viernes, 14 de agosto del 2020 Fecha
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El Universo increíble

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en El Universo asombroso    ~    Comentarios Comments (3)

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universo

 

 

 

En lugares como este, los astrofísicos encuentran un lugar ideal para estudiar sus componentes como si de un Laboratorio natural se tratara. Moléculas de diversos pelajes y elementos aquí presentes que sorprenden en no pocas ocasiones al ver que, en este medio inhóspito de radiación y viento estelares, pueden surgir los ingredientes necesarios para la vida. Los astrónomos tienen localizadas una buena variedad de Nubes Moleculares Gigantes. Son Nubes masivas de gas y polvo interestelar compuesto fundamentalmente por moléculas. Su diámetro típico es de más de 100 años-luz y las masas varian entre unos pocos cientos de miles hasta diez millones de masas solares.

                     Las primeras estrellas aparecieron después de cientos de millonesde años

 

Al principio, cuando el universo era simétrico, sólo existía una sola fuerza que unificaba a todas las que ahora conocemos, la gravedad, las fuerzas electromagnéticas y las nucleares débil y fuerte, todas emergían de aquel plasma opaco de alta energía que lo inundaba todo. Más tarde, cuando el universo comenzó a enfriarse, se hizo transparente y apareció la luz, las fuerzas se separaron en las cuatro conocidas, emergieron los primeros quarks para unirse y formar protones y neutrones, los primeros núcleos aparecieron para atraer a los electrones que formaron aquellos primeros átomos.Doscientos millones de años más tarde, se formaron las primeras estrellas y galaxias. Con el paso del tiempo, las estrellas sintetizaron los elementos pesados de nuestros cuerpos, fabricados en supernovas que estallaron, incluso antes de que se formase el Sol. Podemos decir, sin temor a equivocarnos, que una supernova anónima explotó hace miles de millones de años y sembró la nube de gas que dio lugar a nuestro sistema solar, poniendo allí los materiales complejos y necesarios para que algunos miles de millones de años más tarde, tras evolucionar a partir de la “materia inerte”,  apareciéramos nosotros.

Todo en el Universo tiene un principio y un final y, el mismo universo tuvo que nacer y evolucionar para que hoy podamos contemplar, mediante nuestros sofisticados telescopios, un universo en expansión lleno de galaxias que contienen estrellas nuevas y viejas estrellas, muchas de ellas rodeadas de mundos que, aún no hemos podido determinar de qué criaturas estarán poblados muchos de ellos.

Antes de alrededor de un minuto y cuarenta segundos desde el comienzo del tiempo,  no hay núcleos atómicos estables.  El nivel de energía en el ambiente es mayor que la energía de unión nuclear. Por consiguiente, todos los núcleos que se forman, se destruyen rápidamente.

Alrededor de un segundo desde el comienzo del tiempo, llegamos a la época de desacoplamiento de los neutrinos.  Aunque en esa época el Universo es más denso que las otras (y tan caliente como la explosión de una bomba de hidrógeno), ya ha empezado a parecer vacío a los neutrinos.  Puesto que los neutrinos sólo reaccionan a la fuerza débil, que tiene un alcance extremadamente corto, pueden escapar de sus garras y volar indefinidamente sin experimentar ninguna otra interacción.

 

 

Aunque parezca mentira, al día de hoy no sabemos, a ciencia cierta, como se formaron las galaxias y si el Big Bang, el modelo de universo que hemos adoptado, es cierto. Es decir, si fue realmente lo que ocurrió aquí para que naciera nuestro universo, o, por el contrario, este pudo surgir de una fluctuación de vacío que rasgo el espacio-tiempo en otro universo. Pero, sigamos con la historia.

Así, emancipados, en lo sucesivo son libres de vagar por el Universo a su manera indiferente, volando a través de la materia como si no existiese. (Diez trillones de neutrinos atravesarán sin causar daños el cerebro y el cuerpo del lector en el tiempo que le lleve leer esta frase.  Y en el tiempo en que usted haya leído esta frase estarán más lejos que la Luna).

En menos de un siglo, el neutrino pasó de una partícula fantasma – propuesta en 1930 por el físico austríaco Wolfgang Pauli (1900-1958) a explicar el balance de energía en una forma de radioactividad,  el llamado decaimiento beta, en una sonda capaz de escrutar el interior de estrellas y de la propia Tierra.

Decaimiento β- de un núcleo. Se ilustra cómo uno de los neutrones se convierte en un protón que a la vez que emite un electrón  (β-) y un antineutrino electroníco. Es un proceso mediante el cual un nucleido o núcleo inestable  emite una partícula beta (un electrón o positrón) para compensar la relación de neutrones y protones del núcleo atómico.  Esta desintegración viola la paridad.

De esa manera, oleadas de neutrinos liberados en un segundo después del big bang persiste aún después, formando una radiación cósmica de fondo de neutrinos semejante a la radiación de fondo de microondas producida por el desacoplamiento de los fotones.

Si estos neutrinos “cósmicos” (como se los llama para diferenciarlos de los neutrinos liberados más tarde por las supernovas) pudiesen ser observador por un telescopio de neutrinos de alguna clase, proporcionarían una visión directa del Universo cuando sólo tenía un segundo.

A medida que retrocedemos en el tiempo, el Universo se vuelve más denso y más caliente, y el nivel de  estructura que puede existir se hace cada vez más rudimentario.

        Sólo una sustancia cósmica lo invadía todo antes de que formara la materia

Por supuesto, en ese tiempo, no hay moléculas, ni átomos, ni núcleos atómicos, y, a 10-6 (0.000001) de segundo después del comienzo del tiempo, tampoco hay neutrones ni protones.  El Universo es un océano de quarks libres y otras partículas elementales.

Si nos tomamos el de contarlos, hallaremos que por cada mil millones de antiquarks existen mil millones y un quark. La asimetría es importante.  Los pocos quarks en exceso destinados a sobrevivir a la aniquilación general quark-antiquark formaran todos los átomos de materia del Universo del último día.  Se desconoce el origen de la desigualdad; presumiblemente obedezca a la ruptura de una simetría materia antimateria en alguna etapa anterior.

Nos aproximamos a un tiempo en que las estructuras básicas de las leyes naturales, y no sólo las de las partículas y campos cuya conducta dictaban, cambiaron a medida que evolucionó el Universo.

La primera transición semejante se produjo en los 10-11 de segundo después del comienzo del tiempo, cuando las funciones de las fuerzas débiles y electromagnéticas se regían por una sola fuerza, la electrodébil.  hay bastante energía ambiente para permitir la creación y el mantenimiento de gran de bosones w y z.

Estas partículas –las mismas cuya aparición en el acelerador del CERN verificó la teoría electrodébil– son las mediadoras intercambiables en las interacciones de fuerzas electromagnéticas y débiles, lo que las hace indistinguibles.  En ese tiempo, el Universo está gobernando sólo por tres fuerzas: la gravedad, la interacción nuclear fuerte y la electrodébil.

Más atrás de ese tiempo nos quedamos en el misterio y envueltos en una gran nebulosa de ignorancia.  Cada uno se despacha a su gusto para lanzar conjeturas y teorizar sobre lo que pudo haber sido.   Seguramente, en el futuro, será la teoría M (de supercuerdas) la que contestará esas preguntas sin respuestas ahora.

En los 10-35 de segundo desde el comienzo del tiempo, entramos en un ámbito en el que las cósmicas son aún menos conocidas.  Si las grandes teorías unificadas son correctas, se produjo una ruptura de la simetría por la que la fuerza electronuclear unificada se escindió en las fuerzas electrodébil y las fuertes.  Si es correcta la teoría de la supersimetría, la transición puede haberse producido antes, había involucrado a la gravitación.

 

En el universo temprano la primera materia (hidrógeno y Helio) era llevada por la fuerza de gravedad a conformarse en grandes conglomerados de gas y polvo que interacioban, producían calor y formaron las primeras estrellas.

Elaborar una teoría totalmente unificada es tratar de comprender lo que ocurrió en ese tiempo remoto que, según los últimos estudios está situado entre 15.000 y 18.000 millones de años, cunado la perfecta simetría que, se pensaba, caracterizó el Universo, se hizo añicos para dar lugar a los simetrías rotas que hallamos a nuestro alrededor y que, nos trajo las fuerzas y constantes Universales que, paradójicamente, hicieron posible nuestra aparición para que , sea posible que, alguien como yo esté contando lo que pasó.

Pero hasta que no tengamos tal teoría no podemos esperar comprender lo que realmente ocurrió en ese Universo bebé.  Los límites de nuestras conjeturas actuales cuando la edad del Universo sólo es de 10-43 de segundo, nos da la única respuesta de encontrarnos ante una puerta cerrada.

Del otro lado de esa puerta está la época de Plank, un tiempo en que la atracción gravitatoria ejercida por cada partícula era comparable en intensidad a la fuerza nuclear fuerte.

 

La fuerza nuclear fuerte hizo posible la existencia de los núcleos que atraían electrones para formar átomos

Así que, llegados a este punto podemos decir que la clave teórica que podría abrir esa puerta sería una teoría unificada que incluyese la gravitación, es decir, una teoría cuántica-gravitatoria que uniese, de una vez por todas, a Planck y Einsteins que, aunque eran muy amigos, no parece que sus teorías (la Mecánica Cuántica) y (la Relatividad General) se lleven a las mil maravillas.

A partir del momento en que se formaron los primeros átomos, estos se unieron para formar moléculas y cuerpos. Pasados cientos de miles de años, millones y millones que el Universo necesitó para forjarse como un un Sistema cerrado coherente, lleno de materia situada en grandes espacios vacíos, donde las cuatro fuerzas fundamentales lo regían todo. Desde entonces, el universo se pobló de fantásticas configuraciones surgidas de la energía devastadoras de las primeras supernovas y colisiones de agujeros negros y un sin fin de fenómenos que ahora podemos observar con los grandes telescopios.

                 Galaxias que atraídas por la fuerza de gravedad se fusionan

Bellas Nebulosas que son el resultado de grandes explosiones de estrellas moribundas que lanzan sus materiales al espacio interestelar.

http://img.irtve.es/imagenes/hs-2010-22-a-large-web/1278435787749.jpg

       Formaciones en cúmulos de estrellas que producen  el asombro de los Astrónomos

Monstruos cósmicos que, en forma de agujeros negros, enguyen a las estrellas vecinas para hacerse más y más grande

     Miles y millones de galaxias que se reparten por todas las regiones del Universo “infinito”

La Humanidad forma parte indisoluble, indistinguible del cosmos. Todo lo que somos surgió con el mismo universo y en el corazón de las estrellas. En palabras de Sagan, somos polvo de estrellas.

Y pasado más de 13.000 millones de años, en un planeta rocoso de escasa importancia en el contexto del universo inmenso, aparecímos nosotros, unas criaturas egoistas e instintivas que, caminamos por el planeta durante milenios forjando Civilizaciones, inventando la escritura y las matemáticas, logrando forjar un saber encomiable sobre la Astronomía que nos cuenta, lo que pudo pasar desde el comienzo del Tiempo.

Sí, es cierto que, si somos sinceros, hay que reconocer que andamos un poco perdidos y que las preguntas, son infinitamente más que las pocas respuestas que podemos dar. Nuestra ignorancia es grande pero, nuestra imaginación es mayor y, poco a poco, ésta última le está ganando la batalla a la primera, ese peso que la Humanidad lleva sobre sus hombros desde la noche de los tiempos.

emilio silvera

 

 

Decepción

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Adiós a las ondas del primer instante del universo, de momento

El análisis conjunto de los datos del telescopio Bicep-2, en el polo Sur, y del satélite Planck concluye que la señal de ondas gravitacionales primordiales puede deberse al polvo de la Vía Láctea

 

 

 

Imagen del fragmento del cielo observado por el telescopio Bicep-2 tal y como lo ha visto el telescopio espacial europeo `Planck´. / ESA/Planck Collaboration. Acknowledgment: M.-A. Miville-Deschênes, CNRS – Institut d’Astrophysique Spatiale, Université Paris-XI, Orsay, France

Menos de un año han tardado los científicos en aceptar un jarro de agua helada sobre unos resultados sobre el principio del universo que, de ser ciertos, habrían supuesto un descubrimiento de los realmente grandes: la firma de ondas gravitacionales, vibraciones del espacio-tiempo correspondientes al universo cuanto tenía apenas una fracción de segundo y sufría un crecimiento descomunal y casi instantáneo. Aquella firma fue anunciada por los científicos del telescopio Bicep-2, situado en el mismísimo Polo Sur, en marzo pasado, pero pocas semanas después suscitó sospechas por parte de investigadores que escudriñaron los datos, encontraron pistas poco convincentes y sugirieron que en realidad esas preciosas señales podrían corresponder a algo mucho más normal y cercano: la radiación emitida por el polvo de la Vía Láctea, nuestra galaxia. Los científicos, para solventar la cuestión que tenía en vilo a muchos en todo el mundo, recurrieron al análisis minucioso de la combinación de datos del Bicep-2 con los obtenidos por el telescopio espacial europeo Planck. La respuesta acaba de ser adelantada por la Agencia Europea del Espacio (ESA) y la revista Nature ya se ha hecho eco de ella: “El descubrimiento de las ondas gravitacionales está ya oficialmente muerto”. Eso sí, puntualizan los expertos, la búsqueda de esas ondas gravitacionales no es imposible con las observaciones como las de Bicep-2, solo que esta vez no ha lugar el “eureka”.

Un instante después del inicio del universo, hace unos 13.800 millones de años, se produjo, según una teoría no confirmada aún pero defendida por la gran mayoría de los cosmólogos, un crecimiento exponencial y rapidísimo del espacio-tiempo apenas nacido. Ese proceso, denominado inflación cósmica, generaría unas leves oscilaciones intrínsecas en ese espacio tiempo que se habrían propagado a medida que el universo crecía y que podrían haber quedado como una firma específica en el universo que ahora se observa. Y la detección de esa firma es lo que John Kovac (Centro Harvard Smithsonian de Astrofísica, en EE UU), en nombre del equipo de Bicep-2, anunció en marzo del año pasado levantando un enorme interés, entusiasmo e incluso rumores de premio Nobel incuestionable si se confirmaba.

“Cuando detectamos esta señal en nuestro datos nos basamos en modelos de la emisión del polvo galáctico que entonces estaban disponibles”, ha declarado ahora Kovac, según recoge la ESA. Esos modelos “parecían indicar que la región del cielo elegida para nuestras observaciones tenía una polarización por polvo muy inferior a la señal detectada”, añade.

El Bicep-2 es un telescopio especializado para ver la radiación de fondo de microondas, el llamado eco del Big Bang, que se emitió cuando el universo tenía unos 380.000 años y que permea ahora todo el cielo. No hay forma de ver directamente nada anterior, pero sí se pueden encontrar pistas de los procesos y fenómenos precedentes en la evolución del cosmos si han dejado marcas. Como aquellas ondas gravitacionales primordiales correspondientes a la fase de inflación. Y en este caso la firma sería un patrón determinado y específico en la polarización de la luz de ese fondo de microondas. Justo lo que estaban buscando los científicos de Bicep-2 con un trabajo observacional y una tecnología avanzada que ha sido reconocida internacionalmente como de muy alto nivel.

“Si se confirma, esa firma de las ondas gravitacionales del Big Bang abrirá un nuevo capítulo en la astronomía, la cosmología y la física”, escribió Nature cuando se anunció el descubrimiento de Bicep-2 que ahora se viene abajo. “La detección de estas señales es uno de los objetivos más importantes de la cosmología actual. Mucha gente ha trabajado mucho hasta llegar a este punto”, recalcó Kovac.

Falta de precisión

El problema emergió con el análisis de los datos captados con el telescopio del Polo Sur, porque el polvo de la Vía Láctea también polariza la luz y el escollo estaba, precisamente, en sustraer el efecto de ese polvo galáctico interpuesto entre el telescopio y la radiación de fondo, y poder concluir que efectivamente las señales corresponderían a las ondas gravitacionales primordiales. Tras el anuncio de Kovac, unos investigadores destacaron que los datos de polvo galáctico utilizados en el análisis de Bicep-2 no eran tan precisos como sería exigible. Eran datos, aún no publicados oficialmente, captados con el telescopio Planck, que ha estado observando la radiación de fondo en toda la bóveda celeste [el telescopio del Polo Sur se centró, entre 2010 y 2012, en una parcela del cielo concreta], con una precisión altísima y en varias frecuencias.

El trabajo no ha sido en absoluto inútil, señalan los científico

 

 

 

Para salir de dudas, los científicos recurrieron a la estrategia normal: profundizar el análisis con todos los datos disponibles. Así, los equipos de Planck y Bicep-2 se pusieron a cruzar sus datos respectivos y ahora llega su conclusión (aún no publicada oficialmente pese a que el artículo científico de 17 páginas, o un borrador muy próximo al definitivo, ha sido adelantado).

“El equipo de Bicep-2 eligió una parcela del cielo en la que ellos creían que la emisión del polvo sería baja y, por tanto, interpretaron que la señal detectada sería probablemente cosmológica”, explica la ESA. “Sin embargo, en cuanto se vieron los mapas de Planck de la emisión polarizada del polvo galáctico, quedó claro que esta contribución interpuesta podría ser mucho mayor de lo que se esperaba”. Y concluye Jean-Loup Puget (Instituto de Astrofísica Espacial de Orsay, Francia), uno de los investigadores principales de Planck acerca de los últimos resultados: “Este trabajo conjunto ha demostrado que la detección de las B-modes primordiales [la firma de las ondas gravitacionales de la inflación cósmica] no es robusta cuando se sustrae la emisión del polvo galáctico”.

El trabajo no ha sido en absoluto inútil, señalan los científicos. El análisis conjunto de los dos equipos ha permitido ir acotando los parámetros (el límite superior de la cantidad de ondas gravitacionales) en los que cabe esperar la señal en este tipo de observaciones, aunque no se hayan confirmado con los actuales resultados. “Aunque no hemos encontrado pruebas sólidas de una señal de ondas gravitacionales primordiales en las mejores observaciones de la polarización de la radiación de fondo actualmente disponibles, esto no significa que se descarte la inflación”, afirma Reno Mandolesi (Universidad de Ferrara, Italia), otro de los investigadores principales de Planck.

Fuente: El Pais.

Celebraciones

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Como Socio de la Real Sociedad Española de Física, acabo de recibir un Correo que no puedo atender, y, como es una celebración interesante, aquí lo dejo para todos aquellos que, viviendo cerca del lugar, quieran pasar para ser testigos de tan acertada jornada. La luz, amigos míos, es tan importante para nosotros que, sin ella… ¡Las cosas serían de otra manera!

 

“Estimados Socios:

Adjunto os enviamos la invitación para aquellos interesados en asistir a la inauguración del Año Internacional de la Luz en España,que tendrá lugar el 16 de febrero de 2015 en el teatro Poliorama de Barcelona.  La entrada es libre pero el aforo es limitado por lo que se debe confirmar asistencia en el correo siguiente:
luz2015@cells.es
Muchas gracias y un saludo”.
Maria Luisa Calvo
Vicepresidenta RSEF