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Descubierto el A.N. más grande y brillante del Universo primitivo

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Noticias    ~    Comentarios Comments (1)

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Un cuásar 420 billones de veces más brillante que el Sol iluminó el cosmos en su infancia

Un descomunal agujero negro rompe las reglas del Cosmos

24 FEB 2015 - El País

 

Reconstrucción de un cuásar / ESO

Hace unos 12.800 millones de años, cuando el universo aún era un niño que solo había vivido el 6% de su vida, existió un descomunal faro 420 billones de veces más luminoso que el Sol. Por aquella época el universo estaba saliendo de la edad oscura, un periodo que duró cientos de millones de años y en el que todo era tiniebla. Después aparecieron las primeras estrellas y galaxias y la luz comenzó a invadirlo todo. Poco antes de que esta etapa —conocida como reionización— acabase, se encendió ese faro cuyo origen era un descomunal agujero negro que acaba de ser descubierto y analizado por un equipo internacional de astrónomos. Los investigadores creen que este monstruo tenía unas 12.000 millones de veces más masa que el Sol, lo que le convierte en el objeto de este tipo más grande y luminoso del universo temprano.

más información

 

Ilustración de un agujero negro. / nasa

 

 

Pero vayamos a la noticia.

El objeto descubierto es un cuásar, una masa de materia acelerada por un agujero negro supermasivo que hay en su centro. Parte de esa materia es engullida y otra escapa en un flujo de partículas que se mueven a casi la velocidad de la luz. Este proceso produce una potente luz que convierte a los cuásares en los objetos más luminosos del universo. Hasta ahora, apenas se conocían 40 con más de 12.700 millones de años.

“Este cuásar es único”, ha dicho Xue-Bing Wu, astrónomo de la Universidad de Pekín (China) y codescubridor de este objeto. “Como si fuera el faro más potente en el universo lejano, su luz nos ayudará a explorar mejor el universo temprano”, ha añadido en una nota de prensa difundida por el Gran Telescopio Binocular de Arizona, uno de los instrumentos usados para la detección.

Agujeros negros supermasivos, un túnel en el espacio
NASA/JPL-Caltech (Ilustración de Agujero Negro Supermasivo)

El cuásar tiene una masa 12.000 millones de veces mayor que el Sol

El hallazgo es importante para entender el origen de las galaxias, incluidas esas en las que se dan condiciones necesarias para la vida, como la Vía Láctea. Se piensa que todas tienen un gran agujero negro en su centro y también que en sus orígenes pudieron albergar un cuásar activo como el descubierto en el actual estudio, publicado hoy en la revista Nature.

Las dimensiones y potencia de este objeto están en los límites de lo posible. Normalmente la radiación que emiten los agujeros negros al engullir la materia que tienen alrededor limita su capacidad de seguir devorando y creciendo. Pero este cuásar parece haber estado engordando al máximo ritmo posible, alcanzando unas dimensiones sorprendentes menos de 1.000 millones de años después del Big Bang, todo un récord de velocidad en términos cosmológicos. “Que se forme un agujero negro tan grande en tan poco tiempo es difícil de explicar con la teorías actuales”, reconoce Fuyan Bian, otro de los codescubridores. Como comparación, el agujero negro supermasivo que hay en el centro de la Vía Láctea es unas 3.000 veces más pequeño.bién

Antxón Alberdi, físico experto en agujeros negros del Instituto de Astrofísica de Andalucía, destaca otra implicación del descubrimiento. La masa del agujero negro encontrada es tan alta que sugiere que los agujeros negros supermasivos en el universo temprano crecieron mucho más rápido que la galaxia anfitriona que los alberga, poniendo en entredicho los modelos de coevolucion actuales”, resalta.

Bram Venemans, astrónomo del Instituto Max Planck de Alemania, resalta la utilidad de este descubrimiento. De alguna forma, los cuásares sirven para analizar la composición del universo. Cuanto más brillante es su luz, más interactúa con los elementos que hay en el espacio interestelar, incluidos los metales que se formaron en las primeras etapas del universo y que pueden desvelar nuevos detalles de cómo aparecieron las primeras estrellas tras el Big Bang, resalta el experto en otro artículo publicado en Nature. En el futuro próximo, sostiene, se podrían descubrir más objetos como este, posiblemente incluso más antiguos. “Estos gigantes”, afirma, “mostrarán nuevos detalles de cómo era el universo unos pocos cientos de millones de años después del Big Bang”.

El Tiempo de Planck y otros

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

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Todos los objetos del Universo son el resulta de fuerzas antagónicas que, al ser iguales, se equilibran y consiguen la estabilidad. Las estrellas son el mejor ejemplo: La Gravedad trata de comprimir a la estrella que, mediante la fusión tiende a expandirse y, la lucha de esas dos fuerzas crea la estabilidad.

Estas estructuras, podemos decir que son entidades estables que existen en el Universo. Existen porque son malabarismos estables entre fuerzas competidoras de atracción y repulsión. Por ejemplo, en el caso de un planeta, como la Tierra, hay un equilibrio entre la fuerza atractiva de la Gravedad y la repulsión atómica que aparece cuando los átomos se comprimen demasiado juntos. Todos estos equilibrios pueden expresarse aproximadamente en términos de dos números puros creados a partir de las constantes e (electrón), h (constante de Planck), G (constante de gravitación) y mp (masa del protón), c (la velocidad de la luz en el vacío). Pero, ¿que es el Tiempo de Planck.

Tiempo de Planck

10-43 s.

Es el tiempo que necesita el fotón (viajando a la velocidad de la luz, c, para moverse a través de una distancia igual a la longitud de Planck. Está dado por  segundos, donde G es la constante gravitacional (6’672 59 (85) ×10-11 N m2 kg-2), ħ es la constante de Planck racionalizada (ħ = h/2π = 1’054589 × 10-34 Julios segundo) y c es la velocidad de la luz (299.792.458 m/s).

Es curioso que hemos podido llegar por diveros medios y experimentos hasta unos momentos después del Big Bang. Sin embargo, nunca pudimos ir más allá del Tiempo de Planck, parece existir una línea invisible que nos impide entrar en aquella fracción de segundo para poder saber lo que pasó. Ningún telescopio por muy potente que sea, ningún acelerador de partículas, nada, ha podido nunca traspasar ese límite.

El valor del tiempo del Planck es del orden de 10-43 segundos. En la cosmología del Big Bang, hasta un tiempo (Tp) después del instante inicial, es necesaria usar una teoría cuántica de la gravedad para describir la evolución del universo. Expresado en números corrientes que todos podamos entender, su valor es 0’000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.1 de 1 segundo, que es el tiempo que necesita el fotón para recorrer la longitud de Planck, de 10-35 metrtos (veinte órdenes de magnitud menor que el tamaño de del protón de 10-15 metros). el límite de Planc es Lp = √(Għ/c3 ≈ 1’61624 x 10-35 m.

Todo, desde Einstein, es relativo. Depende de la pregunta que se formule y de quién nos de la respuesta.

El tiempo es la escalera con peldaños infinitos que nos llevan hasta el fin de la eternidad…

Si preguntamos ¿qué es el tiempo?, tendríamos que ser precisos y especificar si estamos preguntando por esa dimensión temporal que no deja de fluir desde el Big Bang y que nos acompaña a lo largo de nuestras vidas, o nos referimos al tiempo atómico, ese adoptado por el SI, cuya unidad es el segundo y se basa en las frecuencias atómicas, definida a partir de una línea espectral particular de átomo de cesio-133, o nos referimos a lo que se conoce como tiempo civil, tiempo coordinado, tiempo de crecimiento, tiempo de cruce, tiempo de integración, tiempo de relajación, tiempo dinámico o dinámico de Baricéntrico, dinámico terrestre, tiempo terrestre, tiempo de Efemérides, de huso horario, tiempo estándar, tiempo local, tiempo luz, tiempo medio, etc, etc. Cada una de estas versiones del tiempo tiene una respuesta diferente, ya que no es lo mismo el tiempo propio que el tiempo sidéreo o el tiempo solar, o solar aparente, o solar medio, o tiempo terrestre, o tiempo universal. Como se puede ver, la respuesta dependerá de cómo hagamos la pregunta.

Relos de Cesio cuyo funcionamiento se basa en la diferencia de energía entre dos estados del núcleo de Cesio-133 cuando se sitúa en un campo magnético. En un tipo, los átomos de cesio-133 son irradiados con radiación de radiofrecuencia, cuya frecuencia es elegida para corresponder a la diferencia de energía entre los dos estados. Es decir, nos valemos de un sistema complejo para determinar lo que el tiempo es basado en lo que de él nos indica la Naturaleza.

En realidad, para todos nosotros el único tiempo que rige es el que tenemos a lo largo de nuestras vidas; los otros tiempos, son inventos del hombre para facilitar sus tareas de medida, de convivencia o de otras cuestiones técnicas o astronómicas pero, sin embargo, el tiempo es sólo uno; ese que comenzó cuando nació el universo y que finalizará cuando éste llegue a su final.

Lo cierto es que para las estrellas supermasivas, cuando llegan al final de su ciclo y dejan de brillar por agotamiento de su combustible nuclear, en ese preciso instante, el tiempo se agota para ella. Cuando una estrella pierde el equilibrio existente entre la energía termonuclear (que tiende a expandir la estrella) y la fuerza de gravedad (que tiende a comprimirla), al quedar sin oposición esta última, la estrella supermasiva se contrae aplastada bajo su propia masa. Queda comprimida hasta tal nivel que llega un momento que desaparece, para convertirse en un agujero negro, una singularidad, donde dejan de existir el “tiempo” y el espacio. A su alrededor nace un horizonte de sucesos, que si se traspasa se es engullido por la enorme gravedad del agujero negro.

Según todos los indicios, la Física nosm dice que, al llegar a la singularidad de un agujero negro, no podremos encontrar ni tiempo ni espacio. Es una región que, estando en este mundo, es como si estuviera en otro al que sólo se podrá llegar a través de la teoría tan esperada de la gravedad cuántica. Aquí, en la Singularidad, la Relatividad de Einstein llega y hace mutis por el foro.

El tiempo, de esta manera, deja de existir en estas regiones del universo que conocemos como singularidad. El mismo Big Bang surgió de una singularidad de energía y densidad infinitas que, al explotar, se expandió y creó el tiempo, el espacio y la materia.

Como contraposición a estas enormes densidades de las enanas blancas, estrellas de neutrones y agujeros negros, existen regiones del espacio que contienen menos galaxias que el promedio o incluso ninguna galaxia; a estas regiones las conocemos como vacío cósmico. Han sido detectados vacíos con menos de una décima de la densidad promedio del universo en escalas de hasta 200 millones de años luz en exploraciones a gran escala. Estas regiones son a menudo esféricas. El primer gran vacío en ser detectado fue el de Boötes en 1.981; tiene un radio de unos 180 millones de años luz y su centro se encuentra aproximadamente a 500 millones de años luz de la Vía Láctea. La existencia de grandes vacíos no es sorprendente, dada la existencia de cúmulos de galaxias y supercúmulos a escalas muy grandes.

Muchos son los misterios que nos quedan por resolver y muchos también los objetos que, estando ahí, aún no han sido localizados. La vastedad del inmenso Universo, hace difícil saber la realidad de todo su contenido y, necesitaremos siglos de estudio y observación para poder acernos, aunque sea mínimamente, a sus secretos.

Mientras que en estas regiones la materia es muy escasa, en una sola estrella de neutrones, si pudiéramos retirar 1 cm3 de su masa, obtendríamos una cantidad de materia increíble. Su densidad es de 1017 Kg/m3; los electrones y los protones están tan juntos que se combinan y forman neutrones que se degeneran haciendo estable la estrella de ese nombre que, después del agujero negro, es el objeto estelar más denso del universo.

Es interesante ver cómo a través de las matemáticas y la geometría, han sabido los humanos encontrar la forma de medir el mundo y encontrar las formas del universo. Pasando por Arquímedes, Pitágoras, Newton, Gauss o Riemann (entre otros), siempre hemos tratado de buscar las respuestas de las cosas por medio de las matemáticas.

Arthur C. Clarke nos decía: “Magia es cualquier tecnología suficientemente avanzada”

Pero también es magia el hecho de que en cualquier tiempo y lugar, de manera inesperada, aparezca una persona dotada de condiciones especiales que le permiten ver estructuras complejas matemáticas que hacen posible que la humanidad avance considerablemente a través de esos nuevos conceptos que nos permiten entrar en espacios antes cerrados, ampliando el horizonte de nuestro saber.

Recuerdo aquí uno de esos extraños casos que surgió el día 10 de Junio de 1.854 con el nacimiento de una nueva geometría: la teoría de dimensiones más altas que fue introducida cuando Georg Friedrich Bernhard Riemann dio su célebre conferencia en la facultad de la Universidad de Göttingen en Alemania. Aquello fue como abrir de golpe todas las ventanas cerradas durante 2.000 años de una lóbrega habitación que, de pronto, se ve inundada por la luz cegadora de un Sol radiante. Riemann regaló al mundo las sorprendentes propiedades del espacio multidimensional.

 

                                               La nueva geometría de Riemann nos dijo como era la realidad del esapcio, del Universo

Su ensayo, de profunda importancia y elegancia excepcional, “sobre las hipótesis que subyacen en los fundamentos de la geometría” derribó pilares de la geometría clásica griega, que habían resistido con éxito todos los asaltos de los escépticos durante dos milenios. La vieja geometría de Euclides, en la cual todas las figuras geométricas son de dos o tres dimensiones, se venía abajo, mientras una nueva geometría riemanniana surgía de sus ruinas. La revolución riemanniana iba a tener grandes consecuencias para el futuro de las artes y las ciencias. En menos de tres decenios, la “misteriosa cuarta dimensión” influiría en la evolución del arte, la filosofía y la literatura en toda Europa. Antes de que hubieran pasado seis decenios a partir de la conferencia de Riemann, Einstein utilizaría la geometría riemanniana tetradimensional para explicar la creación del universo y su evolución mediante su asombrosa teoría de la relatividad general. Ciento treinta años después de su conferencia, los físicos utilizarían la geometría decadimensional para intentar unir todas las leyes del universo. El núcleo de la obra de Riemann era la comprensión de las leyes físicas mediante su simplificación al contemplarlas en espacios de más dimensiones.

Contradictoriamente, Riemann era la persona menos indicada para anunciar tan profunda y completa evolución en el pensamiento matemático y físico. Era huraño, solitario y sufría crisis nerviosas. De salud muy precaria que arruinó su vida en la miseria abyecta y la tuberculosis. Al igual que aquel otro genio, Ramanujan, murio muy joven.

emilio silvera