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Nueva manera de mirar el Universo

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Ondas gravitacionales    ~    Comentarios Comments (4)

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Publicado en el Pais, apartado de Ciencia

Biografía íntima de la primera onda gravitacional

Un estudio reconstruye el origen remoto del primer ‘sonido’ del universo, hace más de 11.000 millones de años

Telescopios como el de la imagen (en Chile) ayudan a entender el origen del Universo.

Telescopios como el de la imagen (en Chile) ayudan a entender el origen del Universo. Fermilab

La historia de la primera onda gravitacional detectada por un experimento humano es casi tan antigua como el Universo. Así lo indica un estudio publicado hoy que reconstruye hasta su origen más remoto la señal captada en septiembre de 2015 por el Observatorio de Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales (LIGO), uno de los descubrimientos más importantes de esta década.

Hace un siglo, Albert Einstein predijo que, de acuerdo con la teoría de la relatividad, los fenómenos más violentos del cosmos deberían producir intensos estallidos de energía que viajaría a la velocidad de la luz en forma de ondas gravitatorias. Estas ondulaciones curvan el espacio y el tiempo a su paso y se expanden en todas direcciones durante miles de millones de años. Pero detectarlas en la Tierra era imposible. El origen de estos fenómenos está tan lejos y sus señales atraviesan tanto espacio que al llegar al Sistema Solar son imperceptibles incluso con la tecnología más avanzada, pensó el genio alemán.

Ahora sabemos que se equivocó en el detalle y acertó, como siempre, en lo importante. La primera señal de ondas gravitatorias se captó en septiembre de 2015 y fue anunciada en febrero. La produjo la fusión de dos agujeros negros, cada uno unas 30 veces con más masa que el Sol, y sucedió hace unos 1.300 millones de años, cuando todos los terrícolas eran microbios incapaces de entender qué estaba pasando.

Comparison of merger rates and masses with O1 LIGO results.

El nuevo estudio, publicado hoy en Nature, aclara cómo se formaron esos dos agujeros negros. El trabajo lo firman cuatro científicos expertos en cosmología y relatividad computacional de la Universidad de Chicago y el Instituto de Tecnología de Rochester, ambos en EE UU, y la Universidad de Varsovia, en Polonia. Han creado un modelo informático que reconstruye la historia del universo y permite estimar qué tipo de cuerpos celestes podrían producir una señal como la detectada por LIGO. Para esto han necesitado usar Atlas, el mayor superordenador dedicado al estudio de ondas gravitacionales del mundo, y además algo de tiempo de computación de miles de PCs de ciudadanos interesados por la ciencia a través del proyecto Universe@home.

Ahora sabemos que Einstein se equivocó en el detalle y acertó, como siempre, en lo importante

 

Los resultados muestran que, para viajar hasta la semilla de la primera onda gravitacional, hay que remontarse a unos 2.000 millones de años después del Big Bang. En aquel universo adolescente se formaron dos estrellas que tenían cada una al menos 40 veces más masa que el Sol y que estaban peligrosamente juntas. Es lo que los astrónomos llaman un sistema binario, dos astros que orbitan el uno en torno al otro y que, con cada vuelta, recortan un poco la distancia que los separa.

Las dos estrellas estaban entre las más brillantes y grandes de todo el Universo, según J. J. Eldridge, físico de la Universidad de Auckland (Nueva Zelanda). El científico razona que, si los cálculos del estudio son correctos, estos dos astros contribuyeron a que el Universo saliese de la llamada Edad oscura, un paso fundamental en la línea de eventos que lleva hasta nosotros pues, de no haberse superado esta etapa no habría estrellas, galaxias ni vida.

Cuatro millones de años después de su nacimiento, un instante en términos cosmológicos, a una de las dos estrellas se le agotó el combustible. Su enorme núcleo se derrumbó sobre sí mismo creando un punto matemático de volumen cero y densidad infinita. Nada, ni siquiera la luz de su estrella compañera ni cualquier otra en todo el Universo era capaz de escapar a su atracción si se acercaba demasiado. Era un agujero negro de unas 30 masas solares. Pasado otro millón de años, su estrella compañera sufrió idéntica metamorfosis.

Ambos monstruos estaban separados por unos 34 millones de kilómetros, bastante menos distancia que un viaje espacial de la Tierra a Marte. Según los cálculos del estudio, la atracción gravitatoria entre ambos fue royendo centímetros a esa separación hasta que, 10.000 millones de años después, acabaron fundiéndose en un violento abrazo. La unión formó un gran agujero negro y liberó en fracciones de segundo toda la energía que cabría en tres estrellas como el Sol. Si alguien hubiese estado cerca, hubiera vivido una letal tormenta donde el espacio se estiró y se contrajo como un chicle y el tiempo osciló de forma caótica entre el pasado y el futuro.

Las ondas gravitacionales producidas por esta fusión siguieron avanzando hasta que, ya reducidas a una vibración menor que la milésima parte del diámetro de un protón, pasados 1.300 millones de años, fueron captadas por los haces de luz láser del experimento LIGO, instalados en Luisiana y Washington, con un pequeñísimo retardo que permitió determinar la región del universo desde la que llegaban. La noticia causó una enorme expectación que alcanzó las portadas de los mejores periódicos del mundo. Einstein era reivindicado una vez más, justo 100 años después de su predicción, y se abría una nueva era para la exploración y comprensión del cosmos. Si no es la mejor historia jamás contada, por lo menos es una de las más largas: 11.700 millones de años de principio a fin.

 

Mil fusiones al año

Una de las principales utilidades de los observatorios de ondas gravitacionales como LIGO o el europeo Virgo es reconstruir la evolución del universo. Permiten saber cómo y dónde nacen los agujeros negros, cómo se transforman y estimar cuántos hay en el universo observable. De hecho hasta ahora las observaciones de estos monstruos del cosmos, que influyen de forma fundamental en la evolución de todas las galaxias, incluida la nuestra, eran indirectas.

El objetivo ahora es ir sumando detecciones de ondas que aclaren todos estos asuntos. Según el estudio publicado hoy, se detectarán unas 1.000 fusiones de agujeros negros similares a las captadas hasta ahora cada año una vez que LIGO y el resto de observatorios alcancen su máxima sensibilidad.

 

  1. 1
    Fandila Soria
    el 23 de junio del 2016 a las 12:23

     
    Si es que donde se ponga la tecnología… A ver si más pronto que tarde se logra dilucidar la realidad de la materia oscura, que menos problemas habrá en la comprensión de campos internos o externos a la materia normal.
     

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  2. 2
    kike
    el 23 de junio del 2016 a las 14:43

    Eso de la materia oscura, no acabo de creermelo.

     Para los profanos como yo, basta mirar una de las cientos de miles de millones que existen, pues en todas parece haber en su centro un agujero negro; más o menos activo; más o menos giratorio; y de todos los tipos existentes, (Hasta con pelo).

     Por pura lógica de la que empleamos en nuestro planeta, sabemos que en los torbellinos, remolinos, huracanes, y un largo etcétera de movimientos análogos, la energía que produce todo ese movimiento se encuentra en el centro, aunque provenga de corrientes profundas y mucho más extendidas.

     Pero los científicos niegan el poder de los agujeros negros en la dinámica de las galaxias, pese a ese sentido común del que hablo; y todo por unos cálculos que dicen que la materia no estaría girando a la misma velocidad a diferentes distancias del centro, y de que toda esa materia no podría estar unida a no ser por la “materia oscura”.

     Por lo tanto, bajo mi punto de vista, siempre ignorante,  pero con algo de lógica (léase sencillez, que al fin y al cabo es lo más probable, puesto que todo en el universo funciona bajo las leyes de máxima sencillez por el simple concepto de ahorro de energía), pienso que bien pudiera ser que las galaxias simplemente se comportaran como cualquier remolino de los que conocemos en nuestro planeta; ocasionado por la gravedad a través de los agujeros negros, que en su giro van atrayendo a los diversos cuerpos bajo su influencia; y que, al fin y al cabo, por su descomunal energía, hayan obtenido una forma de atracción algo diferente a la conocida, pero que suplantaría con creces a lo de la materia oscura.

     Por  una parte decimos que existe una materia denominada oscura porque no sabemos lo que es, pero no obstante, pese a que tenemos el mismo desconocimiento, parece que sabemos lo que no es; y eso podría ser una vana teoría (lease unas gran tonteria). 

     Si no sabemos nada de los agujeros negros, pese a que les damos una masa cuasi infinita,¿porque les negamos la posibilidad de controlar gravitacionalmente a cada galaxia?

     Y si no, que lo demuestren, pues no me lo creo…. 

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  3. 3
    Fandila Soria
    el 23 de junio del 2016 a las 18:21

    El agujero negro sí que controla a una galaxia, ante todo gravitacionalmente, en el sentido que la galaxia viene a ser como una gran orbitación del dicho agujero negro, como en otro orden de cosas una estrella controla gravitacionalmente a sus planetas.
    La forma de la galaxia no es óbice para que exista un “nucleo” en torno al cual se mantiene. Aunque eso sea muy elástico.
    La materia oscura no está localizada solo en unos lugares determinados sino que el campo del vacío lo permea todo, el espacio, la materia, a nosotros mismos. Es de una lógica aplastante pues el vacío total no tiene sentido. Qué podría haber en los inicios del “Bib-Bang” cuando la materia normal que conocemos aún no existía… Un paso más, podríamos preguntarnos que sobre qué se expansionó, pues pudiera ser que lo hiciera sobre un “vacío” similar preexistente, el correspondiente a un gran universo mayor.
     
    Un abrazo.
    Por eso se hace necesario comprobar qué encierra el vacío o los agujeros negros, los grandes espacios, como conformidad para unos razonamientos que “cubren” las teorías. Desde hace tiempo se expeculaba con la existencia del éter como una fórmula misteriosa, que poco tiene que ver con la ciertas evidencias de un espacio lleno pero por el contrario muy variado en su contenido material-energético.
    Todo llegará, porque si no la Física que conocemos se caería falta de bases. Lo muy pequeño conforma lo muy grande, si no, la expansión y la evolución material seria una trola, y el presente una extraña “puntualidad” falta de componentes.
    Esa es mi interpretación, que no siempre coincide con la de otros.

    Responder
  4. 4
    emilio silvera
    el 24 de junio del 2016 a las 5:14

    Amigos míos, no les deis más vueltas, lo que ocurre es simplemente …¡que no sabemos!
     
    “La rotación de las galaxias se observó por primera vez en 1914, y desde entonces se ha medido con gran precisión en muchas galaxias, no sólo en la Vía Láctea. La gran sorpresa surgió cuando, en 1975, se pudo medir la velocidad de giro de las estrellas que ocupan posiciones muy alejadas del centro: esas estrellas van muchísimo más rápido que lo que les correspondería por las leyes de Newton (es como si los planetas más alejados, por ejemplo Neptuno y Plutón, orbitaran mucho más deprisa de lo que calculamos con las leyes de Newton). El hecho es que esto ocurre no en una, sino en muchas galaxias donde hemos podido medir su rotación: las partes externas de las galaxias giran mucho más deprisa que lo que esperamos. ¿Por qué ocurre eso? No se sabe.
     
     
          Tampoco sabemos si es la materia oscura la que nos trae hacia nosotros a nuestra vecina Andrómeda
     
    Desde hace treinta años, los astrofísicos se enfrentan a este dilema: o bien las galaxias tienen mucha materia que no vemos, pero que causa una fuerte atracción gravitatoria sobre las estrellas externas (que por ello orbitarían tan rápido) o bien ni la ley de la gravedad de Newton ni la de Einstein serían válidas para esas regiones externas de las galaxias. Las dos opciones son revolucionarias para la física: la primera implica la existencia de materia oscura en el universo (materia que no vemos pero que sí afecta al movimiento de las estrellas y galaxias), y la segunda implica que una ley básica (la de Newton/Einstein de la gravitación) es incorrecta. En el momento actual, no sabemos cual de esas dos opciones es la buena (podrían incluso ser buenas las dos, es decir, que existiera materia oscura y además que la teoría de Newton/Einstein estuviera mal. No creom que sea ese el problema, debe haber una tercera opción desconocida que debemos encontrar). La gran mayoría de los astrofísicos prefieren explicarlo con la materia oscura (un camino cómodo y fácil) antes que dudar de las leyes de la gravitación de Newton/Einstein. Esto no es sólo cuestión de gustos, es que las leyes de la gravitación funcionan con una increíble exactitud en todos los demás casos donde las hemos puesto a prueba (en los laboratorios, en las naves espaciales y los vuelos interplanetarios, en la dinámica del Sistema Solar, etc.).
    Este problema de la materia oscura (si es que realmente existe y no es que las leyes de Newton sean incompletas) es uno de los más importantes con los que se enfrenta la astrofísica hoy en día.”
    Últimamente están saliendo a la luz estudios diversos (algunos contradictorios) en relación a la (posible presencia) de materia oscura todeando las galaxias.
    Usando una de las más poderosas supercomputadoras del mundo para simular el halo de materia oscura que envuelve a nuestra galaxia, unos investigadores han encontrado densos grumos y filamentos de la misteriosa materia oscura ocultándose en las regiones internas del halo, en el mismo vecindario que nuestro Sistema Solar.
    “En simulaciones anteriores, esta región resultó lisa, pero ahora tenemos suficientes detalles para ver los grumos de materia oscura”. La permanete contradicción nos hace dudar de lo que realmente pueda haber alrededor de las galaxias y cúmulos de galaxias. Y, la materia oscura es la salida más cómoda para explicar lo que desconocemos.
    Podríamos seguir y seguir pero, siempre lanzando conjeturas e hipótesis de lo que podría ser, ya que, saber saber lo que se dice saber… ¡No sabemos! Hemos hablado de materia oscura fría, de materia oscura caliente y de otras formas de “materia oscura”, lo cual, es un síntoma inequívoco de que lo que realmente ocurre es que no tenemos ni la menor idea de si realmente puede ser la materia oscura la causante de los fenómenos observados y que no sabemos explicar. Seguro que algo tiene que haber por ahí, los griegos se referían al Ylem o sustancia cósmica y, creo, que esa sustancia cósmica es la que propició que se pudieran formar las galaxias a pesar de la expansión de Hubble y que la materia, atraida por la gravedad, no saliera disparada y se dispersara impidiendo dicha formación, ahí tenemos la prueba de algo debería haber estado allí para “agarrar” la materia bariónica y que no escapara pero… ¿Qué sería o que es? ¡Nadie lo sabe!
    Así que, mientras el conocimiento llega… Seguimos aggados a la materia oscura como el náufrago al tablón que flota.

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