miércoles, 25 de noviembre del 2020 Fecha
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Las estrellas típicas como el Sol, emiten desde su superficie un viento de partículas cargadas eléctricamente que barre los atmósferas de los planetas en órbitas a su alrededor y a menos que el viento pueda ser desviado por un campo magnético, los posibles habitantes de ese planeta lo podrían tener complicado soportando tal lluvia de radiactividad.  En nuestro sistema solar el campo magnético de la Tierra ha protegido su atmósfera del viento solar, pero Marte, que no está protegido por ningún campo magnético, perdió su atmósfera hace tiempo.

                                           Hasta el momento sólo sabemos de la vida en la Tierra

Probablemente no es fácil mantener una larga vida en un planeta del Sistema solar.  Poco a poco hemos llegado a apreciar cuán precaria es.  Dejando a un lado los intentos que siguen realizando los seres vivos de extinguirse a sí mismos, agotar los recursos naturales, propagan infecciones letales y venenos mortales y emponzoñar la atmósfera, también existen serias amenazas exteriores.

Los movimientos de cometas y asteroides, a pesar de tener la defensa de Júpiter, son una seria y cierta amenaza para el desarrollo y persistencia de vida inteligente en las primeras etapas.  Los impactos no han sido infrecuentes en el pasado lejano de la Tierra habiendo tenido efectos catastróficos.  Somos afortunados al tener la protección de la luna y de la enorme masa de Júpiter que atrae hacia sí los cuerpos que llegan desde el exterior desviándolos de su probable trayectoria hacia nuestro planeta.

La caída en el Planeta de uno de estos enormes pedruscos podría producir extinciones globales y retrasar en millones de años la evolución.

Cuando comento éste tema no puedo evitar el recuerdo del meteorito caído en la Tierra que impactó en la península de Yucatán hace 65 millones de años, al final de la Era Mesozoica, cuando según todos los indicios, los dinosaurios se extinguieron.  Sin embargo, a aquel suceso catastrófico para los grandes lagartos, en realidad supuso que la Tierra fue rescatada de un callejón sin salida evolutivo.  Parece que los dinosaurios evolucionaron por una vía que desarrollaba el tamaño físico antes que el tamaño cerebral.

La desaparición de los dinosaurios junto con otras formas de vida sobre la Tierra en aquella época, hizo un hueco para la aparición de los mamíferos.  Se desarrollo la diversidad una vez desaparecidos los grandes depredadores.  Así que, al menos en este caso concreto, el impacto nos hizo un gran favor, ya que, hizo posible que 65 millones de años más tarde pudiéramos llegar nosotros.  Los dinosaurios dominaron el planeta durante 150 millones de años; nosotros, en comparación, llevamos tres días y, desde luego, ¡la que hemos formado!

En nuestro sistema solar la vida se desarrolló por primera vez sorprendentemente pronto tras la formación de un entorno terrestre hospitalario.  Hay algo inusual en esto. El secreto reside en el tiempo biológico necesario para desarrollar la vida y el tiempo necesario para desarrollar estrellas de segunda generación y siguientes que en novas y supernovas cristalicen los materiales complejos necesarios para la vida, tales como el hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, carbono, etc.

Parece que la similitud en los “tiempos” no es una simple coincidencia.  El argumento, en su forma más simple, lo introdujo Brandon Carter y lo desarrolló John D. Barrow por un lado y por Frank Tipler por otro.  Al menos, en el primer sistema Solar habitado observado ¡el nuestro!, parece que sí hay alguna relación entre t(bio) y t(estrella) que son aproximadamente iguales el t(bio) –tiempo biológico para la aparición de la vida- algo más extenso.

La evolución de una atmósfera planetaria que sustente la vida requiere una fase inicial durante la cual el oxígeno es liberado por la fotodisociación de vapor de agua.  En la Tierra esto necesitó 2.400 millones de años y llevó el oxígeno atmosférico a aproximadamente una milésima de su valor actual.  Cabría esperar que la longitud de esta fase fuera inversamente proporcional a la intensidad de la  radiación en el intervalo de longitudes de onda del orden de 1000-2000 ángstroms, donde están los niveles moleculares clave para la absorción de agua.

Timeline de la historia de nuestro planeta a partir de los datos extraídos del circón. La Tierra se enfrió hace 4.374 millones años y las primeras formas de vida se ubican hace 3.500 millones de años. © Andree Valley/University of Wisconsin-Madison

Este simple modelo indica la ruta que vincula las escalas del tiempo bioquímico de evolución de la vida y la del tiempo astrofísico que determina el tiempo requerido para crear un ambiente sustentado por una estrella estable que consume hidrógeno en la secuencia principal y envía luz y calor a los planetas del Sistema Solar que ella misma forma como objeto principal.

A muchos les cuesta trabajo admitir la presencia de vida en el Universo como algo natural y corriente, ellos abogan por la inevitabilidad de un Universo grande y frío en el que, es difícil la aparición de la vida, y, en el supuesto de que ésta aparezca, será muy parecida a la nuestra.

Creo que la clave está en  los compuestos del carbono, toda la vida terrestre actualmente conocida exige también el Agua como disolvente. Y como para el carbono, se supone a veces que el agua es el único producto químico conveniente para cumplir este papel. El amoníaco (el nitruro de hidrógeno) es la alternativa ciertamente al agua, la más generalmente posible propuesta como disolvente bioquímico. Numerosas reacciones químicas son posibles en disolución en el amoníaco, y el amoníaco líquido tiene algunas semejanzas químicas con el agua. El amoníaco puede disolver la mayoría de las moléculas orgánicas al menos así como el agua, y por otro lado es capaz de disolver muchos metales elementales. A partir de este conjunto de propiedades químicas, se teorizó que las formas de vida basada en el amoníaco podrían ser posibles. También se dijo del Silicio. Sin embargo, ninguno de esos elementos son tan propicios para la vida como el Carbono y tienen, como ya sabemos, parámetros negativos que no permiten la vida tal como la conocemos.

Hasta rel momento, todas las formas de vida descubiertas en la Tierra, están basadas en el Carbono.

Los biólogos, sin embargo, parecen admitir sin problemas la posibilidad de otras formas de vida, pero no están tan seguros de que sea probable que se desarrollen espontáneamente, sin un empujón de formas de vida basadas en el carbono.  La mayoría de los estimaciones de la probabilidad de que haya inteligencias extraterrestres en el Universo se centran en formas de vida similares a nosotras que habiten en planetas parecidos a la Tierra y necesiten agua y oxígeno o similar con una atmósfera gaseosa y las demás condiciones de la distancia entre el planeta y su estrella, la radiación recibida, etc.  En este punto, parece lógico recordar que antes de 1957 se descubrió la coincidencia entre los valores de las constantes de la Naturaleza que tienen importantes consecuencias para la posible existencia de carbono y oxígeno, y con ello para la vida en el Universo.

Hay una coincidencia o curiosidad adicional que existe entre el tiempo de evolución biológico y la astronomía.  Puesto que no es sorprendente que las edades de las estrellas típicas sean similares a la edad actual del Universo, hay también una aparente coincidencia entre la edad del Universo y el tiempo que ha necesitado para desarrollar formas de vida como nosotros.

Si miramos retrospectivamente cuánto tiempo han estado en escena nuestros ancestros inteligentes (Homo sapiens) vemos que han sido sólo unos doscientos mil años, mucho menos que la edad del Universo, trece mil millones de años, o sea, menos de dos centésimos de la Historia del Universo.  Pero si nuestros descendientes se prolongan en el futuro indefinidamente, la situación dará la vuelta y cuando se precise el tiempo que llevamos en el Universo, se hablará de miles de millones de años.

Todas las células están formadas por elementos químicos que al combinarse forman una amplia variedad de moléculas que a su vez forman agregados moleculares y éstos los diversos organelos celulares. Los elementos constitutivos de las biomoléculas más importantes son:
  • C: Carbono
  • H: Hidrógeno
  • O: Oxígeno
  • N: Nitrógeno
También son importantes los siguientes:
  • P: Fósforo
  • Fe: Hierro
  • S: Azufre
  • Ca: Calcio
  • I: Yodo
  • Na: Sodio
  • K: Potasio
  • Cl: Cloro
  • Mg: Magnesio
  • F: Flúor
  • Cu: Cobre
  • Zn: Zinc
Las biomoléculas pertenecen a cuatro grupos principales denominados:
  1. Glúcidos o Hidratos de Carbono
  2. Lípidos
  3. Proteínas
  4. Ácidos Nucleicos

El el gráfico de arriba  están resumidas sus funciones.

A veces, nuestra imaginación dibuja mundos de ilusión y fantasía pero,  en realidad… ¿serán sólo sueños?, o, por el contrario, pudieran estar en alguna parte del Universo todas esas cosas que imaginamos aquí y que pudieran estar presentes en otros mundos lejanos que, como el nuestro…posibilito la llegada de la vida.

Sí, imaginamos demasiado pero… ¿Qué hay más poderoso que la imaginación?

Brandon Carter y Richard Gott han argumentado que esto parece hacernos bastante especiales comparados con observadores en el futuro muy lejano.

   \alpha =   \frac{e^2}{\hbar c \ 4 \pi \epsilon_0} =   7,297 352 568 \times 10^{-3} =   \frac{1}{137,035 999 11}

¿Cuántos secretos están en esos números escondidos? La me´canica cuántica (h), la relatividad (c), el electromagnetismo (e-). Todo eso está ahí escondido. El número 137 es un número puro y adimensional, nos habla de la constante de estructura fina alfa (α), y, el día que sepamos desentrañar todos sus mensajes… ¡Ese día sabremos!

                                                                  Extraños mundos que pudieran ser

Podríamos imaginar fácilmente números diferentes para las constantes de la Naturaleza de forma tal que los mundos también serían distintos al planeta Tierra y, la vida no sería posible en ellos.  Aumentemos la constante de estructura fina más grande y no podrá haber átomos, hagamos la intensidad de la gravedad mayor y las estrellas agotarán su combustible muy rápidamente, reduzcamos la intensidad de las fuerzas nucleares y no podrá haber bioquímica, y así sucesivamente.

Hay cambios infinitesimales que seguramente podrían ser soportados sin notar cambios perceptibles, como por ejemplo en la vigésima cifra decimal de la constante de estructura fina.  Si el cambio se produjera en la segunda cifra decimal, los cambios serían muy importantes.  Las propiedades de los átomos se alteran y procesos complicados como el plegamiento de las proteínas o la replicación del ADN pueden verse afectados de manera adversa. Sin embargo, para la complejidad química pueden abrirse nuevas posibilidades.  Es difícil evaluar las consecuencias de estos cambios, pero está claro que, si los cambios consiguen cierta importancia, los núcleos dejarían de existir, n se formarían células y la vida se ausentaría del planeta, siendo imposible alguna forma de vida.

“Es difícil formular cualquier teoría firme sobre las etapas primitivas del universo porque no sabemos si hc/e2 es constante o varía proporcionalmente a log(t). Si hc/e2 fuera un entero tendría que ser una constante, pero los experimentadores dicen que no es un entero, de modo que bien podría estar variando. Si realmente varía, la química de las etapas primitivas sería completamente diferente, y la radiactividad también estaría afectada. Cuando empecé a trabajar sobre la gravedad esperaba encontrar alguna conexión ella y los neutrinos, pero esto ha fracasado.”

 

Las constantes de la naturaleza ¡son intocables!

Ahora sabemos que el Universo tiene que tener miles de millones de años para que haya transcurrido el tiempo necesario par que los ladrillos de la vida sean fabricados en las estrellas y, la gravitación nos dice que la edad del Universo esta directamente ligada con otros propiedades como la densidad, temperatura, y el brillo del cielo.

Ahora, cuando miramos el Universo, comprendemos, en parte, lo que ahí está presente.

Puesto que el Universo debe expandirse durante miles de millones de años, debe llegar a tener una extensión visible de miles de millones de años luz.  Puesto que su temperatura y densidad disminuyen a medida que se expande, necesariamente se hace frío y disperso.  Como hemos visto, la densidad del Universo es hoy de poco más que 1 átomo por M3 de espacio.  Traducida en una medida de las distancias medias entre estrellas o galaxias, esta densidad tan baja muestra por qué no es sorprendente que otros sistemas estelares estén tan alejados y sea difícil el contacto con extraterrestres.  Si existe en el Universo otras formas de vía avanzada, entonces, como nosotros, habrán evolucionado sin ser perturbadas por otros seres de otros mundos hasta alcanzar una fase tecnológica avanzada, entonces, como nosotros, habrán evolucionado sin ser perturbadas por otros seres de otros mundos hasta alcanzar una fase tecnológica avanzada.

La expansión del Universo es precisamente la que ha hecho posible que el alejamiento entre estrellas con sus enormes fuentes de radiación, no incidieran en las células orgánicas que más tarde evolucionarían hasta llegar a nosotras, diez mil millones de años de alejamiento continuado y el enfriamiento que acompaña a dicha expansión, permitieron que, con la temperatura ideal y una radiación baja los seres vivos continuaran su andadura en este planeta minúsculo, situado en la periferia de la galaxia que comparado al conjunto de esta, es solo una cuota de polvo donde unos insignificantes seres laboriosos, curiosos y osados, son conscientes de estar allí y están pretendiendo determinar las leyes, no ya de su mundo o de su galaxia, sino que su osadía ilimitada les lleva a pretender conocer el destino de todo el Universo.

Cuando a solas pienso en todo esto, la verdad es que no me siento nada insignificante y nada humilde ante la inmensidad de los cielos.  Las estrellas pueden ser enormes y juntas, formar inmensas galaxias… pero no pueden pensar ni amar; no tienen curiosidad ni en ellas está el poder de ahondar en el porqué de las cosas, nosotros si podemos hacer todo eso y más.

La estructura de los átomos y las moléculas está controlada casi por completo por dos números: la razón entre las masas del electrón y el protón β, que es aproximadamente igual a 1/1.836, y la constante de estructura fina a, que es aproximadamente 1/137.  Supongamos que permitimos que estas dos constantes cambien su valor de forma independiente y supongamos también (para hacerlo sencillo) que ninguna otra constante de la Naturaleza cambie. ¿Qué le sucede al mundo si las leyes de la naturaleza siguen siendo las mismas?

Si deducimos las consecuencias pronto encontramos que no hay muchos espacios para maniobrar.  Incrementemos β demasiado y no puede haber estructuras moleculares ordenadas porque es el pequeño valor de Beta (αF) el que asegura que los electrones ocupen posiciones bien definidas alrededor de un núcleo atómico y las cargas negativas de los electrones igualan las cargas positivas de los protones haciendo estable el núcleo y el átomo.

Nuestro universo es tal como lo conocemos gracias a que las constantes universales son las que son y las fuerzas fundamentales actúan tal como hemos podido desvelar. Cualquier cambio es ese sentido sería fatal para la presencia de la vida y, del universo entero.

Decía más arriba: “Si deducimos las consecuencias pronto encontramos que no hay muchos espacios para maniobrar.  Incrementemos β demasiado y no puede haber estructuras moleculares ordenadas porque es el pequeño valor de Beta (αF) el que asegura que los electrones ocupen posiciones bien definidas alrededor de un núcleo atómico y las cargas negativas de los electrones igualan las cargas positivas de los protones haciendo estable el núcleo y el átomo.”

Si en lugar de a versión b, jugamos a cambiar la intensidad de la fuerza nuclear fuerte aF, junto con la de α, entonces, a menos que  aF > 0,3 α½, los elementos como el carbono no existirían.

No podrían existir químicos orgánicos, no podrían mantenerse unidos.Si aumentamos aF en solo un 4 por 100, aparece un desastre potencial porque ahora puede existir un nuevo núcleo de helio, el helio-2, hecho de 2 protones y ningún neutrón, que permite reacciones nucleares directas y más rápidas que de protón + protón →  helio-2.

Las estrellas agotarían rápidamente su combustible y se hundirían en estados degenerados o en agujeros negros.  Por el contrario, si aF decreciera en un 10 por 100, el núcleo de deuterio dejaría de estar ligado y se bloquearía el camino a los caminos astrofísicos nucleares hacia los elementos bioquímicos necesarios para la vida

Situados a 30.000 años-luz del centro galáctico, en una región tranquila.

Hasta donde sabemos, en nuestro sistema solar la vida se desarrolló por primera vez sorprendentemente pronto tras la formación de un entorno terrestre hospitalario. El secreto reside en el tiempo biológico necesario para desarrollar la vida y el tiempo necesario para desarrollar estrellas de segunda generación y siguientes que en novas y supernovas que llegaran a poder cristalizar los materiales complejos necesarios para la vida, tales como el hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, carbono… Si miramos por ahí, encontraremos múltiples noticias como estas:

Telescopio Spitzer de la NASA ha detectado los pilares de la vida en el universo distante, aunque en un entorno violento. Ha posado su poderoso ojo infrarrojo en un débil objeto situado a una distancia de 3.200 millones de años luz (recuadro), Spitzer ha observado la presencia de agua y moléculas orgánicas en la galaxia IRAS F00183-7111.

Co,mo podemos ver, amigos míos, la vida, como tantas veces vengo diciendo aquí, pulula por todo el Universo en la inmensa familia galáctica compuesta por más de ciento veinticinco mil millones y, de ese número descomunal, nos podríamos preguntar: ¿Cuántos mundos situados en las zonas habitables de sus estrellas habrá y, de entre todos esos innumerables mundos, cuántos albergaran la vida?

A muchos les cuesta trabajo admitir la presencia de vida en el universo como algo natural, ellos abogan por la inevitabilidad de un universo grande y frío en el que es difícil la aparición de la vida. Yo (como muchos otros), estoy convencido de que la vida es, de lo más nartural en el universo y estará presente en miles de millone de planetas que, como la Tierra, tienen las condiciones para ello. Una cosa no se aparta de mi mente, muchas de esas formas de vida, serán como las nuestras aquí en la Tierra y estarán también, basadas en el Carbono. Sin embargo, no niego que puedan existir otras formas de vida diferentes a las terrestres.

emilio silvera

¿Cuanta materia hay en nuestro Universo?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física y cosmología    ~    Comentarios Comments (4)

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                                       La constante de Hubble en función de la Densidad Crítica

La cantidad total de Materia del Universo se da generalmente en términos de una cantidad llamada Densidad Crítica, denotada por Omega  (Ω). Esta es la densidad de la materia que se necesita para producir un universo plano. Si la Densidad efectivamente observada es menor o mayor que ese parámetro, en el primer caso el Universo es abierto, en el segundo es cerrado. La Densidad Crítica no es muy grande; corresponde aproximadamente a un protón por metro cúbico de espacio. Puede que no parezca mucho, dado el número inmenso de átomos en un metro cúbido de lodo, pero no debemos olvidar que existe una gran cantidad de espacio “vacío” entre las galaxias.

Cuando contemplamos imágenes como la de arriba, nos resulta engoñoso y no imaginamos las inmensas distancias que las separan. Las galaxias están muy retiradas las unas de las otras. Andrómedra y la Vía Láctea están a 2,3 años-luz perteneciendo al mismo Grupo Local.

Algunos números que definen nuestro Universo:

  • El de fotones por protón
  • La razón densidades de Materia Oscura y Luminosa.
  • La Anisotropía de la Expansión.
  • La falta de homogeneidad del Universo.
  • La Constante Cosmológica.
  • La desviación de la expansión respecto al valor crítico.
  • Fluctuaciones de vacío y sus consecuencias.
  • ¿Otras Dimensiones?

”distribución_materia_oscura_y_materia_bariónica”

En las últimas medidas realizadas, la  Densidad crítica que es la densidad necesaria para que la curvatura del universo sea cero, ha dado el resultado siguiente:  r0 = 3H02/8pG = 1.879 h2 10-29 g/cm3, que corresponde a una densidad tan baja la de la masa de 2 a 3 átomos de hidrógeno por metro cúbico (siempre, por supuesto obviando la incertidumbre en la constante de Hubble).

Estimar la cantidad de materia luminosa del universo es una cosa muy fácil de hacer. Sabemos el brillo que tiene una estrella media, así que podemos hacer una estimación del de estrellas de una galaxia distante. Podemos contar entonces el número de galaxias en un volumen dado de espacio y sumar las masas que encontramos. Dividiendo la masa por el volumen del espacio obtenemos la densidad media de materia en ese volumen. Cuando llevamos a cabo esta operación, obtenemos que la densidad de la materia luminosa es aproximadamente entre el uno o dos % menor de la densidad crítica; es decir, menos de lo que se necesita para cerrar el universo.

 

Se ha tratado de medir la Densidad Crítica del Universo para poder saber en qué clase de universo estamos y, parece que es plano, la DC calculada resulta ser cerca de la ideal para que el universo sea plano y, si es así, nunca se producirá un Big Crunch, la expansión nos llevaría hacia una muerte térmica que se produciría al llegar al cero absoluto, es decir, -273 ºC. Los Cosmólogos llaman Omega a la cantidad de materia del universo y según la que realmente tenga podría ser un universo plano, abierto o cerrado.

Por otro lado, está lo bastante cerca del valor crítico para hacer una pausa. Después de todo, esta fracción podría haber sido en principio de una billonésima o trillonésima, y también podría haber sucedido que fuese un millón de veces la materia necesaria para el cierre. ¿Por qué, entre todas las masas que podría tener el universo, la masa de materia luminosa medida está cerca del valor crítico?

 

Claro que el hecho de que la materia luminosa medida esté tan cercana al valor crítico, simplemente podría deberse a un accidente cósmico; las cosas sencillamente “resultan” de ese modo. Me costaría mucho aceptar una explicación y supongo que a otros también. Es tentador decir que el Universo tiene en realidad la masa crítica, pero que de algún modo no conseguimos verla toda.

Como resultado de esta suposición, los astrónomos comenzaron a hablar de la “masa perdida” con lo que aludían a la materia que habría llenado la diferencia entre las densidades observadas y la crítica. Tales teorías de “masa perdida”, “invisible” o, finalmente “oscura”, nunca me ha gustado, toda vez que, hablamos y hablamos de ella, damos por supuesta su existencia sin haberla visto ni saber, exactamente qué es, y, en ese plano, parece como si la Ciencia se pasara al ámbito religioso, la fe de creer en lo que no podemos ver ni tocar y, la Ciencia, amigos míos, es otra cosa.

Los cosmólogos suponen que los cúmulos de galaxias están impregnados de “materia oscura”, esa especie de sustancia cósmica que se busca sin éxito, ya que, no hemos sido capaces hasta el momento de inventar ingenios que la puedan detectar al carecer (según se cree) del efecto de radiación que tiene la materia bariónica formada por protones y neutrones, es decir, por Quarks y Leptones.

 

Tendremos que imaginar satélites y sondas que, de alguna manera, puedan detectar grandes halos galácticos que encierren la tan buscada materia oscura y que, al parecer, hace que nuestro Universo sea lo conocemos y, es la responsable del ritmo al que se alejan las galaxias, es decir, la expansión del Universo.

Esos halos, tendrían muchas veces las masas que podemos ver en la Materia luminosa de las estrellas, planetas, galaxias y nosotros mismos. La teoría de la materia oscura y su presencia en cúmulos y supercúmulos ha sido “descubierta” (o inventada para tapar nuestra ignorancia) en época relativamente cercana para que prevalezca entre los astrónomos la unanimidad respecto a su contribución a la masa total del universo. El debate continúa, está muy vivo y, es el tema tan candente e importante que, durará bastante tiempo mientras algún equipo de observadores no pueda, de una vez por todas, demostrar que, la “materia oscura” existe, que nos digan donde está, y, de qué está conformada y como actúa. Claro que, cuando se haga la suma de materia luminosa y oscura, la densidad de la masa total del universo no será todavía mayor del 30% del valor crítico. A todo esto, ocurren sucesos que no podemos explicar y, nos preguntamos si en ellos, está implicada la “Materia oscura”, o, por el contrario, está tirando de nuestro Universo, otros universos vecinos.

NGC 6397

Inusual colisión de enanas blancas y también, se ha podido detectar la más abarrotada colisión de cúmulos galácticos que han sido identificados al combinar información de tres diferentes telescopios. El resultado brinda a los científicos una posibilidad de aprender lo que ocurre con algunos de los más grandes objetos en el universo que chocan en una batalla campal cósmica de inusitada fuerza y descomunal emisión de energía.

MACSJ0717.5+3745

Usando del Observatorio de rayos-X Chandra, el Telescopio Espacial Hubble y el Observatorio Keck de Hawai, los astrónomos fueron capaces de determinar la geometría tridimensional y el movimiento en el sistema MACSJ0717.5+3745 localizado a 5.4 mil millones de luz de la Tierra. Los investigadores encontraron que cuatro distintos cúmulos de galaxias están envueltos en una triple fusión, la primera vez que un fenómeno así es documentado.

MACSJ0717.5+3745 etiquetado

La composición de imagen (arriba) muestra el cúmulo de galaxias masivo MACSJ0717.5+3745. El color del gas caliente está codificado con colores mostrar su temperatura. El gas más frío es mostrado como un púrpura rojizo, el gas más caliente en azul y las temperaturas intermedias en púrpura. Las repetidas colisiones en el cúmulo son causadas por una corriente de galaxias, polvo y “materia oscura” -conocida filamento- de 13 millones de años luz.

Se han obtenido Imágenes (MACSJ0717) que muestran cómo cúmulos galácticos gigantes interactúan con su entorno en escalas de millones de años luz. Es un sistema hermoso para estudiar cómo los cúmulos crecen mientras el material cae en ellos a lo largo de filamentos. Simulaciones por ordenador muestran que los cúmulos de galaxias más masivos deben crecer en regiones donde filamentos de gran escala de gas intergaláctico, galaxias, y materia desconocida intersectan, pero…

¿Cuál debe ser la Masa del Universo?

 

Claro que la idea de masa perdida se introdujo porque la densidad observada de la materia del universo está cerca del valor crítico. Sin embargo, hasta comienzos de los ochenta, no se tuvo una razón teórica firme para suponer que el universo tenía efectivamente la masa crítica. En 1981, Alan Guth, publicó la primera versión de una teoría que entonces se ha conocido como “universo inflacionista”. Desde entonces, la teoría ha sufrido numerosas modificaciones técnicas, pero los puntos centrales no han cambiado.

nuestra conversación de hoy, diremos que el aspecto principal del universo inflacionista es que estableció por primera vez una fuerte presunción de que la masa del universo tenía realmente el valor crítico. Esta predicción viene de las teorías que describen la congelación de la fuerza fuerte en el segundo 10-35 del Big Bang. los otros muchos procesos en marcha en ese tiempo estaba una rápida expansión del universo, un proceso que vino a ser conocido como inflación. Es la presencia de la inflación la que nos lleva a la predicción de que el universo tiene que ser plano.

Abell 370: Lente gravitacional de un cúmulo de galaxias

Abell 370 La lente gravitacional distorsiona la Imagen y nos enseña, a la derecha, algo que nos parece una inmensa cuerda cósmica , ¿que podrá ser en realidad? la materia a lo largo y ancho del universo se reparte de manera que, se ve concentrada en cúmulos de galaxias y supercúmulos que son las estructuras más grandes conocidas y, dentro de ellas, están todos los demás objetos que existen. Claro que, deajndo a un lado esas fluctuaciones de vacío y, la posible materia desconocida.

El proceso mediante el cual la fuerza fuerte se congela es un ejemplo de un cambio de fase, similar en muchos aspectos a la congelación del agua. el agua se convierte en hielo, se expande; una botella de leche explotará si la dejamos en el exterior en una noche de invierno de gélido frío. No debería ser demasiado sorprendente que el universo se expanda del mismo modo al cambiar de fase.

La distancia a una galaxia lejana se determina estudiando la luz proveniente de estrellas de tipo Cefeidas Variables. El expectro de la luz estelar revela la velocidad a la que se mueve la galaxia (Efecto Doppler) y la cantidad de expansión que ha sufrido el universo que la luz salió de su fuente.

Lo que es sorprendente es la enorme amplitud de la expansión. El tamaño del Universo aumentó en un factor no menor de 1050. Este es tan inmenso que virtualmente no tiene significado para la mayoría de la gente, incluido yo mismo que, no pocas veces me cuesta asimilar esas distancias inconmensurables del Cosmos. Dicho de otra manera, pongamos, por ejmplo, que la altura de los lectores aumentara en un factor tan grande como ese, se extenderían de un extremo al otro del Universo y, seguramente, faltaría sitio. Incluso un sólo protón de un sólo átomo de su cuerpo, si sus dimensiones aumentaran en 1050, sería mayor que el mismo universo. En 10-35 segundos, el universo pasó de algo con un radio de curvatura mucho menor que la partícula elemental más pequeña a algo como el tamaño de una naranja grande. No es extraño que el inflación esté ligado a este proceso.

Comparación entre un modelo de expansión desacelerada (arriba) y uno en expansión acelerada (abajo). La esfera de referencia es proporcional al factor de escala. El universo observable aumenta proporcionalmente al tiempo. En un universo acelerado el universo observable aumenta más rápidamente que el factor de escala con lo que cada vez podemos ver mayor del universo. En cambio, en un universo en expansión acelerada (abajo), la escala aumenta de manera exponencial mientras el universo observable aumenta de la misma manera que en el caso anterior. La cantidad de objetos que podemos ver disminuye con el tiempo y el observador termina por quedar aislado del resto del universo.

Cuando ( mucho tiempo ya) leí por primera vez acerca del universo inflacionario, experimenté dificultades para poder asimilar el índice de inflación. ¿No violaría un crecimineto tan rápido las reglas impuestas por la relatividad de Eintien que marcaban el límite de la velocidad en el de la luz en el vacío? Si un cuerpo material viajó de un extremo de una naranja a otro en 10-35 segundos, su velocidad excedió a la de la luz en una fracción considerable.

“OPERA ha medido la velocidad de los neutrinos y ha encontrado que se propagan a una velocidad mayor que la luz.” Esa fue la Noticia que pretendía quitar la primacía a los fotones de ser los corredores más rápidos del Universo, los científicos dijeron que:
“Los neutrinos sacan una ventaja de 20 metros a los fotones al recorrer los 730 kilómetros”. La noticia fue publicada cuando un grupo de físicos italianos midieron mal la velocidad de los neutrinos y, dejaba en entredicho la teoría de la relatividad especial de Einstein. Sin embargo, pocos días más tarde, se tuvieron que desdecir.

Claro que, con esto pasa como pasó con estos “veloces” neutrinos que, algunos decían haber comprobado que corrían más rápidos que la luz, y, sin embargo, todo fue un error de cálculo en el que no se tuvieron en algunos parámetros presentes en las mediciones y los aparatos que hacían las mismas. Aquí, podría pasar algo parecido y, la respuesta la podemos encontrar en aquella analogía con la masa de pan. Durante el período de inflación es el espacio mismo -la masa de pan- lo que está expandiéndose. Ningún cuerpo material (acordaos que en aquella masa estaban incrustadas las uvas que hacían de galaxias y, a medida que la masa se inflaba, las uvas -galaxias- se alejaban las unas de las otras pero, en realidad, ninguna de estas uvas se mueven, es la masa lo que lo hace.

                               El Universo se expande

Las reglas contra los viajes a mayor velocidad que la de la luz sólo se aplican al movimiento del espacio. Así no hay contradicción, aunque a primera vista pueda parecer que sí. Las consecuencias del período de rápida expansión se pueden describir mejor con referencia a la visión einsteniana de la gravitación. de que el universo tuviera 10-35 segundos de edad, es de suponer que había algún tipo de distribucón de la materia. A cauda de esa materia, el espacio-tiempo tendrá alguna forma característica. Supongamos que la superficie estaba arrugada antes de que se produjera la inflación. Y, de esa manera, cuando comenzó a estirarse, poco a poco, tomó la forma que podemos detectar de “casi” plana conforme a la materia que contiene.

La Galaxia NGC 4388 y su Inmensa Nube de Gas

En todo esto, hay un enigma que persiste, nadie sabe contestar cómo, a pesar de la expansión de Hubble, se pudieron formar las galaxias. La pregunta sería: ¿Qué clase de materia estaba allí presente, para evitar que la materia bariónica no se expandiera sin rumbo fijo por todo el universo y, se quedara el tiempo suficiente para formar las galaxias? Todo ello, a pesar de la inflación de la que hablamos y que habrái impedido su formación. Así que, algo tenía que existir allí que generaba la gravedad necesaria para retener la materia bariónica hasta que esta, pudo formar estrellas y galaxias.

No me extrañaria que, eso que llaman materia oscura, pudiera ser como la primera fase de la materia “normal” que, estándo en una primera fase, no emite radiaciones ni se deja ver y, sin embargo, sí que genera la fuerza de Gravedad para que nuestro Universo, sea tal como lo podemos observar.

En imagenes como , los “expertos” nos dicen cosas como:

“La materia oscura en la imagen de varias longitudes de onda de arriba se muestra en un falso color azul, y nos enseña detalles de como el cúmulo distorsiona la luz emitida por galaxias más distantes. En de gas muy caliente, la materia normal en falso color rojo, son fruto de los rayos-X detectados por el Observatorio de Rayois X Chandra que orbita alrededor de la Tierra.”

 

Algunas galaxias individuales dominadas por materia normal aparecen en colores amarillentos o blanquecinos. La sabiduría convencional sostiene que la materia oscura y la materia normal son atraídas lo mismo gravitacionalmente, con lo que deberían distribuirse homogéneamente en Abell 520. Si se inspecciona la imagen superior, sin embargo, se ve un sorprendente vacío de concentración de galaxias visibles a lo largo de la materia oscura. Una respuesta hipotética es que la discrepancia causada por las grandes galaxias experimentan algún efecto de “tirachinas” gravitacional.

Una hipótesis más arriesgada sostiene que la materia oscura está chocándo consigo misma de alguna forma no gravitacional que nunca se había visto antes..? (esto está sacado de Observatorio y, en el texto que se ha podido traducir podemos ver que, los astrónomos autores de dichas observaciones, tienen, al menos, unas grandes lagunas en sus explicaciones y, tratándo de taparlas hacen aseveraciones que nada tienen que ver con la realidad).

emilio silvera

Buscando la “Materia Oscura”

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

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Alberto RUIZ COLABORA CON EL CERN

El científico español más citado intentará producir materia oscura en el CERN

 

Se confiesa sorprendido por coronar el ‘ranking’, que considera una anécdota. Lo que no es trivial son sus 40 años dedicados al estudio de partículas como el bosón de Higgs
Foto: Alberto Ruiz, investigador de la Universidad de Cantabria.
Alberto Ruiz, investigador de la Universidad de Cantabria.

El físico Alberto Ruiz Jimeno (Logroño, 1952) comenzó a jugar con los aceleradores de partículas hace exactamente 40 años. Desde el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, en Suiza, hasta el Tevatron del FERMILAB de Chicago. A sus espaldas cuenta con más de 600 artículos científicos en los que ha colaborado y que lo convierten hoy en el investigador más citado de España, por encima de ‘celebrities’ como Cirac y Barbacid.

La lista, recopilada por investigadores del CSIC, analiza los perfiles públicos de Google Scholar, el buscador especializado en literatura académica. Ruiz se entera de su condición de más citado con sorpresa y humildad, y rechaza tajantemente la personalización del ‘ranking’, que califica de una anécdota que no hay que malinterpretar: “No refleja la actividad de una persona sino la de un grupo, cualquiera de mis compañeros podría estar en mi lugar”. Aunque sea el primero en España, a nivel global su posición cae hasta el puesto 236.

Sabemos que la nueva física tiene que existir. El modelo estándar no es definitivo: explica un 4% del universo y solo en parte

Ruiz y su grupo son uno de los muchos colaboradores de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN). El riojano participa en uno de los experimentos del LHC que permitieron descubrir el famoso bosón de Higgs en 2012, el CMS (Compact Muon Solenoid). Desde que el acelerador de partículas retomara su trabajo este año, el objetivo del físico y sus compañeros de todo el mundo es claro: abrir las puertas a una nueva física que continúe la revolución iniciada por Einstein en el siglo XX.

El bosón de Higgs, la partícula que valió un premio Nobel, todavía no ha revelado todos sus secretos. Por eso uno de los objetivos principales del CMS es estudiar sus propiedades. Según Ruiz, puede que coincidan con las predicciones de la física estándar… o concuerden con otros modelos teóricos propios de la nueva física. Precisamente el famoso descubrimiento, definido teóricamente pero jamás observado, completó el modelo estándar. Ponía así punto y final a una etapa de la ciencia, al mismo tiempo que daba inicio a otra igual de prometedora.

El LHC del CERN.

El LHC del CERN.

 

“Sabemos que la nueva física tiene que existir. El modelo estándar no es definitivo: explica un 4% del universo y solo en parte”, asegura Ruiz. La física clásica funciona a escalas humanas, pero los físicos como Ruiz van detrás de nuevos modelos que engloben lo que ya conocemos al mismo tiempo que explican algo más de ese 96% desconocido.

La física solo puede explicar un 4% del universo, pero este pequeño porcentaje es el más importante para nosotros, pues lo forma la materia bariónica, aquella que nos constituye. El resto es materia oscura, en un 25%, y energía oscura el 70% restante. “Todavía no sabemos nada”, afirma Ruiz. Pero experimentos como los que tienen lugar en el CERN pueden cambiar esa situación.

Materia oscura

El segundo objetivo principal del CMS es encontrar materia oscura. “Intentamos producirla a partir de partículas normales mediante colisiones lo suficientemente violentas”, asegura Ruiz. Conseguirlo sería, en su opinión, el descubrimiento del siglo y merecedor del Nobel de Física. El problema es si las energías que alcanza el LHC serán suficientes para producirla.

Ruiz es optimista y confía en que, en el peor de los casos, se obtengan pistas de dónde reside esta nueva física. “Existen miles de modelos teóricos, y conforme los resultados experimentales no coincidan con las predicciones, podemos eliminar el modelo e ir afinando”. Así, poco a poco, se descartaran las opciones que no se ajusten a la realidad para, como en el ‘Quién es quién’ o en el ‘Cluedo’, ir reduciendo los sospechosos.

Comprender mejor el bosón de Higgs y producir materia oscura son los dos objetivos principales del CMS, pero no los únicos. “Puede que el universo tenga otras dimensiones que escapen a la gravedad”, añade Ruiz. Si el universo tuviera más de tres dimensiones espaciales, podría explicarse la gravitación desde el punto de vista cuántico, algo que de momento escapa del modelo estándar y que supone un importante problema de la física moderna.

El Kamiokande de Japón.
El Kamiokande de Japón.

Si existe una gravitación cuántica, el intermediario serían los gravitones. El posible descubrimiento de estas ondas gravitacionales ha recibido atención mediática esta misma semana después de que se extendiera el rumor de su inminente confirmación. Ruiz recuerda que la última vez los indicios de ondas gravitacionales primigenias se demostraron falsos, y pide paciencia al respecto. El revuelo causado confirma, como sucedió con el famoso bosón, el interés que despiertan estos temas entre la población.

Algo similar ocurrió cuando el LHC volvió al trabajo a comienzos de 2015. Ciertas discrepancias en los datos parecían indicar el descubrimiento de una nueva partícula. Desde los periódicos hasta la propia comunidad científica, la excitación era palpable, aunque la hipótesis terminó por ser descartada. ”El problema es que, como analizamos tantas cosas, hay muchos indicios, pero al final son fluctuaciones estadísticas. Ojalá se confirmara, pero hoy por hoy no hay nada”, aclara el investigador. La construcción de nuevos aceleradores más avanzados en los próximos años, en los que también participará Ruiz, servirá para desentrañar estos y otros misterios y despejar las dudas.

Un nuevo acelerador

Ruiz coordina la parte española de una red internacional dedicada a diseñar un nuevo acelerador de partículas. El ILC (Colisionador Lineal Internacional) se encuentra actualmente en fase de negociaciones políticas pero, de ser aprobado, sería construido en Japón, aunque no estará finalizado antes de 2027. El físico comenta que España participaría “en una parte muy importante” del experimento.

Ruiz coordina parte de una red internacional dedicada a diseñar un nuevo acelerador de partículas en el que España jugaría un importante papel

Este acelerador de nueva generación no será mucho más potente que el actual LHC, pero Ruiz afirma que sí será mucho más preciso. En las colisiones entre protones solo interactúa una parte de la partícula, lo que disminuye la calidad del análisis. En el ILC interactuarán electrones y positrones, su antipartícula: “El resultado es mucho más limpio y permitirá conseguir una física varios órdenes de magnitud más precisa”. Todo con el fin último de comprender mejor el universo.

Ruiz lleva cuatro décadas estudiando partículas y trabajando con aceleradores. Como todos los investigadores, celebra con cautela la creación de la Agencia Estatal de Investigación y denuncia la falta de inversión en ciencia. “Existe un envejecimiento de la población científica considerable porque no hay nuevas plazas, y eso es preocupante”. Sin jóvenes científicos será imposible que España pueda cumplir su prometedor papel en el ILC de Japón.