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De cuerdas y Galaxias

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Astronomía y Astrofísica    ~    Comentarios Comments (8)

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File:NeilTurok1990.jpg

Niel Turok, un joven físico teórico que dará que hablar

Algunas de las grandes Teorías Unificadas y Teorías de Supersimetría predicen la formación de cuerdas en la congelación del segundo 10-35. Y aunque las diversas teorías no predicen cuerdas idénticas, predicen cuerdas con las mismas propiedades generales. En primer lugar, las cuerdas son muy masivas y muy delgadas; la anchura de una cuerda es mucho menor que la de un protón, pongamos por caso. Las cuerdas no llevan carga eléctrica, así que no interaccionan con la radiación como las partículas ordinarias. Aparecen en todas las formas; largas líneas ondulantes, lazos vibrantes, espirales tridimensionales, etc. Está claro que las cuerdas son candidatos perfectos para la materia oscura. Ejercen una atracción gravitatoria, pero no pueden ser rotas por la prsión de la radiación en los inicios del universo.

Las cuerdas podrían estar presentes por todo el Universo ramificadas por el espacio

Una vez que se han formado las cuerdas estables, durante largo tiempo, como veremos. Desde el momento de su formación en el segundo 10-35, constituyen un entorno masivo, apelmazado, contra el que se desarrolla la evolución de las partículas, núcleos y átomos. Como no son afectadas por la presión de la radiación,  como el plasma, pueden servir como núcleos de condensación -las semillas- para la formación de galaxias, cúmulos galácticos y supercúmulos, siempre que puedan sobrevivir lo necesario para hacerlo (se estima que el espesor de una cuerda es de 10-30 cm, comparados con los 10-13 de un protón).

Otras cuerdas están en La Teoría M de E. Witten que nos explica muy bien las implicaciones de las cuerdas en el contexto del Universo, y, ademas, lleva implícita la Gravedad Cuántica que tantos físicos buscan desde hace mucho tiempo para explicar cuestiones que hasta el momento carecen de ella.

Pero sigamos hablando de la idea de cuerdas cósmicas de las que, su principal portavoz es Niel Turok del Imperial Collegue de Londres. Turok pasa gran parte de su tiempo en Estados Unidos en la Univesidad de Virginia, y, ha hecho del desciframiento de la conducta de las cuerdas cósmicas el trabajo de su vida. Trabaja en las complejas ecuaciones de la teoría de campos cuánticos que describen dichas cuerdas. Su enfoque es admirable por su integridad: en lugar de seguir el camino normal desarrollando la conducta de las cuerdas y dejando a otros hallar los efectos que las cuerdas tienen sobre el problema de las galaxias, Turok y los jovenes que le rodean han decidido aprender cosmología. No es frecuente que los investigadores, en el calor de la exploración de nuevos territorios, encuentren tiempo para educarse así mismos de esta manera. Aún es más infrecuente que el hecho de que el más duro crítico de las cuerdas cósmicas P.J.E. Peebles, de Princeton, haya estado actuando como su tutor.

El misterioso “universo” de los campos cuánticos

Sustentadas en las cuerdas cósmicas como semilla y punto de apoyo, según la teoría, se pueden formar las galaxias y las grtandes estructuras del Universo que conocemos.

La imagen que emerge del trabajo de Turok parece llevar a la solución de muchos de los problemas que actualmente tenemos planteados y, además, son fáciles de visualizar en las simulaciones por ordenador que dan el resultado esperado de que, durante la congelación GUT, los defectos formaron una larga y continua cadena de esos segmentos de cuerdas masivas que se enrollaron por todo el espacio, moviéndose a velocidades relativistas. Cuando la cuerda primordial se cruzó sobre sí misma, el trabajo de Turok nos mjuestra que las cuerdas se separaron y se rompieron.

Por tanto, despues de un corto tiempo, el universo estaba lleno de trozos de diferentes formas de cuerdas cósmicas. Algunas eran líneas sepenteantes suavemente onduladas. Tal cuerda atraería la materia alrededor en un plano al ondular hacia adelante y hacia atrás. Una forma más corriente de cuerda era un lazo cerrado que, al atraer a la materia que era empujada hacia el lazo se reunía en un cúmulo esférico o cilíndrico.

La cuerda era el soporte principal al que se iba adhiriendo la amteria para conformar los objetos del Universo, las estructuras más grandes

Es posible que las cuerdas cósmicas nos den una visión particularmente atractiva del universo y nos hace pensar en que, en el núcleo de cada galaxia hay una cuerda cósmica que, como el esqueleto de nuestros cuerpos, es la que la mantiene firme tal como la podemos contemplar y hace posible su existencia. Sin embargo, la teoría nos dice que las cuerdas cósmicas (como todo en el universo), tienen un tiempo de vida que una vez cumplido, desaparecen.

Está claro que la cuerda cósmica tal y como la presenta la teoría, es todo energía. Cuando comienza a despedir ondas gravitatorias, el proceso sigue hasta que la cuerda se ha radiado a si misma simplemente fuera de la existencia. Cuando su energía se agota, no queda nada. Por tanto sería posible utilizar las proporciones de pérdida de energía que predice la teoría de la relatividad general para calcular cuanto tiempo durará la energía almacenada en cualquier cuerda cósmica.

De hecho hubo un período de nervios cuando en cierto tiempo pareció que la cuerda cósmica tendrían una vida demasiado corta para poder realizar su trabajo de formar las galaxias, que romperían los anillos y se radiarian así misma fuera de la existencia antes que la materia y la radiación y la materia ordinaria se desparejaran. Sin embargo, los nuevos cálculos parecen mostrar ahora que los anillos capaces de formar las semillas de las galaxias durarían lo suficiente para llevar a cabo su función.

Claro que estas teorías de cuerdas, como tantas otras antes que ella, también han desarrollado una gran avalancha de excepticismo que es mostrado por algunos en esos momentos de la última cerveza en charlas distendidas entre compañeros físicos y cosmólogos que están unidos por esa curiocidad por saber si, en realidad, esas cuerdas han existido alguna vez. Y, esos excepticos, en verdad, no eran más duros en las críticas a las teorías de los demás que con las suyas propias.

Pero claro, nunca se debe decir que no. Hay maneras de comprobar las evidencias, al menos dos. Una, la llamada lente gravitatoria, se apoya en los efectos que las cuerdas cósmicas tendrían sobre la luz de las galaxias distantes. El otro método, algo más indirecto, implica la búsqueda de ondas gravitatorias despedidas por las cuerdas al comienzo de la vida del Universo.

La lente gravitacional es el Efecto en el que los rayos de luz son doblados por el campo gravitacional de un objeto masivo (en este caso serían las cuerdas cósmicas las responsables), también las galaxias y los agujeros negros producen el efecto de Lente gravitacional.

 

Las ondas gravitatorias están siendo buscadas por varios programas y proyectos construídos para tal fin, como LIGO y otros, y, hasta el momento, no parece que se haya tenido muchos resultados a pesar de que, la teoría nos dice que las cuerdas cósmicas emitían una gran cantidad de radiación gravitatoria en los primeros días del Universo. Sin embargo, sí se ha localizado la radiación cósmica del fondeo de microondas y las ondas gravitacionales no.

Está claro que la idea de la cuerda cósmica es sugestiva y nos podría explicar (por fín) como se pudieron formar las galaxias. La gran masa de la cuerda apunta a que debieron ser creadas muy pronro en la vida del Universo, probablemente mucho antes que la materia ordinaria cuando las temperaturas eran muy altas y había disponible mucha energía para formar objetos exóticos.

Si en verdad estuvieron allí, no lo podemos saber a ciencia cierta, y, se trabaja en la búsqueda de pruebas irrefutables que nos confirmen su presencia y su trabajo y contibución en la formación de las grandes estructuras del Universo.

 

 

Las grandes estructuras de nuestro Universo se pudieron haber formado a partir de unas semillas (cuerdas cósmicas) de gran densidad que atraían a la materia ordinaria para formarlas, y, de esa manera, pudieron haberse formado las galaxias y estrellas del cielo. De momento, ninguna explicación mejor que esa nos puede aclarar esa incognita que persiste desde siempre y que, en no pocas ocasiones, produce verguenza a los cosmólogos que, en realidad, no saben qué contestar a una simple pregunta:

¿Cómo se formaron las galaxias?

emilio silvera

 

  1. 1
    Ernesto
    el 8 de agosto del 2011 a las 15:49

    Muy buenas tardes, quisiera que me aclaren una cosilla, si es posible, ¿en el centro de cada galaxia hay un agujero negro?.

    Muchas gracias por la prediscposición otorgada. Saludos Cordiales…
    Atte. Ernesto Weich.

    Responder
    • 1.1
      nelson
      el 9 de agosto del 2011 a las 4:27

      Hola muchachada.

      Hola Ernesto, amigo y compatriota nuestramericano.

      Efectivamente, leo en Wikipedia:

      “La radiofuente Sagitario A parece estar ubicada casi exactamente en el centro galáctico, y contiene una potente y compacta fuente deondas de radioSagitario A*, la que podría ser un agujero negro supermasivo ubicado en el centro de la Vía Láctea.
      Es de suponer que el disco de acreción gaseoso está emitiendo suficiente energía para alimentar la fuente de estas poderosas ondas. Un estudio de 2008 realizado con radiotelescopios en HawaiiArizona y California (VLBI) reveló que, en promedio, el diámetro de Sagitario A*alcanza las 0,3 UA4 (unos 44 millones de kilómetros), bastante más grande de lo que mediría el agujero negro. Este último sería demasiado pequeño para ser visible con la instrumentación disponible actualmente.
      En diciembre de 2008, científicos del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre en Alemania anunciaron que lograron confirmar la existencia del agujero negro supermasivo en el centro de la galaxía, mediante el uso de telescopios chilenos. El agujero negro en cuestión tendría una masa equivalente a cuatro millones de masas solares.

      Saludos cordiales para tod@s. 

      Responder
      • 1.1.1
        nelson
        el 9 de agosto del 2011 a las 4:38

        Bueno…imterpreté mal la pregunta del amigo Ernesto…contesto otra cosa…por lo que aprovecho que está pendiente de moderación para solicitar la eliminación de estos dos comentarios, con las debidas disculpas.

        Saludos cordiales. 

        Responder
    • 1.2
      emilio silvera
      el 9 de agosto del 2011 a las 7:33

      Señor Weich:
      Como sabe las galaxias son sistemas de estrellas, a menudo de gas y polvo interestelar, unidas por la Gravedad. Las galaxias son las principales estructuras visibles del Universo y varían desde las enanas con menos de un millón de estrellas hasta las supergigantes con cientos de miles de millones de estrellas y un diámetro desde unos pocos cientos hasta más de 600.000 años-luz. Se pueden encontrar aisladas o en pequeños grupos, como nuestro Grupo Local de Galaxias, o en grandes cúmulos como, por ejemplo, el Cúmulo de Virgo.
      Por otra parte, existen muchas clases de galaxias dentro de las tres ramas conocidas (espirales, elípticas e irregulares) entre las que destacan las galaxias head-tail, anular, binaria, compacta, con bajo brillo superficial, con envoltura, cuasi-estelar, de anillo polar, de disco, de tipo tardío, de tipo temprano, enana, enana compacta azul, esferoidal enana, espiral anémica, espiral barrada, interaccionante, lenticular, peculiar,. starburst, primordiales y alguna más.
      Su pregunta: ¿en el centro de cada galaxia hay un agujero negro?.
      Hasta donde sabemos, en la mayoría de los centros galácticos existen grandes Agujeros Negros formados por el colapso de estrellas masivas que al final de sus vidas se transforman en esos exóticos objetos que pueden ir aumentando su masa mediante el material existente en sus alrededores que cae por acreción, pudiendo ser la energía liberada en ese momento la responsable de la actividad observada en galaxias y quasars.
      Esto no quiere decir que absolutamente en todos los centros galácticos existan agujeros negros, sin embargo, la probabilidad de que así sea es grande, ya que, las estrellas masivas más viejas se encuentran en esos lugares y, la lógica nos dice que allí se encuentra el lugar que, con más certeza, se pueden formar.
      Independientemente de los centros glácticos, los agujeros negros se pueden formar por el colapso de otros objetos supermasivos que, aparte de estrellas, existen en el Universo, los candidatos más lógicos serían esas nubes de gas supermasivas que tanto abundan en las distintas regiones de las galaxias, y, al decir supermasivas quiero decir mayores de 105 masas solares. Muy cercano al Centro de nuestra Galaxia, en la Constelación de Sagitarius A, una región altamente compleja consistente en un núcleo central de unos 50 a.l. de diámetro conectado a una banda de filamentos arqueados y paralelos de más de 300 a.l. de longitud que cruza en ángulo recto el plano galáctico donde existe una componente muy compacta en el mismo corazón del núcleo central y que se cree que marca el centro físico de la Galaxia. Es semejante al núcleo de las galaxias activas y puede contener un agujero negro masivo de varios millones de masas solares.
      Salvo mejor parecer.
      Un saludo.

      Responder
    • 1.3
      Ernesto
      el 9 de agosto del 2011 a las 14:43

      Les agradezco la información que me han dado respecto a la pregunta que les había hecho, realmente me aclararon bastante la duda tenía, muchas gracias Sres. Emilio y Nelson.

      Excelente blog lo visitaré más seguido para seguir aprendiendo sobre nuestro Universo entre otras cuestiones de importancia. Saludos!
      Atte. Ernesto Weich.

      Responder
      • 1.3.1
        emilio silvera
        el 10 de agosto del 2011 a las 6:18

        Amigo Weich, por aquí el personal es bastante amable y siempre dispuesto a colaborar, Nelson es el mejor exponente de ello. Le esperamos por aquí con más frecuencia
        Un saludo.

        Responder
  2. 2
    Ramon Marquès
    el 8 de agosto del 2011 a las 20:05

    Hola Hemilio: Bien pudiera ser que fueran las cuerdas las que interactuaran con el espacio para producir la gravedad y la masa. Me gustaría saber más de las propiedades energéticas de las cuerdas.
    Amigo Emilio, un fuerte abrazo.Ramon Marquès 

    Responder
    • 2.1
      emilio silvera
      el 10 de agosto del 2011 a las 6:34

      Amigo Ramón, según nos dice esta teoría de las cuerdas cósmicas, éstas se extienden sobre grandes regiones del Universo, incluso se podría decir que atraviesan todo el universo como un hilo atraviesa un collar de perlas y, por lo que dicen todos los indicios parece que al ser muy masivas, también lo son energéticamente hablando y, según los cálculos realizados para sostener un trozo de cuerda cósmica del tamaño de un grano de arena se necesitaria una fila de camiones volquetes que diera ocho veces la vuelta al ecuador.
      A causa de su increíble masa, la cuerda ejerce una fuerte atracción gravitatoria sobre el material que la rodea. Por consiguiente está perfectamente adaptada para desempeñar el papel de “materia oscura” en la formación de estructuras a gran escala del Universo.
      Como debes haber comprendido ya, estas cuerdas cósmicas no tienen nada que ver con aquellas otras cuerdas de la mecánica cuántica situadas en diez y once dimensiones, sólo les une el nombre.
      Es gran masa de la cuerda nos habla de su creración temprana en el universo primitivo, cuando las temperaturas eran altas y había mucha energía disponible para formar objetos exóticos. Está claro que, en la actualudad, el Universo no tiene las condiciones de “fabricar” cuardas cósmicas. Además, no sólo son las cuerdas más masivas que cualquier cosa que podamos crear, sino que, si existen, sería materia en una forma totalmente nueva y su densidad nos hace pensar en cómo podría entrar allí la realtividad especial con su E =mc2, la mayor parte4 de las situaciones de equivalencia masa-energía no causa dificultades. Sin embargo, con la cuerda cósmica tenemos que confrontarla a un nivel fundamental, lo que dista mucho de ser fácil.
      Muchas son, las sorpresa que nos esperan.

      Responder

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