Archive for Relatividad
Estudian por primera vez los efectos de la gravedad en la antimateria
El experimento ALPHA del CERNpublica un artículo en Nature Communications donde describe el primer análisis directo sobre cómo la antimateria es afectada por la gravedad. ALPHA fue el primer experimento en atrapar átomos de antihidrógeno, átomos neutros de antimateria mantenidos en su lugar con un fuerte campo magnético, hasta unos 16 minutos (1.000 segundos). El objetivo del experimento no era estudiar la gravedad, pero los investigadores se dieron cuenta de que los datos que habían conseguido podían ser influidos por efectos gravitacionales."El aparato ALPHA puede atrapar átomos de antihidrógeno, los cuales liberamos intencionadamente después", explica Jeffrey Hangst, de la Universidad de Aarhus (Dinamarca) y portavoz del experimento. "Hemos usado nuestro detector sensible a la posición de la aniquilación para ver si podíamos observar la influencia de la gravedad en los átomos liberados".
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“La teoría de cuerdas es la mejor candidata para ofrecer una teoría unificada”
Luis Ibañez, investigador del Instituto de Física Teórica y catedrático de la UAM
El catedrático Luis Ibáñez de la Universidad Autónoma de Madrid, miembro del Instituto de Física Teórica (UAM-CSIC), recibió hace unos meses una Advanced Grants del Consejo Europeo de Investigación. Con esta prestigiosa beca y el apoyo de su equipo estudiará durante cinco años qué información sobre la teoría de cuerdas pueden facilitar los datos del LHC del CERN. Esta teoría puede ayudar a unificar la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad.
¿Por qué cree que es necesaria una teoría única?
En realidad los físicos no insistimos en buscar teorías unificadas. Es la naturaleza la que parece insistir en que esa dirección es la correcta. Hasta mediados del siglo XIX se pensaba que la electricidad, el magnetismo y la luz eran fenómenos totalmente diferentes, pero en el siglo XIX se vio que eran tres aspectos de una sola teoría, el electromagnetismo clásico. La historia se ha vuelto a repetir a finales del siglo XX con la comprobación de que el electromagnetismo y las llamadas interacciones débiles –las causantes de la radioactividad natural– son dos aspectos de una sola teoría, la teoría electro-débil. Hoy en día hay indicaciones que apuntan a que todas las fuerzas fundamentales de la naturaleza, incluida la gravitación, son parte de una sola teoría unificada. La teoría de cuerdas es la candidata más seria.
¿Y por qué es la mejor candidata?
La mayoría de la comunidad científica lo considera así porque la teoría de cuerdas no solo hace consistente los dos paradigmas de la mecánica cuántica y la relatividad general, sino que en el mismo paquete te ofrece una teoría que contiene el resto de las interacciones fundamentales de la naturaleza. Es una teoría cuántica y relativista, los dos pilares siguen intocables. La principal novedad es que todas las partículas fundamentales corresponden a diferentes modos de vibración de cuerdas extremadamente diminutas.
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Einstein tenía razón — por ahora
Un púlsar que rompe todos los récords, nuevo campo de pruebas para la relatividad general
Esta impresión artística muestra el exótico objeto doble formado por una pequeña, pero muy pesada, estrella de neutrones que gira sobre sí misma 25 veces por segundo, orbitada por una estrella enana blanca que tarda dos horas y media en hacer una órbita completa. La estrella de neutrones se llama PSR J0348+0432 y emite ondas de radio que pueden ser captadas desde la Tierra por los radiotelescopios. Al margen del interés de esta pareja genera por sí misma, se trata además de un laboratorio único para poner a prueba los límites de las teorías físicas.
Este sistema emite radiación gravitatoria, formando ondas en el espacio-tiempo. Pese a que los astrónomos aún no pueden captar directamente estas ondas (mostradas como cuadrículas en la imagen) desde la Tierra, pueden detectarse indirectamente midiendo el cambio en la órbita del sistema a medida que pierde energía.
Dado que el púlsar es muy pequeño, los tamaños relativos de los dos objetos del dibujo no están hechos a escala.
Crédito:
ESO/L. Calçada
Los astrónomos han utilizado el telescopio VLT (Very Large Telescope) de ESO, junto con otros radiotelescopios de todo el mundo, para encontrar y estudiar una estrambótica pareja de estrellas formada por la estrella de neutrones más masiva encontrada hasta el momento, orbitada por una estrella enana blanca. Esta nueva y extraña binaria nos permite poner a prueba la teoría de la gravedad de Einstein — la relatividad general — de una forma imposible hasta el momento. Hasta ahora, las nuevas observaciones encajan exactamente con las predicciones de la relatividad general y son inconsistentes con algunas teorías alternativas. Los resultados aparecerán en la revista Science del 26 de abril del 2013.
Un equipo internacional ha descubierto un exótico objeto doble formado por una pequeña, pero inusualmente pesada, estrella de neutrones que gira 25 veces por segundo sobre sí misma, orbitada por una estrella enana blanca que tarda dos horas y media en hacer una órbita completa. La estrella de neutrones es un púlsar que emite ondas de radio que pueden ser captadas desde la Tierra por los radiotelescopios. Al margen del interés que esta pareja genera por sí misma, se trata además de un laboratorio único para poner a prueba los límites de las teorías físicas.
Este pulsar se llama PSR J0348+0432 y se trata de los restos de una explosión de supernova. Es dos veces más pesada que el Sol, pero tiene solo 20 kilómetros de tamaño. La gravedad en su superficie es más de 300.000 millones de veces más fuerte que la de la Tierra y, en su centro, cada volumen equivalente a un azucarillo cuadrado pesa más de mil millones de toneladas concentradas. Su compañera, la estrella enana blanca, solo es un poco menos exótica: es el brillante resto de una estrella mucho más ligera que ha perdido su atmósfera y se está enfriando lentamente.
“Estaba observando el sistema con el Very Large Telescope de ESO, buscando cambios en la luz emitida por la enana blanca causados por su movimiento alrededor del púlsar”, afirma John Antoniadis, un estudiante de doctorado del Instituto Max Planck de radioastronomía (MPIfR) en Bonn, y autor principal del artículo. “Un rápido análisis inmediato me hizo ver que el púlsar era muy pesado. Es el doble de la masa del Sol, lo que la convierte en la estrella de neutrones más masiva conocida hasta el momento y, al mismo tiempo, en un excelente laboratorio de física fundamental”.
La teoría de la relatividad general de Einstein, que explica la gravedad como una consecuencia de la curvatura del espacio-tiempo creada por la presencia de masa y energía, ha superado todas las pruebas desde que fue publicada por primera vez hace casi cien años. Pero no puede ser la explicación definitiva y en última instancia acabará siendo sustituida [1].
Los físicos han concebido otras teorías de la gravedad que hacen predicciones diferentes a las que plantea la relatividad general. Para algunas de estas alternativas, esas diferencias solo se mostrarían en campos gravitatorios extremadamente fuertes que no pueden encontrarse en el Sistema Solar. En términos de gravedad, PSR J0348+0432 es un objeto verdaderamente extremo, incluso comparado con los otros púlsares que han sido utilizados en pruebas de alta precisión de la relatividad general de Einstein [2]. En este tipo de campos gravitatorios tan fuertes, pequeños aumentos en la masa pueden desencadenar grandes cambios en el espacio-tiempo que rodea a estos objetos. Hasta ahora, los astrónomos no tenían ni idea de qué podría pasar en presencia de estrellas de neutrones tan masivas como PSR J0348+0432, por lo que se trata de una oportunidad única para llevar a cabo pruebas en campos inexplorados.
El equipo combinó observaciones de la estrella enana blanca llevadas a cabo con el Very Large Telescope con medidas muy precisas del púlsar obtenidas con radiotelescopios [3]. Una pareja tan cercana entre sí emite ondas gravitacionales y pierde energía. Esto hace que el periodo orbital cambie ligeramente y las predicciones de este cambio hechas por la relatividad general y otras teorías competidoras son diferentes.
“Nuestras observaciones en radio eran tan precisas que ya hemos podido medir un cambio en el periodo orbital de 8 millonésimas de segundo por año, exactamente lo que predice la teoría de Einstein”, afirma Paulo Freire, otro miembro del equipo.
Esto es solo el principio de un estudio detallado de estos objetos únicos y los astrónomos los utilizarán para poner a prueba la teoría de la relatividad general en busca de una mayor precisión a medida que pase el tiempo.
Notas
[1] La relatividad general no es consistente con la otra gran teoría de la física del siglo veinte, la mecánica cuántica. También predice singularidades bajo ciertas circunstancias, en las que algunas cantidades tienen a infinito, como el centro de un agujero negro.
[2] El primer púlsar binario, PSR B1913+16, fue descubierto por Joseph Hooton Taylor, Jr. y Russell Hulse, por lo que ganaron el Premio Nobel de Física de 1993. Midieron con precisión los cambios en las propiedades de este objeto tan destacado y demostraron que eran consistentes con las pérdidas de energía de radiación gravitatoria predichas por la relatividad general.
[3] Este trabajo utiliza datos de los radiotelescopios Effelsberg, Arecibo y Green Bank, así como de los telescopios ópticos Very Large Telescope de ESO y William Herschel Telescope.
Información adicional
Este trabajo fue presentado en el artículo “A Massive Pulsar in a Compact Relativistic Orbit”, por John Antoniadis et al., que aparece en la revista Science del 26 de abril de 2013.
El equipo está compuesto por Antoniadis (Instituto Max-Planck de Radioastronomía [MPIfR], Bonn, Alemania), Paulo C. C. Freire (MPIfR), Norbert Wex (MPIfR), Thomas M. Tauris (Instituto Argelander de Astronomía, Bonn, Alemania; MPIfR), Ryan S. Lynch (Universidad McGill, Montreal, Canadá), Marten H. van Kerkwijk (Universidad de Toronto, Canadá), Michael Kramer (MPIfR; Centro de Astrofísica Jodrell Bank, Universidad de Manchester, Reino Unido), Cees Bassa (Jodrell Bank), Vik S. Dhillon (Universidad de Sheffield, Reino Unido), Thomas Driebe (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Bonn, Alemania), Jason W. T. Hessels (ASTRON, Instituto de Radioastronomía de los Países Bajos, Dwingeloo, Países Bajos; Universidad de Ámsterdam, Países Bajos), Victoria M. Kaspi (Universidad McGill), Vladislav I. Kondratiev (ASTRON; Instituto de Física Lebedev, Moscú, Russia), Norbert Langer (Instituto Argelander de Astronomía), Thomas R. Marsh (Universidad de Warwick, Reino Unido), Maura A. McLaughlin (Universidad West Virginia), Timothy T. Pennucci (Departamento de Astronomía, Universidad de Virginia) Scott M. Ransom (Onbservatorio Nacional de Radioastronomía, Charlottesville, EE.UU.), Ingrid H. Stairs (Universidad de British Columbia, Vancouver, Canadá), Joeri van Leeuwen (ASTRON; Universidad de Ámsterdam), Joris P. W. Verbiest (MPIfR), David G. Whelan (Departamento de Astronomía, Universidad de Virginia).
ESO es la principal organización astronómica intergubernamental de Europa y el observatorio astronómico más productivo del mundo. Cuenta con el respaldo de quince países: Alemania, Austria, Bélgica, Brasil, Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Holanda, Italia, Portugal, el Reino Unido, República Checa, Suecia y Suiza. ESO desarrolla un ambicioso programa centrado en el diseño, construcción y operación de poderosas instalaciones de observación terrestres que permiten a los astrónomos hacer importantes descubrimientos científicos. ESO también desarrolla un importante papel al promover y organizar la cooperación en investigación astronómica. ESO opera en Chile tres instalaciones de observación únicas en el mundo: La Silla, Paranal y Chajnantor. En Paranal, ESO opera el Very Large Telescope, el observatorio óptico más avanzado del mundo, y dos telescopios de rastreo. VISTA (siglas en inglés de Telescopio de Rastreo Óptico e Infrarrojo para Astronomía) trabaja en el infrarrojo y es el telescopio de rastreo más grande del mundo, y el VST (VLT Survey Telescope, Telescopio de Rastreo del VLT) es el telescopio más grande diseñado exclusivamente para rastrear el cielo en luz visible. ESO es el socio europeo de un revolucionario telescopio, ALMA, el proyecto astronómico más grande en desarrollo. Actualmente ESO está planificando el European Extremely Large Telescope, E-ELT, el telescopio óptico y de infrarrojo cercano de 39 metros, que llegará a ser “el ojo más grande del mundo para mirar el cielo”.
Las traducciones de las notas de prensa de ESO las llevan a cabo miembros de la Red de Divulgación de la Ciencia de ESO (ESON por sus siglas en inglés), que incluye a expertos en divulgación y comunicadores científicos de todos los países miembros de ESO y de otras naciones.
El nodo español de la red ESON está representado por J. Miguel Mas Hesse y Natalia Ruiz Zelmanovitch.
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J. Miguel Mas Hesse
Centro de Astrobiología (CSIC-INTA)
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Richard Hook
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Esta es una traducción de la nota de prensa de ESO eso1319.
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LHCb del CERN observa nuevas diferencias entre materia y antimateria
Investigadores del experimento LHCb del Laboratorio Europeo de Física de Partículas han detectado la cuarta partícula que al desintegrarse ofrece pistas de por qué la materia domina sobre la antimateria. Se trata de B0s, según un estudio presentado hoy a la revista Physical Review Letters.
La colaboración científica LHCb del CERN ha presentado hoy un estudio en Physical Review Letters sobre la primera observación de la asimetría materia-antimateria en las desintegraciones de una partícula conocida como B0s. Es la cuarta partícula subatómica que muestra este comportamiento, tras detectarse el mismo fenómeno en los kaones, el mesón B0 y el meson B+.
El descubrimiento está relacionado con una ‘preferencia’ de la materia sobre la antimateria conocida como violación de la simetría CP, que podría explicar por qué existe más materia que antimateria en nuestro universo aunque en sus comienzos fuera la misma.
La simetría CP es la suma de la simetría C, que indica que las leyes de la física permanecerían invariables aunque se intercambiasen las partículas de carga positiva con las negativas, y la simetría P, que plantea que tampoco habría cambios si el universo fuera su imagen especular.
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Sobre Neutrones
Conforme nuestra ignorancia sobre el Universo se hace cada día más evidente, y a falta de buenas teorías físicas, los físicos teóricos echan mano de ideas nuevas o antiguas para explicar la realidad.
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Acotan la “acción a distancia” Entrelazamiento Cuántico
Un grupo chino acota inferiormente la “velocidad” de la fantasmagórica acción a distancia.
El montaje parece fácil. Se prepara un estado en el que dos partículas están correlacionadas pero se mueven en direcciones opuestas. Puede ser que el observable sea el spin de dos electrones o el estado de polarización de dos fotones. Supongamos, para concretar, que se trata de fotones de tal modo que uno se lanza en dirección a Alicia que está en una estrella lejana y el otro en dirección hacia Bartolo, que se encuentra en otro sistema a años luz de distancia en sentido opuesto.
Cuando Alicia efectúa una medición la función de ondas colapsa a una estado concreto, sabe cuál es dicho estado para su fotón y, además, sabe el estado del fotón que mide Bartolo. El efecto se da también al revés si es Bartolo el que colapsa la función de ondas. Parece como si se transmitiera una señal superlumínica de un lado a otro. Encima, si esto es así, hay un problema causal más, pues que sea Alicia o sea BArtolo el que primero efectúe la medición depende del sistema de referencia del observador según la Relatividad. No es de extrañar que Einstein llamara a esto “tenebrosa acción a distancia” (“spooky action at a distance”). Técnicamente se le denomina paradoja EPR.
Lo curioso es que no se viola la causalidad relativista, pues este efecto cuántico no transmite información de Alicia a Bartolo o viceversa. Es como si Alicia recibe una carta de invitación a la boda de un familiar que también lo es de Bartolo en el mismo grado, puede deducir entonces que a Bartolo también le han invitado, pero no sirve para que Alicia diga a Bartolo que Miguel y Susana se casan.
Ante todo hay que aclarar que según la Mecánica Cuántica el efecto es instantáneo y que no hay “velocidad” en el colapso.
Hay físicos que se han molestado en medir la cota inferior a esa “velocidad”. En 2008 ya se publicaron resultados sobre una acotación en este sentido. Esa “velocidad” debía ser superior 10.000 veces la velocidad de la luz. Sin embargo, ese montaje tenía defectos que permitían explicar los resultados sin recurrir a la acción a distancia.
Ahora, unos investigadores chinos han realizado un experimento sobre el asunto usando una técnica diferente y llegan al mismo resultado: si tal velocidad existe tiene que ser al menos cuatro órdenes de magnitud superior a la de la luz.
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Fisica Cuántica
En física, la mecánica cuántica (conocida también como mecánica ondulatoria en alguna de sus interpretaciones) es una de las ramas principales de la física que explica el comportamiento de la materia y de la energía. Su campo de aplicación pretende ser universal (salvando las dificultades), pero es en el mundo de lo pequeño donde sus predicciones divergen radicalmente de la llamada física clásica.
De forma específica, se considera también mecánica cuántica, a la parte de ella misma que no incorpora la relatividad en su formalismo, tan sólo como añadido mediante teoría de perturbaciones. La parte de la mecánica cuántica que sí incorpora elementos relativistas de manera formal y con diversos problemas, es la mecánica cuántica relativista o ya, de forma más exacta y potente, la teoría cuántica de campos (que incluye a su vez a la electrodinámica cuántica, cromodinámica y teoría electrodébil dentro del modelo estándar) y más generalmente, la teoría cuántica de campos en espacio-tiempo curvo. La única interacción que no se ha podido cuántificar ha sido la interacción gravitatoria.
La mecánica cuántica es la base de los estudios del átomo, los núcleos y las partículas elementales (siendo ya necesario el tratamiento relativista) pero también en teoría de la información, criptografía y química.
La mecánica cuántica es la última de las grandes ramas de la física. Comienza a principios del siglo XX, en el momento en que dos de las teorías que intentaban explicar lo que nos rodea, la ley de gravitación universal y la teoría electromagnética clásica, se volvían insuficientes para explicar ciertos fenómenos. La teoría electromagnética generaba un problema cuando intentaba explicar la emisión de radiación de cualquier objeto en equilibrio, llamada radiación térmica, que es la que proviene de la vibración microscópica de las partículas que lo componen. Pues bien, usando las ecuaciones de la electrodinámica clásica, la energía que emitía esta radiación térmica daba infinito si se suman todas las frecuencias que emitía el objeto, con ilógico resultado para los físicos.
Es en el seno de la mecánica estadística donde nacen las ideas cuánticas en 1900. Louis de Broglie propuso que cada partícula material tiene una longitud de onda, asociada inversamente proporcional a su masa, (le llamó momentum), y dada por su velocidad. Al físico Max Planck se le ocurrió un truco matemático: que si en el proceso aritmético se sustituía la integral de esas frecuencias por una suma no continua se dejaba de obtener un infinito como resultado, con lo que eliminaba el problema y, además, el resultado obtenido concordaba con lo que después era medido. Fue Max Planck quién entonces enunció la hipótesis de que la radiación electromagnética es absorbida y emitida por la materia en forma de cuantos de luz o fotones de energía mediante una constante estadística, que se denominó constante de Planck. Su historia es inherente al siglo XX, ya que la primera formulación cuántica de un fenómeno fue dada a conocer el 14 de diciembre de 1900 en una sesión de la Sociedad Física de la Academia de Ciencias de Berlín por el científico alemán Max Planck.
La idea de Planck hubiera quedado muchos años sólo como hipótesis si Albert Einstein no la hubiera retomado, proponiendo que la luz, en ciertas circunstancias, se comporta como partículas independientes de energía (los cuantos de luz o fotones). Fue Albert Einstein quién completó en 1905 las correspondientes leyes de movimiento con lo que se conoce como teoría especial de la relatividad, demostrando que el electromagnetismo era una teoría esencialmente no mecánica. Culminaba así lo que se ha dado en llamar física clásica, es decir, la física no-cuántica. Usó este punto de vista llamado por él “heurístico”, para desarrollar su teoría del efecto fotoeléctrico. Publicó esta hipótesis en 1905 y le valió el Premio Nobel de 1921. Esta hipótesis fue aplicada también para proponer una teoría sobre el calor específico, es decir la que resuelve cual es la cantidad de calor necesaria para aumentar en una unidad la temperatura de la unidad de masa de un cuerpo.
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Nuevo paradigma cosmológico
Proponen un nuevo paradigma basado en la teoría cuántica de lazos para los momentos iniciales del Big Bang que podría comprobarse experimentalmente.
Credit: Institute for Gravitation and the Cosmos, Penn State UniversityA new paradigm for understanding the earliest eras in the history of the universe has been developed by scientists at Penn State. More information about this research is online at www.science.psu.edu/news-and-events/2012-news/Ashtekar11-2012.
Todavía no hay una teoría cuántica de gravedad. Hay, eso sí, algunos marcos conceptuales con los que se trabaja y que quizás algún día den lugar a una teoría de ese tipo. Uno de estos marcos conceptuales es la teoría cuántica de lazos, que fue propuesta por Abhay Ashtekar de Penn State. Usando este marco se propuso hace un tiempo un modelo que pretendía decir qué pasó antes del Big Bang y que proponía que el Big Bang era un rebote de un universo anterior.
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Nuevo paradigma cosmológico
Proponen un nuevo paradigma basado en la teoría cuántica de lazos para los momentos iniciales del Big Bang que podría comprobarse experimentalmente.
Como ya sabe todavía no hay una teoría cuántica de gravedad. Hay, eso sí, algunos marcos conceptuales con los que se trabaja y que quizás algún día den lugar a una teoría de ese tipo. Uno de estos marcos conceptuales es la teoría cuántica de lazos, que fue propuesta por Abhay Ashtekar de Penn State. Usando este marco se propuso hace un tiempo un modelo que pretendía decir qué pasó antes del Big Bang y que proponía que el Big Bang era un rebote de un universo anterior. Ahora, Ashtekar y sus colaboradores proponen un nuevo paradigma basado en la teoría cuántica de lazos para los momentos iniciales del Big Bang. Este nuevo paradigma permite, por primera vez, ver cómo pudieron evolucionar las grandes estructuras del Universo a partir de las fluctuaciones cuánticas del propio espacio-tiempo, pues proporciona un marco matemático y conceptual que permite describir la exótica geometría mecánico-cuántica del espacio-tiempo. La idea es entender la dinámica que la materia y la geometría experimentaron durante esas eras tan tempranas del Universo. Se cree que durante el Big Bang la densidad del Universo era inimaginablemente alta de tal modo que la Teoría General de la Relatividad no puede describir ese estado.
La densidad de materia alcanzaría los 1094 gramos por centímetro cúbico, que es muchos órdenes de magnitud superior a la densidad de un núcleo atómico (1014 g/cm3). En ese ambiente mecánico-cuántico las propiedades físicas serían muy distintas a las de hoy en día y se manifestarían probabilísticamente, tal y como dicta la Mecánica Cuántica. No podemos reproducir esas condiciones en los laboratorios y además no hay ninguna observación que nos permita ver directamente ese estado, así que esta teoría, al igual que otras, tiene problemas de falsabilidad. Como ya sabemos, el Universo se hizo transparente por primera vez pasados unos 380.000 años después del Big Bang, evento que vemos ahora como el fondo cósmico de microondas. Se supone que hay un fondo cósmico de neutrinos y quizás un fondo cósmico de ondas gravitatorias, pero ninguno puede retrotraernos a los instantes iniciales del Big Bang cuando los fenómenos mecánico-cuánticos eran importantes.
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Ahora se forman muy pocas estrellas
En la actualidad sólo se forman un 3,3% de las estrellas que se formaban hace 11.000 millones de años.
Masa de estrellas formadas (en toneladas) por año luz cúbico y por minuto (eje vertical) frente al tiempo transcurrido desde el Big Bang (eje horizontal). Gráfica en alta resolución. Fuente: D. Sobral.
Una vez que se dio la recombinación, hace unos 380.000 años después del Big Bang, el Universo se hizo transparente por primera vez, pero la luz que lo recorrió no procedía de ninguna estrella, era la radiación que se generó en el Big Bang y que por primera vez era libre. Esos fotones son los que ahora, alargadas sus longitudes de onda debido a la expansión cosmológica, forman lo que llamamos fondo cósmico de microondas.
Una vez el gas pudo condensarse en las regiones de mayor densidad, hace unos 13400 millones de años, se generaron las primeras estrella, colosos cientos de veces más masivos que el Sol que brillaban mucho y duraban muy poco. Al cabo de unos pocos millones de años estas estrellas explotaban como supernovas, enriqueciendo el medio de elementos pesados. Cada vez que se condensaban polvo y gas cósmicos se formaron más estrellas en las galaxias. Somos cenizas de estrellas, de esas estrellas primigenias y de todas las que se sucedieron después. Podemos recrear una historia de cómo fue el ritmo de formación de estrellas a lo largo del tiempo. Sólo tenemos que medir la formación estelar en función de la distancia a nosotros.
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Un experimento ayuda a precisar el límite máximo de la masa de las estrellas de neutrones
Cooling Neutron Star
Credit: X-ray: NASA / CXC / UNAM / Ioffe / D.Page, P.Shternin et al; Optical: NASA / STScI;
Illustration: NASA/CXC/M.Weiss)
Explanation: Supernova remnant Cassiopeia A (Cas A) is a comfortable 11,000 light-years away. Light from the Cas A supernova, the death explosion of a massive star, first reached Earth just 330 years ago. The expanding debris cloud spans about 15 light-years in this composite X-ray/optical image, while the bright source near the center is a neutron star (inset illustration) the incredibly dense, collapsed remains of the stellar core. Still hot enough to emit X-rays, Cas A's neutron star is cooling. In fact, 10 years of observations with the orbiting Chandra X-ray observatory find that the neutron star is cooling rapidly, so rapidly that researchers suspect a large part of the neutron star's core is forming a frictionless neutron superfluid. The Chandra results represent the first observational evidence for this bizarre state of neutron matter.
En un estudio reciente, un grupo de investigadores con participación española han podido concretar algunas de las características de las estrellas de neutrones, como la masa máxima y el radio de la estrellas más ligeras, utilizando los datos de un experimento de iones pesados realizado en un acelerador de partículas.
Las estrellas de neutrones son remanentes de la explosión de una estrella masiva. Se estima que están compuestas mayoritariamente por neutrones y rotan con períodos generalmente menores a 1 segundo. Un estudio teórico de un grupo internacional de investigadores ha determinado, primero, la máxima masa que pueden tener este tipo de estrellas en tres masas solares, y, segundo, la relación del radio de estos objetos con las propiedades de la materia en condiciones extremas.
En el estudio participa Laura Tolos, investigadora Ramón y Cajal del Instituto de Ciencias del Espacio ICE (CSIC-IEEC).
Es difícil imaginarse que una estrella de esta clase, extremadamente masiva y densa, pueda tener una masa similar al Sol (1,4 masas solares en promedio) y estar comprimida en un espacio no mayor a 12 kilómetros, como la ciudad de Barcelona. Las estrellas de neutrones son además excelentes escenarios para analizar las propiedades de la materia nuclear bajo condiciones extremas de densidad.
Una estrella de neutrones es un remanente estelar dejado por una estrella supergigante después de agotar el combustible nuclear en su núcleo y explotar como una supernova tipo II, tipo Ib o tipo Ic. Como su nombre lo indica, estas estrellas están compuestas principalmente de neutrones, más otro tipo de partículas tanto en su corteza sólida de hierro, como en su interior, que puede contener tanto protones y electrones, como piones y kaones. La masa original de la supernova debe ser mayor a 9 ó 10 masas solares y menor que un cierto valor que depende de la metalicidad. Las estrellas con masas menores a 9-10 masas solares evolucionan en enanas blancas envueltas, al menos por un tiempo, por nebulosidades (nebulosas planetarias), mientras que las de masas mayores evolucionan en agujeros negros.
Una estrella de neutrones típica tiene una masa entre 1,35 y 2,1 masas solares y un radio de entre 20 y 10 km (análogamente a lo que ocurre con las enanas blancas, a mayor masa corresponde un menor radio).
Creditos Wikipedia.org
Los científicos llevaron acabo un análisis teórico de las ecuaciones que describen el estado en que se encuentra la materia en el interior de una estrella de neutrones. De forma paralela, se utilizaron datos del experimento de partículas pesadas KaoS en el acelerador de partículas del Centro de Investigación de Iones Pesados GSI Helmholtz, en Darmstadt, Alemania.
Una vez analizados los datos del experimento KaoS del GSI, los científicos pudieron determinar cual sería el comportamiento de la materia en determinadas condiciones de densidad y temperatura y, consecuentemente, utilizaron esta información para precisar la masa máxima y el radio de las estrellas de neutrones más ligeras en función de los parámetros que componen esas ecuaciones de estado de la materia.
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Peter Higgs ofrece una conferencia en Barcelona
El Instituto de Física de Altas Energías (IFAE) y Obra Social "la Caixa" han invitado a Peter Higgs a explicar en primera persona la historia de la partícula que lleva su nombre, que puede ayudar a entender por qué la materia tiene masa. Será el martes 6 de noviembre en CosmoCaixa Barcelona a partir de las 18 horas y se puede seguir por Internet.
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Quasi Rip
Se ha propuesto un modelo Quasi Rip mediante el cual podrían aparecer nuevas estructuras en el Universo una vez éste se haya diluido completamente en la nada debido a la energía oscura. De este modo el Universo renacería de sus cenizas como el ave fénix.
Hace unas pocas décadas mucha gente interesada por el mundo de la ciencia, en especial el de la Cosmología, creía estar tocando con la punta de los dedos el poder saber el destino del Universo. Sólo hacía falta calcular la cantidad de materia del Universo visible, determinar entonces la densidad de masa del Cosmos y saber si se expandiría para siempre o si la gravedad detendría alguna vez la expansión que comenzó en el Big Bang. Incluso se planteó la idea de un Universo cíclico. Así por ejemplo, Hawking decía que en el momento en el que se lanzara el telescopio espacial Hubble y se analizaran los datos que obtuviera ya se sabría esta cuestión. Luego se lanzó (con retraso) dicho telescopio para comprobar, acto seguido, que estaba miope. Pero incluso una vez corregidos sus defectos ópticos tampoco se resolvió dicha cuestión. Parecía que vivíamos en un Universo abierto con una densidad de materia baja, lo que haría que el Universo nunca detendría su expansión.
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Se estudia por primera vez un filamento de materia oscura en 3D. Dark matter filament studied in 3D for the first time.
Un grupo de astrónomos, usando el telescopio espacial Hubble de NASA/ESA, ha estudiado un filamento gigante de materia oscura en 3D por primera vez. Extendiéndose a lo largo de 60 millones de años luz desde uno de los cúmulos de galaxias más masivo conocidos, el filamento es parte de la red cósmica que constituye la estructura a gran escala del universo, y es un resto de los primeros momentos tras el Big Bang. Si la alta masa medida para el filamento es representativa del resto del universo, entonces estas estructuras pueden contener más de la mitad de la masa del universo.
Date: 16 Oct 2012
Satellite: Hubble Space Telescope
Depicts: MACS J0717.5+3745
Copyright: NASA, ESA, Harald Ebeling (University of Hawaii at Manoa) & Jean-Paul Kneib (LAM)
This enormous image shows Hubble's view of massive galaxy cluster MACS J0717.5+3745. The large field of view is a combination of 18 separate Hubble images.
Studying the distorting effects of gravity on light from background galaxies, a team of astronomers has uncovered the presence of a filament of dark matter extending from the core of the cluster.
The location of the dark matter is revealed in a map of the mass in the cluster and surrounding region, shown here in blue. The filament visibly extends out and to the left of the cluster core.
Using additional observations from ground-based telescopes, the team was able to map the filament's structure in three dimensions, the first time this has ever been done. The filament was discovered to extend back from the cluster core, meaning we are looking along it.
La teoría del Big Bang predice que la variación de densidad de materia en los primeros momentos del universo llevó a que el grueso de materia en el cosmos se condensara en una red de filamentos entrelazados. Esta idea está apoyada por las simulaciones por ordenador de la evolución cósmica, que sugiere que el universo está estructurado como una red, con largos filamentos que conectan entre sí las posiciones de los cúmulos masivos de galaxias. Sin embargo, estos filamentos, aunque enormes, están hechos principalmente de materia oscura, que es increíblemente difícil de observar.
La primera identificación sólida de una sección de uno de estos filamentos se realizó a principios de año. Ahora, un equipo de astrónomos ha ido más lejos, estudiando una estructura de filamentos en tres dimensiones. Ver un filamento en 3D elimina muchos de los escollos que aparecen al estudiar la imagen plana de dicha estructura.
“Los filamentos de la red cósmica se extienden enormemente y son muy difusos, lo que hace que sean extremadamente difíciles de detectar, mucho menos estudiarlos en 3D”, dice Mathilde Jauzac (LAM, Francia y Universidad de KwaZulu-Natal, Sudáfrica), autora principal del estudio.
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