viernes, 14 de agosto del 2020 Fecha
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¡Aquellos primeros momentos!

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en El Universo dinámico    ~    Comentarios Comments (0)

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Todo en el Universo tiene un principio y un final y, el mismo universo tuvo que nacer y evolucionar para que hoy podamos contemplar, mediante nuestros sofisticados telescopios, un universo en expansión lleno de galaxias que contienen estrellas nuevas y viejas estrellas, muchas de ellas rodeadas de mundos que, aún no hemos podido determinar de qué criaturas estarán poblados muchos de ellos.

Antes de que la imagen de arriba fuese una realidad tuvieron que pasar millones de años. Hasta donde sabemos y el origen más aceptado para nuestro Universo es el de una inmensa explosión proveniente de una singularidad en la que la densidad y la energía eran “infinitas” y a partir de ahí, comenzó la gran aventura.

¡El Universo!

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Algunos astrónomos han descubierto que el principio del Universo no fue el que pensamos todos que fue

El Modelo teórico

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Antes de alrededor de un minuto y cuarenta segundos desde el comienzo del tiempo,  no hay núcleos atómicos estables.  El nivel de energía en el ambiente es mayor que la energía de unión nuclear. Por consiguiente, todos los núcleos que se forman, se destruyen de rápidamente.

Alrededor de un segundo desde el comienzo del tiempo, llegamos a la época de desacoplamiento de los neutrinos.  Aunque en esa época el Universo es más denso que las otras (y tan caliente como la explosión de una bomba de hidrógeno), ya ha empezado a parecer vacío a los neutrinos.  Puesto que los neutrinossólo reaccionan a la fuerza débil, que tiene un alcance extremadamente corto, pueden escapar de sus garras y volar indefinidamente sin experimentar ninguna otra interacción.

Aunque parezca mentira, al día de hoy no sabemos, a ciencia cierta, como se formaron las galaxias

Así, emancipados, en lo sucesivo son libres de vagar por el Universo a su manera indiferente, volando a través de la mayor   de la materia como sino existiese. (Diez trillones de neutrinos atravesarán sin causar daños el cerebro y el cuerpo del lector en el tiempo que le lleve leer esta frase.  Y en el tiempo en que usted haya leído esta frase estarán más lejos que la Luna).

En menos de un siglo, el neutrino pasó de una partícula fantasma – propuesta en 1930 por el físico austríaco Wolfgang Pauli (1900-1958) a explicar el balance de energía en una forma de radioactividad,  el llamado decaimiento beta, en una sonda capaz de escrutar el interior de estrellas y de la propia Tierra.

De esa manera, oleadas de neutrinos liberados en un segundo después del big bang persiste aún después, formando una radiación cósmica de fondo de neutrinos semejante a la radiación de fondo de microondas producida por el desacoplamiento de los fotones.

Si estos neutrinos “cósmicos” (como se los llama para diferenciarlos de los neutrinos liberados más tarde por las supernovas) pudiesen ser observador por un telescopio de neutrinos de alguna clase, proporcionarían una visión directa del Universo cuando sólo tenía un segundo.

A medida que retrocedemos en el tiempo, el Universo se vuelve más denso y más caliente, y el nivel de  estructura que puede existir se hace cada vez más rudimentario.

Por supuesto, en ese tiempo, no hay moléculas, ni átomos, ni núcleos atómicos, y, a 10-6 (0.000001) de segundo después del comienzo del tiempo, tampoco hay neutrones ni protones.  El Universo es un océano de quarks libres y otras partículas elementales.

Si nos tomamos el de contarlos, hallaremos que por cada mil millones de antiquarks existen mil millones y un quark. La asimetría es importante.  Los pocos quarks en exceso destinados a sobrevivir a la aniquilación general quark-antiquark formaran todos los átomos de materia del Universo del último día.  Se desconoce el origen de la desigualdad; presumiblemente obedezca a la ruptura de una simetría materia antimateria en alguna etapa anterior.

Nos aproximamos a un tiempo en que las estructuras básicas de las leyes naturales, y no sólo las de las partículas y campos cuya conducta dictaban, cambiaron a medida que evolucionó el Universo.

La primera transición semejante se produjo en los 10-11 de segundo después del comienzo del tiempo, cuando las funciones de las fuerzas débiles y electromagnéticas se regían por una sola fuerza, la electrodébil.  hay bastante energía ambiente para permitir la creación y el mantenimiento de gran de bosones w y z.

Estas partículas –las mismas cuya aparición en el acelerador del CERN verificó la teoría electrodébil– son las mediadoras intercambiables en las interacciones de fuerzas electromagnéticas y débiles, lo que las hace indistinguibles.  En ese tiempo, el Universo está gobernando sólo por tres fuerzas: la gravedad, la interacción nuclear fuerte y la electrodébil.

Más atrás de ese tiempo nos quedamos en el misterio y envueltos en una gran nebulosa de ignorancia.  Cada uno se despacha a su gusto para lanzar conjeturas y teorizar sobre lo que pudo haber sido.   Seguramente, en el futuro, será la teoría M (de supercuerdas) la que contestará esas preguntas sin respuestas ahora.

En los 10-35 de segundo desde el comienzo del tiempo, entramos en un ámbito en el que las cósmicas son aún menos conocidas.  Si las grandes teorías unificadas son correctas, se produjo una ruptura de la simetría por la que la fuerza electronuclear unificada se escindió en las fuerzas electrodébil y las fuertes.  Si es correcta la teoría de la supersimetría, la transición puede haberse producido antes, había involucrado a la gravitación.

En el universo temprano la primera materia (hidrógeno y Helio) era llevada por la fuerza de gravedad a conformarse en grandes conglomerados de gas y polvo que interacioban, producían calor y formaron las primeras estrellas.

Elaborar una teoría totalmente unificada es tratar de comprender lo que ocurrió en ese tiempo remoto que, según los últimos estudios está situado entre 15.000 y 18.000 millones de años, cunado la perfecta simetría que, se pensaba, caracterizó el Universo, se hizo añicos para dar lugar a los simetrías rotas que hallamos a nuestro alrededor y que, nos trajo las fuerzas y constantes Universales que, paradójicamente, hicieron posible nuestra aparición para que , sea posible que, alguien como yo esté contando lo que pasó.

Pero hasta que no tengamos tal teoría no podemos esperar comprender lo que realmente ocurrió en ese Universo bebé.  Los límites de nuestras conjeturas actuales cuando la edad del Universo sólo es de 10-43de segundo, nos da la única respuesta de encontrarnos ante una puerta cerrada.

Del otro lado de esa puerta está la época de Plank, un tiempo en que la atracción gravitatoria ejercida por cada partícula era comparable en intensidad a la fuerza nuclear fuerte.

La fuerza nuclear fuerte hizo posible la existencia de los núcleos que atraían electrones para formar átomos

Así que, llegados a este punto podemos decir que la clave teórica que podría abrir esa puerta sería una teoría unificada que incluyese la gravitación, es decir, una teoría cuántica-gravitatoria que uniese, de una vez por todas, a Planck y Einsteins que, aunque eran muy amigos, no parecen que sus teorías (la Mecánica Cuántica) y (la Relatividad General) se lleven de maravilla.

emilio silvera

La Gravedad…¡Esa fuerza misteriosa!

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Las constantes y las inesperadas    ~    Comentarios Comments (0)

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Hace ya algún tiempo que nuevos estudios realizados por investigadores de Australia, Austria y Alemania pusieron en entredicho la  en la que entendemos la física de la gravedad. Los descubrimientos, publicados en las revistas Astrophysical Journal y Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, se basan en observaciones de galaxias enanas satélite o galaxias más pequeñas que se encuentran en el extrarradio de la gran galaxia espiral que es la Vía Láctea.

La Ley de la gravitación universal de Newton, publicada en 1687, sirve  explicar cómo actúa la gravedad en la Tierra, por ejemplo por qué cae una manzana de un árbol. El profesor Pavel Kroupa del Instituto de Astronomía Argelander de la Universidad de Bonn (Alemania) explicó que «a pesar de que su ley describe los efectos cotidianos de la gravedad en la Tierra, las cosas que podemos ver y medir, cabe la posibilidad de que no hayamos sido capaces de comprender en absoluto las leyes físicas que rigen realmente la fuerza de la gravedad».

La ley de Newton ha sido puesta en entredicho por distintos cosmólogos modernos, los cuales han redactado teorías contradictorias sobre la gravitación que intentan explicar la gran cantidad de discrepancias que se dan  las mediciones reales de los sucesos astronómicos y las predicciones basadas en los modelos teóricos. La idea de que la «materia oscura» pueda ser la responsable de estas discrepancias ha ganado muchos adeptos durante los últimos . No obstante, no existen pruebas concluyentes de su existencia.

En  investigación, el profesor Kroupa y varios colegas examinaron «galaxias enanas satélite», cientos de las cuales deberían existir en la cercanía de las principales galaxias, incluida la Vía Láctea, según indican los modelos teóricos. Se cree que algunas de estas galaxias menores contienen tan sólo unos pocos millares de estrellas (se estima que la Vía Láctea, por ejemplo, contiene más de 200.000 millones de estrellas).

No obstante, a día de hoy sólo se ha logrado detectar treinta de estas galaxias alrededor de la Vía Láctea. Esta situación se atribuye al hecho de que, al contener tan pocas estrellas, su luz es demasiado débil como para que podamos observarlas  una distancia tan lejana. Lo cierto es que este estudio tan detallado ha deparado resultados sorprendentes.

Galaxias Satélites de la Vía Láctea

 

 

«En primer lugar, hay algo extraño en su distribución», indicó el profesor Kroupa. «Estas galaxias satélite deberían estar distribuidas uniformemente alrededor de su galaxia madre,  no es el caso.»

 

Los investigadores dicen que descubrieron que la totalidad de los satélites clásicos de la Vía Láctea (las once galaxias enanas más brillantes) están situados prácticamente en un mismo plano que dibuja una especie de disco. También observaron que la mayoría de estas once galaxias rotan en la misma dirección en su movimiento circular alrededor de la Vía Láctea, de  muy similar a como lo hacen los planetas alrededor del Sol.

                       Grupo Local de Galaxias

La explicación de los físicos a estos fenómenos es que los satélites debieron surgir de una colisión galaxias más jóvenes. «Los fragmentos resultantes de un acontecimiento así pueden formar galaxias enanas en rotación», explicó el Dr. Manuel Metz, también del Instituto de Astronomía Argelander. Éste añadió que «los cálculos teóricos nos indican la imposibilidad de que los satélites creados contengan materia oscura».

Estos cálculos contradicen otras observaciones del equipo. «Las estrellas contenidas en los satélites que hemos observado se mueven a mucha más velocidad que la predicha por la Ley de la gravitación universal. Si se aplica la física clásica, esto sólo  atribuirse a la presencia de materia oscura», aseveró el Dr. Metz.

Este enigma nos indica que quizás se hayan interpretado de  incorrecta algunos de los principios fundamentales de la física. «La única solución posible sería desechar la Ley de la gravitación de Newton», indicó el profesor Kroupa. «Probablemente habitemos un universo no Newtoniano. De ser cierto, nuestras observaciones podrían tener explicación sin necesidad de recurrir a la materia oscura

Universo sin la materia oscura

Hasta , la Ley de la gravitación de Newton sólo ha sido modificada en tres ocasiones: incluir los efectos de las grandes velocidades (la teoría especial de la relatividad), la proximidad de grandes masas (la teoría general de la relatividad) y las escalas subatómicas (la mecánica cuántica). Ahora, las graves inconsistencias reveladas por los  obtenidos sobre las galaxias satélite respaldan la idea de que hay que adoptar una «dinámica newtoniana modificada» (MOND) para el espacio.

[Img #1748]
Galaxia espiral UGC 2885. (Foto: Zagursky & McGaugh)

Según un nuevo análisis, unos datos recientes sobre galaxias ricas en gas coinciden exactamente con la predicción hecha por una teoría conocida como MOND, la cual constituye una modificación de la gravedad con respecto a los planteamientos teóricos más aceptados.

 predicción, la última de varias hechas a la luz de esta teoría y que han tenido acierto, despierta nuevas dudas sobre la precisión del modelo cosmológico hoy vigente del universo.

La teoría MOND, propuesta en 1981, modifica la segunda ley de la dinámica de Newton para que con ella se pueda explicar la rotación a velocidad uniforme de las galaxias, que contradice las predicciones newtonianas que afirman que la velocidad de los objetos separados del centro será menor.

Después de la colisión de los dos grupos, en la teoría MOND, la masa está en la nube de gas en el centro (arriba). Con la materia oscura, …

Imagen: Después de la colisión de los dos grupos, en la teoría MOND, la masa está en la nube de gas en el centro (arriba). Con la materia oscura, la masa está en las burbujas grises (parte inferior).

Crédito imagen : Conferencia 5 de abril 2011 de Nathalie Palanque-Delabrouille astrofísica CEA (Saclay).

Los nuevos descubrimientos poseen implicaciones de gran calado para la física fundamental y para las teorías sobre el Universo. Según el astrofísico Bob Sanders de la Universidad de Groningen (Países Bajos), «los autores de  artículo aportan argumentos contundentes. Sus resultados coinciden plenamente con lo predicho por la dinámica newtoniana modificada, pero completamente contrarios a la hipótesis de la materia oscura. No es normal encontrarse con observaciones tan concluyentes.»

Claro que, todos estos nuevos derroteros y atisbos de teorías (hay algunas más circulando por ahí), no son más que demostraciones de la insatisfacción que algunos sienten al comprender que…, ¡falta algo! y, yo personalmente en mi modestia y con humildad, me decanto por el simple hecho de que aún, no conocemos a fondo eso que llamamos Gravitación que debe ser mucho más amplia de lo que nos dijo Einstein y, no me extrañaría que, incluso eso que llamamos “materia oscura” no sea otra cosa que un continuo de esa Gravedad, es decir, la  desconocida y que, al ser ignorantes de su existencia, nos hemos inventado “la materia oscura”  que nos cuadren los números.

Para más información, consulte:

Instituto Argelander de Astronomía:
http://www.astro.uni-bonn.de

Astrophysical Journal:
http://www.iop.org/EJ/journal/apj

Monthly Notices of the Royal Astronomical Society:
http://www.wiley.com/bw/journal.asp?ref=0035-8711

Conociendo nuestro propio “barrio”

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Astronomía y Astrofísica    ~    Comentarios Comments (0)

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CIENCIASONDA CASSINI (su último mensaje)

Llueve en Saturno

 

La sonda ‘Cassini’ (antes de irse definitivamente) desveló la composición de los anillos y las capas altas de la atmósfera del planeta, que registra precipitaciones intensas de agua, propano y butano

 

 

Saturno visto por Cassini
Saturno visto por ‘Cassini’ en 2013. NASA

Nadie que lea estas líneas presenciará lo que vio la sonda Cassini antes de arder. Encélado ocultándose tras la atmósfera dorada de Saturno. Las ondas que Dafne —una de sus más de 60 lunas— deja en los anillos del planeta. La turbia atmósfera en la que se desintegró la nave el 17 de septiembre de 2017 para no contaminar los satélites helados, donde puede haber vida.

Enceladusstripes cassini.jpg

También en éste satélite de Saturno, como en algunos lugares de la Tierra, se han descubierto geíseres

El artefacto de la NASA pasó sus últimas horas enviando información a la Tierra de forma constante. Fruto de esas transmisiones, ahora se publican en Science seis estudios que explican, entre otras cosas, qué está pasando entre las nubes más altas del gigante gaseoso y el interior de sus anillos, una zona que no se había explorado hasta ahora.

Los datos muestran que esa región está azotada por la lluvia que cae desde el anillo D —el más próximo al planeta— como un “aguacero”, en palabras de Hunter Waite, autor principal de uno de los estudios y líder del espectrómetro INMS que iba a bordo de la nave. “Si estuvieras allí apenas sentirías el impacto de las pequeñas partículas, pero podrías oler los gases ”, explica el físico del Instituto de Investigación del Suroeste (EE UU).

Ver imagen en Twitter

 

CassiniSaturn✔@CassiniSaturn
La lluvia sobre Saturno contiene agua —el 95% de los anillos está compuesto de hielo—, metano, amoníaco, monóxido de carbono, dióxido de carbono y nitrógeno, más o menos lo que se esperaba, pero también —y esto es una sorpresa— compuestos orgánicos, entre ellos butano y propano. “Los compuestos orgánicos observados parecen similares a los de los cometas, y se postula que estos cuerpos trajeron estos compuestos a la Tierra en sus orígenes”, señala Waite.

Los investigadores están sorprendidos por la cantidad de material que cae sobre la atmósfera saturnina, unos 10.000 kilos por segundo. Pero el impacto de estas “lluvias” es relativo. “Saturno tiene 63 veces la superficie de la Tierra. El material queda repartido por una superficie tan amplia que si hubiese estado lloviendo durante toda la historia del Sistema Solar [unos 4.500 millones de años], la acumulación sería de apenas 2,5 milímetros”, detalla Waite.

Ammonium chloride.jpgHydrogen-chloride-3D-vdW-labelled.png

                                                                                   Molécula de cloruro de hidrógeno (HCl).

     Está presente el cloruro amónico

No obstante, la lluvia del anillo D modifica la composición química de las capas altas de la atmósfera del planeta y es posible que con el tiempo cambie también la proporción de carbono y oxígeno en las capas interiores que están en contacto con la superficie. El espectacular sistema de anillos, que abarca 300.000 kilómetros pero tiene apenas 10 metros de espesor, se retroalimenta. El anillo C descarga sobre el D y este sobre el planeta, según muestra uno de los estudios.

Campos magnéticos de Saturno

Cassini ha profundizado en otra rareza de Saturno: su campo magnético es algo nunca visto. En la Tierra, los polos geográficos y los magnéticos están separados 11 grados, pero en Saturno están alineados con una diferencia de menos de una centésima de grado. “Hasta ahora creíamos que debía haber una cierta desalineación [entre polos] para que exista un campo magnético, pero su ausencia en Saturno parece indicar que tenemos que repensar todo lo que sabíamos sobre cómo algunos planetas forman campos magnéticos”, explica Gregory Hunt, investigador del Imperial College de Londres y coautor de otro de los trabajos publicados hoy. Estudiar el campo magnético del planeta es clave, porque puede desvelar si Saturno esconde un núcleo sólido en su interior, una de las mayores preguntas que quedan por responder.

Resultado de imagen de Cassini orbitando SaturnoResultado de imagen de Cassini orbitando Saturno

La nave fue lanzada en 1997 como parte de una misión conjunta entre la NASA y la Agencia Espacial Europea, que se encargó del módulo de aterrizaje Huygens. Desde que este tocó el suelo de Titán, sus datos han permitido confirmar la presencia en esta luna de una atmósfera, así como lagos y ríos de metano que se evapora y forma nubes que después vuelven a descargar sobre la superficie.

Resultado de imagen de Los géiseres de Encélado

Cassini fue la primera nave que orbitó Saturno. Desde su llegada al planeta en 2004 hizo cosas increíbles, como atravesar las fumarolas de los géiseres de Encélado que brotan de un desconocido océano sepultado bajo el hielo, uno de los lugares más propicios para la vida en el Sistema Solar. Poco antes de desaparecer, la misión también confirmó que en las zonas ecuatoriales de Titán se producen tormentas de polvo como las que suceden en los desiertos de la Tierra y de Marte. Con más de 13 años de datos recogidos por Cassini, vamos a estar analizando y haciendo descubrimientos durante años, si no décadas”, asegura Hunt.