Pueden tener su belleza y mostrarnos exóticos paisajes pero… ¡Como en la Tierra… ni hablar!

¿Podéis imaginar, lo que sería vivir en un mundo como el que arriba podemos contemplar. ¿Qué Gravedad habría que soportar? ¿Qué temperaturas durante el día y durante la noche? ¿Qué sería del agua líquida, estaría presente o vaporizada?

Está claro que también, las morfologías de los seres que pudieran habitar estos mundos, podría ser muy distintas a las formas de vida que vemos en la Tierra, la masa del planeta, su atmósfera y otras condiciones físicas, pueden llevar hasta formas de vida que ni podemos imaginar.

Las condiciones que tenemos en el planeta Tierra son las ideales para soportar la multitud de especies vivas que habitan el planeta en sus distintos eco-sistemas. De la misma manera, en otros planetas distintas, también serían distintas las formas de vida que allí podamos encontrar, aunque creo que, también como aquí en la Tierra, estarían basadas en el Carbono y en el agua.

Sabemos de la existencia de mundos que tienen tres “soles”, es decir, están alumbrados por tres estrellas que forman un conjunto de triada por la gravedad atractiva que las hace girar unas alrededor de las otras. En ese mundo, ¿Cómo serían los días -si los hay- y las noches. Sus habitantes -si el planeta está alejado lo suficiente de las estrellas- estarían alumbrados por tres “lámparas” eternas y, qué consecuencia tendría la radiación, suponiendo que el planeta tuviera la protección de un halo magnético a su alrededor… ¿sería suficiente para evitar las radiaciones, o, tendrían que vivir ocultos en el subsuelo?

En otros mundos, como en la Tierra, podríamos encontrar lugares similares a los que aquí podemos contemplar, y, posiblemente, de esos planetas, existan miles de millones sólo en nuestra Galaxia. El problema, como siempre, es la distancia que nos separa de ellos, ¿Cómo podríamos llegar allí con naves que sólo viajan a 60.000 Km/h?

Un equipo de astrónomos ha descubierto el primer exoplaneta que orbita en torno a tres estrellas y tiene una órbita muy amplia. Se trata de un cuerpo con cuatro veces la masa de Júpiter que tarda en dar la vuelta a una de sus tres estrellas 550 años terrestres, la órbita más larga que se conoce. La mayor parte del año el planeta presencia tres amaneceres y tres atardeceres al día. Con el cambio de las estaciones, que pueden durar unos 140 años, el ocaso de un astro coincide con la salida de otro, con lo que siempre es de día.

El hallazgo de la NASA de un planeta con tres soles que, además, no eran como nuestro Sol. ¿Qué efectos tendría sus distintas radiaciones en los posibles habitantes? Es mucho lo que no sabemos, y, en el tema de los mundos nos quedan algunas décadas o siglos para poder saber la relación de los planetas con sus posibles habitantes en función de la/s estrella/s que lo alumbran, sus masas… etc.

El fenómeno meteorológico protagonista de hoy parece haber surgido de una novela de ciencia-ficción, pero en realidad no tiene nada de ficticio… es algo muy real y tiene lugar en la Tierra mucho más habitualmente de lo que pensamos. Se le conoce como el “fenómeno de los tres Soles” y ofrece una asombrosa visión por triplicado de nuestro astro.

Esta imagen es de un planeta situado a 20.000 años luz de la Tierra, y, su inmensa superficie está toda ella plagada de picos montañosos que hace imposible moverse de manera natural por esa superficie escabrosa con ninguna clase de vehículo. Además, tiene tan cerca a ese planeta super-gigante que, las fuerzas de marea de la Gravedad serían insoportables para la vida.

Otros mundos están plagados de erupciones que provienen de su interior y hace imposible la vida debido a enormes temperaturas que, ninguna forma de vida podría soportar. De todas las maneras, también aquí en la Tierra podemos encontrar paisajes que parecen de otros planetas.

Tenemos la suerte de vivir en un mundo que, como la Tierra, reúne todas las condiciones precisas para la vida, y, además, nos muestra una rica diversidad de lo que la Naturaleza es capaz de hacer. El Universo amigos míos, es… ¡Asombroso!

emilio silvera

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A la izquierda, una imagen en falso color obtenida combinando exposiciones en tres filtros con el telescopio Hubble, en la derecha se observa la misma zona del cielo vista con GTC utilizando un único filtro más sensible a la emisión de estrellas muy jóvenes. / UCM.

La lente gravitacional permite amplificar los objetos lejanos

En el futuro próximo se podrán detectar muchas galaxias como A370-L57 con GTC y Hubble, y otras aún más distantes que estén formando su primera población de estrellas y estudiarlas en gran detalle gracias al telescopio espacial James Webb, que han desarrollado conjuntamente la NASA y la Agencia Espacial Europea, y que será puesto en órbita en 2019.

                Lástima que la NASA haya retrasado de nuevo su lanzamiento

El James Webb va a permitir contestar algunas de las cuestiones fundamentales sobre cómo y cuándo se formaron las primeras galaxias y estrellas, pero sin duda habrá sorpresas y surgirán también muchas preguntas nuevas. Los próximos años van a ser apasionantes.

Aquí se captó como se formaba un jóven cúmulos de galaxias en el Universo temprano

Lograr identificar galaxias tan lejanas en sus primeras etapas de formación es un gran reto para los astrofísicos, puesto que la luz que llega es muy débil. Por eso, solo se suele detectar a las más grandes y luminosas, que tienden a ser también las más evolucionadas.

En el Universo encontramos objetos que no dejan de sorprendernos. Ahí aparece la imagen de lo que parece una serpiente cósmica dentro de las estructura de lejanas galaxias.

A la distancia de A370-L57, incluso Hubble sólo puede detectar galaxias que ya tienen cientos o miles de millones de estrellas, formadas a lo largo de decenas o cientos de millones de años. En comparación, esta tiene sólo unos cuatro millones de años de edad y una masa de apenas tres millones de veces la del Sol.

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Avances en química polaritónica

La foto-isomerización es un proceso químico en el cual la estructura nuclear de una molécula orgánica es alterada como consecuencia de la absorción de un fotón. Este proceso no sólo tiene una gran relevancia en procesos fundamentales de la naturaleza, como la fotosíntesis o la visión humana. También es una herramienta de extrema utilidad en aplicaciones tecnológicas, por ejemplo en el diseño de interruptores moleculares o en el almacenamiento de energía solar.

En condiciones normales, estas reacciones fotoquímicas son gobernadas por la ley de Stark-Einstein, que establece que solo una molécula puede reaccionar por cada fotón absorbido.

Un artículo reciente, publicado en Physical Review Letters por Javier Galego, Francisco José García Vidal, y Johannes Feist, investigadores del departamento de Física Teórica de la Materia Condensada y el Centro de Investigación en Física de la Materia Condensada (IFIMAC) de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), ha demostrado teóricamente la posibilidad de ir más allá de la ley de Stark-Einstein gracias a un fenómeno propio de la electrodinámica cuántica conocido como “acoplo fuerte”.

Química Polaritónica

En este régimen de acoplo fuerte, la luz y la materia interaccionan muy intensamente, lo que genera que el material presente unas excitaciones, llamadas polaritones, que tienen  propiedades tanto de la luz como de la materia.

Este carácter híbrido de los polaritones tiene un impacto importante en las propiedades químicas del sistema, por lo que se ha acuñado el término de ‘Química Polaritónica’ para describir el efecto de los polaritones en las reacciones químicas. Gracias a este campo emergente de la ciencia, es posible activar reacciones que de otra manera estarían prohibidas en la química convencional.

En su trabajo, los autores consideran unas moléculas orgánicas que permiten almacenar energía solar y demuestran cómo la Química Polaritonica ofrece una herramienta para manipular la estructura energética que determina las reacciones químicas en esas moléculas.

En particular, muestran la posibilidad de generar una reacción en cadena en un conjunto de moléculas, donde una molécula reacciona después de otra como consecuencia de la absorción de un sólo fotón al principio de la reacción.

La dinámica cuántica al unirse a otras disciplinas nos está dando muchas sorpresas.

“Este trabajo se añade a la lista de ejemplos del gran potencial que nos ofrece la Química Polaritónica, un novedoso campo interdisciplinar que reúne ramas de la ciencia que normalmente no van de la mano como son la Química y la Electrodinámica Cuántica”, aseguran los autores.

“En las reacciones químicas corrientes, las moléculas y la luz tienen roles muy distintos. Sin embargo, la Química Polaritónica requiere que cambiemos nuestro concepto habitual de molécula por uno nuevo que involucre a la luz, y que posibilita nuevos procesos químicos que desafían las leyes de la fotoquímica convencional”, concluyen.
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Referencia bibliográfica:

Javier Galego, Francisco J. Garcia-Vidal, and Johannes Feist. Many-Molecule Reaction Triggered by a Single Photon in Polaritonic Chemistry. Phys. Rev. Lett. Doi: 10.1103/PhysRevLett.119.136001

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Una enana blanca es una pequeña y densa estrella que es el resultado final de la evolución de todas las estrellas (por el ejmplo el Sol), excepto las muy masivas. Según todos los estudios y observaciones, cálculos, midelos de simulación, etc., estas estrellas se forman cuando, al final de la vida de las estrellas medianas, al final de sus vidas, cuando agotan el combustible de fusión nuclear, se produce el colapso de sus núcleos estelares, y quedan expuestas cuando las partes exteriores de la estrella son expulsadas al espacio interestelar para formar una Nebulosa Planetaria.

Ahí se ha formado ya una Nebulosa planetaria y en su centro, muy caliente y radiando en el ultravioleta más energético, la “nueva” estrella enana blanca, …

El Núcleo se contrae bajo su propia gravedad hasta que, habiendo alcanzado un tamaño similar al de la Tierra , se ha vuelto tan densa (5 x 10⁸ Kg/m³) que sólo evista su propio colapso  por la preseión de degeneración de los electrones (como sabeis los electrones son fermiones que estando sometidos al Principio de exclusión de pauli, no pueden ocupar niguno de ellos el mismo lugar de otro al tener el mismo número cuántico y, siendo así, cuando se cjuntan demasiado, se degeneran y comienzan una frenética carrera que, en su intensidad, puede, incluso frenar la implosión de una estrella -como es el caso de las enanas blancas).

Las enanas blancas se forman con muy altas temperaturas superficiales (por encima de los 10 000 K) debido al calor atrapados en ellas, y liberado por combustiones nucleares previas y por la intensa atracción gravitacional que sólo se ve frenada por la degeneración de los electrones que, finalmente, la estabilizan como estrella enana blanca.

Este tipo de estrellas, con el paso del tiempo, se enfrían gradualmente, volviéndose más débiles y rojas. Las enanas blancas pueden constituir el 30 por ciento de las estrellas de la vecindad solar, aunque debido a sus bajas luminosidades  de 10^-3 – 10^-4 veces la del Sol, pasan desapercibidas. La máxima máxima posible de una enana blanca es de 1,44 masas solares, el límite de Shandrasekhar. Un objeto de masa mayor se contraería aún más y se convertiría en una estrella de neutrones o, de tener muha masa, en un agujero negro

           Visión artística de una enana blanca, Sirio B – Crédito: NASA, ESA y G. Bacon (STScl)

Las enanas blancas son estrellas calientes y pequeñas, generalmente como del tamaño de la Tierra, por lo que su luminosidad es muy baja. Se cree que las enanas blancas son los residuos presentes en el centro de las nebulosas planetarias. Dicho de otra manera, las enanas blancas son el núcleo de las estrellas de baja masa que quedan después de que la envoltura se ha convertido en una nebulosa planetaria.

El núcleo de una enana blanca consiste de material de electrones degenerados. Sin la posibilidad de tener nuevas reacciones nucleares, y probablemente después de haber perdido sus capas externas debido al viento solar y la expulsión de una nebulosa planetaria, la enana blanca se contrae debido a la fuerza de gravedad. La contracción hace que la densidad en el núcleo aumente hasta que se den las condiciones necesarias para tener un material de electrones degenerados. Este material genera presión de degeneración, el cual contrarresta la contracción gravitacional.

Al ser estudiadas más a fondo las propiedades de las enanas blancas se encontró que al aumentar su masa, su radio disminuye. A partir de esto es que se encuentra que hay un límite superior para la masa de una enana blanca, el cual se encuentra alrededor de 1.4 masas solares (MS). Si la masa es superior a 1.4 MS la presión de degeneración del núcleo no es suficiente para detener la contracción gravitacional. Este se llama el límite de Chandrasekhar.

Debido a la existencia de este límite es que las estrellas de entre 1.4 MS y 11 MS deben perder masa para poder convertirse en enanas blancas. Ya explicamos que dos medios de pérdida de masa son los vientos estelares y la expulsión de nebulosas planetarias.

                                   A esto puede dar lugar la unión de dos enanas blancas

Después de que una estrella se ha convertido en enana blanca, lo más probable es que su destino sea enfriarse y perder brillo. Debido a que las enanas blancas tienen una baja luminosidad, pierden energía lentamente, por lo que pueden permanecer en esta etapa en el orden de años. Una vez que se enfrían, se vuelven rocas que se quedan vagando por el Universo. Este es el triste destino de nuestro Sol.

La detección de enanas blancas es difícil, ya que son objetos con un brillo muy débil. Por otro lado, hay ciertas diferencias en las enanas blancas según su masa. Las enanas blancas menos masivas sólo alcanzan a quemar hidrógeno en helio. Es decir, el núcleo de la estrella nunca se comprime lo suficiente como para alcanzar la temperatura necesaria para quemar helio en carbono. Las enanas blancas más masivas sí llevan a cabo reacciones nucleares de elementos más pesados, es decir, en su núcleo podemos encontrar carbono y oxígeno.

Comparación de tamaños entre la enana blanca IK Pegasi B (centro abajo), su compañera de clase espectral A IK Pegasi A (izquierda) y el Sol (derecha). Esta enana blanca tiene una temperatura en la superficie de 35.500 K.

Allá por el año 1908, siendo Chandraskhar un avanzado estudiante de física, vivía en Madrás, en la Bahía de Bengala (En cuyo Puerto trabajó  Ramanujan), y, estando en la aquella ciudad el célebre científico Arnold Sommerfeld, le pidió audiciencia y se pudo entrevistar con él que, le vino a decir que la física que estudiaba estaba pasada, que ahora se estaban estudiando nuevos caminos de la física y, sobre todo, uno a cuya teoría se la llamaba mecánica cuántica que podía explicar el comportamiento de lo muy pequeño.

                     Chandrasekhar

Cuando se despidieron Sommerfeld dio a Chandrasekhar la prueba de imprenta de un artículo técnico que acaba de escribir. Contenía una derivación de las leyes mecanocuánticas que gobiernan grandes conjuntos de electrones comprimidos en volúmenes pequeños, por ejemplo (para este caso) en una estrella enana blanca.

A partir de aquel artículo, Chandrasekhar buscó más información y estudió estos fenómenos estelares que desembocaban en enanas blancas. Este tipo de estrella habían descuibiertas por las astrónomos a través de sus telescopios. Lo misterioso de las enanas blancas era su densidad extraordinariamente alta de la materia en su interior, una densidad muchísimo mayor que la decualquier otra cosa que los seres humanos hubieran encontrado antes. Chandrasekhar no tenía forma de saberlo cuando abrió un libro de Eddintong que versaba sobre la materia, pero la lucha por desvelar el misterio de e4sta alta densidad le obligaría fibnalmente a él y a Eddintong a afrontar la posibilidad de que las estrellas masivas, cuando mueren, pudieran contraerse para formar agujeros negros.

De las enanas blancas más conocidas y cercanas, tenemos a Sirio B. Sirio A y Sirio B son la sexta y la seéptima estrellas en orden de proxomidad a la Tierra, a 8,6 años-luz de distancia, y Sirio es la estrella más brillante en nuestro cielo. Sirio B orbita en torno a Sirio de la misma manera que lo hace la Tierra alrededor del Sol, pero Sirio B tarde 50 años en completar una órbita a Serio y la Tierra 1 año al Sol.

Eddintong describía como habían estimado los astrónomos, a partir de observaciones con telescopios, la masa y la circunferencia de Sirio B. La masa era de 0,85 veces la masa del Sol; la circunferencia media 118.000 km. Esto significaba que la densidad media de Sirio B era de 61.000 gramos por centímetro cúbico, es decirm 61.000 veces mayor que la densidad del agua. “Este argumento se conoce ya desde hace algunos añis -nos decía Eddintong-” Sin embargo, la mayoría de los astróniomos de aquel tiempo, no se tomaban en serio tal densidad, Sin embargo, si hubieran conocido la vrdad que ahora conocemos: (Una masa de 1,05 soles, una circunferencia de 31.000 km y una densidad de 4 millones de gramos por cm³), la habrían considerado aún más absurda.

Arriba la famosa Nebuliosa planetaria ojo de Gato que, en su centro luce una estrella enana blanca de energéticas radiaciones en el ultravioleta y que, a medida que se vaya enfriando, serán de rayos C y radio hasta que, dentro de unos 100 millones de añosm vieja y fria, será más rojiza y se habrá convertido en eun cadáver estelar.

Aquellos trabajos de Chandraskar y Eddintong desembocaron en un profundo conocimiento de las estrellas de neutrones y, se llego a saber el por qué conseguian el equilibrio que las estabilizaba a través de la salvación que, finalmente encontraban, en la mecánica cuántica, cuando los electrones degenerados por causa del Principio de esclusión de Pauli, no dejaban que la fuerza gravitatoria continuara el proceso de contracción de la estrella y así, quedaba estabilizada como estrella de neutrones.

De la misma manera, se repetía el proceso para estrellas más masivas que, no pudiendo ser frenadas en su implosión gravitatoria por la degeneración de los electrones, sí que podia frenarse la Gravedad, mediante la degeneración de los Neutrones. Cuando esa estrella más masiva se contraía más y más, el Principio de exclusión de pauli que impide que los fermiones estén juntos, comenzaba su trabajo e impedía que los neutrones (que son fermiones), se juntaran más, entonces, como antes los electrones, se degeneraban y comenzaban a moverse con velocidades relativistas y, tan hecho, impedía, por sí mismo que la Gravedad consiguiera comprimir más la masa de la estrella que, de esta manera, quedaba convertida, finalmente, en una Estrella de Neutrones.

Al formarse la estrella de neutrones la estrella se colapsa hasta formar una esfera perfecta con un radio de tan solo unos 10 kilómetros. En este punto la presión neutrónica de Fermi resultante compensa la fuerza gravitatoria y estabiliza la estrella de neutrones. Apenas una cucharilla del material que conforma una estrella de neutrones tendría una masa superior a 5 x 10¹² kilogramos.

Los modelos de estrellas de neutrones que se han logrado construir utilizando las leyes físicas presentan varias capas. Las estrella de neutrones presentarían una corteza de hierro muy liso de, aproximadamente, un metro de espesor. Debajo de esta corteza, prácticamente todo el material está compuesto por núcleos y partículas atómicas fuertemente comprimidos formando un “cristal” sólido de materia nucleica.

Son objetos extremadamente pequeños u densos que surgen cuando estrellas masivas sufren una explosión supernova del tipo II, el núculeo se colapsa bajo su propia gravedad y puede llegar hasta una densidad de 10¹⁷ Kg/m³. Los electrones y los protones que están muy juntos se fusionan y forman neutrones. El resultado final consiste solo en neutrones, cuyo material, conforma la estrella del mismo nombre. Con una masa poco mayor que la del Sol, tendría un diámetro de sólo 30 Km, y una densidad mucho mayor que la que habría en un terón de azúcar con una masa igual a la de toda la humkanidad. Cuanto mayor es la masa de una estrella de neutrones, menor será su diámetro. Está compuesta por un interior de neutrones superfluidos (es decir, neutrones que se comportan como un fluido de viscosidad cero), rodeado por más o menos una corteza sólida de 1 km de grosos compuesta de elementos como el hierro. Los púlsares son estrellas de neutrones magnetizadas en rotación.  Las binarias de rayos X masivas tambioén se piensan que contienen estrellas de neutrones.

Todos aquellos argumentos sobre el comportamiento de las enanas blancas vinieron a desembocar en la paradoja de Edddintong que, en realidad, fue resulta por el Joven Chandrasekhar en el año 1925 al leer un artículo de R.H. Fowler “Sobre la materia densa”. La solución residía en el fallo de las leyes de la física que utilizaba Eddintong. Dcihas leyes debían ser reemplazadas por la nueva mecánica cuántica, que describía la presión en el interior de Sirio B y otras enanas blancas como debida no al calor sino a un fenómeno mecanocuántico nuevo: los movimientos degenerados de los electrones, también llamado degeneración electrónica.

La degeneración electrónica es algo muy parecido a la claustrofia humana. Cuando la materia es comprimida hasta hasta una densidad 10.000 veces mayor que la de una roca, la nube de electrones en torno a cada uno de sus núcleos atómicos se hace 10.000 veces más condensada, Así, cada electrón queda confinado en una “celda” con un volumen 10.000 veces menor que el volumen en el que previamente podía moverse. Con tan poco espacio disponible, el electrón, como nos pasaría a cualquiera de nosotros, se siente incómodo, siente claustrofobia y comienza a agitarse de manera incontrolada, golpeando con enorme fuerza las paredes de las celdas adyacentes. Nada puede deternerlo, el electrón está obligado a ello por las leyes de la mecánica cuántica. Esto está producido por el Primncipio de esclusión de Pauli que impide que dos fermiones estén juntos, así que, esta fuerza es, la que finalmente posibilita que la estrella que se comprime más y más, quede finalmente, constiruida estable como una enana blanca.

emilio silvera

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