Category Archives: Relatividad

Estrellas errantes abandonan las galaxias

Estrellas abandonan las galaxias por interacción gravitatoria y crean un fondo de luz que llena todo el cielo. luz_intergalactica_difusa

Cuando ya nos habíamos acostumbrado a la idea de planetas errantes que circulan por la galaxia, ahora parece que se han encontrado pruebas de que existen estrellas errantes en el espacio que media entre las galaxias.
Hay más luz en el Cosmos que la que puede explicarse por emisión de las galaxias. Tan interesante resultado proviene de un experimento barato realizado a bordo de un cohete en vuelo suborbital. Se ha podido encontrar que hay una luz difusa que proviene de todas partes que representa un exceso sobre el que emitirían las galaxias en sí y que estaría generada por estrellas muy lejanas que no se pueden resolver individualmente.

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Proponen sustituir el modelo WIMPs de materia oscura por el modelo SIMPs de partículas fuertemente interactuantes.

Proponen sustituir el modelo WIMPs de materia oscura por el modelo SIMPs de partículas fuertemente interactuantes.

En esta simulación se ve la formación de galaxias enanas. Fuente: John Wise, Tom Abel, Ralf Kaehler, Universidad de Stanford.

En esta simulación se ve la formación de galaxias enanas. Fuente: John Wise, Tom Abel, Ralf Kaehler, Universidad de Stanford.

Uno de los problemas más importantes de la Física actual es saber la naturaleza de la materia oscura. Podemos observar los efectos de materia oscura cuando miramos al Universo y los modelos cosmológicos simplemente no funcionan sin materia oscura, así que esta posiblemente exista.
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Tormenta de rayos gamma en un agujero negro supermasivo

En la noche del 12 al 13 de noviembre de 2012, los telescopios MAGIC de rayos gamma, ubicados en el Observatorio del Roque de los Muchachos, se encontraban observando el cúmulo de galaxias de Perseo (situado a una distancia de unos 260 millones de años luz), cuando detectaron este fenómeno insólito proveniente de una de las galaxias del cúmulo, conocida como IC310. Al igual que muchas otras galaxias, IC310 alberga en su centro un agujero negro supermasivo (varios cientos de millones de veces más pesado que el Sol) el cual, de forma esporádica, produce intensas llamaradas de rayos gamma. Lo que sorprendió a los científicos en esta ocasión fue la extrema brevedad de dichas llamaradas, con una duración de tan solo unos pocos minutos.

"La Relatividad nos dice que ningún objeto puede emitir durante un tiempo menor al que le lleva a la luz atravesarlo. Sabemos que el agujero negro en IC310 tiene un tamaño de unos 20 minutos luz, alrededor de tres veces la distancia entre el Sol y la Tierra. Esto quiere decir que ningún fenómeno producido por el mismo debería durar menos de 20 minutos", nos cuenta Julian Sitarek, investigador Juan de la Cierva en el IFAE (Barcelona), y uno de los tres científicos que han liderado el estudio. Sin embargo, las llamaradas que se observaron en IC310 duraban menos de 5 minutos.

Los científicos de la Colaboración MAGIC proponen un nuevo mecanismo, según el cual esta "tormenta de rayos gamma" se produce en las regiones de vacío que se forman cerca de los polos magnéticos del agujero negro. En estas zonas vacías se crean momentáneamente campos eléctricos muy intensos, que son destruidos cuando la zona es ocupada de nuevo por partículas cargadas. Dichas partículas se aceleran a velocidades muy próximas a la de la luz y transforman en rayos gamma los fotones que encuentran en su camino al transferirles parte de su energía. El tiempo que tarda la luz en recorrer una de estas zonas vacías es de pocos minutos, lo que encaja con lo observado en IC310.

Escenario para el origen de los rayos gamma observados. Un agujero negro en rotación está acretando plasma de la región interior de la galaxia. La superficie en forma de manzana (púrpura) muestra la ergosfera, en esta región la energía se puede extraer directamente del agujero negro. La rotación del agujero negro induce una magnetosfera (en rojo) con las regiones de vacío cerca de los polos (en amarillo). En esas zonasvacías, los campos eléctricos aceleran las partículas a energías ultra-relativistas. Esas partículas interactúan con los fotones térmicos de baja energía del plasma acretado por el agujero negro, produciendo los rayos gamma observados. Créditos: Aleksi? et al., 2014, publicado en Science Express, el 6 de noviembre de 2014.

Escenario para el origen de los rayos gamma observados. Un agujero negro en rotación está acretando plasma de la región interior de la galaxia. La superficie en forma de manzana (púrpura) muestra la ergosfera, en esta región la energía se puede extraer directamente del agujero negro. La rotación del agujero negro induce una magnetosfera (en rojo) con las regiones de vacío cerca de los polos (en amarillo). En esas zonasvacías, los campos eléctricos aceleran las partículas a energías ultra-relativistas. Esas partículas interactúan con los fotones térmicos de baja energía del plasma acretado por el agujero negro, produciendo los rayos gamma observados. Créditos: Aleksi? et al., 2014, publicado en Science Express, el 6 de noviembre de 2014.

Una tormenta de dimensiones cósmicas

"Es similar a lo que ocurre en las tormentas eléctricas", explica Oscar Blanch, investigador Ramón y Cajal del IFAE, y Co-Director de la Colaboración MAGIC. "Se crea una diferencia de potencial tan fuerte que acaba por descargarse como un relámpago". En este caso, la descarga alcanza las energías más altas observadas en la naturaleza y produce rayos gamma. El agujero negro parece estar envuelto en una tormenta de dimensiones estelares.

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¿Oscuro y vacío destino final?

Proponen un nuevo modelo de energía oscura que predice un Cosmos futuro aún más vacío y aburrido que lo que se asumía.

Simulación a gran escala del Universo en la que se ven los filamentos de materia oscura. Fuente: John Wise, Tom Abel, Ralf Kaehler, Universidad de Stanford.

Simulación a gran escala del Universo en la que se ven los filamentos de materia oscura. Fuente: John Wise, Tom Abel, Ralf Kaehler, Universidad de Stanford.

La idea que tenían en el medioevo sobre el Universo era muy distinta de la que tenemos ahora. Incluso a principios del Siglo XX desconocían muchas cosas que conocemos nosotros en este nuevo siglo. Incluso el gran divulgador de la Astrofísica que fue Carl Sagan se murió sin saber de la existencia de la energía oscura, concepto que ha cambiado radicalmente la visión que tenemos sobre el Cosmos.

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Sobre BICEP2 y PLANCK: ¿Proceden los modos-B del polvo galáctico?

Los últimos datos publicados por el equipo de la misión Planck indican que parte o toda de la señal de los modos de polarización observados por BICEP2 tendrían su origen en el polvo galáctico y no tendría un origen cosmológico.

Presencia de polvo en el cielo según la misión Planck. El recuadro de la derecha incida la región observada por BICEP2. Fuente: Misión Planck.

Presencia de polvo en el cielo según la misión Planck. El recuadro de la derecha incida la región observada por BICEP2. Fuente: Misión Planck.

 El anuncio de la primera evidencia sobre la inflación cósmica y las ondas gravitatorias cuánticas que surgieron tras el Big Bang ha sido valorada por los científicos como uno de los grandes descubrimientos del siglo, un hallazgo extraordinario equiparable al del famoso bosón de Higgs.  Sinc ha hablado con algunos de estos expertos para entender mejor el alcance del descubrimiento y saber cuándo se podría confirmar. Todas las miradas están puestas en los resultados del satélite Planck. Licencia : Creative Commons


El anuncio de la primera evidencia sobre la inflación cósmica y las ondas gravitatorias cuánticas que surgieron tras el Big Bang ha sido valorada por los científicos como uno de los grandes descubrimientos del siglo, un hallazgo extraordinario equiparable al del famoso bosón de Higgs. Sinc ha hablado con algunos de estos expertos para entender mejor el alcance del descubrimiento y saber cuándo se podría confirmar. Todas las miradas están puestas en los resultados del satélite Planck.
Licencia : Creative Commons

En marzo pasado se anunció la detección de modos-B de polarización cosmológicos en el fondo cósmico de microondas por parte del equipo de BICEP2 (ver referencias al final). Era la primera prueba de la presencia de ondas gravitatorias generadas por la inflación cósmica que se dio al comienzo del Big Bang.
El resultado estaba respaldado por 7 sigmas de significación estadística, 2 por encima de lo necesario para calificarse como descubrimiento. Parecía que estos y los chicos de la inflación estaban a las puertas del premio Nobel.
Sin embargo, en ciencia hay que ser cautos y esperar la confirmación de un resultado por parte de otros experimentos. Esta semana se han publicado datos de la misión Planck que menoscaban los resultados de BICEP2. Al parecer, la región del cielo observada por BICEP2 no está tan libre de polvo galáctico como se creía y parte o todos los modos de polarización observados no serían de origen cosmológico, sino que se producirían en nuestra propia galaxia.
Los investigadores de BICEP2 usaron los datos de polvo galáctico que había en el momento, parte de ellos procedentes precisamente de la misión Planck, para restar el efecto. Además apuntaban a una zona del cielo que estaba bastante libre de ese polvo. Eliminando la contribución de ese polvo (y de la radiación sincrotrón) obtuvieron el resultado que más tarde salió publicado.

History of the Universe http://bicepkeck.org/visuals.html The bottom part of this illustration shows the scale of the universe versus time. Specific events are shown such as the formation of neutral Hydrogen at 380 000 years after the big bang. Prior to this time, the constant interaction between matter (electrons) and light (photons) made the universe opaque. After this time, the photons we now call the CMB started streaming freely. The fluctuations (differences from place to place) in the matter distribution left their imprint on the CMB photons. The density waves appear as temperature and "E-mode" polarization. The gravitational waves leave a characteristic signature in the CMB polarization: the "B-modes". Both density and gravitational waves come from quantum fluctuations which have been magnified by inflation to be present at the time when the CMB photons were emitted. National Science Foundation (NASA, JPL, Keck Foundation, Moore Foundation, related) - Funded BICEP2 Program http://bicepkeck.org/faq.html Date 18 March 2014, 12:25:47 Source  http://bicepkeck.org/media/History-of-the-Universe-BICEP2.jpg

History of the Universe
http://bicepkeck.org/visuals.html
The bottom part of this illustration shows the scale of the universe versus time. Specific events are shown such as the formation of neutral Hydrogen at 380 000 years after the big bang. Prior to this time, the constant interaction between matter (electrons) and light (photons) made the universe opaque. After this time, the photons we now call the CMB started streaming freely. The fluctuations (differences from place to place) in the matter distribution left their imprint on the CMB photons. The density waves appear as temperature and "E-mode" polarization. The gravitational waves leave a characteristic signature in the CMB polarization: the "B-modes". Both density and gravitational waves come from quantum fluctuations which have been magnified by inflation to be present at the time when the CMB photons were emitted.
National Science Foundation (NASA, JPL, Keck Foundation, Moore Foundation, related) - Funded BICEP2 Program
http://bicepkeck.org/faq.html
Date 18 March 2014, 12:25:47
Source http://bicepkeck.org/media/History-of-the-Universe-BICEP2.jpg

Sin embargo, al parecer, hay más polvo del que se asumió. La señal del polvo galáctico es simplemente más significativa y más complicada de lo que los cosmólogos creían. Aún no se sabe si la señal observada procede del polvo en un 50%, en un 75% o en un 100%. Si fiera un 50% la señal cosmológica sólo se mantendría con 3 sigmas de significación estadística.

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¿Es el espacio-tiempo un fluido?

Estudian el efecto de la viscosidad y disipación en un hipotético espacio-tiempo fluido como propuesta a una teoría cuántica de la gravedad.

Hay un gran problema en la Física Moderna: no tenemos una teoría cuántica de gravedad. Tenemos la teoría cuántica que nos permite explicar bien los objetos muy pequeños y la Relatividad General que nos permite estudiar todo el Universo y las interacciones gravitatorias. Es como si los físicos hablaran dos idiomas muy distintos al describir los fenómenos físicos. Pero si tenemos algo pequeño sujeto a una gran gravedad, como durante el Bi Bang, no podemos describirlo adecuadamente.
Desde hace bastante más de medio siglo se persigue la construcción de una teoría cuántica de la gravedad sin mucho éxito y, lo que es peor, las propuestas que se presentan están muy alejadas de la comprobación experimental. La gran inversión humana y económica realizada en las cuerdas ha incluso retrasado el avance en este campo. Sin embargo en los últimos años ha habido algunas propuestas interesantes. Ahora vamos a ver una de ellas.
La Relatividad General es una teoría clásica (no cuántica) que habla de la gravedad en un lenguaje de métricas del espacio tiempo. Lo que sentimos como gravedad no es más que un espacio curvado por la presencia de materia. La gravedad está, por tanto, ligada a la estructura del espacio-tiempo. Así que una teoría cuántica de la gravedad también lo debe de estar. A la escala de Planck de los 10-33 cm el espacio-tiempo tiene que tener algún tipo de textura, pero no sabemos exactamente cuál. Las distintas propuestas de teorías cuánticas de la gravedad postulan una textura en concreto. Se suele asumir que a esas distancias el espacio-tiempo no es continuo, sino discreto. Habría algo así como unos “átomos de espacio”.
Sería algo parecido a lo que ocurre con la materia. A cierta escala esta hecha de átomos que se rigen por la Mecánica Cuántica, pero a escala humana la materia tiene apariencia continua y una descripción clásica.

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Se detecta, por primera vez, la firma del nacimiento de un agujero negro en una explosión estelar

Aunque se conocía que estos fenómenos eran precursores del nacimiento de los agujeros negros, hasta ahora no se había detectado polarización circular en su luz, la firma inequívoca de su formación

Hace unos once mil millones de años, una estrella con más de cien veces la masa del Sol agotó su combustible y se derrumbó sobre sí misma, proceso que produjo una explosión de rayos gamma -o un GRB, su acrónimo en inglés-, uno de los eventos más energéticos del universo. Su estudio, publicado hoy en la revista Nature, ha permitido detectar por primera vez la firma inequívoca de la formación de un agujero negro.

Esa firma consiste en una vibración específica de la luz conocida como polarización circular. "La luz que recibimos del universo es el resultado de la superposición desordenada de muchas ondas electromagnéticas que vibran aleatoriamente, es decir, luz no polarizada -ilustra Javier Gorosabel, investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC/UPV-EHU) que participa en el hallazgo-. Bajo algunas circunstancias, la luz de algunos astros vibra preferentemente en un plano, dando lugar a luz polarizada linealmente. Pero en este GRB hemos hallado luz que viaja como si fuera un sacacorchos, es decir, polarizada circularmente".

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