concentración.
-Qué angustia...
-Pero en el 48, los físicos advirtieron que no podían garantizar la construcción de bombas nucleares con esa presión, así que les dejaron en paz. La ideología es una mala influencia cuando se mete en las ciencias naturales, en particular en la antigua Unión Soviética. Cuando lees lo que sucedía hace no tanto tiempo, hace menos de cien años, no te puedes imaginar que la gente pudiera comportarse así, mucho peor que las peores bestias.
-¿Cómo ve la ciencia ahora en su país de origen?
Yo me fui de Rusia en el año 92. Tengo amigos y colaboradores de siempre, pero no proyectos en común. No puedo hablar desde dentro, pero por lo que veo no creo que el gobierno ruso esté cuidando las ciencias. En general, los gobiernos no entienden que, en realidad, ahorran dinero cuando invierten en ciencia. En Italia, España o Francia, los investigadores se quejan por los recortes de los fondos. Creo que es una política ridícula. En Alemania, donde yo vivo y trabajo, Angela Merkel es física y sabe lo importante que es la ciencia. Allí la situación es la opuesta. A veces hay demasiado dinero y no sabes en qué proyecto invertirlo. Pero si piensas en lo que ha costado aquí salvar los bancos, que ha requerido enormes inversiones, lo de la ciencia no es nada. Y eso comparado con la cantidad de dinero que la gente en la ex Unión Soviética ha robado... Y mira el fútbol, cuánto se invierte y cuál es el resultado práctico de esa actividad, que es igual que jugar en un casino.
En agosto de 1977, el observatorio Big Ear de la Universidad Estatal de Ohio registró un inusual señal durante 72 segundos; fue tan fuerte que Jerry Ehman, miembro del equipo del observatorio, escribió “Wow!” al lado de la lectura. Desde entonces, numerosos científicos han buscado una explicación para la señal, pero hasta ahora nadie podía ofrecer una hipótesis sólida. Todas las fuentes posibles, tales como asteroides, exoplanetas, estrellas e incluso señales desde la Tierra, han sido descartadas. Debido a sus características, incluso se postuló que la señal podría haber sido generada por una civilización extraterrestre. La frecuencia de la señal era de 1.420 MHz, la misma frecuencia que la del hidrógeno.
Un equipo de investigadores, en conjunto con el Centro de Ciencia Planetaria (CPS), afirma finalmente haber resuelto el misterio de la señal “Wow!”. Según indican, el responsable fue algún cometa desconocido en el momento de la detección. Antonio Paris, el investigador principal, describe su teoría y cómo el equipo la probó.
La explicación adquirió notoriedad el año pasado cuando un equipo del CPS sugirió que la señal pudo haber sido originada por una nube de hidrógeno que acompañaba un cometa; adicionalmente, el movimiento del cometa explicaría por qué la señal no se volvió a observar. El equipo notó que dos cometas habían estado en el mismo lugar del cielo que Big Ear estaba monitoreando el día en cuestión. Esos cometas P/2008 Y2 (Gibbs) y 266/P Christensen no habían sido descubiertos cuando la señal fue recibida. El equipo tuvo una oportunidad de probar su idea cuando los dos cometas aparecieron una vez más en el cielo nocturno desde noviembre de 2016 a febrero de 2017.
El equipo señala que las señales de radio de 266/P Christensen coincidieron con la de la señal “Wow!” de hace 40 años. Para verificar sus resultados, probaron lecturas de otros tres cometas y obtuvieron resultados similares. Los investigadores reconocen que no pueden decir con certeza que la señal “Wow!” fue generada por 266/P Christensen, pero indican que pueden decir con relativa seguridad que sí fue generada por un cometa.
Sin embargo, el análisis de Paris y su equipo presenta sus propias complicaciones y, en caso de ser correcta su conclusión, deberá ser comprobado por nuevos estudios.
Artistic view of the decay of a quantum-mechanical monopole into a Dirac monopole. Credit: Heikka Valja
Scientists at Amherst College (USA) and Aalto University (Finland) have made the first experimental observations of the dynamics of isolated monopoles in quantum matter.
The new study provided a surprise: the quantummonopole decays into another analogue of the magnetic monopole. The obtained fundamental understanding of monopole dynamics may help in the future to build even closer analogues of the magnetic monopoles.
Unlike usual magnets, magnetic monopoles are elementary particles that have only a south or a north magnetic pole, but not both. They have been theoretically predicted to exist, but no convincing experimental observations have been reported. Thus physicists are busy looking for analogue objects.
- In 2014, we experimentally realized a Dirac monopole, that is, Paul Dirac's 80-year-old theory where he originally considered charged quantum particles interacting with a magnetic monopole, says Professor David Hall from Amherst College.
- And in 2015, we created real quantum monopoles, adds Dr. Mikko Möttönen from Aalto University.
Whereas the Dirac monopole experiment simulates the motion of a charged particle in the vicinity of a monopolar magnetic field, the quantum monopole has a point-like structure in its own field resembling that of the magnetic monopole particle itself.
View towards the main experimental chamber of the apparatus, showing the magnetic field coils and optical components required to create the superfluid containing the quantum monopole. See instruction above to access the full-resolution …more
From one quantum monopole to another in less than a second
Now the monopole collaboration led by David Hall and Mikko Möttönen has produced an observation of how one of these unique magnetic monopole analogues spontaneously turns into another in less than a second.
- Sounds easy but we actually had to improve the apparatus to make it happen, says Mr. Tuomas Ollikainen who is the first author of the new work.
The scientists start with an extremely dilute gas of rubidium atoms chilled near absolute zero, at which temperature it forms a Bose-Einstein condensate. Subsequently, they prepare the system in a non-magnetized state and ramp an external magnetic-field zero point into the condensate thus creating an isolated quantum monopole. Then they hold the zero point still and wait for the system to gradually magnetize along the spatially varying magnetic field. The resulting destruction of the quantum monopole gives birth to a Dirac monopole.
- I was jumping in the air when I saw for the first time that we get a Dirac monopole from the decay. This discovery nicely ties together the monopoles we have been producing over the years, says Dr. Möttönen.
Experimental side image of the quantum monopole on the left. After 0.2 seconds, the quantum monopole has decayed into the Dirac monopole shown on the right. The different colors represent the direction of the internal magnetic state of the …more
Beyond Nobel physics
The quantum monopole is a so-called topological point defect, that is, a single point in space surrounded by a structure in the non-magnetized state of the condensate that cannot be removed by continuous reshaping. Such structures are related to the 2016 Nobel Prize in Physics which was awarded in part for discoveries of topological phase transitions involving quantum whirlpools, or vortices.
- Vortex lines have been studied experimentally in superfluids for decades; monopoles, on the other hand, have been studied experimentally for just a few years, says Prof. Hall.
Although its topology protects the quantum monopole, it can decay since the whole phase of matter changes from non-magnetized to magnetized.
- No matter how robust an ice sculpture you make, it all flows down the drain when the ice melts, says Mr. Ollikainen.
- For the first time, we observed spontaneously appearing Dirac monopoles and the related vortex lines, says Dr. Möttönen.
More information: T. Ollikainen, K. Tiurev, A. Blinova, W. Lee, D. S. Hall, and M. Möttönen: Experimental realization of a Dirac monopole through the decay of an isolated monopole. Physical Review X 7. DOI: 10.1103/PhysRevX.7.021023
Descubren enormes agujeros negros en el interior de dos galaxias enanas ultracompactas
Fotograma de la película Interstellar, con un enorme agujero negro. - Interstellar/Paramount Pictures
Mientras Albert Einstein desarrollaba su teoría de la relatividad, se dio cuenta de que sus ecuaciones contenían algo muy extraño.
De hecho, abrían las puertas a la existencia de objetos capaces de
detener el tiempo, de poseer gravedad infinita e, incluso, de destruir
el mismísimo tejido espaciotemporal del Universo. Por supuesto, Einstein
rechazó la idea de que algo así pudiera existir en la
realidad. La Naturaleza, creía el físico, tenía por fuerza que haber
desarrollado algún tipo de mecanismo capaz de evitar tales aberraciones.
Hoy sabemos que tal mecanismo no existe, y que la realidad es, a
menudo, más extraña y sorprendente que la ficción. Hemos encontrado esos
objetos monstruosos. Se llaman agujeros negros y están por todas partes.
En
realidad, cualquier pedazo de materia tiene la capacidad de convertirse
en un agujero negro, siempre y cuando seamos capaces de comprimirlo por
debajo de su "radio de Schwarzschild", es decir, hasta el punto en que la velocidad de escape desde su superficie sea igual a la velocidad de la luz, lo que significa que ni siquiera el objeto más rápido del Universo podrá volver a escapar de él.
Por
ejemplo, si quisiéramos convertir el Sol en un agujero negro,
tendríamos primero que reducir su diámetro (casi 1.400.000 km.) al de
una ciudad pequeña. Y si pretendiiéramos hacer lo mismo con la Tierra,
tendríamos que comprimirla hasta que tuveira el tamaño de una nuez. El radio de Schwarzschild, en efecto, es diferente para cada objeto, y depende de la masa que éste contenga.
Lo cierto es que, a pesar de Einstein, el Universo que nos rodea está lleno de agujeros negros.
Los hay de tamaño microscópico, creados durante el Big Bang; o
pequeños, de apenas unos pocos km. y generados tras el colapso
gravitatorio de una estrella. También los hay de dimensiones
planetarias, pero con la masa de mil soles...
Sin embargo, los más aterradores entre todos ellos son los agujeros negros super masivos, los que duermen en el corazón de la inmensa mayoría de las galaxias activas,
como la nuestra. Y esos pueden tener millones de veces la masa del Sol.
Por ejemplo, en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, duerme Sagitario A*, un agujero negro con más de cuatro millones de masas solares. Enorme, sí, pero nada si se le compara con uno de los más grandes descubiertos hasta ahora, en una lejana galaxia del cúmulo de Phoenix,
a 5.700 millones de años luz de aquí. El "monstruo", 5.000 veces más
masivo que Sagitario A*, posee una masa equivalente a la de 20.000 millones de soles, y su tamaño es de 118.000 millones de km., casi 20 veces más que la distancia entre el Sol y Plutón...
Hasta ahora pensábamos que solo las galaxias más grandes eran capaces de albergar agujeros negros supermasivos, pero una nueva investigación acaba de multiplicar su número potencial en el Universo. Y es que, al parecer, también las galaxias "enanas", cuyo número es realmente enorme, pueden tener en sus centros alguno de estos gigantescos y hambrientos devoradores de materia.
Agujeros negros por todas partes
Todo comenzó hace tres años,
cuando un equipo de astrónomos de la Universidad de Utah descubrió
casualmente un agujero negro supermasivo en el interior de una galaxia enana ultra compacta.
Algo jamás observado hasta aquél momento. Y ahora, el mismo equipo
acaba de encontrar otros dos ejemplos similares, lo cual sugiere que
puede tratarse de un fenómeno mucho más común de lo que se pensaba. Los resultados de su investigación acaban de publicarse en The Astrophysical Journal.
Se ha calculado que el número de grandes galaxias (como nuestra Vía Láctea) en el Universo visible ronda los 350.000 millones. Pero junto a ellas existen por lo menos otros siete billones más
de galaxias enanas. Es decir, que el número de agujeros negros
supermasivos podría ser muchísimo mayor de lo que se creía posible hasta
ahora.
La investigación, además, revela que, a pesar de su reducido tamaño,
estas pequeñísimas galaxias son capaces de tener agujeros negros
realmente grandes, incluso mayores de los que, como media, hay en
galaxias como la nuestra. En palabras de Chris Ahn, autor principal del
estudio, "estas enanas ultra compactas tienen alrededor del 0,1 por
ciento del tamaño de la Vía Láctea, pero albergan agujeros negros supermasivos que son más grandes del que hay en el centro de nuestra propia galaxia".
Para
hacerse una idea de lo que esto significa, baste pensar que el enorme
agujero negro central de nuestra galaxia apenas supone el 0,1 % del
total de la masa de la Vía Láctea, mientras que los dos agujeros negros
recién descubiertos, de 4,4 y 5,8 millones de masas solares, suponen, respectivamente, el 13% y el 18% de la masa total de sus galaxias, llamadas VUCD3 y M59cO.
Restos de antiguas colisiones
Las primeras galaxias enanas ultracompactas se descubrieron a finales de la pasada década de los 90.
Se trata de objetos hechos de cientos de millones de estrellas
densamente "empaquetadas" en espacios que, como media, no superan los 100 años luz.
Nada que ver, por lo tanto, con galaxias como la nuestra, que mide
50.000 años luz de extremo a extremo y contiene entre 100.000 y 400.000
millones de estrellas.
Al estudiar estas pequeñas galaxias, los investigadores se dieron cuenta de algo muy curioso: contienen mucha más masa
que la suma de la masa de sus estrellas. En 2014, los investigadores de
la Universidad de Utah hallaron el primer agujero negro supermasivo en
el interior de una de estas galaxias, y se dieron cuenta de que era ahí,
precisamente, donde estaba la masa que faltaba. Lo mismo que sucede con VUCD3 y M59cO.
Según los investigadores, la razón de que las galaxias enanas supercompactas tengan agujeros negros tan enormes es que son los remanentes de antiguas colisiones.
Es decir, que se trataría de restos de galaxias mucho mayores,
destrozadas por una larga historia de encuentros con otras galaxias.
"Sabemos que las galaxias se unen y se fusionan todo el tiempo -afirma
Anil, Seth. otro de los miembros del equipo- y que esa es la manera en
que evolucionan. Nuestra Vía Láctea, por ejemplo, está devorando a otras galaxias
mientras hablamos. Nuestra idea general de cómo se forman las galaxias
es que las más pequeñas se fusionan para formar las más grandes. Pero se
trata de una imagen incompleta. Las galaxias enanas
ultracompactas nos proporcionan un cronograma más largo y detallado para
saber qué es lo que realmente ocurrió en el pasado".
Se ha conseguido crear el primer mapa de un puente de materia oscura
que enlaza entre sí a galaxias. La imagen, un mosaico compuesto por
fotografías de distintas zonas, confirma las predicciones de que las
galaxias del universo están enlazadas entre sí a través de una red
cósmica conectada por materia oscura que hasta ahora no había podido ser
observada.
Los filamentos de materia oscura (en
rojo) actúan como puentes cubriendo el espacio entre galaxias (en
blanco) sobre este mapa del cosmos en colores falsos. (Imagen:
University of Waterloo)
La materia oscura, una clase misteriosa de materia que constituye
alrededor del 25 por ciento del universo (masa y energía), no brilla,
absorbe o refleja luz. Tradicionalmente ha sido indetectable, excepto
por sus efectos gravitatorios.
Durante décadas, los investigadores han estado prediciendo la
existencia de filamentos de materia oscura entre galaxias que actúen
como una superestructura parecida a una red que las conecte entre sí. El
nuevo avance en la observación de la materia oscura permitirá conocer
mejor a esta misteriosa forma de materia.
El equipo de Mike Hudson, de la Universidad de Waterloo en Canadá,
utilizó una técnica llamada lente gravitatoria débil. Es un efecto que
ocasiona que las imágenes de galaxias lejanas se vean distorsionadas
ligeramente bajo la influencia de la masa de un astro que desde la
Tierra resulta invisible, como un planeta, un agujero negro o, en este
caso, materia oscura.
El equipo de Hudson combinó imágenes de lente gravitatoria de más de
23.000 pares de galaxias situadas a 4.500 millones de años-luz de
distancia para crear un mosaico de imágenes o mapa que muestra la
presencia de materia oscura entre las dos galaxias de cada par. Los
resultados muestran que el filamento de materia oscura que hace de
puente es más fuerte entre sistemas con menos de 40 millones de años-luz
de separación.
