Veinte años después, se podrá conocer la verdad sobre la única detección de materia oscura

Vista de los edificios del Laboratorio Nacional del Gran Sasso. Debajo de ellos se encuentran varios experimentos, como DAMA INFN LNGS

Un experimento subterráneo en Italia lleva dos décadas detectando una fluctuación que sus responsables identifican con la materia oscura, pero que no ha logrado reconocimiento internacional

En la década de 1930, el astrónomo suizo Fritz Zwicky observó que algunos grupos de estrellas se movían más rápido de lo que debían. La masa visible no justificaba su velocidad y el científico planteó que debía existir una materia oscura que explicase su movimiento. Desde entonces, el concepto se ha convertido en una idea fundamental para explicar el cosmos, aunque sea como parte de una gigantesca incógnita. La materia visible, como la que componen los planetas o las estrellas, solo supone el 5% del universo. La materia oscura, de la que solo vemos sus efectos indirectos, es el 25%. El resto, la aún más misteriosa energía oscura.

Existen proyectos por todo el mundo que intentan producir o detectar la materia oscura, pero hasta ahora nadie ha tenido éxito. O nadie ha tenido un éxito reconocido por la comunidad científica. Desde hace más de veinte años, un equipo liderado por la profesora de la Universidad de Roma Rita Bernabei afirma que ha atrapado la materia oscura. Su supuesto logro se obtuvo gracias a DAMA, un detector de 100 kilos de yoduro de sodio instalado en un laboratorio enterrado a más de un kilómetro de profundidad, en el interior del Gran Sasso, en los Apeninos italianos. Ese detector era una sofisticada trampa para capturar algunas de las WIMPs (partículas masivas de interacción débil que, en teoría, conforman la materia oscura), que emitirían un destello luminoso al chocar contra alguno de los átomos del detector.

En 2021, los experimentos COSINE y ANAIS habrán acumulado datos suficientes para tener resultados fiables

La idea para observar un tipo de materia tan escurridizo la propuso en 1986 la investigadora de la Universidad de Texas (EE UU) Katherine Freese, que planteó que se podrían observar diferencias en la cantidad de materia oscura que atraviesa nuestro planeta en distintas épocas del año. Orbitamos alrededor del Sol que a su vez orbita dentro de nuestra galaxia acompañando al invisible halo de materia oscura. Como si se tratase de una nube de mosquitos que avanza, cuando siguiésemos su misma dirección a su misma velocidad, el número de impactos contra nuestro vehículo, sería menor, pero cuando al llegar al punto de nuestra órbita en el que cambiamos de dirección comenzásemos a avanzar contra la nube, se vería un incremento en el número de impactos. Ese pico de impactos es lo que observa alrededor del mes de junio el equipo de Gran Sasso desde 1997. Y las mismas observaciones han sido confirmadas por el mismo equipo y en el mismo lugar con un detector mejorado de 250 kilos de yoduro de sodio.

El problema para Bernabei y los suyos es que no es tan sencillo construir un detector con las características y la sensibilidad necesaria para que los resultados sean comparables. El choque de una partícula de materia oscura contra una de materia normal es algo tan extraño que no es sencillo aislarlo de cualquier otro fenómeno y hasta ahora, los esfuerzos para replicar el experimento no han podido ofrecer una respuesta concluyente.

Experimentos como CDMSII, instalado en la mina de Soudan, en Minnesota (EE UU), o Xenon 10, en el mismo laboratorio de Gran Sasso, no lograron encontrar la señal de materia oscura en el mismo rango energético que DAMA/LIBRA. Otro como CRESST, también en el laboratorio subterráneo italiano, obtuvo una señal, pero era demasiado débil y no parecía coincidir exactamente con la del equipo de Bernabei. En 2017, una versión mejorada de Xenon 10, Xenon 100, no encontró señal alguna de materia oscura buscando donde DAMA encuentra su señal, pero una vez más, se planteó la posibilidad de que al emplear xenon como material para atrapar las partículas en lugar de yoduro de sodio los resultados podían no ser comparables.

Según recordaba recientemente la revista de física de partículas Symmetry, después de dos décadas de controversia, el fin a la incertidumbre puede estar cerca. Ya hay varios experimentos en marcha diseñados para tener resultados comparables sin dudas. Uno de ellos, ANAIS, liderado por la Universidad de Zaragoza e instalado en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc (España), también utiliza yoduro de sodio. Comenzó a recoger datos en 2017 y en los próximos años habrá acumulado una cantidad suficiente para que sea estadísticamente significativa.

Si los resultados son positivos, se podría empezar a saber qué compone el 25% de todo el universo, hasta ahora desconocido

Otro de ellos es COSINE 100, un detector que también utiliza cristales de yoduro de sodio que a su vez están sumergidos en 2000 litros de líquido para reducir el ruido de fondo que provocan otro tipo de partículas y dificultan ver las débiles interacciones de la materia oscura. Este proyecto, instalado en Corea del Sur, comenzó a tomar datos en 2016 y en diciembre de 2018 publicó sus primeros resultados en la revista Nature. Según el artículo, era muy improbable que los resultados de DAMA/LIBRA coincidiesen con las características que el Modelo Estándar, la teoría que explica el comportamiento de la materia a nivel subatómico, atribuye a la materia oscura que ocupa el halo galáctico. No obstante, el experimento necesita acumular datos durante al menos dos años más para tener datos suficientes que digan si esas variaciones en las señales que captan los detectores de DAMA en las distintas épocas del año existen o si se pueden atribuir a la materia oscura.

Reina Maruyama, una investigadora de la Universidad de Yale que ha recibido financiación de la National Science Foundation para poner a prueba los resultados de DAMA con COSINE aseguraba a Symmetry que “con cinco años de funcionamiento del experimento, si la señal está ahí, en 2021, deberíamos ser capaces de verla”. “Si no está ahí, aunque esto es más difícil de hacer, también seremos capaces de refutarla”, añade.

Si tanto ANAIS como COSINE confirman los resultados de DAMA, el siguiente paso sería volver a buscar la misma fluctuación desde un detector en el hemisferio sur. Con ese objetivo está previsto que este mismo otoño comience en una antigua mina de oro en Australia la construcción del experimento SABRE. Después, se trataría de comenzar a analizar la señal para conocer detalles como la masa y empezar a describir la naturaleza de esos WIMPs que componen la materia oscura. En caso de que el resultado fuese negativo, habría que seguir buscando por otro lado, aunque aún quedaría por resolver de dónde viene esa fluctuación misteriosa que, desde hace 20 años, Rita Bernabei y los suyos dicen que es la primera detección de materia oscura.

Fuente:https://elpais.com/elpais/2019/08/16/ciencia/1565967902_499025.html

Detectan por primera vez un agujero negro tragando a una estrella de neutrones

Los científicos creen haber detectado un nuevo tipo de evento cósmico: el triste final de una estrella de neutrones.

Imagen ilustrativa

NASA / M. Helfenbein, Yale University / OPAC

Las fuertes ondas gravitacionales registradas en el cosmos por el Observatorio de Ondas Gravitacionales con Interferómetro Láser (LIGO) o el interferómetro Virgo han revelado lo que los expertos creen que puede ser la primera detección de una estrella de neutrones tragada por un agujero negro.

El evento histórico, que se detectó el 14 de agosto y recibió el nombre de S190814bv, fue registrado el miércoles en una base de datos pública utilizada por los astrónomos. El análisisinicial sugiere que hay un 99 por ciento de posibilidades de que las ondas sean las secuelas de la fusión cataclísmica de una estrella de neutrones con un agujero negro.

Detectan una potente colisión entre dos estrellas de neutrones cerca del Sistema Solar

"Hasta ahora, obviamente no se parece a nada que hayamos detectado con mucha seguridad antes", dijo a Science News Daniel Holz, científico de la Universidad de Chicago y miembro de LIGO. Cree que la detección potencial ya es emocionante por sí sola. "Lo primero de cualquier cosa es siempre realmente fascinante", añadió.

Los científicos aún están analizando los datos para verificar qué fue lo que generó las ondas gravitacionales. Si se confirman las suposiciones, esta sería la primera detección sólida de un tipo de fenómeno nunca antes visto. Los investigadores estiman que el choque entre los dos objetos ocurrió a unos 900 millones de años luz de distancia. 

Fuente:https://actualidad.rt.com/actualidad/324334-detectar-agujero-negro-tragar-estrella-neutrones

All Life on Earth is Made up of the Same 20 Amino Acids. Scientist Now Think They Know Why

The question of how life on Earth first emerged is one that humans have been asking themselves since time immemorial. While scientists are relatively confident about when it happened, there has been no definitive answer as to why it did. How did amino acids, the chemical building blocks of life, come together roughly four billion years ago to create the first protein molecules?

While that question is still unanswered, scientists are making new discoveries that could help narrow it down. For instance, a team of researchers from the Georgia Institute of Technology’s Center for Chemical Evolution (CCT) recently conducted a study that showed how some of the earliest predecessors of the protein molecule may have spontaneously linked up to form a chain.

The study recently appeared in the Proceedings of the National Academy of Sciences. The study was led by Dr. Moran Frenkel-Pinter of Georgia Tech and included multiple researchers from the CCT – which is supported by NASA and the National Science Foundation (NSF) – with assistance from Dr. Luke Leman, and assistant professor of chemistry at Scripps Research, a non-profit medical research institute.

Earth’s Hadean Eon is a bit of a mystery to us, because geologic evidence from that time is scarce. Researchers at the Australian National University have used tiny zircon grains to get a better picture of early Earth. Credit: NASA

For decades, scientists have had theories about how the first amino acids came together to form protein molecules. Unfortunately, all attempts to verify these theories have so far failed. As Dr. Leman explained:

“How chemistry led to complex life is one of the most fascinating questions that mankind has pondered. There are a lot of theories about the origins of proteins but not so much experimental laboratory support for these ideas.”

For their study, the research team conducted an experiment where a small selection of amino acids (lysine, arginine, and histidine) were placed together with three non-biological competitor amino acids. The acids were then subjected to conditions similar to what is believed to have existed on Earth during the Hadean Eon (ca. 4 billion years ago).

This consisted of putting the selected amino acids in water containing hydroxy acids, which are known to facilitate amino acid reactions and would have been common on prebiotic Earth. The mixture was then heated to 85 °C (185 °F), which sped up the reaction process and caused the water to evaporate. The resulting chemical reactions were then studied.

The building blocks of life may have formed on primordial Earth spontaneously. Credit: ocean.si.edu

To their surprise, the biological amino acids spontaneously formed into neat segments that linked together via ?-amine groups. These groups are those that are made of nitrogen and hydrogen and are quite reactive. However, they are also part of the core of amino acids and other amines that form sidechains that extend from the core (which were used in this experiment) are often more reactive. As Dr. Frenkel-Pinter said:

“It surprised us that this chemistry favored the ?-amine connection found in proteins, even though chemical principles might have led us to believe that the non-protein connection would be favored. The preference for the protein-like linkage over non-protein was about seven to one.”

Another surprise was the fact that the biological amino acids beat out the non-biological ones in terms of reactivity. The latter acids, which are not found in proteins today, had the potential to chemically react just as well (or better than) the biological ones. What’s more, the team anticipated that the inclusion of these acids would give the biological ones a run for their money and might even lead to the creation of new proteins.

However, the reactions resulted mostly in the formation of peptides (two or more amino acid building blocks linked together) that were closer to today’s actual proteins. In particular, the researchers thought that the non-biological amino acids would outcompete the biological amino acid known as lysine and that lysine would not be able to form chains reliably.

An artist’s rendering of the early moon and Earth, which sustained many asteroid impacts. Credit: Simone Marchi (SwRI)/SSERVI/NASA

In both cases, they were wrong and instead found that the lysine predominantly went into the chains in a way that it is similar to what happens with proteins today. From this, the team hypothesized that prefabricated amino acid chains that are useful in living systems evolved before life had found a way to make proteins.

The fact that their experiment showed that biological amino acids are preferred over non-biological ones may also offer new insight into why just 20 amino acids went into the formation of life. Scientists believe that there were over 500 naturally-occurring acids present on Earth during the Hadean Eon. As Loren Williams, a professor of biochemistry at Georgia Tech, explained:

“Our idea is that life started with the many building blocks that were there and selected a subset of them, but we don’t know how much was selected on the basis of pure chemistry or how much biological processes did the selecting. Looking at this study, it appears today’s biology may reflect these early prebiotic chemical reactions more than we had thought.”

“In the prebiotic Earth, there would have been a much larger set of amino acids. Is there something special about these 20 amino acids, or did these just get frozen at a moment in time by evolution?” In short, the experiment suggests that the kinds of amino acids used in proteins are more likely to link up together because they react together more efficiently and have few inefficient side reactions.

The first amino acids likely formed in water with hydroxy acids, which were then subjected to dry conditions. Credit: David A. Aguilar (CfA)

In short, the experiment suggests that the kinds of amino acids used in proteins are more likely to link up together because they react together more efficiently and have few inefficient side reactions. It also lends additional credibility to the theory that most biological polymers formed in wet and dry cycles, which is something that CCT researchers have been arguing for years.

This theory, which states that the first proteins occurred on rain-swept dirt flats or sun-baked lakeshore rocks, is at odds with the more conventional narrative that the building blocks of life rely on rare and cataclysmic events, as well as multiple ingredients in order to emerge. By showing that it was likely to be a much more straightforward process, this research could bring us one step closer to unlocking this age-old mystery.

It could also have implications in the search for life beyond Earth. If the building blocks of life are naturally reactive and attracted to one another, then it likely increases the odds that similar chemical reactions took place elsewhere in the Universe!

Fuente: https://www.universetoday.com/143056/all-life-on-earth-is-made-up-of-the-same-20-amino-acids-scientist-now-think-they-know-why/

Cuando tres hombres viajaron a la Luna con un ordenador más lento que un «smartphone»

Hace 50 años tres astronautas comenzaron su viaje al satélite con un computador de vuelo que palidecería ante cualquier móvil actual. Sin embargo, su diseño fue un hito y un éxito absoluto

Michael Collins, piloto del módulo de mando, practica en un simulador, el 19 de junio de 1969 - NASA

«Estamos bien», informó un lacónico Neil Armstrong, a 25 segundos del despegue de la misión Apolo 11, hoy hace 50 años. Instantes después, a las 09.32 del 16 de julio de 1969, el cohete Saturno V cobró vida en la plataforma A del complejo de lanzamiento 39 del Centro Espacial Kennedy. En tierra, un millón de personas, entre los que había 2.700 reporteros, periodistas y personalidades, contenían el aliento, soportando el calor y equipados con gafas se sol, telescopios y prismáticos. Los cinco motores F-1 tardaron nueve segundos en llegar a la máxima potencia, alcanzando un consumo de 13.000 litros de hidrógeno y oxígeno líquidos por segundo. Tenían capacidad para producir 3,4 millones de kilogramos de empuje.

En ese momento, los pernos explosivos saltaron y el Saturno V, con sus 111 metros de altura y 3.000 toneladas, comenzó a ascender pesadamente, mientras cinco brazos metálicos de 20 toneladas se abrían como una flor en la torre de lanzamiento. El trueno tardó 15 segundos en llegar hasta los espectadores, causando un clamor comparable a «un ladrido ensordecedor de mil ametralladoras que disparan al mismo tiempo», según escribió Norman Mailer. «¡Aaaah!» gritaba la muchedumbre, entre vítores que bien podrían haber sido lamentos de angustia.

Despegue del cohete Saturno V, el 16 de julio de 1969, de la misión Apolo 11 - NASA

Enseguida, la primera fase del cohete consumió sus 2.008.994 kg de combustible. 12 minutos después de despegue, la misión Apolo 11 estaba en órbita. A sus mandos estaba el comandante Neil Armstrong, Buzz Aldrin, piloto del módulo lunar y Michael Collins, piloto del módulo de mando. No se llevaban muy bien, pero demostraron ser profesionales extraordinarios, en parte gracias al entrenamiento más intensivo de toda su carrera.

El cuarto tripulante

A su lado viajaba un cuarto tripulante. Dentro de la maraña de 24 kilómetros de cables que componían la nave, había un ordenador de a bordo de nombre AGC (« Apollo Guidance Computer»), cuyas funciones eran cruciales para el éxito de la misión: debía controlar los sistemas de estabilización, los encendidos del motor, calcular la posición de la nave y dirigir todas las fases del vuelo. Fue un pináculo de la ingeniería humana y uno de los puntos más complejos de la misión. Curiosamente, su potencia palidecería ante cualquier smartphone actual: era una dos mil veces más lento (su velocidad era de 2.048 MHz) y su memoria era mínima: tenía 72 kilobytes para almacenar programas y otros cuatro para almacenar datos, cuando cualquier móvil de hoy en día tiene varios gigabytes (del orden de 100 o 1.000 veces más).

Cuerpo principal del AGC (izquierda) y pantalla e interfaz, llamadas DSKY (derecha)

La idea era que el ordenador hiciera todas aquellas tareas que no pudiera hacer un humano. Esto no le gustó nada a los astronautas, pilotos acostumbrados a controlar su avión con palancas, y nada partidarios de usar un teclado en vuelo. Pero, finalmente, el dispositivo cumplió con gran éxito su trabajo: fue el que hizo las operaciones vectoriales más complejas para calcular las rutas y el que mantuvo la nave girando en todo momento en el espacio para mantener uniforme la temperatura de su superficie. Su catálogo contenía las coordenadas de cuarenta estrellas para alinear la nave y facilitar la navegación, y los astronautas pudieron darle instrucciones en tiempo real para responder rápido a las necesidades.

El AGC recibía datos desde multitud de sensores, como la unidad inercial, el sextante o el telescopio de navegación. Y los astronautas introducían instrucciones por medio de un sencillo teclado. Se empleó un sistema de «verbo» y «nombre»: el primero correspondía a la acción que realizar y el segundo al dato que había que utilizar. Tanto unos como otros estaban codificados según un índice numérico memorizado por los pilotos. Así, por ejemplo, los programas de la serie 60 eran aquellos que dirigían la reentrada en la atmósfera, la apertura del paracaídas y el amerizaje.

Sin embargo, lo cierto es que la mayor parte de las operaciones fue ejecutada por el potente centro de cálculo de Houston. Este reunía una capacidad de computación colosal para la época, con cinco potentes ordenadores IBM 360/750, con un megabyte de memoria central, instalados ex profeso para dar soporte a la misión. A su alrededor había 42 unidades de cinta, 25 impresoras y dos docenas de unidades de memoria auxiliar.

Un prodigio del momento

El AGC fue un prodigio de la miniaturización de la época. Pesaba unos 35 kilogramos y abultaba lo mismo que un maletín, cuando los ordenadores del momento ocupaban habitaciones enteras. Su consumo de energía era comparable al de una bombilla de potencia media. Además, su diseño era casi totalmente infalible.

Además, y a pesar de su escasa potencia, el AGC se convirtió en un hito. Fue el primero en el que se usaron circuitos integrados o microchips, lo que fue crucial para sustituir los ordenadores basados en tubos de vacío. Uno de los creadores de estos dispositivos, fue cofundador de Intel.

La interfaz de pantalla y teclado (DSKY) del AGC - NASA

El computador de vuelo del programa Apolo también fue el precursor de los sistemas «fly-by-wire», que en aviones se emplean para pilotar por medio de mandos electrónicos. Constaba de un sencillo teclado numérico, unos pocos pulsadores, indicadores luminiscentes de siete segmentos y pilotos luminosos, que en conjunto recibieron el nombre de DSKY (siglas de «display and keyboard»).

Además, Hal Lanning, uno de los líderes del proyecto, introdujo el uso de «interrupciones», instrucciones que detenían la ejecución de los programas para satisfacer peticiones importantes. Por otra parte, el AGC estaba diseñado para no fallar jamás. Sus programas establecían «puntos de retorno» para que, si la máquina se quedaba bloqueada, se volviera a iniciar la secuencia antes del fallo. Además, a diferencia de muchos móviles, el AGC podía recuperarse de un error de forma instantánea, lo que era crucial para el bienestar de la cápsula y su tripulación, tal como se pudo comprobar en la misión Apolo 11.

Una memoria realmente física

La memoria del ordenador estaba formada por núcleos de ferrita, una primitiva tecnología basada en la magnetización de minúsculos anillos metálicos agrupados en matrices. Para cada misión, el ordenador era programado a mano por un equipo de «costureras», que enhebraban las ferritas en una malla de conductores eléctricos: la presencia de un núcleo de ferrita en un cruce de hilos equivalía a un uno binario; su ausencia, a un cero.

Una «costurera» enhebra un módulo de memoria del AGC - Raytheon

Se puede decir que este computador tenía un sistema operativo muy rudimentario. Estaba formado por tres sistemas: el Basic, un lenguaje de programación, el Interpreter, con las rutinas para los cálculos complejos, y el Executive, encargado de llamar a unos programas u otros en la secuencia correcta.

La misión Apolo 11 dependió de dos ordenadores AGC: uno para el módulo de mando y otro para el módulo lunar; ambos eran idénticos pero tenían distinto software. Por ejemplo, el primero contenía instrucciones para el regreso a la Tierra (sus códigos se llamaban Colossus), y el segundo para el alunizaje (sus líneas de código se llamaban Luminaire). Además, había un ordenador de seguridad, llamado sistema de guía de cancelación («Abort Guidance System».

Una tarea titánica

Los AGC fueron desarrollados por el prestigioso Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), aprovechando su experiencia en sistemas de guiado de misiles balísticos lanzados desde submarinos, y construido por la compañía Raytheon. Su diseño fue responsabilidad del equipo de Charles Stark Draper, y el software fue desarrollado en gran parte por Hal Lanning y la ingeniera Margaret Hamilton.

Margaret Hamilton posando frente al sofware que el MIT y ella desarrollaron para el programa Apolo

El listado de todo el software del AGC empleado en el programa Apolo ocupaba en papel una pila tan alta como una persona, y en total requirió el trabajo equivalente a 1.400 años de una persona.

El desarrollo del AGC y el programa Apolo consumió un millón de chips, equivalentes al 60% de la producción total de la industria estadounidense de la época, básicamente orientada al guiado de los misiles balísticos apuntados hacia la Unión Soviética y a otras aplicaciones militares. En total, se construyeron 42 AGC, que alcanzaron un precio de 200.000 dólares de la época (equivalente a un millón y medio actuales). En algunos momentos hubo hasta 400 ingenieros trabajando en el desarrollo de sus programas.

Según explicó para AFP Frank O´Brien, historiador y autor de «The Apollo Guidance Computer: Architecture and Operation», la NASA «tenía unos requerimientos increíbles, absolutamente inimaginables» para la fiabilidad de estos chips. Por tanto, el colosal programa Apolo obligó a los fabricantes a mejorar sus diseños y a crear dispositivos más duraderos.

Errores en el ordenador antes del alunizaje

Parece que la estrategia dio sus frutos. El 20 de julio, momentos antes de que el módulo lunar se posase en el satélite, las pulsaciones de Neil Armstrong se dispararon: «¡Alarma de programa!», gritó el comandante. Aldrin confirmó que se trataba de la alarma 1202. En el control de la misión se miraron perplejos. ¿Qué demonios era la alarma 1202?

Se decidió proseguir con las maniobras para posar el módulo Águila en el satélite. Cuando habían descendido hasta los 1.524 metros, volvió a sonar la alarma. Esta vez se trataba del error 1201. «Seguimos con el plan», dijo Steve Bales, el controlador. Él parecía ser el único que comprendía lo que ocurría, en aquellos instantes críticos. Medio mundo contenía el aliento.

El problema es que el AGC estaba sobrecargado por recibir demasiada información. Según se averiguó después, los astronautas dejaron encendido el radar de acoplamiento, sobrecargando a la pequeña máquina mientras trabajaba en el alunizaje. Como resultado, el ordenador abandonó algunas operaciones y comenzó de cero de nuevo, poniendo fin al problema.

Vista del módulo lunar Águila sobre la Luna, el 21 de julio. La Tierra se ve al fondo - NASA

«La forma como el ordenador lidió con la sobrecarga fue un auténtico hito», explicó en AFP Paul Ceruzzi, experto de la Institución Smithsonian.

A segundos del desastre

La tensa calma duró poco. Bajo el módulo lunar apareció un dramático panorama. El ordenador les dirigía hacia un grupo de rocas, del tamaño de coches. Enseguida, Armstrong tomó los controles y desplazó el Águila horizontalmente, cuando apenas les quedaban unos minutos de combustible. Todos sabían que si no lo lograba, deberían abortar el aterrizaje y volver al módulo de mando, o perecer en la Luna.

«¿Cómo vamos de combustible?», preguntó Armstrong. «Ocho por ciento», respondió un escueto Aldrin. «220 pies, 30 hacia delante, descendemos de maravilla», relató el comandante. En el control de la misión todos mantuvieron el silencio. «Sesenta pies, descendemos dos y medio, dos hacia delante».

Entonces, Charlie Duke, comunicador de la cápsula dijo: «Sesenta segundos». Era el tiempo que les quedaba de combustible antes de tener que abortar la misión. Armstrong examinaba la superficie lunar a la desesperada, tratando de encontrar el lugar idóneo para el aterrizaje. El motor del módulo ya levantaba volutas de polvo lunar. «Treinta segundos», dijo Duke, lacónicamente.

Antes de que cundiera el pánico, Aldrin gritó: «¡Luz de contacto!». Eso significaba que el módulo se había posado en la superficie. Armstrong paró el motor y con un ruido sordo, la nave se detuvo. El Apolo 11 había logrado lo imposible: el hombre había llegado a la Luna.

Fuente: https://www.abc.es/ciencia/abci-50-aniversario-apolo-11-cuando-tres-hombres-viajaron-luna-ordenador-mas-lento-smartphone-201907152230_noticia.html

De un Universo casi perfecto a lo mejor de dos mundos

Sucedió el 21 de marzo de 2013. La prensa científica de todo el mundo se había congregado en la sede parisina de la ESA o se había conectado online, junto a una multitud de científicos, para presenciar el momento en que la misión Planck de la ESA revelaría su ‘imagen’ del cosmos. Una imagen capturada no en luz visible, sino en microondas.

Mientras que la luz que nuestros ojos puede ver está compuesta por pequeñas longitudes de onda, de menos de una milésima de milímetro, la radiación que estaba detectando Planck abarcaba longitudes algo mayores, de unas décimas de milímetro a varios milímetros. Y sobre todo, se había generado en los albores del Universo.

Esta radiación se conoce colectivamente como fondo cósmico de microondas. Al medir sus minúsculas diferencias a lo largo del firmamento, la imagen de Planck era capaz de hablarnos sobre la edad, la expansión, la historia y el contenido del Universo. Nada más y nada menos que un primer plano cósmico.

Los astrónomos sabían lo que buscaban. Dos misiones de la NASA, COBE a principios de los noventa y WMAP durante la década siguiente, ya habían llevado a cabo una serie de estudios análogos del firmamento que proporcionaron imágenes similares. Pero carecían de la precisión y la nitidez de Planck.

La nueva vista mostraría la impronta del Universo temprano con un detalle sin precedentes. Y había mucho en juego.

Si nuestro modelo del Universo era correcto, Planck lo confirmaría con unos niveles de precisión inauditos. Si el modelo estaba equivocado, Planck mandaría a los científicos de vuelta a la mesa de dibujo.     

            

Una vez revelada la imagen, los datos confirmaron el modelo. Respondía con tal precisión a las expectativas que no cabía extraer otra conclusión: Planck nos mostraba un ‘universo casi perfecto’. Pero ¿por qué ‘casi’? Porque quedaban algunas anomalías, que se convertirían en el objetivo de la investigación futura.

Ahora, cinco años después, el Consorcio Planck acaba de publicar los datos definitivos del legado de Planck. El mensaje de la misión es el mismo, e incluso se ve reforzado.

“Se trata del legado más importante de Planck —señala Jan Tauber, científico del proyecto Planck de la ESA—. Hasta el momento, el modelo cosmológico estándar ha superado todas las pruebas y Planck ha efectuado las mediciones que lo demuestran”.

Todos los modelos de cosmología se basan en la teoría general de la relatividad de Albert Einstein. Para reconciliar las ecuaciones de la relatividad general con un amplio abanico de observaciones, incluidas las de la radiación cósmica de fondo, el modelo estándar incorpora la acción de dos componentes desconocidos.

En primer lugar, un componente de materia atractivo, denominado materia oscura fría y que, a diferencia la materia común, no interactúa con la luz. En segundo lugar, una forma repulsiva de energía, conocida como energía oscura, que promueve la actual expansión acelerada del Universo. Se ha descubierto que son componentes esenciales para explicar nuestro cosmos junto a la materia común conocida. Pero por el momento no sabemos qué son exactamente estos componentes exóticos.

Planck se lanzó en 2009 y recopiló datos hasta 2013. El primer lanzamiento de datos, que mostraba el Universo casi perfecto, tuvo lugar en la primavera de ese año. Se basaban únicamente en la temperatura de la radiación cósmica de fondo y solo empleaba los dos primeros estudios del firmamento de la misión.

Los datos también presentaban pruebas adicionales de una fase muy temprana de expansión acelerada, denominada inflación, en la primera minúscula fracción de un segundo en la historia del Universo, durante la cual surgió el germen de todas las estructuras cósmicas. Al proporcionar una medida cuantitativa de la distribución relativa de estas fluctuaciones primigenias, Planck ofreció la confirmación más clara jamás obtenida del escenario inflacionario.

Además de cartografiar la temperatura del fondo cósmico de microondas a lo largo de firmamento con una precisión sin precedentes, Planck también midió su polarización, que indica si la luz vibra en una dirección preferente. La polarización de la radiación cósmica de fondo ofrece una huella de la última interacción entre la radiación y las partículas de materia del Universo temprano, y como tal contiene información adicional y fundamental sobre la historia del cosmos. Además, también contiene información sobre los primeros instantes del Universo y nos proporciona claves para comprender su nacimiento.

En 2015, un segundo lanzamiento de datos recogía todos los datos recopilados durante la misión, que abarcaba ocho estudios del firmamento. Incluía la temperatura y la polarización, pero venía con una advertencia.

“Sabíamos que la calidad de algunos de los datos de polarización no era suficiente para utilizarse en cosmología”, reconoce Jan. Y añade que, por supuesto, eso no les impidió seguir adelante, aunque ciertas conclusiones extraídas en ese momento precisarían de confirmación y, por lo tanto, deberían tratarse con cautela.

Y ese es el gran cambio que aporta este lanzamiento de datos de 2018. El Consorcio Planck los ha procesado de nuevo. La mayoría de señales tempranas que exigían precaución han desaparecido. Los científicos ahora están seguros de que tanto la temperatura como la polarización se han determinado de forma precisa.

“Estamos convencidos de que podemos obtener un modelo cosmológico basado únicamente en la temperatura, únicamente en la polarización o basado en ambas magnitudes. Y todos coinciden”, explica Reno Mandolesi, principal investigador del instrumento LFI de Planck en la Universidad de Ferrara (Italia).

“Desde 2015, otros experimentos han ido recopilando más datos astrofísicos y se han llevado a cabo nuevos análisis cosmológicos, combinando observaciones de la radiación cósmica de fondo a pequeñas escalas con observaciones de galaxias, cúmulos galácticos y supernovas, que en la mayoría de casos han mejorado la coherencia con los datos de Planck y el modelo cosmológico que respalda”, añade Jean-Loup Puget, principal investigador del instrumento HFI de Planck en el Instituto de Astrofísica Espacial de Orsay (Francia).

Se trata de toda una proeza e implica que los cosmólogos pueden estar seguros de que su descripción del Universo, con materia común, materia oscura fría y energía oscura, y poblado por estructuras surgidas durante una fase temprana de expansión inflacionaria, es correcto en su mayor parte.

Aún quedan por explicar algunas anomalías, o tensiones, como las llaman los cosmólogos. Una en concreto tiene que ver con la expansión del Universo. Su velocidad viene dada por la denominada constante de Hubble.

Para obtener esta constante, los astrónomos normalmente tenían que observar distancias a lo largo del cosmos y se veían limitados a hacerlo en el Universo más cercano, midiendo el brillo aparente de determinados tipos de estrellas variables y estrellas en explosión, cuyo brillo real se puede estimar de forma independiente. Se trata de una técnica ampliamente probada y desarrollada a lo largo del último siglo, descubierta por Henrietta Leavitt y aplicada posteriormente, a finales de los años veinte, por Edwin Hubble y sus colaboradores, que utilizaron estrellas variables en galaxias distantes y otras observaciones para revelar que el Universo se estaba expandiendo.

El valor que los astrónomos derivan de la constante de Hubble empleando una gran variedad de observaciones punteras, incluidas algunas del telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA  (que debe su nombre a este científico pionero), y más recientemente a la misión Gaia de la ESA, es de 73,5 km/s/Mpc, con una incertidumbre de tan solo un dos por ciento. Estas unidades indican la velocidad de la expansión en km/s por cada millón de pársecs (Mpc) de separación en el espacio, donde un pársec equivale a 3,26 años luz.

Una segunda forma de calcular la constante de Hubble es usar el modelo cosmológico coherente con la imagen del fondo cósmico de microondas, que representa un Universo muy joven, y calcular una predicción de cuál sería la constante hoy. Al aplicarse a los datos de Planck, este método nos da un valor menor, de 67,4 km/s/Mpc, con una mínima incertidumbre, inferior al uno por ciento.

Por un lado, resulta extraordinario que dos formas tan distintas de derivar la constante de Hubble (una empleando el Universo local y maduro, y la otra basada en el Universo distante y temprano) ofrezcan resultados tan cercanos. Por otro, en principio estas dos cifras deberían coincidir dentro de sus respectivas incertidumbres. Esta es la tensión, y la pregunta es ¿cómo reconciliarlas?

De ambos lados existe el convencimiento de que los errores que podrían quedar en sus métodos de medida son demasiado pequeños como para provocar esta discrepancia. Así que, ¿quizá nuestro entorno cósmico local tiene alguna peculiaridad que haga que la medición cercana presente una leve anomalía? Por ejemplo, sabemos que nuestra Galaxia se halla en una región más bien poco densa del Universo, lo que podría afectar al valor local de la constante de Hubble.

“No hay una única solución astrofísica satisfactoria que pueda explicar esta discrepancia. Así que puede que exista una nueva física aún por descubrir”, apunta Marco Bersanelli, investigador principal adjunto del instrumento LFI en la Universidad de Milán (Italia).

Como ‘nueva física’ se entiende que una serie de partículas o fuerzas exóticas podrían influir en los resultados. Sin embargo, por muy emocionante que suene, los resultados de Planck limitan enormemente esta posibilidad, ya que encaja a la perfección en la mayoría de observaciones.

“Es muy difícil añadir una nueva física que resuelva la tensión, pero que a la vez conserve la descripción precisa del modelo estándar, en la que ya encaja todo lo demás”, señala François Bouchet, investigador principal adjunto del instrumento HFI en el Instituto de Astrofísica de París.

Así pues, nadie ha sido capaz de aportar una explicación satisfactoria para las diferencias entre las dos mediciones, y la cuestión sigue sin resolverse.

“Por el momento, no deberíamos hacernos demasiadas ilusiones con encontrar una nueva física: la discrepancia relativamente menor quizá podría explicarse por una combinación de pequeños errores y efectos locales. Pero tenemos que seguir mejorando nuestras mediciones y pensando en formas mejores de explicarla”, advierte Jan.

Este es el legado de Planck: con su Universo casi perfecto, la misión ha confirmado a los investigadores sus modelos, salvo por un par de detalles que habrá que resolver. En otras palabras: lo mejor de dos mundos.

Fuente: http://elblogantares.blogspot.com/2018/07/de-un-universo-casi-perfecto-lo-mejor.html