lunes, 18 de febrero del 2019 Fecha
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Sometidos por los Agujeros Negros

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en El Universo misterioso    ~    Comentarios Comments (11)

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Cada día se descubren nuevas cosas que antes ignorábamos, y, según se deduce de los hechos a lo largo de la historia.. La Ciencia está en un callejón sin salida, no puede hacer nada para evitarlo, y, lo único que le queda… ¡Es crecer y crecer! En un artículo de prensa pude leer un reportaje sobre los agujeros negros y particularmente sobre el que está en el centro de nuestra Galaxia. Le he puesto algunas imágenes para no hacerlo tan pesado y, aquí os lo dejo:

Ciencia

Desde siempre hemos tenido la tendencia de querer representar las cosas y a medida que pudimos descubrir conocimientos nuevos, también le dimos a esos nuevos saberes sus símbolos y ecuaciones matemáticas que representaban lo que creíamos saber. Mecánica cuántica, relatividad, átomos, el genóma, agujeros negros, la constante cosmológica, la constante de Planck racionalizada…

Wheeler decía allá por el año 1957, que el punto final de la compresión de la materia -la propia singularidad- debía estar gobernada por la unión, o matrimonio, de las leyes de la mecánica cuántica y las de la distorsión espaciotemporal. Esto debe ser así, puesto que la distorsión espaguetiza el espacio a escalas tan extraordinariamente microscópicas que están profundamente influenciadas por el principio de incertidumbre.

Veamos el reportaje:

Image

Esa potentísima fuerza de gravedad que parece ubicarse en el centro de todas las galaxias mantiene a las estrellas unidas pero también es una fatal fuerza destructora.

 

 

 

Recreación artística de un agujero negro supermasivo

Los científicos están cada vez más cerca de confirmar que todas las galaxias, esencialmente las espirales y elípticas, mantienen sus cientos de miles de millones o billones de estrellas unidas gracias a una potentísima fuerza de gravedad que se ubica en el centro de cada una de ellas.

Es de destacar que las estrellas de las galaxias espirales giran en torno al núcleo de la galaxia, donde se aglutina el mayor número de estrellas por unidad cúbica, pero parece insuficiente que este grupo constituido de millones de estrellas puedan mantener unidas y girando a su alrededor al resto de las estrellas componentes de una galaxia, en algunos casos, como la galaxia elíptica M 87, con más de un billón de estrellas. Hay algo más, justo en el centro de los núcleos de las galaxias que posee una fuerza superior y que además de mantener compacto el núcleo de la galaxia, mantiene estrellas girando a su alrededor a distancias de cientos de miles de años luz (un año luz equivale a 9,6 billones de km).

La galaxia elíptica M87 (también conocida como Galaxia Virgo AVirgo AMessier 87M87, o NGC 4486) es una galaxia elíptica gigante fácil de ver con telescopios de aficionados.  Se trata de la mayor y más luminosa galaxia de la zona norte del Cúmulo de Virgo,  hallándose en el centro del subgrupo Virgo A.

La Zona Central Molecular de la Galaxia

                            En el centro de la Galaxia existe una compacta región molecular

Nuestra galaxia, la Vía Láctea, mide 100.000 años luz, es como un disco con brazos espirales, muy aplastada y fina, excepto hacia el centro, cuyo bulbo en forma de esfera mide 30.000 años luz de diámetro, pero dentro de esta enorme bola de estrellas viejas, se encuentra el núcleo, aún más denso y compacto, cuyas estrellas se amontonan en espesa multitud, concretamente unos 85 millones de estrellas, que determinó el telescopio de infrarrojos VISTA, un telescopio capaz de atravesar las inmensas nubes de polvo que hay entre nosotros y el núcleo galáctico que es invisible con telescopios ópticos normales. Mientras más nos acerquemos al núcleo galáctico, las estrellas estarán más cerca las unas de las otras.

Cuando comenzaron a formarse las galaxias, algunas estrellas supermasivas comenzaron a agotar su combustible nuclear. Estas estrellas decenas o cientos de veces más masivas que el Sol duran pocos millones de años; el Sol, 10.000 millones de años. Comenzaron a estallar y se convirtieron en brillantísimas supernovas. En todo el Cosmos las supernovas se sucedían y dieron paso a la formación de agujeros negros supermasivos.

La inmensa fuerza de gravedad de estos agujeros negros comenzó a atraer a las estrellas jóvenes en formación o con pocos millones de años de edad. Como si de vórtices se trataran, las estrellas comenzaron a girar alrededor de los agujeros negros, así dice una teoría que se agruparon las estrellas para formar las galaxias.

No es de extrañar. Se han encontrado agujeros negros en los núcleos de casi todas las galaxias, incluso agujeros negros dobles uno girando alrededor del otro. Aquellas galaxias que no suelen contener agujeros negros supermasivos en sus núcleos son galaxias irregulares, cuya estructura amorfa no obedece a las formas bellísimas de las galaxias espirales o elípticas, cuyos agujeros negros les dan la forma.

Los agujeros negros no sólo están en los núcleos de las galaxias, sino en diversas regiones de éstas, aunque estos no suelen ser muy masivos, varias veces la masa del Sol, como el descubrimiento de uno de ellos, de 10 masas solares, en uno de los brazos espirales de la vecina galaxia de Andrómeda, a 2,3 millones de años luz, descubierto gracias a que en ese momento estaba engullendo una estrella emitiendo una poderosa fuente de rayos X. La Vía Láctea posee varios agujeros negros detectados, quizás el más famoso sea Cygnus X-1, un agujero negro de unas 15 masas solares a cuyo alrededor gira una estrella supergigante a la que continuamente roba las capas más externas.

Distorsión Espacio-Temporal

        A. N. -omo sumideros cósmicos-

Un agujero negro en una galaxia actúa casi de la misma forma que cuando quitamos el tapón del lavabo y el agua comienza a desaparecer formando una espiral. Los agujeros negros no tragan con tanta rapidez, a pesar de su poderosa fuerza de gravedad, las estrellas están muy distantes y van cayendo poco a poco, mientras que el resto de estrellas sometidas a la fuerza de gravedad del agujero negro supermasivo giran en torno a él esperando su turno.

Los agujeros negros son tan poderosos y dominantes que cuando la materia comienza a caer hacia ellos, se calientan y emiten tanta radiación que equivale a la energía de toda una galaxia de 100.000 millones de estrellas.

Astrónomos europeos tuvieron la ocasión de ver por primera vez cómo un agujero negro de 300.000 masas solares situado en la galaxia NGC 4845 a 47 millones de años luz, arrancaba las capas exteriores de un planeta 15 veces mayor que Júpiter, un planeta errante expulsado de su sistema solar, que ahora gira en torno al agujero negro. Solo el hecho de arrancarle el 10% de la masa puso en alerta a los investigadores, pues se produjo una importante emisión de rayos X.

      grandes emisiones de Rayos X

El agujero negro supermasivo de nuestra galaxia, de 4,5 millones de masas solares, posee una gran actividad. Prácticamente y a diario, se observan explosiones, aunque no extremas, ello indica que todos los días engulle algo. El telescopio espacial Herchel, ha comprobado que una nube de gas compacta, se dirige hacia nuestro agujero negro y probablemente caiga en él este mismo año. Por otro lado estrellas cercanas al mismo, giran a velocidades de vértigo y serán su próxima comida. El Sistema Solar que se encuentra a 28.000 años luz del agujero negro gira gracias a éste y alrededor de nuestra galaxia a una velocidad de 960.000 km/h.

Los agujeros negros, forman las galaxias, mantienen unidas a sus estrellas, pero a cambio, se nutren de ellas. ¿Será el destino de las galaxias acabar en el interior del agujero negro supermasivo que contienen?

https://paolera.files.wordpress.com/2010/08/chandra_m87shock5b25d.jpg

    Chandra :: Photo Album :: M87 :: 18 Aug 10

Agujeros negros supermasivos distorsionan las galaxias, y emiten poderosos jets de energía y materia a cientos de miles de años luz de distancia, es el caso del agujero negro de la galaxia M 87 con 3.000 millones de masas solares. M 87 sigue engullendo otras galaxias menores y el agujero negro no para de alimentase. Los astrónomos creen que el límite de un agujero negro puede ser el de una masa de 50.000 millones de soles, es decir, la mitad de la masa de nuestra propia Galaxia. Un agujero negro de estas características no tendría límites y podría absorber una galaxia tranquilamente, por lo que se convertiría en el mayor destructor del Universo.

Pero, ¿qué es un agujero negro?

Un agujero negro se produce cuando las estrellas muy masivas, a partir de 2,5 veces la masa solar, llegan al final de su vida, se detienen las reacciones termonucleares que hacen que la estrella se expanda y la gravedad se encarga de encoger a la estrella hasta el tamaño de la Tierra (enana blanca), si la gravedad consigue aplastar aún más a la estrella, se convertirá en una estrella de neutrones, del tamaño de una ciudad, donde un cm cúbico pesa millones de toneladas. Pero si no consigue pararse en ese tamaño, se aplastará aún más convirtiéndose en un objeto diminuto, pero con la masa de varias, decenas, cientos o miles de soles.

Para escapar de la Tierra hace falta una velocidad de 11,2 km/s. Si no conseguimos alcanzarla caeremos otra vez a nuestro planeta. Pero un agujero negro posee tanta fuerza de gravedad, que ni siquiera la luz, que es lo más rápido y que viaja a 300.000 km/s podría escapar del agujero negro. Si nos pudiéramos poner en un agujero negro (vamos a imaginarlo porque no es muy probable) y encender una linterna, veríamos cómo la luz de la linterna intentaría escapar del agujero negro, pero se doblaría y volvería hacia nosotros. Así son los objetos más poderosos del Universo.

Los agujeros negros hunden el espacio y distorsionan el tiempo. En estudio está que estos objetos sean atajos espaciales que en un futuro nos lleven a lugares muy distantes del Universo sin que apenas pase el tiempo.

Creemos cosas que…, ¿serán ciertas?

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

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Diagrama de la trayectoria del sistema de Lorenz para los valores r = 28, σ = 10, b = 8/3.

Teoría del cáos es la denominación popular de la rama de las matemáticas, la física y otras disciplinas científicas que trata ciertos tipos de sistemas dinámicos  muy sensibles a las variaciones en las condiciones iniciales. Pequeñas variaciones en dichas condiciones iniciales pueden implicar grandes diferencias en el comportamiento futuro, imposibilitando la predicción a largo plazo. Esto sucede aunque estos sistemas son en rigor determinísticos, es decir; su comportamiento puede ser completamente determinado conociendo sus condiciones iniciales.

Foto

Montaje experimental. Foto: HZB, D.J.P. Morris y A. Tennant. .

Hubo un tiempo, el el Universo muy temprano, en el que la temperatura estaba encima de algunos cientos de veces la masa del protón, cuando la simetría aún no se había roto, y la fuerza débil y electromagnética no sólo eran la misma matemáticamente, sino realmente la misma. Un físico que hibiera podido estar allí presente, en aquellos primeros momento, no habría podido observar ninguna diferencia real entre las fuerzas producidas por el intercambio de estas cuatro partículas: las W, la Z y el Fotón.

Muchas son las sorpresas que nos podríamso encontrar en el universo primitivo, hasta la presencia de agua ha sido detectada mediante la técnica de lentes gravitacionales en la galaxia denominada MG J0414+0534 que está situada en un tiempo en el que el Universo sólo tenía dos mil quinientos millones de años de edad. El equipo investigador pudo detectar el vapor de agua presente en los chorros de emisión de un agujero negro supermasivo. Este tipo de objeto es bastante raro en el universo actual. El agua fue observada en forma de mases, una emisión de radiación de microondas provocada por las moléculas (en este caso de agua) al ser amplificadas por una onda o un campo magnético.

Siguiendo con el trabajo, dejemos la noticia de más arriba (sólo insertada por su curiosidad y rareza), y, sigamos con lo que hemos contado repetidas veces aquí de las fuerzas y la simetría antes de que, el universo se expandiera y enfriara para que, de una sóla, surgieran las cuatro fuerzas que ahora conocemos: Gravedad que campa sola y no quiere juntarse con las otras fuerzas del Modelo Estándar, el electromagnetismo y las nucleares débil y fuerte.

mundo brana

Las fuerzas de la naturaleza que gobiernan la electricidad, el magnetismo, la radiactividad y las reacciones nucleares están confinadas a un “mundobrana” tridimensional, mientras que la gravedad actúa en todas las dimensiones y es consecuentemente más débil. Seguramente ese será el motivo por el cual, encontrar  al Bosón mediador de la fuerza, el Gravitón, resulta tan difícil.

De manera similar, aunque menos clara, las teorías de supersimetrías conjeturaban que las cuatro fuerzas tal vez estaban ligadas por una simitría que se manifestaba en los niveles de energía aún mayores que caracterizaban al universo ya antes del big bang. La intodución de un eje histórico en la cosmolo´gia y la física de particulas (como decía ayer en uno de los trabajos), beneficio a ambos campos. Los físicos proporcionaron a los cosmólogos una amplia gama de herramientas útiles para saber cómo se desarrolló el universo primitivo. Evidentemente, el Big Bang no fue una muralla de fuego de la que se burló Hoyle, sino un ámbito de suscesos de altas energías que muy posiblemente pueden ser comprensibles en términos de teoría de campo relativista y cuántica.

La cosmología, por su parte, dio un tinte de realidad histórica a las teorías unificadas. Aunque ningún acelerador concebible podrían alcanzar las titánicaqs energías supuestas por las grandes teorías unificadas y de la supersimetría, esas exóticas ideas aún  pueden ser puestas a prueba, investigando las partículas constituyentes del universo actual y tratar de ver si son compatibles con el tipo de historia primitiva que implican las teorías.

Gell-Mann, el premio Nobel de física, al respeto de todo esto decía: “Las partículas elementales aparentemente proporcionan las claves de algunos de los misterios fundamentales de la Cosmología temprana… y resulta que la Cosmología brinda una especia de terreno de prueba para alguna de las ideas de la física de partículas elementales.” Hemos podido llegar a descubrir grandes secretos de la naturaleza mediante los pensamientos que, surgidos de la mente desconocida y misteriosa de algunos seres humanos, han podido ser intuidos mediante ráfagas luminosas que nunca sabremos de dónde pudieron surgir )Lorentz, Planck, Einstein, Heisenmberg, Dirac, Eddigton, Feymann, Wheeler… Y, una larga lista de privilegiados que pudieron ver, lo que otros no podían.

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              Moléculas, átomos y conexiones para formar pensamientos

Hemos llegado a poder discernir la relación directa que vincula el tamaño, la energía de unión y la edad de las estructuras fundamentales de la Naturaleza. Una molécula es mayor y más fácil de desmembrar que un átomo; lo mismo podemos decir de un átomo respecto al núcleo atómico, y de un núcleo con respecto a los quarks que contiene. La cosmología sugiere que esta relación resulta del curso de la historia cósmica, que los quarks se unieron primero en las energías extremadamente altas del big bang original  y que a medida que el Universo se expandió, los protones y neutrones compuestos de quarks se unieron para formar núcleos de átomos, los cuales, cargados positivamente, atrajeron a los electrones cargados con electricidad negativa estableciéndose así como átomos completos, que al unirse formaron moléculas.

Si es así (que lo es), cuanto más íntimamente examinemos la Naturaleza, tanto más lejos hacia atrás vamos en el tiempo.   Alguna vez he puesto el ejemplo de mirar algo que no es familiar, el dorso de la mano, por ejemplo, e imaginemos que podemos observarlo con cualquier aumento deseado.

Con un aumento relativamente pequeño, podemos ver las células de la piel, cada una con un aspecto tan grande y  complejo como una ciudad, y con sus límites delineados por la pared celular.  Si elevamos el aumento, veremos dentro de la célula una maraña de ribosomas serpenteando y mitocondrias ondulantes, lisosomas esféricos y centríolos, cuyos alrededores están llenos de complejos órganos dedicados a las funciones respiratorias, sanitarias y de producción de energía que mantienen a la célula.

Ya ahí tenemos pruebas de historia. Aunque esta célula particular solo tiene unos pocos años de antigüedad, su arquitectura se remonta a más de mil millones de años, a la época en que aparecieron en la Tierra las células eucariota o eucarióticas como la que hemos examinado.

Abajo vemos el dorso de la mano algo aumentado

Para determinar dónde obtuvo la célula el esquema que le indicó como formarse, pasemos al núcleo y contemplemos los delgados contornos de las macromoléculas de ADN segregadas dentro de sus genes.  Cada una contiene una rica información genética acumulada en el curso de unos cuatro mil millones de años de evolución.

Almacenado en un alfabeto de nucleótidos de  cuatro “letras”- hecho de moléculas de azúcar y fosfatos, y llenos de signos de puntuación, reiteraciones para precaver contra el error, y cosas superfluas acumuladas en los callejones sin salida de la historia evolutiva-, su mensaje dice exactamente cómo hacer un ser humano, desde la piel y los huesos hasta las células cerebrales.

Si elevamos más el aumento veremos que la molécula de ADN está compuesta de muchos átomos, con sus capas electrónicas externas entrelazadas y festoneadas en una milagrosa variedad de formas, desde relojes de arena hasta espirales ascendentes como largos muelles y elipses grandes como escudos y fibras delgadas como puros.  Algunos de esos electrones son recién llegados, recientemente arrancados a átomos vecinos; otros se incorporaron junto a sus núcleos atómicos hace más de cinco mil millones de años, en la nebulosa de la cual se formó la Tierra.

Una molécula es mayor y más fácil de desmembrar que un átomo; lo mismo podemos decir de un átomo respecto al núcleo atómico, y de un núcleo con respecto a los quarks que contiene. Sion embargo, nos queda la duda de: ¿qué podrá haber más allá de los Quarks?

¿Qué no podremos hacer cuando conozcamos la naturaleza real del átomo y de la luz? El fotón,  ese cuánto de luz que parece tan insignificante, nos tiene que dar muchas satisfacciones y, en él, están escondidos secretos que, cuando sean revelados, cambiará el mundo. Esa imagen de arriba que está inmersa en nosotros en en todo el Universo, es la sencilles de la complejidad. A partir de ella, se forma todo: la muy pequeño y lo muy grande.

Si elevamos el aumento cien mil veces, el núcleo de un átomo de carbono se hinchará hasta llenar el campo de visión.   Tales núcleos y átomos se formaron dentro de una estrella que estalló mucho antes de que naciera el Sol.  Si podemos aumentar aún más, veremos los tríos de quarks que constituyen protones y neutrones. Los quarks han estado unidos desde que el Universo sólo tenía unos pocos segundos de edad.

Al llegar a escalas cada vez menores, también hemos entrado en ámbitos de energías de unión cada vez mayores.  Un átomo puede ser desposeído de su electrón aplicando sólo unos miles de electrón-voltios de energía.  Sin embargo, para dispersar los nucleones que forman el núcleo atómico se requieren varios millones de electrón-voltios, y para liberar los quark que constituyen cada nucleón.

Uno de los misterios de la naturaza, están dentro de los protomes y netrones que, confromados por Quarks, resulta que, si estos fueran liberados, tendrían independientemente, más energía que el protón que conformaban. ¿cómo es posible eso?

Introduciendo el eje de la historia, esta relación da testimonio del pasado de las partículas: las estructuras más pequeñas, más fundamentales están ligadas por niveles de energía mayores porque las estructuras mismas fueron forjadas en el calor del big bang. Esto implica que los aceleradores de partículas, como los telescopios, funcionen como máquinas del tiempo.  Un telescopio penetra en el pasado en virtud del tiempo que tarda la luz en desplazarse entre las estrellas; un acelerador recrea, aunque sea fugazmente, las condiciones que prevalecían en el Universo primitivo. El acelerador de 200 Kev diseñado en los años veinte por Cockroft y Walton reproducía algunos de los sucesos que ocurrieron alrededor de un día después del comienzo del big bang. Los aceleradores construidos en los años cuarenta y cincuenta llegaron hasta la marca de un segundo.  El Tevatrón del Fermilab llevó el límite a menos de una milmillonésima de segundo después del comienzo del Tiempo.  El nuevo LHC proporcionara un atisbo del medio cósmico cuando el Universo tenía menos de una billonésima de segundo de edad.

Esta es una edad bastante temprana: una diez billonésima de segundo es menos que un pestañeo con los párpados en toda la historia humana registrada.  A pesar de ello, extrañamente, la investigación de la evolución del Universo recién nacido indica que ocurrieron muchas cosas aún antes,  durante la primera ínfima fracción de un segundo.

Todos los teóricos han tratado de elaborar una explicación coherente de los primeros momentos de la historia cósmica.  Por supuesto, sus ideas fueron esquemáticas e incompletas, muchas de sus conjeturas, sin duda, se juzgaran deformadas o sencillamente erróneas, pero constituyeron una crónica mucho más esclarecedora del Universo primitivo que la que teníamos antes.

A los cien millones de años desde el comienzo del tiempo, aún no se habían formado las estrellas, si acaso, algunas más precoces.  Aparte de sus escasas y humeantes almenaras, el Universo era una sopa oscura de gas hidrógeno y helio, arremolinándose aquí y allá para formar protogalaxias.

Anti-hidrógeno

He aquí la primera imagen jamás obtenida de antimateria, específicamente un “anti-átomo” de anti-hidrógeno. Este experimento se realizó en el Aparato ALPHA de CERN, en donde los anti-átomos fueron retenidos por un récord de 170 milisegundos (se atraparon el 0.005% de los anti-átomos generados).

A la edad de mil millones de años, el Universo tiene un aspecto muy diferente.  El núcleo de la joven Vía Láctea arde brillantemente, arrojando las sobras de cumulonimbos galácticos a través del oscuro disco; en su centro brilla un quasar blanco-azulado.  El disco, aún en proceso de formación, es confuso y está lleno de polvo y gas; divide en dos partes un halo esférico que será oscuro en nuestros días, pero a la sazón corona la galaxia con un brillante conjunto de estrellas calientes de primera generación.

Para determinar dónde obtuvo la célula es esquema que le indicó como formarse, pasemos al núcleo y contemplemos los delgados contornos de las macromoléculas de ADN segregadas dentro de sus genes. Cada una contiene una rica información genética acumulada en el curso de unos cuatro mil millones de años de evolución.

Claro que, nuestra historia está relacionada con todo lo que antes de llegar la vida al Universo pudo pasar. ¡Aquella primera célula! Se replicó en la sopa primordial llamada Protoplasma vivo y, sigguió evolucionando hasta conformar seres de diversos tipos y, algunos, llegaron a adquirir la conciencia.

                   Macromolécula

Almacenado en un alfabeto de nucleótidos de cuatro “letras”- hecho de moléculas de azúcar y fosfatos, y llenos de signos de puntuación, reiteraciones para precaver contra el error, y cosas superfluas acumuladas en los callejones sin salida de la historia evolutiva-, su mensaje dice exactamente cómo hacer un ser humano, desde la piel y los huesos hasta las células cerebrales.

  célula cerebral

Si elevamos más el aumento veremos que la molécula de ADN está compuesta de muchos átomos, con sus capas electrónicas externas entrelazadas y festoneadas en una milagrosa variedad de formas de una rareza y de una incleible y extraña belleza que sólo la Naturaleza es capaz de conformar.

        Molécula de ADN

Si elevamos el aumento cien mil veces, el núcleo de un átomo de carbono se hinchará hasta llenar el campo de visión. Tales núcleos átomos se formaron dentro de una estrella que estalló mucho antes de que naciera el Sol. Si podemos aumentar aún más, veremos los tríos de quarks que se  constituyen en protones y neutrones.

                                 Átomo de Carbono

Los quarks han estado unidos desde que el Universo sólo tenía unos pocos segundos de edad. Una vez que fueron eliminados los antiquarks, se unieron en tripletes para formar protones y neutrones que, al formar un núcleo cargado positivamente, atrayeron a los electrones que dieron lugar a formar los átomos que más tarde, conformaron la materia que podemos ver en nuestro unioverso.

Al llegar a escalas cada vez menores, también hemos entrado en ámbitos de energías de unión cada vez mayores. Un átomo puede ser desposeído de su electrón aplicando sólo unos miles de electrón-voltios de energía. Sin embargo, para dispersar los nucleaones que forman el núcleo atómico se requieren varios millones de electrón-voltios, y para liberar los quarks que constituyen cada nucleón se necesitaría cientos de veces más energía aún.

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Los Quarks dentro del núcleo están sometidos a la Interacción fuerte, es decir, la más potente de las cuatro fuerzas fundamentales del Universo, la que mantiene a los Quarks confinados dentro del núcleo atómico por medio de los Gluones.

Introduciendo el eje de la historia, esta relación da testimonio del pasado de las partículas: las estructuras más pequeñas, más fundamentales están ligadas por niveles de energía mayores porque las estructuras mismas fueron forjadas en el calor del Big Bang.

 

Haces de protones que chocan cuando viajan a velocidad relativista en el LHC

Esto implica que los aceleradores de partículas, como los telescopios, funcionen como máquinas del tiempo. Un telescopio penetra en el pasado en virtud del tiempo que tarda la luz en desplazarse entre las estrellas; un acelerador recrea, aunque sea fugazmente, las condiciones que prevalecían en el Universo primitivo.

El acelerador de 200 kev diseñado en los años veinte por Cockroft y Walton reproducía algunos de los sucesos que ocurrieron alrededor de un día después del comienzo del big bang.

foto

        Aquel acelerador nada tenía que ver con el LHC de ahora, casi un siglo los separa

Los aceleradores construidos en los años cuarenta y cincuenta llegaron hasta la marca de un segundo. El Tevatrón del Fermilab llevó el límite a menos de una milmillonésima de segundo después del comienzo del Tiempo. El nuevo supercolisionador superconductor proporcionara un atisbo del medio cósmico cuando el Universo tenía menos de una billonésima de segundo de edad.

El Tevatrón del Fermilab ya estaba en el camino de la modernidad en los avances de la Física

Esta es una edad bastante temprana: una diez billonésima de segundo es menos que un pestañeo con los párpados en toda la historia humana registrada. A pesar de ello, extrañamente, la investigación de la evolución del Universo recién nacido indica que ocurrieron muchas cosas aún antes, durante la primera ínfima fracción de un segundo.

Todos los teóricos han tratado de elaborar una explicación coherente de los primeros momentos de la historia cósmica. Por supuesto, sus ideas fueron esquemáticas e incompletas, muchas de sus conjeturas, sin duda, se juzgaran deformadas o sencillamente erróneas, pero constituyeron una crónica mucho más aclaradora del Universo primitivo que la que teníamos antes.

                                               Recreación del Universo primitivo

 Bueno amigos, el trabajo era algo más extenso y entrábamos a explicar otros aspectos y parámetros implicados en todo este complejo laberinto que abarca desde lo muy grande hasta la muy pequeño, esos dos mundos que, no por ser tan dispares, resultan ser antagónicos, porque el uno sin el otro no podría exisitir. Otro día, seguiremos abundando en el tema apasionante  que aquí tratamos.

emilio silvera

Siempre el futuro…en el horizonte.

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en El Universo y... ¿nosotros?    ~    Comentarios Comments (0)

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“En Cosmología, las condiciones “iniciales” raramente son absolutamente iniciales, pues nadie sabe como calcular el estado de la materia y el espacio-tiempo antes del Tiempo de Planck, que culminó alrededor de 10-43 de segundo Después del Comienzo del Tiempo.”

Es verdaderamente encomiable la pertinaz insistencia del ser humano por saber, y, en el ámbito de la Astronomía, desde los más remotos “tiempos” que podamos recordar o de los que tenemos alguna razón, nuestra especie ha estado interesada en saber, el origen de los objetos celestes, los mecanismos que rigen sus movimientos y las fuerzas que están presentes.

Resultado de imagen de un parpadeo del ojo

Claro que, nosotros, los Humanos, llevamos aquí el tiempo de un parpadeo del ojo si lo comparamos con el Tiempo del Universo. Sin embargo, nos hemos valido de todos los medios posibles para llegar al entendimiento de las cosas, incluso sabemos del pasado a través del descubrimiento de la vida media de los elementos y mediante algo que denominamos datación, como la del Carbono 14, podemos saber de la edad de muchos objetos que, de otra manera, sería imposible averiguar. La vida de los elementos es muy útil y, al mismo tiempo, nos habla de que todo en el Universo tiene un Tiempo Marcado. Por ejemplo, la vida media del Uranio 238 sabemos que es de 4.000 millones de años, y, la del Rubidio tiene la matusalénica vida media de 47.000 millones de años, varias veces la edad que ahora tiene el Universo.

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Lepidolita, una de las mayores fuentes del raro rubidio y del cesio. El rubidio también fue descubierto, como el cesio, por los físicos alemanes Robert Wilhem Bunsen y Gustav Robert Kirchhoff en 1861; en este caso por el método espectroscópico. Su nombre proviene del latín “rubidus” (rubio), debido al color de sus líneas en el espectro

Hablaremos ahora del Big Bang, esa teoría aceptada por todos y que nos dice cómo se formó nuestro universo y comenzó su evolución hasta ser como ahora lo conocemos. De acuerdo a esta teoría, el universo se originó a partir de un estado inicial de alta temperatura y densidad, y desde entonces ha estado siempre expandiéndose. La teoría de la relatividad general predice la existencia de una singularidad en el comienzo, cuando la temperatura y la densidad eran infinitas.

La mayoría de los cosmólogos interpretan esta singularidad como una indicación de que la relatividad general de Einstein deja de ser válida en el universo muy primitivo (no existía materia), y el comienzo mismo debe ser estudiado utilizando una teoría de cosmología cuántica.

El tiempo de Planck es una unidad de tiempo considerada como el intervalo temporal más pequeño que puede ser medido. Se denota mediante el símbolo tP. En cosmología, el tiempo de Planckrepresenta el instante de tiempo más antiguo en el que las leyes de la física pueden ser utilizadas para estudiar la naturaleza y evolución del Universo. Se determina como combinación de otras constantes físicas en la forma siguiente:

 t_P = \sqrt{\frac{\hbar G}{c^5}} \approx 5.39124(27) × 10−43 segundos

La Era de planck: Es la era que comenzó cuando el efecto gravitacional de la materia comenzó a dominar sobre el efecto de presión de radiación. Aunque la radiación es no masiva, tiene un efecto gravitacional que aumenta con la intensidad de la radiación. Es más, a altas energías, la propia materia se comporta como la radiación electromagnética, ya que se mueve a velocidades próximas a la de la luz. En las etapas muy antíguas del universo, el ritmo de expansión se encontraba dominado por el efecto gravitacional de la presión de radiación, pero a medida que el universo se enfrió, este efecto se hizo menos importante que el efecto gravitacional de la materia. Se piensa que la materia se volvió predominante a una temperatura de unos 104 K, aproximadamente 30.000 años a partir del Big Bang. Este hecho marcó el comienzo de la era de la materia.

La materia salió de ese clima de enormes temperaturas ahora inimaginables y, durante varias etapas o eras (de la radiación, de la materia, hadrónica y bariónica… llegamos al momento presente habiendo descubierto muchos de los secretos que, el Universo guardaba celosamente para que, nosotros, los pudiéramos desvelar.

De la radiación

Periodo entre 10-43 s (la era de Planck) y 300.000 años después del Big Bang.. Durante este periodo, la expansión del universo estaba dominada por los efectos de la radiación o de las partículas rápidas (a altas energías todas las partículas se comportan como la radiación). De hecho, la era leptónica y la era hadrónica son ambas subdivisiones de la era de radiación.

La era de radiación fue seguida por la era de la materia que antes se reseña, durante la cual los partículas lentas dominaron la expansión del universo.

Era hadrónica

Corto periodo de tiempo entre 10-6 s y 10-5 s después del Big Bang en el que se formaron las partículas atómicas pesadas, como protones, neutrones, piones y kaones entre otras. Antes del comienzo de la era hadrónica, los quarks se comportaban como partículas libres. El proceso por el que se formaron los quarks se denomina transición de fase quark-hadrón. Al final de la era hadrónica, todas las demás especies hadrónicas habían decaído o se habían desintegrado, dejando sólo protones o neutrones. Inmediatamente después de esto el universo entró en la era leptónica.

Era Leptónica

Intervalo que (según se cree)  comenzó unos 10-5 s después del Big Bang, en el que diversos tipos de leptones eran la principal contribución a la densidad del universo. Se crearon pares de leptones y antileptones en gran número en el universo primitivo, pero a medida que el universo se enfrió, la mayor parte de las especies leptónicas fueron aniquiladas. La era leptónica se entremezcla con la hadrónica y ambas, como ya dije antes, son subdivisiones de la era de la radiación. El final de la era leptónica se considera normalmente que ocurrió cuando se aniquilaron la mayor parte de los pares electrón-positrón, a una temperatura de 5×109 K, más o menos un segundo después del Big Bang. Después, los leptones se unieron a los hadrónes para formar átomos.

El universo es el conjunto de todo lo que existe, incluyendo (como he dicho) el espacio, el tiempo y la materia.  El estudio del universo se conoce como cosmología. Los cosmólogos distinguen al Universo con “U” mayúscula, significando el cosmos y su contenido, y el universo con “u” minúscula, que es normalmente un modelo matemático deducido de alguna teoría física como por ejemplo, el universo de Friedmann o el universo de Einstein-de Sitter. El universo real está constituido en su mayoría de espacios que aparentemente están vacíos, existiendo materia concentrada en galaxias formadas por estrellas, planetas, gases y otros objetos cosmológicos.

El universo se está expandiendo, de manera que el espacio entre las galaxias está aumentando gradualmente, provocando un desplazamiento al rojo cosmológico en la luz procedente de los objetos distantes. Existe evidencia creciente de que el espacio puede estar lleno de una “materia oscuras”  invisible que puede constituir muchas veces la masa total de las galaxias visibles. También podría suceder que, exista una rama de la fuerza de Gravedad desconocida y que actúa haciéndonos creer que existe aquella otra materia, o, también es posible que, fluctuaciones del vacío que abren grietas en el espacio tiempo, dejen pasar gravitones que transportan esa otra fuerza de gravedad venida de universos paralelos, o…¡quién sabe!

                                    El Universo, como los átomos,  está lleno de espacios “vacíos”

Podemos calcular que hay unas 100.000.000.000 de galaxias en el universo. Cada una de estas galaxias tiene una media de masa igual a 100.000.000.000 la masa del Sol. Quiere decir que la cantidad total de materia en el universo sería igual a 1011×1011 ó 1022 veces la masa del Sol.

         Estos son los cálculos actuales que deben ser confirmados

El tiempo y el espacio nacieron juntos cuando nació el universo en el Big Bang, llevan creciendo unos 13.700 millones de años , la materia se mueve y avanza creando nuevos espacios en presencia del Tiempo que siempre está, y, tanto el uno como el otro, -el espacio y el tiempo-, son enormes, descomunalmente grandes para que nuestras mentes los asimile de forma real.

La estrella más cercana a nosotros, Alfa Centauri, está situada a una distancia de 4’3 años luz. El año luz es la distancia que recorre la luz, o cualquier otra radiación electromagnética, en un año trópico a través del espacio. Un año luz es igual a 9’4607×1012 Km, ó 63.240 unidades astronómicas, ó 0’3066 parsecs.

La luz viaja por el espacio a razón de 299.792.458 m/s, una Unidad Astronómica es igual a 150 millones de Km (la distancia que nos separa del Sol). El pársec es una unidad galáctica de distancias estelares, y es igual a 3’2616 años luz o 206.265 unidades astronómicas. Existen para las escalas galácticas o intergalácticas, otras medidas como el kiloparsec (Kpc) y el megaparsec (Mpc).

Nos podríamos entretener para hallar la distancia que nos separa de un sistema solar con posibilidad de albergar vida y situado a 118 años luz de nosotros. ¿Cuándo llegaríamos allí?

A pesar de su ínfima dimensión, los nucleones se unen a los electrones para formar los átomos y, estos a su vez, son los que forman la materia que conforman las Galaxias del Universo y todos los demos objetos que podemos observar.

Miremos ahora al revés. La masa del universo está concentrada casi por entero en los nucleones que contiene. Los nucleones son partículas diminutas y hacen falta 6×1023 de ellas para formar una masa equivalente a un gramo.

Pues bien, si 6×2023 nucleones hacen 1 g, y si hay 2×1055 g en el universo, entonces el número total de nucleones en el universo podría ser de 6×1023×2×1055 ó 12×1078, que de manera más convencional se escribiría 1,2×1079.

La grandeza de nuestro Universo tiene su origen en las minúsculas partículas que conforman la materia, en las interacciones fundamentales que rigen las leyes y, en las constantes universales que indican cómo deben ser las cosas: la velocidad de la luz, la masa del electrón,  la constante de estructura fina…

Pero, no rompamos el hilo, antes hacíamos una pregunta:¿Cuanto tardaríamos en llegar a un Sistema Solar situado a 118 a.l.? Nuestros ingenios espaciales que enviamos a las lunas y planetas vecinos, viajan por el espacio exterior a 50.000 Km/h. Es una auténtica frustración el pensar lo que tardarían en llegar a la estrella cercana Alfa Centauro a más de 4 años luz. Así que la distancia es la primera barrera infranqueable (al menos de momento). La segunda, no de menor envergadura, es la coincidencia en el tiempo. Se piensa que una especie tiene un tiempo limitado de existencia antes de que, por una u otra razón, desaparezca.

Nosotros mismos, si pensamos en el tiempo estelar o cósmico, llevamos aquí una mínima fracción de tiempo. Dadas las enormes escalas de tiempo y de espacio, es verdaderamente difícil coincidir con otras civilizaciones que, probablemente, existieron antes de aparecer nosotros o vendrán después de que estemos extinguidos. Por otra parte, el desplazarse por esas distancias galácticas de cientos de miles de millones de kilómetros, no parece nada fácil, si tenemos en cuenta la enorme barrera que nos pone la velocidad de la luz. Esta velocidad, según demuestra la relatividad especial de Albert Einstein, no se puede superar en nuestro universo.

Con este negro panorama por delante habrá que esperar a que un día en el futuro, venga algún genio matemático y nos de la fórmula para burlar esta barrera de la velocidad de la luz, para hacer posible visitar otros mundos poblados por otros seres. También cabe esperar que sean ellos los más adelantados y nos visiten a nosotros.

‘El inca y el conquistador’, la exposición sobre Atahualpa y Francisco Pizarro

El ornitólogo e historiador Jared Diamond dedica el tercer capítulo de su best-seller Armas, Gérmenes y Acero a la “colisión de Cajamarca”, como él llama al encuentro entre Francisco Pizarro y el Inca Atahualpa en la ciudad andina. Según el autor, Atahualpa y la civilización incaica estaban condenados de antemano a ser conquistados por los españoles, merced a una combinación de superioridades en varios terrenos: armas, el fuego, etc.

De las visitas de gente de fuera de las que podemos tener conocimiento,  no parece que tengamos buenas experiencias, preferiría que seamos nosotros los visitantes. Me acuerdo de Colón, de Pizarro o Hernán Cortes e incluso de los ingleses en sus viajes de colonización,  todos, sin excepción, hicieron profundos estragos en aquellas culturas, y la verdad, lo traslado a seres extraños con altas tecnologías a su alcance y con el dominio de enormes energías visitando un planeta como el nuestro, y dicho pensamiento no me produce la más mínima gracia. Más bien un gélido escalofrío.

A pesar de que hemos podido descubrir muchos centenares de nuevos planetas fuera de nuestro entorno local, el contactar con formas de vida inteligente de otros mundos, no será nada fácil a pesar de que la NASA en uno de sus anuncios dijera que en las dos próximas décadas se prodiuciría ese contacto.

Según todos los indicios que la ciencia tiene en su poder, no parece que por ahora y durante algún tiempo, tengamos la posibilidad de contactar con nadie de más allá de nuestro sistema solar. Por nuestra parte existe una imposibilidad de medios. No tenemos aún los conocimientos necesarios para fabricar la tecnología precisa que nos lleve a las estrellas lejanas a la búsqueda de otros mundos. En lo que se refiere a civilizaciones extraterrestres, si las hay actualmente, no deben estar muy cerca; nuestros aparatos no han detectado señales que dejarían las sociedades avanzadas mediante la emisión de ondas de radio y televisión y otras similares. También pudiera ser, no hay que descartar nada, que estén demasiado adelantados para nosotros y oculten su presencia mientras nos observan, o atrasados hasta el punto de no emitir señales.

Esta es, entre otras muchas, una de las maneras en las que estudiamos el Cosmos “infinito” para tratar de desvelar sus secretos. Los físicos que investigan los orígenes del cosmos esperan que en breve, podamos tener las primeras pruebas de la existencia de conceptos largamente acariciados por los escritores de ciencia ficción, como mundos ocultos y dimensiones adicionales.

De cualquier manera, por nuestra parte, sólo podemos hacer una cosa: seguir investigando y profundizando en el conocimiento del universo para desvelar sus misterios y conseguir algún día (aún muy lejano), viajar a las estrellas, única manera de escapar del trágico e inevitable final de nuestra fuente de vida, el Sol. Dentro de unos 4.000 millones de años, como ya he dicho antes (páginas anteriores), el Sol se transformará en una estrella gigante roja cuya órbita irá más allá de Mercurio, Venus y seguramente la Tierra. Antes, la temperatura evaporará toda el agua del planeta Tierra, la vida no será posible. El Sol explotará como estrella nova y lanzará sus capas exteriores al espacio exterior para que su viejo material forme nuevas estrellas.  Después, desaparecida la fuerza de fusión nuclear, la enorme masa del Sol, quedara a merced de su propio peso y la gravedad que generará estrujará, literalmente, al Sol sobre su núcleo hasta convertirla en una estrella enana blanca de enorme densidad y minúsculo diámetro (en comparación con el original). Más tarde, la estrella se enfriará y pasará a engrosar la lista de cadáveres estelares.

         Es el único camino que en el futuro tenemos: Colonizar otros mundos o morir en nuestro planeta

Para cuando ese momento este cercano, la humanidad, muy evolucionada y avanzada, estará colonizando otros mundos, tendrá complejos espaciales y ciudades flotando en el espacio exterior, como enormes naves-estaciones espaciales de considerables dimensiones que dará cobijo a millones de seres, con instalaciones de todo tipo que hará agradable y fácil la convivencia.

Modernas naves espaciales surcarán los espacios entre distintos sistemas solares y, como se ha escrito tantas veces, todo estará regido por una confederación de planetas en los que tomarán parte individuos de todas las civilizaciones que, para entonces, habrán contactado.

                                               Propulsión mediante ondas de plasma (NASA/NIAC).

El avance en el conocimiento de las cosas está regida por la curiosidad y la necesidad. Debemos tener la confianza y la tolerancia, desechar los temores que traen la ignorancia, y, en definitiva, otorga una perspectiva muy distinta de ver las cosas y resolver los problemas. En tal situación, para entonces, la humanidad y las otras especie inteligentes tendrán instalado un sistema social estable, una manera de gobierno conjunto que tomará decisiones de forma colegiada por mayoría de sus miembros, y se vigilará aquellos mundos en desarrollo que, sin haber alcanzado el nivel necesario para engrosar en la Federación Interplanetaria de Mundos, serán candidatos futuros para ello, y la Federación vigilará por su seguridad y desarrollo en paz hasta que estén preparados.

¿Será posible que todo eso, algún día sea una realidad?

emilio silvera