lunes, 30 de noviembre del 2020 Fecha
Ir a la página principal Ir al blog

IMPRESIÓN NO PERMITIDA - TEXTO SUJETO A DERECHOS DE AUTOR




En la Red

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Una pequeña entrevista    ~    Comentarios Comments (11)

RSS de la entrada Comentarios Trackback Suscribirse por correo a los comentarios

Aunque no soy muy dado a figurar, cuando recibí la visita de una simpatica señorita de la TV Andaluza y me pido hacer un pequeño reportaje como Bloguero, no me pareció educado el negarme y, así quedó la cosa:

 

 

http://www.youtube.com/watch?v=iJNCkEQVB9s

Ahora, aunque la cosa no ha dado para mucho, al menos me conoceréis mejor en lo personal y, de esa manera, se estrechan lazos con los visitantes de este lugar.

Saludos cordiales amigos.

La expansión del Universo, ¿Y, nuestro futuro?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Otros mundos    ~    Comentarios Comments (2)

RSS de la entrada Comentarios Trackback Suscribirse por correo a los comentarios

 

Si como parece la expansión del Universo se acelera, entonces el procesamiento de información debería desaparecer con el tiempo y cada vez sería menor y más difícil nuestro aceeso para poder saber lo que pasa en regiones tan lejanas en las que se encontrarían las galaxias mientras que los espacios vacíos se hacían más y más grandes cada vez. Algunos grupos de parecen haber comprobado que la expansion del Universo empezó a acelerarse hace sólo algunos pocos miles de millones de años. Pero, supongamos que las pruebas observacionales a favor de la aceleración resultaran ser incorrectas. ¿Qué pasaría entonces?

The Expansion of the Universe

Alguna podríamos estar tentados de preguntar: ¿En qué lugar exactamente ocurrió el Big Bang?, es decir, ¿Cuál es el centro del Universo? Y, al ser la expansión isotrópica y estar el universo expandiéndose en todas las direcciones, no parece que la pueda tener respuesta. En cualquier lugar en el que nos podamos situar veremos siempre lo mismo, ¡el Universo se expande!

Lo más probable y según los conocimientos que hoy tenemos, lo que parece es que el universo se expandirá para siempre y, en esa diatriba  cuesta arriba está inmersa la vida que no quiere desaparecer y se enfrenta, en una batalla , a unos hechos que parecen irreversibles.

La vida necesita diferencias de temperatura, o de densidad, o de expansión en el Universo de las que pueda extraer energía útil haciéndolas uniformes. Si se baza en recursos minerales de energía que existen localmente -estrellas muertas, agujeros negros que se evaporan, partículas elementales que se desintegran-, entonces con el tiempo se encara al problema al que se enfrentan inevitablemente los yacimientos muy explotados: cuesta más extraer los minerales de lo que pueda ganarse con ello.

The Observable Universe

El intenta mostrar el Universo visible. Las galaxias en el Universo tienden a juntarse en los llamados supercúmulos que a su vez están rodeados  por gigantescos vacíos que le dan al universo una apriciencia celular y, debido a que la luz del Universo viaja a una velocidad constante, podemos ver objetos muy lejanos en el universo profundo, cuando éste era muy joven hace ahora unos trece mil nillones de años. En el Universo que para nosotros pudiera parecer infinito, se observan en 14 mil millones de años-luz:

- 25.000 de grupos galácticos.

- 350.000 millones de grandes galaxias.

- 7.000.000.000.000 de pequeñas galaxias.

- 30.000 trillones de estrellasd (3 x 1022).

The <a href=

                 Imagen de galaxias lejanas captadas por el Hubble

Este es el profundo que nos ofrece el Telescopio Espacial Hubble. En Diciembre de 1995 el Telescopio Espacial Hubble estaba apuntando a una zona supuestamente vacia de Ursa Major por diez dias. Esto produjo una de las fotos mas famosas de la astronomia moderna -. Una pequeña parte de la foto obtenida se muestra arriba. Casi todos los objetos mostrados ahí están entre 5 y 10 mil millones de años luz alejados. Las galaxias reveladas son de todas formas y colores, algunas jovenes y azules mientras que otras rojas y viejas.

Los científicos creen saber que la expansión del Universo hará que los seres del futuro lejano tengan que economizar en el uso energético: ¡economizar en vida, de hecho! Y, para reducir el consumo libre de energía pasarán largos períodos en hibernación y se despertarán para procesar durante un tiempo antes de volver al estado inactivo. Claro que, esos procesos conllevan ciertos problemas y necesitan de un despertador infalible que no ponga en peligro la vida de los hibernados.

En la mente de todos están aquellas escenas de algunas películas en las que, los viajeros espaciales tenían que recorrer esas grandes distancias que nos separan de los mundos lejanos en estado de hibernación que…, no siempre ofrecían la seguridad requerida para la vida. Hay que preparar algunos procesos físicos que proporcionen un despertador infalible sin utilizar tanta energía que se pierda el interés general por el período de hibernación y, hasta ahora no está nada claro si puede hacerse para siempre. parece que con el tiempo los gradientes de energía extraída que pueden utilizarse para impulsar los procesamientos de información se hacen ineficaces. Entonces la vida debe a desaparecer.

Por el contrario, si la vida no limita su atención a fuentes de energías locales, la predicción a largo plazo parece mucho más brillante pero, para ello, necesitaríamos contar con unas tecnologías muy avanzadas que nos permitiera salir definitivamente de nuestro pequeño mundo para en otros lugares lo que aquí hemos agotado.

                                                                            ¿Qué nos podremos en otros lugares del Universo?

Parece que el Universo no se expande exactamente al mismo ritmo en todas las direcciones. Existen pequeñas diferencias de velocidad entre unas direcciones  y otras que podráin ser atribuibles a ondas gravitatorias de longitud de onda muy larga, probablemente infinita, que atraviesan el espacio. El desafío para las formas de vida superavanzadas consiste en saber alguna manera para saber aprovechar estas fuentes energías potencialmente ilimitados. Lo extraordinario en esto es que su densidad decrece mucho más lentamente que todas las formas ordinarias de materia a medida que el Universo se expande. Explotando las diferencias de temperaturas creada por radiación que se mueve paralela a la dirección de la expansiòn a ritmos diferentes, la vida puede encontrar una manera de mantener en marcha su procesamiento de información.

                                                    La roca de Unobtanium que el jefe de la empresa tiene exhibida en su .

No sabemos lo que nos puede aguardar en el futuro y nuestra imaginación recrea mundos posibles en los que pudiéramos encontrar una salida a las crisis que se avecinan en el devenir de la Humanidad. Para ningún humano es extraño el tema de los recursos naturales. Desde los años noventa hemos estado escuchando constantemente que los recursos naturales de la tierra se van a acabar, que ya no queda agua, que estamos destruyendo la tierra y suma y sigue. La imagen de arriba nos muestra una escena de la exitosa película y, el que se desarrolle en un futuro en el que debemos viajar millones de años luz para explotar los recursos de otro planeta nos obliga a pensar en nuestro propio contexto presente.

¿Quién sabe lo que a nuestros descendientes les aguarda? En futuro lejano aún en el tiempo, podríamos viajar a otros mundos que tengan sus propias formas de energías más cercanas a la Naturaleza. Mundos que estarían en una más estrecha simbiosis con los seres que lo habitan y que éstos, respetaran su naturaleza que sentirían más cercana que nosotros sentimos la nuestra.

Que no está nada claro nuestro porvenir es un hecho. Lo que sabemos nos habla de lejanas e inevitables catástrofes que ya están en camino: Andrómeda se nos echa encima, el Sol tiene sus días contados, la espada de Damócles de la caída inesperada de un gran meteorito…

Claro que hay un último truco que seres superavanzados podrían escondidos en su manga en éste mundo (universo) nuestro, que parece estar condenado sin remisión, bien por la expansión o por cualquier otra causa. Acordaos de que en 1949, el lógico Kurt Gödel, amigo y colega de Einstein en Princeton, le dio una sorpresa al demostrar que el en el tiempo estaba permitido por la teoría de la gravedad, la relatividad . Incluso encontró una solución a las ecuaciones de Einstein para un universo en el que esto ocurría.

A Slice of the Universe

Sí, lo cierto es que nuestro Universo es muy y nosotros muy pequeños. Sin embargo siempre he dicho que el Universo es casi tan grande como nuestra imaginación y, con tiempo por delante… ¿Quién puede predecir de lo que seremos capaces? ¿Acaso no pueden existir otros universos a los que poder escapar en caso necesario? Si conseguimos seguir aquí podría llegar el día en el que el universo se nos haga pequeño.

Dar el salto, primero a otros mundos y después… ¡a otros universos! Claro que, también nos queda otra posibilidad que no es, nada despreciables. Imaginad que al fin hemos podido dar con el secreto de los viajes en el Tiempo. Simplemente bastaría con viajar una y otra vez al tiempo deseado, aquel que más nos guste o que tenga las más adecuadas y tranquilas para que la vida, no sea vea perturbada. Bastaría con viajar hacia atrás en el tiempo, a una era en la que las condiciones nos fueran más propicias y hospitalarias.

Claro que, no creo que la cosa fuese tan fácil y escapar de ese final termodinámico del Universo por esa vía… ¿No traería complicaciones en las poblaciones que verían llegar a seres del futuro? Y, ¿no sería posible que nos pudiéramos con nuestro Yo futuro que al viajar hacia atrás se encontraría con él en el pasado?

Los viajes en el Tiempo (hacia atrás en el tiempo, se sobreentiende) han sido siempre una cuestión fascinante, ya sea como recurso argumental en la ciencia-ficción, como rompecabezas lógico, o como de estudio en el ámbito de la física o de la filosofía. Uno de los elementos más interesantes de los mismos es la aparición de “paradojas”, situaciones en las que surge una contradicción causal o una incoherencia ontológica.

Un ejemplo del primer tipo es la célebre paradoja del abuelo, en la que un viajero del tiempo se traslada al pasado e impide que sus abuelos se conozcan, por lo que su propia existencia no será posible en el futuro (con lo que es imposible que viajara al pasado a impedir que sus abuelos se conocieran). En cuanto al segundo tipo,  un ejemplo canónico es aquel en el que alguien viaja al pasado con un ejemplar del Quijote y se lo da a Cervantes, que lo publica como obra suya. Y, de esa manera, podríamos describir mil y una situaciones en las que, las incongruencias estarían presentes para dibujar un mundo de locura.

Por otra parte,  y suponiendo que ya contamos con la tecnología necesaria, no sabemos de dónde obtendremos la energía necesaria para abrir un agujero de gusano que nos pudiera trasladar desde el presente. Claro que, de la misma manera que hemos alcanzado el de esa tecnología, también habríamos podido alcanzar los conocimientos que exigen tener fuentes inagotables de energía para proyectos que, como los de viajar en el tiempo exigen.

Tampoco tenemos que perder de las exigencias que dichos procesos de viajar en el Tiempo pudieran exigir de un cuerpo Humano. ¿Estaríamos preparados físicamente para soportarlo, o, por el contrario tendríamos que dejar ese privilegio de viajar en el Tiempo a seres artificiales creados por nosotros?

Lo cierto es que, si en verdad llegáramos a construir una máquina de esas características… ¿Quién se atrevería a viajar por primera vez sin ninguna garantía de regresar? Bueno, en ese sentido y conociendo como somos, os aseguro amigos que la cola de aspirantes sería…¡interminable!

Sin que me de , he pasado de la expansión del Universo a viajar en el Tiempo y es que, como siempre digo… ¡qué imaginación!

emilio silvera

¿Esrá único nuestro Universo?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Universos paralelos    ~    Comentarios Comments (0)

RSS de la entrada Comentarios Trackback Suscribirse por correo a los comentarios

 «

Quinteto de Stephan

Como nunca nadie pudo estar en otro Universo, tenemos que imaginarlos y basados en la realidad del nuestro, ralizamos conjeturas y comparaciones con otros que podrìan ser. ¿Quién puede asegurar que nuestro Universo es único? Realmente nadie puede afirmar tal cosa e incluso, estando limitados a un mundo de cuatro dimendiones espacio-temporales, no contamos con las físicas necesarias para poder captar (si es que lo hay), ese otro universo paralelo o simbiótico que presentimos junto al nuestro y que sospechamos que está situado en ese “vacío” que no hemos llegado a comprender. Sin embnargo, podríamos conjeturar que, ambos universos, se necesitan mutuamente, el uno sin el otro no podría existir y, de esa manera, estaríamos en un universo dual dentro de la paradoja de no poder conocernos mutuamente, al menos de momento, al carecer de los conocimientos necesarios para ello.

Es curioso como un equipo de astrónomos y cosmólogos estudiante la expansión del Universo y tratando de buscar la verdadera causa de dicho comportamiento (las galaxias se alejan las unas de las otras sin una razón aparente, toda vez que, la cantidad de materia bariónica percibida, no sería suficiente para arrastrarlas de esa manera), de manera denodada y pertinaz buscan el por qué se expande el universo de esa manera que no pueden explicar y, en dicha tarea, dicen haber percibido, más allá del supuesto “borde de nuestro Universo” la presencia de algo grande.

Lo único que se me ocurre pensar es en la presencia de otro universo que tira del nuestro por la fuerza de gravedad que genera y, al final del camino, como ocurre con las galaxias, terminiran fusionandose los dos universos. Es simplemente lo que ocurre con las galaxias pero, a escala mayor.

   Imagináis la grandiosidad que está presente en una sola Galaxia como la nuestra. Así el poeta, hablando consigo mismo exclamó:

¡Oh mundo de mundos!

¡Oh vida de vidas!

¿Cuál es tu centro?

¿Dónde estamos nosotros?

¿Habrá más de lo que vemos?

¿Debemos prestar atención a las voces que oímos en nuestras mentes?

El Universo (al menos el nuestro), nos ofrece algo más, mucho más que grandes espacios vacíos, oscuros y fríos. En él podemos ver muchos lugares luminosos llenos de estrellas, de mundos y… muy probablemente de vida. Sin embargo, tenemos la sospecha de que, aparte del nuestro, otros universos podrían rondar por ahí y conformar un todo de múltiples Universos de caracterísiticas diversas y no en todos, sería posible la de estrellas y como consecuencia la Vida.

En nuestras ánsias de querer saber sobre “esa verdad” que incansables perseguimos, hemos realizados innumerables excursiones por todos los senderos conocidos y otros nuevos que hemos dejado abiertos intentanto llegar a entender y explicar si, las fuerzas fundamentales de la Naturaleza y, las Constantes Universales pudieran estar presentes, en otros Universos de la misma manera que en el nuestro. La conclusión ha sido que no. Otros Universos (si existen) podrían ser iguales al nuestro y también, muy diferentes y todo dependería de su momento inicial que es el que determina la de Universo quen será cualquier universo que pudiera llegar a existir.

No es fácil imaginar cómo serían esos otros universos y como llegar

Hemos visto como los cosmólogos contemplan activamente la naturaleza de “otros mundos” en los que las constantes harían la vida imposible. Esto nos plantea la cuestión más profunda de si estos otros mundos “existen” en algún sentido y, si es así, qué los hace diferentes del mundo que vemos nosotros. También ofrece una alternatica al vijeo argumento de que el aparente buen ajuste del mundo para que posea todas aquellas propiedades requeridas para la vida es de alguna forma de un diseño especial. Pues si existen todas las alternativas posibles, debemos encontrarnos necesariamente habitando en una de las que permiten que exista la vida. Y podríamos ir aún más lejos y aventurar la conjetura de que podríamos esperar encontrarnos en el tipo más probable de Universo que sustenta la vida.

“Si pudiéramos saber que nuestro propio Universo era sólo uno entre un indefinido con propiedades cambiantes quizá podríamos invocar una solución análoga al principio de la selección natural; que sólo en ciertos universos, entre los que se incluye el nuestro, se dan las condiciones apropiadas para el surgir de la vida, y a menos que se satisfaga esta condición en otros universos no podría existir observadores para advertir tal hecho.”

 

 

¡No saben lo que se pierden! ¡Pobres universos!

Una de las dificultades de concebir siquiera semejantes multiversos de todos los universos posibles es que hay muchas cosas que podrían ser diferentes. De nuestro estudio de las matemáticas sabemos que existen lógicas diferentes a la que utilizamos en la práctica, en la que los enunciados son o verdaderos o falsos. Análogamente, hay diferentes estructuras matemáticas; diferentes leyes de la Naturaleza posible ; diferentes valores para las constantes de la Naturaleza; diferentes números de dimensiones de espacio y de tiempo; diferentes de partida para el Universo; y diferentes resultados aleatorios para secuencias complejas de sucesos. Frente a ello, la colección de todos los mundos posibles tendría que incluir, como mínimo, todas las permutaciones y combinaciones posibles de estas diferentes cosas. Obtener una comprensión de todo este maremagnum sería pedirnos demasiado (al menos por el momento).

Claro que, concebir Universos con más que el nuestro…se nos hace muy cuesta arriba. Nuestras mentes son tridimensionales y, hemos al añadido de esa cuarta dimensión temporal que nos trajo la relatividad especial pero, cuando tratamos de ir más allá, no asimilamos bien y la visión de ese “mundo” de domensiones extra, no caben en nuestra cabeza. Sin embargo, los números sí lo permiten y pueden configurar mundos de 10, 11 y hasta 26 dimendiones y, en ese mundo teórico-matemático, sí pueden convivir todas las fuerzas de nuestro Universo y allí podemos respuestas que, en nuestro Universo cotidiano cuatridimensional, no podemos hallar.

Lo cierto es que, ya hemos visto lo que puede suceder si se realizaran algunos de esos otros mundos posibles, mundos con más dimensiones u otros valores de las constantes cruciales. Sin embargo, no sabemos si estos diferentes mundos son realmente posibles. Está muy bien contemplar cambios en las constantes de la Naturaleza y las cantidades que definen la forma y el tamaño del Universo. Pero ¿hay realmente universos alternativos permitidos o son tan posibles como los círculos cuadrados? Podría ser que la “Teoría de Todo” sea muy restrictiva cuando se trate de dar permiso de planificación para otros universos.

        Por imaginar que no quede. Nuestras mentes construyen escenarios que…

El hecho de que podamos concebir muchos universos alternativos, definidos por otros valores de las constantes de la Naturaleza, quizá sea simplemente un reflejo de nuestra ignorancia acerca de “la prisión” en la quen está confinada la consistencia lógica que exige una Teoría de Todo. Cuando se trata de comntemplar otros universos tenemos dos formas de abordar el problema. Existe la aproximación conservadora que produce mundos alternativos haciendo pequeños cambios en las propiedades de nuestro mundo; pequeños cambios en los valores de algunas de las constantes de la Naturaleza, propiedades ligeramente diferentes del Universo astronómico, quizá, pero no cambios en las propias leyes de la Naturaleza. Normalmente estos muestran que si “los pequeños cambios” son demasiado grandes hay consecuencias adversas para la existencia de la vida tal como la conocemos. Nuestro tipo de vida puede seguir existiendo si hubiera un cambio de una parte en cien mil millones en el valor de la constante de estructura fina, pensamos nosotros, pero no si hubiera un cambio de una parte entre diez.

 

¿Quién sabe? Con unas constantes diferentes podríamos tener cualquir clase de Universo incluso ¿Alguno en la sombra? Claro que grandes cambios pueden alterar otras cosas como las leyes, la lógica matemática subyacente o el de dimensiones del espacio tiempo. Tiene que concebir tipos de “vida” que ni podemos imaginar, serían completamente nuevos y que podrían existir en ambientes tan diferentes al nuestro que, incluso, teniendolos a nuestro lado, no lo podríamos ver y, claro, al llegar a este punto nos suscita tener que hacer un examen más detallado de qué entendemos por vida, dado que esa vida de ese otro universo, sería tan vida como la del nuestro.

 

Ante todas estas ideas… al contemplar escenas de nuestro mundo como la que arriba contemplamos, no puedo dejar de imaginar lo que pensarían seres de otros mundos que nos pudieran estar contemplando. Fabricamos “colmenas” que nos sirven de habitad y que están adecuadas a las de nuestro mundo. En otros mundos mucho mayores, de tener presente la vida, dada su enorme gravedad, ésta tendría que ser pequeña ¿De insectos quizá?

 

No sería nada visitar otro Universo en cuyos mundos sólo vivieran insectos de dos metros, o, aquellos otros que, poblados de sofisticados robots tuvieran una Sociedad constituida sobre una continuada replicación y su único objetico sería el de poblar mundos y más mundos en los que, como sería lógico pensar, no cabrían otros seres que, como nosotros, venimos de un origen natural que serían, seguramente los seres primigenios del planeta que construyeron a los que hoy dominan esos mundos.

Haber podido conquistar algunos conocimientos que nos hablan de la inmensidad del Universo, de la diversidad de infinitas estrellas y de la multiplicidad de mundos que existen en las galaxias que pueblan el Cosmos, no podemos dejar de imaginar los mundos que, con propiedades diferentes a las de la Tierra, puedan albergar a criaturas que, unas veces habrán alcanzado la consciencia y otras no. Cuando podamos alcanzar la tecnología necesaria para visitar otros mundos que orbitan a estrellas similares y diferentes al Sol, entonces, y sólo entonces, podremos comprender que la vida en el Universo es de muchas maneras y que no estamos solos en tan vasto espacio.

cluster-galaxias

Negarlo no lo podemos negar y, hasta es muy probable que sí puedan existir esos otros Universos. Sin embargo, yo me quedo con el nuestro que, poco a poco,  se va dejando descorrer el velo que esconde sus secretos y estamos llegando a un nivel aceptable de comprensión de lo que su Naturaleza pudiera ser. Ningún Universo como el nuestro para vivir y tratar de llevar a cabo nuestros proyectos de futuro. Y, si finalmente nos vemos abocados a tener que “mudarnos” a uno de esos otros Universos, lo esencial será comprobar antes que, las son exactas o muy parecidas a las del nuestro,

Este escenario evolutivo de nuestro Universo tiene la característica clave de que las físicas en el pasado no eran las mismas que las actuales o las futuras. Hubo épocas en que la vida no podía existir porque había demasiado calor para los átomos; hubo épocas previas a las estrellas y habrá un tiempo en el que todas las estrellas hayan muerto. En este escenario hay un intervalo preferido de la historia cósmica durante el que es más probable que los observadores evolucionen por primera vez y hagan sus observaciones del Universo y, si hemos hecho nuestra tarea, también sabremos de esos otros universos que nos pudieran acoger en ese momento final del nuestro.

¡Es todo tan complicado! ¡Sabemos tan poco!

emilio silvera

Nuevas maneras de mirar el Universo

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Ondas gravitacionales    ~    Comentarios Comments (0)

RSS de la entrada Comentarios Trackback Suscribirse por correo a los comentarios

 

 

Foto

 

Las últimas noticias que llegan sobre descubrimientos del Cosmos, han salido en todos los medios (Aquí El Pais)

“Un equipo internacional de científicos ha detectado los sutiles temblores del universo un instante después de su origen. Un telescopio estadounidense en el mismísimo polo Sur ha logrado captar esas huellas en el cielo que suponen un espaldarazo definitivo a la teoría que mejor explica los primeros momentos del cosmos, denominada inflación y propuesta hace más de tres décadas. Esa inflación fue un crecimiento enorme y muy rápido del espacio-tiempo inicial y, a partir de ese momento, el universo siguió expandiéndose pausadamente, hasta ahora, 13.800 millones de años después. Es la teoría del Big Bang, pero con un complemento fundamental al principio de todo. Como dice Alan Guth, el científico estadounidense que propuso, a principio de los ochenta, la inflación cósmica, “exploramos el bang del Big Bang”.

 

El reportaje es bastante más extenso pero ya todos (supongo) lo habéis visto en los telediarios y demás noticias divulgadas en prensas y revistas. Hace algún tiempo ya que aquí mismo deje un trabajo publicado en la Revista de Física y que versaba sobre el mismo tema, por su actualidad hoy, aquí lo dejo de nuevo. Está referido a esas ondas gravitatorias que estamos buscando para tratar de leer los mensajes que nos envían. Muchos son los autores que nos han hablado de ellas y, por fín, parece que van siendo localizadas.

Ondas gravitatorias que salen de un agujero negro pulsante expandiéndose por el espacio a inconmensurables  distancias, si de las ondas formadas en un tranquilo lago se tratara, las de gravedad, funcionan de forma similar.

         Ondas gravitatorias de un Agujero Negro pulsante (que los hay)

Desde sus comienzos la Astronomía ha dominada por el uso de instrumentos que detectan luz, desde los primeros telescopios ópticos hasta los más modernos detectores de rayos X y gamma. Fruto de este desarrollo han sido grandes descubrimientos que han ido configurando nuestra de comprender el Universo. Durante el siglo pasado se han empezado a desarrollar nuevas formas de Astronomía basadas en mensajeros diferentes a la luz: detectores de rayos cósmicos, de neutrinos y de ondas gravitacionales. Las ondas gravitacionales son una consecuencia de la Teoría General de la Relatividad de Einstein y corresponden a oscilaciones de la geometría del espacio-tiempo que se propagan de similar a las ondas electromagnéticas.

brane_1

                     Tenemos que buscar la manera de “ver” y “detectar” las ondas gravitacionales

La debilidad de la fuerza gravitatoria hace que la detección de estas ondas suponga un gran reto tecnológico. Sin embargo, desde el punto de vista científico son una gran , ya que transportan información prácticamente incorrupta de las fuentes que la generaron, la cual en muchos de los casos es difícil o imposible de obtener por otros medios. Este artículo es una introducción a la Astronomía de Ondas Gravitatorias, a sus métodos, a su estado actual y sobre todo a las grandes perspectivas que ofrece con la apertura de una nueva ventana a la exploración del Universo que tendrá un gran impacto tanto en Astrofísica como en Cosmología e incluso en Física Fundamental.

Dentro del marco de la Física Teórica, la gravedad aparece una de las cuatro interacciones fundamentales, siendo las otras tres la electromagnética y las interacciones nucleares débil y fuerte. Electromagnetismo y gravitación son las dos únicas interacciones de largo rango de acción (en principio ilimitado), en contraposición a las dos interacciones nucleares, cuyo rango de acción está limitado esencialmente a regiones cuyo tamaño es del orden de un núcleo atómico o inferior. Una consecuencia directa de esto es que las interacciones nucleares no pueden transportar información a distancias macroscópicas y por lo tanto no son de utilidad la Astronomía. Las otras dos, electromagnetismo y gravedad, se propagan a través del espacio a la velocidad de la luz, tal y como nos indican las teorías de Maxwell y Einstein respectivamente, y tal como comprobamos en diferentes observaciones y experimentos.

http://www.dogmacero.org/wp-content/uploads/cuerdas_abiertas.jpg

                                                Muchos son los fenómenos que no sabemos entender

Lo que determina la fuerza que estas interacciones producen son su intensidad y las correspondientes susceptibilidades de la materia a ellas, lo que denominamos cargas, la carga eléctrica en el caso electromagnético y la masa en el caso gravitatorio. En la naturaleza observamos que la interacción electromagnética produce fuerzas que son muchos órdenes de magnitud superiores a la de la gravitatoria, que es la más débil de todas las interacciones. Por lo tanto, no es de extrañar que la Astronomía haya dominada completamente por detectores de ondas electromagnéticas y fotones (las partículas cuánticas asociadas a campos electromagnéticos), telescopios ópticos hasta detectores de rayos X y gamma, incluyendo antenas de radio. Gracias a estos instrumentos la Astronomía ha producido grandes revoluciones que han cambiado nuestra percepción del Universo: la Copernicana, que comenzó en el siglo XVI, hasta los descubrimientos en cosmología, que comenzaron en el siglo XX y continúan hoy día.

Gran Nebulosa de Orión

                                  Vistas como esta son posibles gracias a la luz y a los telescopios

Pero no todo lo que se mide u observa en astronomía es luz, hay otros mensajeros que nos informan sobre lo que sucede en diferentes lugares de nuestro Universo: meteoritos, neutrinos, rayos cósmicos (protones, electrones, etc.), ondas gravitatorias. Los meteoritos nos dan información de nuestro entorno local, principalmente del Sistema Solar. Los neutrinos y rayos cósmicos pueden provenir nuestro entorno local hasta galaxias muy distantes. La detección de estas partículas, mediante técnicas similares a las empleadas en aceleradores de partículas, ha dado lugar a una nueva área de investigación muy activa denominada Astropartículas. El mensajero del que trata este artículo son las ondas gravitatorias y su para la investigación astronómica constituye lo que denominamos Astronomía de Ondas Gravitatorias.

Las ondas gravitatorias son una predicción de la Teoría General de la Relatividad (conocida comúnmente como Relatividad General) propuesta por Albert Einstein (1915) para incluir la gravitación en la estructura espacio-temporal propuesta por él mismo en su Teoría Especial de la Relatividad (1905). Uno de los aspectos más destacados de esta teoría es que el espacio deja de ser un simple contenedor  de los fenómenos físicos para convertirse en un objeto dinámico, en el sentido que su geometría cambia conforme a los movimientos y distribuciones de masas y energía. No solo eso, al tiempo físico le sucede algo similar, de que su transcurso también depende de la distribución de masa y energía. En la Teoría de la Relatividad espacio y tiempo aparecen como una única estructura que denominamos espacio-tiempo, cuya geometría está determinada por la distribución de masa y energía, y a su vez,  la geometría determina el movimiento de la materia y de la energía.

La geometría del espaciotiempo que nos da toda la sensación de estar determinada por la presencia de grandes masas de materia que curvan el espacio y distorsionan el tiempo a su alrededor, El Agujero negro es el exponente más claro de esto.

De esta , la gravedad aparece como una manifestación de la geometría espacio-tiempo, una elegante implementación del principio Galileano de que todos los objetos, independientemente de su masa y composición, caen con la misma aceleración. Una consecuencia del carácter dinámico del espacio-tiempo en la Relatividad General es que las oscilaciones de su geometría se propagan como ondas con una velocidad, medida localmente, exactamente igual a la velocidad de la luz. Las ondas gravitatorias, al cambiar la geometría local de las regiones que atraviesan, cambian la distancia física objetos, siendo dicho cambio proporcional a la distancia misma y a la amplitud de ondas. Como en el caso electromagmético este es un efecto transverso, es decir, los cambios en la distancia se producen en el plano perpendicular a la dirección de propagación de la onda gravitatoria. Además, tanto ondas electromagnéticas como gravitatorias tienen dos estados de polarización independientes, aunque en teorías de la gravedad alternativas a la Relatividad General puede haber hasta seis polarizaciones independientes.

Una diferencia importante ondas electromagnéticas y gravitatorias tiene que ver con su generación. En el contexto astronómico, las ondas electromagnéticas se generan por cargas aceleradas (emisión predominantemente dipolar), como por ejemplo electrones, cuyo tamaño es muy inferior al de los objetos de los que forman y como consecuencia, pueden emitir luz en una longitud de onda suficientemente pequeña como para realizar imágenes de objetos astronómicos. En contraste,  las ondas gravitatorias se generan por cambios temporales de la distribución de masa-energía de un objeto (radiación predominantemente cuadrupolar), y por este motivo sus longitudes de onda suelen ser del orden del tamaño del objeto que las genera o mayores, con lo cual no es posible en general realizar imágenes. En ese sentido se podría decir que la Astronomía de Ondas Gravitatorias está más cercana a la Acústica que a la Óptica.

Es previsible que, dos objetos masivos (estrellas de neutrones, por ejmplo) se encuentran y giran el uno alrededor del otro, deben desprender una serie de ondas gravitacionales que, captadas a cientos o miles de años-luz de la fuente, deben contar el suceso al científico experto.

La relativa debilidad de la gravedad es la causa de que las ondas gravitatorias tengan una amplitud relativamente pequeña y que su detección sea una empresa extremadamente complicada. Ondas gravitatorias producidas por fuentes galácticas, la colisión de dos estrellas de neutrones, inducen desplazamientos del orden del tamaño de un núcleo atómico o inferiores en un detector terrestre de un kilómetro de tamaño. La gran ventaja que proporcionan las ondas gravitatorias es que por su débil interacción con la materia transportan información prácticamente incorrupta de las fuentes astronómicas que las generaron.

La construcción de un detector de ondas gravitatorias supone un gran reto tecnológico, y tal empresa no comenzó hasta los años sesenta, con el pionero de Joseph Weber en detectores resonantes. El principio de funcionamiento de estos detectores de basa en que una onda gravitatoria que atraviese un sólido cambiará su tamaño de forma oscilatoria, excitando de esta forma sus modos propios de oscilación. La idea por lo tanto es crear un dispositivo que sea sensible a las oscilaciones del sólido y nos permita extraer la señal gravitatoria que las ha producido. Varios detectores de este tipo, la mayoría con forma cilíndrica, se han construido en varias partes del mundo y, contrariamente a las aseveraciones de detección de Weber en los años 70, no han conseguido hasta la fecha detectar ondas gravitatorias. De hecho, ningún tipo de detector las ha detectado. Entonces, ¿estamos seguros de que las ondas gravitatorias existen? ¿Tenemos alguna evidencia de su existencia?

dibujo20090307gravitationalwaverecreation

 

 

No por falta de empeño y proyectos , todavía no se han observado (directamente) las ondas gravitatorias predichas por la teoría de la relatividad de Einstein, aunque hay importantes evidencias (indirectas) sobre su existencia. Son extremadamente débiles, por lo que observarlas es extremedamente difícil.

La respuesta a estas preguntas es que sí, y el principal argumento nos lo proporcionó el descubrimiento en 1974 del primer pulsar binario, PSR B1913+16, por Russell Hulse y Joseph Taylor, lo que les valió el premio Nobel de Física en el año 1993. Los púlsares son estrellas de neutrones dotadas de un enorme campo magnético que acelera partículas cargadas produciendo la emisión de un haz de radiación electromagnética en la dirección del eje magnético. Como el eje magnético no suele estar alineado con el eje de rotación, emisión electromagnética describe un cono, convirtiendo los púlsares en faros cósmicos. Si nuestro planeta se encuentra en la dirección del cono de emisión del púlsar observaremos una serie de pulsos de radio, que en caso de los púlsares con rotación más rápida se dan con un ritmo tan uniforme que los convierte en relojes de precisión comparable a los relojes atómicos (¡el púlsar más rápido conocido completa más de 700 revoluciones por segundo! El de Hulse y Taylor!).

El primer púlsar binario conocido, PSR 1913+16, fue descubierto en 1974. Consiste en un púlsar que tiene 17 pulsaciones por segundo, en una órbita altamente excéntrica con un período de 7,75 horas alrededor de una segunda estrella de neutrones en la que no se han observado pulsaciones. Cada estrella tiene unas 1,4 masas solares, próxima al límite de Chandrasekhar, y el período orbital se está acortando gradualmente debido a la pérdida de energía a través de radiación gravitacional.

Otro púlsar binario destacable es PSR 1957 + 20, llamado en ocasiones púlsar de la viuda negra, en el que la intensa radiación procedente del pulsar está evaporando su pequeña estrella compañera. Algunos púlsares binarios se saben que son púlsares reciclados que han adquirido altas velocidades de rotación debido a la acreción de gas procedente del compañero.

        Escenas como son corrientes en las galaxias

Esto permite observaciones astronómicas de una precisión sin precedentes. El púlsar de Hulse y Taylor orbita alrededor de otra estrella de neutrones de que el tamaño de la órbita es suficientemente pequeño (la distancia mínima entre ellas es aproximadamente la mitad de la distancia de la Tierra al Sol) como para que estas estrellas tan compactas (tienen una masa un poco inferior a una vez y media la masa del Sol pero un radio de tan sólo unos diez kilómetros) se muevan de forma que los efectos relativistas importen para un descripción precisa de sistema. En concreto, el movimiento orbital periódico de tales masas con velocidades considerables (cientos de kilómetros por segundo respecto del centro de masas  del sistema binario) produce cambios periódicos significativos en la geometría del espacio-tiempo de su entorno. Y estos cambios  periódicos en la geometría no son más que ondas gravitatorias que se propagan en todas las direcciones llevándose consigo energía y momento angular del sistema.

emisión gravitatoria afecta a su vez al movimiento orbital, disminuyendo su tamaño y periodo orbital, tal y como se observa. También se pueden observar otros efectos relativistas como la precesión del periastro de la órbita. Los 35 años de observaciones del púlsar binario de Hulse y Taylor han permitido comprobar que la evolución de su órbita coincide con la predicha por el mecanismo de emisión de radiación gravitatoria de la Relatividad General con una precisión relativa del 0.2%. Actualmente se conocen otros púlsares binarios y algunos de ellos se encuentran en un régimen relativista. El denominado púlsar doble, PSR J0737-3039A/B, un sistema binario compuesto por dos púlsares, se ha convertido recientemente en el mejor test disponible de la Relatividad General, alcanzado precisiones relativas del 0.05%.

Detector LIGO de ondas gravitatorias

Uno de los dos detectores LIGO, situado en Livingston (Luisiana), con brazos de cuatro kilómetros de longitud.- LIGO/CALIFORNIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY. Se han ideado para localizar las ondas gravitacionales que vienen del pasado salidas de sucesos como el big bang o agujeros negros que colisionan, estrellas de neutrones que se fusionan y otros eventos cosmológicos que nos pueden contar muchas cosas del Universo que ahora no conocemos.

Estos descubrimientos han contribuido a impulsar el desarrollo de detectores de ondas gravitatorias, y los que hoy en día han alcanzado una mayor sensibilidad son los llamados detectores interferométricos. Son básicamente interferómetros del tipo Michelson-Morley dispuestos en una de L y el concepto de funcionamiento es relativamente simple: cuando una onda gravitatoria incide perpendicularmente al plano del detector produce cambios en la longitud de los brazos del interferómetro, de forma que mientras uno se acorta el otro se alarga y viceversa. Estos cambios dan lugar a interferencias de las cuales se puede inferir el patrón de las ondas gravitatorias que han atravesado el detector. Actualmente hay varios detectores interferométricos terrestres en operación: LIGO en los Estados Unidos (dos de 4 km y uno de 2 km de brazo); VIRGO en Italia con participación de varios países europeos (3 km de brazo); GEO600 en Alemania con participación británica (600 m de brazo). Aparte hay varios proyectos en desarrollo en diversas partes del planeta, como por ejemplo el LCGT en Japón 83 km de brazo), un ambicioso proyecto recientemente aprobado que sustituye al anterior detector TAMA y al prototipo CLIO, y que se convertirá en el primer detector interferométrico de tipo criogénico. La banda de frecuencias a la que operan está contenida en el rango 10- 10000 Hz. A frecuencias más bajas están limitados por ruido sísmico y el gradiente gravitatorio, mientras que a frecuencias más altas están limitados por el ruido de los fotodetectores.

Observatorio de ondas gravitatorias con Interferómetro Láser (LIGO) ubicado en Louisiana&Washington, USA
Observatorio de ondas gravitatorias con Interferómetro Láser (LIGO)

Pese a que no se han realizado aún detecciones, observaciones de LIGO han servido producir nueva ciencia mediante el análisis de las consecuencias de las no detecciones al nivel de sensibilidad actual. Se pueden destacar dos resultados: (1) En la constelación del Cangrejo hay un púlsar joven resultado de una supernova (explosión de una estrella). La frecuencia rotacional de púlsar disminuye con el tiempo. LIGO ha limitado a un 4% la contribución de una hipotética emisión de radiación gravitatoria, lo cual excluye diversos modelos astrofísicos que trataban de explicar fenómeno. (2) La teoría cosmológica de la gran explosión (Big Bang) requiere una fase primitiva de gran expansión del Universo que daría lugar, entre otras cosas, a un fondo de radiación gravitatoria. Las observaciones de LIGO han puesto límites a la densidad de energía almacenada en este fondo, mejorando los límites impuestos por la teoría de de elementos primordiales, parte a su vez del modelo estándar de la Cosmología. Durante el presente año, tanto LIGO como VIRGO pararán las operaciones para incorporar tecnología avanzada: mejora de los sistemas de vacío, láseres de precisión más potentes y mejoras de los sistemas ópticos y mecánicos. Con esto se logrará una mejora de un orden de magnitud en la sensibilidad, lo cual equivale a aumentar en tres órdenes de magnitud el volumen del cosmos que cubrirán. Al mismo tiempo se realizará la construcción del detector criogénico LCGT en la mina de Kamioka (Japón). Una vez estos modelos avanzados entren en operación se espera que realicen detecciones de radiación gravitatoria con un ritmo, de acuerdo con los pronósticos astrofísicos sobre la información de las fuentes de ondas gravitatorias relevantes, de 10-1000 eventos por año.

      En lugares como este, la gravedad interviene formar estrella

Las principales fuentes astrofísicas y cosmológicas para estos detectores terrestres son: colisiones de sistemas binarios formados por agujeros negros estelares y/o estrellas de neutrones; oscilaciones de estrellas relativistas; supernovas; fondos cosmológicos de diverso origen. Estas observaciones revelarán información clave para entender la de objetos compactos estelares, la ecuación de estado de estrellas de neutrones, la validez de la Relatividad General, etc.

Por otra parte, la Agencia Europea del Espacio (ESA) y la Administración Nacional para el Espacio y la Aeronáutica norteamericana (NASA) colaboran en la construcción de un observatorio espacial de ondas gravitatorias, la Antena Espacial de Interferometría Láser (LISA), que se espera que se lance durante la década de 2020. Hay dos motivos de peso para construir un observatorio espacial. El primero es cubrir la banda de bajas frecuencias, en el rango 3x10⁻⁵ – 0.1 Hz, inaccesible a los detectores terrestres. El segundo es que banda de frecuencias da acceso a fuentes de ondas gravitatorias y a una ciencia completamente diferente, con muchas más implicaciones para el panorama de la Astrofísica y la Cosmología. LISA se compone de tres naves espaciales dispuestas en un triángulo equilátero, de 5 millones de kilómetros de lado, y que siguen una órbita alrededor del Sol. Para que la dinámica propia de cada nave preserve lo más posible la configuración triangular, esta ha de estar inclinada 60º respecto del plano de la eclíptica. De esta el triángulo gira sobre su baricentro una vez por año/órbita, lo cual introduce una modulación en las señales gravitatorias que es muy útil para localizar los objetos que las emitieron. LISA es una misión con una tecnología muy novedosa y exigente que una misión precursora de la ESA, LISA PathFinder, se encargará de demostrar. Nuestro grupo en el Instituto de Ciencias del Espacio (CSIC-IEEC) participa en el desarrollo de esta misión contribuyendo con algunos instrumentos fundamentales, como por ejemplo el ordenador que controlará el denominado LISA Technology Package,  el conjunto de experimentos que LISA PathFinder realizará.

LISA hará sus observaciones en un intervalo de frecuencia bajo que no es posible con detectores basados en la Tierra. Estos detectores están afectados por el ruido ambiental de la Tierra, causado por los terremotos y otras vibraciones, y sólo pueden hacer observaciones a frecuencias mayores de 1 hertzio. Sin embargo, los detectores terrestres, tales como el Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser (LIGO) o VIRGO, y LISA se complementarán. En el espacio, LISA “oirá” el ruido sordo largo y bajo de las ondulaciones del espacio-tiempo. En la Tierra, LIGO y otros sistemas “oirán” las ondulaciones del espacio-tiempo de frecuencia más alta. LISA observará los binarios miles de años antes de que éstos choquen. Los detectores terrestres observarán otros binarios justo antes de chocar, cuando sus velocidades orbitales son mucho más altas. Se necesitan ambos tipos de observatorios para oír el amplio espectro de ondulaciones en el espacio-tiempo.

Pasando a la científica de LISA, uno de los principales puntos a resaltar es el hecho de que actualmente LISA es el único proyecto de detector de radiación gravitatoria del que conocemos fuentes garantizadas. Se trata de sistemas binarios galácticos con periodos inferiores a 2 horas, conocidos como binarias de verificación ya que serán muy útiles para la calibración de LISA. Además, se espera que LISA observe principalmente las siguientes fuentes de ondas gravitatorias: Sistemas estelares binarios en nuestra galaxia y algunos extragalácticos. LISA detectará varios millones de estos sistemas, la mayor de los cuales formarán un fondo de radiación gravitatoria y los más brillantes podrán resolverse y separarse de este fondo. Caída orbital y colisión de agujeros negros supermasivos. Las observaciones astronómicas nos proporcionan evidencia de que prácticamente todas las galaxias contienen un agujero negro en su núcleo central y que estas, a lo largo de su historia, han sufrido varias colisiones con otras galaxias. Cuando dos galaxias colisionan para formar una nueva, sus respectivos agujeros negros migran hacia el nuevo núcleo debido a la fricción dinámica, donde forman un sistema binario cuya órbita, a partir de un determinado momento, se reducirá por emisión de radiación gravitatoria hasta la colisión final, que resultará en la de un único agujero negro.

http://farm5.static.flickr.com/4147/5205806307_4ddf91034b.jpg

Un equipo, con participación del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), ha descubierto, por casualidad, una docena de sistemas estelares binarios con peculiaridades jamás vistas. Se trata de sistemas compuestos por pares de enanas blancas más ligeras de lo habitual y que, según sus cálculos, acabarán fusionándose en un único objeto.

LISA será capaz de detectar todas estas colisiones dentro de nuestro Universo observable. La captura y posterior caída orbital de objetos estelares compactos (enanas blancas, estrellas de neutrones, agujeros negros estelares) hacia agujeros negros supermasivos. En el núcleo galáctico, en torno a los agujeros negros supermasivos, hay una gran concentración de objetos estelares compactos. Eventualmente, y debido a interacciones gravitatorias entre ellos, uno de estos objetos estelares puede ser capturado por la gravedad del agujero negro supermasivo e una larga caída en espiral hacia este (debido a la emisión de radiación gravitatoria del sistema) hasta ser finalmente absorbido por él. Esta caída es lenta. De tal forma que LISA podrá detectar la radiación gravitatoria emitida durante cientos de miles  de órbitas durante el último año de uno de estos sistemas, y esto supone que podremos extraer sus parámetros físicos co una gran precisión. Fondos de radiación gravitatoria de origen cosmológico. De acuerdo con esa mayoría de mecanismos teóricos que los predicen, el espectro de estos fondos es muy amplio (en algunos casos es plano o ligeramente inclinado) y pueden ser observados por detectores que operen en diferentes partes del espectro gravitatorio.

La detección de las fuentes descritas permitirá desarrollar una ciencia muy amplia y revolucionaria, que influenciará tanto la Astrofísica y la Cosmología como la Física Fundamental. Sobre la ciencia que se espera desarrollar con LISA podemos destacar: comprensión de la dinámica de los núcleos galácticos; comprobar la validez de diferentes modelos de de galaxias; comprobar si los agujeros negros son como los describe la Relatividad General (caracterizados únicamente por su masa y momento angular intrínseco); poner a prueba teorías alternativas a la Relatividad General; etc.

Aparte de los detectores de ondas gravitatorias descritos, se ha propuesto otra de detectar ondas gravitatorias basada en el ajuste temporal (timing)  de un conjunto de púlsares con periodos del orden de milisegundos. Cuando una onda gravitatoria pasa a través de la región entre los púlsares y la Tierra produce cambios en los tiempos de llegada de los pulsos. Con una tecnología adecuada, un buen de púlsares (un par de decenas) y un tiempo de observación suficientemente largo (unos diez años), la presencia de ondas gravitatorias, en la banda ultra baja, entre 10⁻⁹ y 10⁻⁷ Hz, puede ser detectada. Las fuentes en banda incluyen los agujeros negros más masivos, con masas superiores a cientos de millones de veces la masa del Sol, y fondos de radiación gravitatoria de origen diverso.

La Astronomía de Ondas Gravitatorias se inició durante la segunda mitad del siglo pasado y ha de tener su época de esplendor a lo largo de la primera mitad del presente, con la puesta en funcionamiento de la segunda generación de detectores terrestres como LIGO, VIRGO, Y LCGT, con el futuro observatorio espacial LISA, con la observación de múltiples púlsares y con el desarrollo de proyectos de tercera generación que están siendo actualmente debatidos y diseñados. Cada vez que en Astronomía se ha abierto una nueva ventana a la exploración del Universo (infrarroja, radio, rayos X, rayos gamma, etc.) se han realizado grandes descubrimientos. Muchos de ellos han consistido en la aparición de nuevos objetos astronómicos y/o nuevos fenómenos físicos, la mayoría de veces de forma inesperada. La Astronomía de Ondas Gravitatorias abrirá una nueva ventana usando una nueva herramienta, un mensajero cósmico, la gravedad, y con ello nos esperan nuevas sorpresas y grandes descubrimientos que pueden cambiar nuestra forma de ver el Universo.

Excepto algunos adornos personales.

La Fuente: Revista de Física, volumen 25 nº 2/2011

Autores: Alberto Lobo y Carlos F. Sopuerta