La energía está en todo, eso es, el Universo

En alguna ocasión hemos hablado aquí de la posibilidad de que puedan existir estrellas de Quarks que, como creemos saber, serían los componentes más simples de la materia que, se juntan en tripletes para formar hadrones y en pares antagónicos (quark y anti quark) para formar mesones. Por ejemplo, Para que una EN se transformara en una Estrella de Quark pura, necesitamos algún mecanismo mediante el cual su densidad aumente cada vez más. Pensemos, por ejemplo, que la Estrella de Neutrones forma parte de un sistema binario. Para considerar que dos estrellas están en un sistema binario, debe analizarse su proximidad comparando el tamaño de las mismas con el radio del lóbulo de Roche, que es la región que define el campo de la acción gravitatoria de una estrella sobre otra.

Si el radio de cada estrella es menor que el lóbulo de Roche, las estrellas están desconectadas. Por el contrario, si una de ellas llena el lóbulo de Roche, el sistema es semi-conectado y la materia puede fluir a través del punto de Lagrange interno. El potencial gravitatorio de un sistema binario se consume la masa de la estrella compañera. Cuando la masa de la EN alcanza el valor de ~2 M (M corresponde a la masa solar), sufre un colapso gravitatorio, pudiéndose transformar en una EQ.

¿Podría el colapso de una supernova dar origen a la formación de una EQ? Esta pregunta nos conduce a otra hipótesis teórica acerca de la formación de la EN, hay conservación del momento angular. La proto-estrella de neutrones tiene una fracción pequeña de su radio original, que era el de la supernova, por lo que su momento de inercia se reduce bruscamente. Como resultado, la EN se forma con una altísima velocidad de rotación que disminuye gradualmente. Los períodos de rotación se hacen cada vez más largos debido a la pérdida de energía rotacional por la emisión de vientos de electrones y positrones y de la radiación bipolar electromagnética. Cuando la alta frecuencia de rotación o el campo electromagnético alcanzan un valor crítico, la EN se transforma en un pulsar que emite pulsos del orden de los milisegundos. Debido a la enorme fuerza centrífuga en estos objetos, la estructura interna se modifica, pudiendo alcanzar una densidad crítica por encima de la que corresponde a la transición de fase hadrón-quark. En estas condiciones, la fase de materia nuclear relativamente incomprensible se convertiría en la fase de ME, más comprensible, cuyo resultado final sería la aparición de una EQ.

Las estrellas de Quarks podrían ser el eslabón perdido

La identificación de una EQ requiere señales observacionales consistentes. Con esto nos referimos a propiedades físicas de la estrella tales como su masa máxima, radio, período mínimo de rotación, enfriamiento por emisión de neutrinos. Todas estas propiedades dependen de una única ecuación de estado para la materia densa de quarks que aún no ha sido completamente establecida. Sin embargo, existe un rango de valores aceptados para las cantidades antes mencionadas, con base en datos observacionales recientes, que marcarían importantes diferencias entre las posibles EQs y los demás objetos compactos.

                                La Interacción fuerte mantiene unidos y confinados a los Quarks

Un rasgo característico de las EQs es que la materia no se mantendría unida por la atracción gravitacional, como ocurre en las ENs, sino que sería consecuencia directa de la interacción fuerte entre los quarks. En este caso, la estrella se dice auto-ligada. Esto implica una diferencia sustancial entre las ecuaciones de estado para las dos clases de estrellas. Las correcciones perturbativas a la ecuación de estado de la materia de quarks y los efectos de superconductividad de color complican aun más este punto.

Otra característica para poder diferenciar las Eqs de las Ens es la relación entre su masa M y el radio R. Mientras que para una EQ, M ~ R³. De acuerdo con esta relación, las Eqs tendrían radios más pequeños que los que usualmente se le atribuyen a las Ens. Además, las Eqs violarían el llamado límite de Eddington.

Arthur Eddington (1882-1994) observó que las fuerzas debido a la radiación y a la gravitación de las estrellas normales dependían del inverso del cuadrado de la distancia. Supuso, entonces, que ambas fuerzas podían estar relacionadas de algún modo, compensándose para que la estrella fuera más estable.

Para estrellas de altísima masa, la presión de radiación es la dominante frente a la gravitatoria. Sin embargo, debería existir una presión de radiación máxima para la cual la fuerza expansiva debido a la radiación se equilibrara con la gravedad local. Para una estrella normal, el límite de Eddington:

donde

•  es la luminosidad máxima
•  es la masa del objeto
•  es la masa del Sol
•  es la luminosidad del Sol

                          Eta Carinae es una buena muestra de cómo el límite de Eddington funciona

Para cualquier valor de radiación que supere este límite, no habrá equilibrio hidrostático, causando la pérdida de masa de la estrella normal. El mecanismo de emisión en una EQ produciría luminosidades por encima de dicho límite. Una posible explicación a este hecho sería que la EQ es auto-ligada y por lo tanto su superficie alcanzaría temperaturas altísimas con la consecuente emisión térmica.

Por otro lado, una alternativa para explicar algunas observaciones de destellos de rayos γ, sería suponer que las emisiones provienen de Eqs con radios R ~ 6 km, valores demasiados pequeños si pensáramos que los destellos provienen de ENs. En esta sección, hemos presentado algunas características de las Eqs que las diferenciarían de las Ens. Futuras evidencias experimentales y observacionales nos permitirían saber si las Eqs realmente existen en la naturaleza.

El mes de febrero de 1987 fue la primera oportunidad de poner a prueba, a través de las observaciones directas, las teorías modernas sobra la formación de las supernovas. En el observatorio de Las Campanas, en Chile, fue observada la Supernova 1987A en la Gran Nube de Magallanes. Algunas características de la emisión de neutrinos de la SN 1987A, podrían explicarse sin una hipotética fuente de energía subnuclear como la Materia Extraña contribuyera a su explosión. El remanente estelar que ha quedado como consecuencia de la explosión de la Supernova 1987A, podría ser una Estrella de Quarks, ya que el período de emisión de este pulsar es de P= 0.5 ms. Una Estrella de Neutrones canónica no podría tener una frecuencia de rotación tan alta.

“Supernova SN 1987A: Es una supernova que tuvo lugar en las afueras de la Nebulosa de la Tarántula (NGC 2070), situada en la Gran Nube de Magallanes, galaxia enana cercana perteneciente al Grupo Local. Ocurrió aproximadamente a 168.000 años luz (51,4 kiloparsecs) de la Tierra,¹ lo suficientemente cerca para ser visible a simple vista. Fue la supernova más cercana observada desde SN 1604, que apareció en la Vía Láctea. La luz de la supernova llegó a la Tierra el 23 de febrero de 1987. Como fue la primera supernova descubierta en 1987, fue designada “1987A”

RX J1856.5-3754

El observatorio Chandra de rayos X de la NASA también encontró dos estrellas inusuales: la fuente RX J1856.5-3754 con una temperatura de 10 exp5. K y la fuente 3C58 con un período de 65 ms. RX J1856.5-3754 es demasiado pequeña para ser una EN convencional y 3C58 parece haberse enfriado demasiado rápido en el tiempo de vida que se le estima.

Combinando los datos del Chandra y del telescopio espacial Hubble, los astrónomos determinaron que RX J1856. 5 – 3754 radia como si fuera un cuerpo sólido con una temperatura de unos 1x 10 exp5. ºC y que tiene un diámetro de alrededor de 11 km, que es un tamaño demasiado pequeño como para conciliarlo con los modelos conocidos de las Ens.

Las observaciones realizadas por el Chandra sobre 3C58 también produjeron resultados sorprendentes. No se pudo detectar la radiación que se esperaba en la superficie de 3C58, una EN que se cree producto de la explosión de una supernova vista por astrónomos japoneses y chinos en el año 1181 de nuestra era. Se llegó a la conclusión de que la temperatura de la estrella, de menos de un millón de grados Celsius, era un valor mucho menor que el que predice el modelo. Estas observaciones incrementan la posibilidad de que los objetos estelares mencionados sean Eqs.

D) Ecuación de estado para la materia de quarks:

Las técnicas utilizadas para resolver las ecuaciones de la Cromo Dinámica Cuántica no proveyeron aún un resultado aceptable para densidades bariónicas finitas como en el caso de la Electrodinámica Cuántica para el núcleo atómico. Como consecuencia, es necesario recurrir a modelos fenomenológicos para describir la materia de quarks dentro de las estrellas compactas cuando se consideran las propiedades de confinamiento y de libertad asintótica de la CDC. Uno de los modelos más usados es el modelo bag del MIT. En este modelo los hadrones son considerados como quarks libres confinados en una región finita del espacio: el “Bag“ o bolsa. El confinamiento no es un resultado dinámico de la teoría fundamental, sino que se coloca como parámetro libre, imponiendo condiciones de contorno apropiadas. Así, el modelo bag del MIT se basa en una realización fenomenológica del confinamiento.

Está claro que, las estrellas de Quarks, aunque con certeza no han sido aún detectadas, es casi seguro que andarán pululando por el inmenso Universo que, en relación a la materia bariónica, en muy buena parte, está conformado por Quarks y, cuando la Gravedad confina a los electrones y protones hasta fusionarlos para convertirlos en neutrones a pesar del principio de esxclusión de Pauli, si la masa de la estrella es muy grande y como consecuencia la gravedad que genera también lo es, ni ese principio que haría degenerar a los electrones, podría al fín, para esa fuerza que contraerá más y más la masa de la estrella y, entonces, antes de que se pudiera convertir en un agujero negro… ¿No lo haría en una estrella de quarks?

De existir, al ser más densa, la estrella de Quarks estaría entre la de N y el A.N.

Recientemente, la relación entre campo magnéticos y materia densa está atrayendo la atención de los astrofísicos, especialmente después de las observaciones de emisiones peculiares de pulsares anómalos de rayos X, que se interpretan como ENs en rotación, y de emisiones de radiación γ de baja energía de los llamados repetidores de rayos γ suaves ( SGRs – soƒt gamma-ray repeaters ). El motor central de esas radiaciones podría ser un campo magnético mayor que 4 x 10¹³ Gauss, que es el campo crítico previsto por la Electrodinámica Cuántica.

Muchas observaciones astronómicas indirectas sólo se explicarían a través de la existencia de campos magnéticos muy intensos en los núcleos de ENs  en EQs, de manera que el papel que juega el campo magnético en la ME aún constituye un problema abierto y de sumo interés en la Astrofísica.

                                  Lo cierto es que, no siempre comprendemos lo que vemos

Son muchos los misterios que contiene el Universo y, nosotros, debemos recorrer los caminos para desvelarlos. En la superconductividad electromagnética usual, un campo magnético suficientemente fuerte destruye el estado superconductor. Para la superconductividad de color no existe aún un consenso de cómo, la presencia del campo magnético, podría afectar al apareamiento entre los quarks.

Existen trabajos que describen de manera breve la materia extraña, con el objetivo de explicar su formación en el interior de una EN y entender la composición y características de una Estrella de Quarks. Han utilizado el modelo fenomenológico de bag del Massachussets Institute of Technology (MIT) para encontrar las ecuaciones de estado de la ME en condiciones determinadas, comprobando la estabilidad de la misma, frente a la materia de quarks ordinaria formada sólo por quarks u y d. Y piensan presentar, además, algunas candidatas posibles a EQs según observaciones astrofísicas. Por último, trataran de entender la superconductividad de color y la influencia del campo magnético intenso en las fases superconductoras.

          Ya se especula con la existencia cierta de estrellas de Quarks y, cuando el río suena…

Materia de Quarks:

Uno de los mayores logros alcanzados por los físicos en el último siglo, fue la construcción del Modelo Estándar en la física de partículas elementales. Este modelo sostiene que la materia en el Universo está compuesta por fermiones, divididos en quarks y leptones, que interactúan a través de los llamados bosones de calibre: el fotón (interacción electromagnética), los bosones W± y Zº (interacción débil), y 8 tipos de gluones (interacción fuerte). Junto con los bosones de calibre, existen tres generaciones de fermiones: ( v e, e ), u, d ); ( vµ, µ ), ( c, s ) ; ( v….); y sus respectivas antipartículas. Cada “ sabor “ de los quarks, up ( u ), down ( d ), charme ( c ), strange ( s , top ( t ) y bottom ( b), tiene tres colores ( el color y el sabor son números cuánticos ). La partícula que aún no ha sido descubierta experimentalmente es el bosón de Higgs, que cabe suponer sería responsable del origen de la masa de las partículas.

Los quarks son los componentes fundamentales tanto de los hadrones fermiónicos (bariones formados por la combinación de tres quarks) como de los bosónicos (mesones formados por un quark y un antiquark). Es sabido que el núcleo de un átomo está compuesto por nucleones (protones y neutrones) que a su vez están compuestos por quarks (protón = udd). David Gross y Franks Wilczek y David Politzer, descubrieron teóricamente que en la CDC el acoplamiento efectivo entre los quarks disminuye  a medida que la energía entre ellos aumenta (libertad asintótica). La elaboración de esta teoría permitió que recibieran el Premio Nobel de Física en el año 2004. En los años 60, la libertad asintótica fue comprobada experimentalmente en el Acelerador lineal de Stanford y otros después.

Todos querían estar presentes en el evento que nos llevó a comprobar la certeza de que la libertad asintótica era una realidad física presente en la fuerza nuclear fuerte y que hace que, los quarks, estén confinados dentro de protones y neutrones y, cuando tratan de separarse, aparece la fuerza intensa que lo impide. Por el contrario, cuando permanecen juntos, está presente la libertad asintótica que los hace creer que son libres.

Sin embargo, la CDC no describe completamente el desconfinamiento en un régimen de alta densidad y baja temperatura, debido a su complejidad matemática y a su naturaleza no lineal para bajas energías. No obstante, es posible recurrir a una descripción fenomenológica para intentar entender la física de la formación de la materia de quarks en las ENs. La materia de quarks, es decir, el plasma de quarks deconfinados y gluones, es una consecuencia directa de la libertad asintótica cuando la densidad bariónica o la temperatura son suficientemente altas como para considerar que los quarks son partículas más fundamentales que los neutrones o protones. Esta materia, entonces, dependiendo de la temperatura y del potencial químico (µ) de los quarks, aparecería esencialmente en dos regímenes. Uno de ellos, el PQG, constituiría la fase “caliente”  de la materia de quarks cuando T >> µ constituyendo la mencionada ME, que se formaría en el interior de las Ens. Esta transición de fase estaría ocurriendo en el Universo cada vez que una estrella masiva explotara en forma de supernova, con la consecuente aparición de una EN.

Mucho nos queda que hablar de todos estos temas complejos con los que aún luchamos tratando de comprender y de los que, hablamos más por intuición y conjeturas que por la certeza del saber. Sin embargo, nuestros incipientes conocimientos en la materia, avalan, al menos, una gran posibilidad de que las estrellas de Quarks sean un hecho.

emilio silvera

¡La Mecánica Cuántica! con sus insondables secreto

Sí, el principio cuántico es muy extraño. Cuando en 1927, el joven físico alemán Werner Heisenberg llegó al Principio de Indeterminación, la física moderno rompió de manera decisiva con la física clásica, una nueva Era comenzaba con otra manera de mirar el mundo que nos rodea a través de la Física. Heisenberg descubrió que se puede conocer, o bien la posición exacta de una partícula determinada, o bien su trayectoria exacta, pero no ambas.

Si en nuestro Universo algo cambia, muchas cosas serán distintas provocadas por ese “pequeño” cambio que, sin embargo, tiene incidencias descomunales:

La caída de un gran meteorito en la Tierra puede causar estragos irreversibles, la Visita de una Nace tripulada extraterrestre… ¡Para que decir el alboroto que se formaría! Descubrir que esporas llegadas del Espacio germinan en la Tierra y crean nuevas formas de vida…

Nosotros, los seres humanos, nunca vemos a nuestros semejantes como objetos o cuerpos neutros, sino que los miramos como personas con una riqueza interior que refleja su de ánimo o forma de ser, y de cada uno de ellos nos llegan vibraciones que, sin poderlo evitar, nos transmiten atracción o rechazo, no todos nos sentimos atraídos por todos, hay algo especial que escoge (No, no creo que sea cupido).

Son muchos y diversos los signos sensoriales que, en silencio, nos llegan de los demás y son recogidos por nuestros sensores en una enorme gama de mensajes sensitivos que llamamos indistintamente simpatía, pasión, antipatía, odio, etc.

Está claro que el sentimiento percibido es positivo, la satisfacción se produce por el mero hecho de estar junto a la persona que nos lo transmite, que con su sola presencia, nos está ofreciendo un regalo, y si apuramos mucho, a veces lo podríamos llamar incluso “alimento del alma”. Estar junto a quien nos agrada es siempre muy reconfortante, y según el grado de afinidad, amistad o amor, el sentimiento alcanzará un nivel de distinto valor.

“Donde tú vayas, iré yo. Donde tú habites, habitaré yo. Tu pueblo será mi pueblo, y tu Dios será mi Dios. Donde tu mueras, moriré yo , y allí seré enterrada, y que Dios me castigue si algo que no sea muerte me separa de ti.”

Libro de Rut (Biblia)

 

C. S. Lewis, en su ensayo de Los cuatro amores, explica cómo el afecto ignora barreras de edad, sexo, inteligencia y barreras sociales. Son muchos los casos que jalonan la historia de parejas que de muy distintas edades han sido muy felices y otras que, siendo de condición muy diferentes, también lo fueron. El Amor (entendido en muy amplia y en distintos contextos) como se suele decir, no tiene barreras.

                           Si la llama se enciende… ¡Las barreras desaparecen!

Lleva toda la razón; uno de los afectos ubicados en su justo nivel: el banquero todopoderoso irremisiblemente atado al cariño que le uno con su niñera ya anciana; el jefe de gobierno que no puede evitar visitar (en la menor oportunidad) a su compañero de infancia, el zapatero de su pueblo; el rico hacendado, unido a su humilde secretario, 30 años a su lado, con el que comparte sus íntimos problemas; el hombre de 40 años que se ve inevitablemente enamorado de su secretaria de 20 años.

Son fuerzas irresistibles que invaden el interior de los seres humanos de toda edad o condición y les lleva a unir sus sentimientos a otras personas que, en ocasiones, parecen no tener ninguna afinidad con su situación social o cultural, pero así ocurre.

¿Qué no estaríamos dispuesto a sacrificar por ellos? ¿Es la fuerza irresistible del Universo?

El vínculo más fuerte humanos es el de la familia: La madre con los hijos, los hermanos, el padre y los abuelos…Es el único grupo indestructible que hemos sabido crear…hasta el momento. Claro que, ese único grupo y su fortaleza no sería posible sin esa pareja inicial a la que el Amor ha unido, si el sentimiento es de verdad…para la eternidad de sus vidas. ¡Qué bonito!

Nacemos amar y ser amados; ¿qué sería de nosotros si no? Todo lo malo que hacen los hombres está basado siempre en la falta de sentimiento. Cuando el amor o el afecto están presentes, nada malo podrá suceder. Por el contrario, el amor nos lleva, sin dudarlo, a sufrir y darlo todo por la persona amada. Ésa es la grandeza del amor verdadero, lo podemos dar todo sin pedir nada. Sin embargo, el mecanismo humano, en esos casos, hace que la persona que recibe tanto amor tenga también la necesidad de darlo.

               El primer impacto está aconsejado por la parte física de la persona que nos ha gustado-

           Más tarde prevalece su manera de ser y su comportamiento, lo que piensa de las cosas

El afecto es la primera , el primer escalón para amar, y la amistad es la segunda, un escalón más arriba. Tenemos muchos ejemplos de autores clásicos que nos hablan de la amistad: Homero, Platón, Aristóteles, Cicerón, Séneca o San Agustín.

La primera literatura occidental, que Homero saca a pasear a Ulises por Troya y el Egeo, ya elogia esa relación que se presta entre los seres humanos y que da a sus vidas un colorido especial. La Ilíada y La Odisea, esas maravillas escritas hace casi tres milenios, son un canto a la amistad. Al leer en ellas podemos ver cómo la muerte de Patroclo es profundamente sentida por Aquiles, que gime y exclama:

“¡Oh, Patroclo! Ya que yo he de después que tú a la tumba, no quiero enterrarte sin haberte traído las armas y la cabeza de Héctor…”

 

Sigue su bárbara perorata que, en aquellos tiempos y lugares, sólo reflejaban su sentimiento.

Dice Eurípides que cuando Dios da bienes, no hay necesidad de amigos. Pero nadie querría poseer todas las riquezas y estar solo, pues el hombre, como todos sabemos, es eminentemente un animal social, y su naturaleza le exige convivir con los otros seres de su misma condición para compartir con ellos sus logros, sus esperanzas, sus sentimientos y sus penas y alegrías. Así somos los humanos.

El cualquier tratamiento de la amistad aparecen varios rasgos comunes en todos los casos: relación entrañable y libre, recíproca y exigente, desinteresada y benéfica, nacida de una inclinación natural por atracción y simpatía de las partes implicadas y que se alimenta y acreciente del convivir compartiendo. Así, en los malos momentos, nos refugiamos en los amigos que nos ofrecen consuelo y, con ellos, nos gusta compartir también las alegrías. Sí, es una verdadera suerte contar con amigos en los que, de verdad, podamos confiar.

No soy masoquista, sin embargo, siento profundamente que, en verdad, sufrir por algo que vale la pena, es una alegría. Si el sufrimiento consigue hacer feliz al Ser amado o situarlo en el lugar de la felicidad.

¿Quién no está dispuesto a sacrificarse por el bien del ser amado?

Es una de las grandezas del ser humano, el amor es el que salva la especie de tantos y tantos defectos como tiene… de .

¿Cómo se puede explicar el amor? El materialismo no puede hacerlo. Ni los átomos, ni las moléculas, ni las células resuelven el problema. ¿Quién está capacitado explicar el sentir de las neuronas? ¿Qué mecanismo nos mueve al amor? ¿Cómo es ese vínculo tan fuerte? Creo que la Química nos podría dar algunas respuestas.

Podemos estar en otro mundo sin salir de

Al igual que la fuerza invisible y poderosa del electromagnetismo y la gravedad, la del amor también está ahí, y cuando es verdadero el sentimiento, la fuerza es mayor que las cuatro fuerzas de la naturaleza juntas. Si estamos dispuestos a entregar la vida, ¿hay algo más fuerte que eso en el universo? Creo que no.

¿Qué caricia explica su turbadora resonancia espiritual? Y, luego… ¡la satisfacción placentera de sentirnos amados!…

emilio silvera