Las fuerzas de la naturaleza que gobiernan la electricidad, el magnetismo, la radiactividad y las reacciones nucleares están confinadas a un “mundo-brana” 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.

Las fuerzas fundamentales

 Fuerza Nuclear Fuerte

La Fuerza nuclear fuerte es la más potente de las cuatro fuerzas fundamentales. Los núcleos de los átomos están conformados por protones y neutrones que, a su vez están hechos de quarks. Los quarks están confinados dentro de los nucleones y sujetos por las partículas mediadoras de la fuerza, los Gluones que no permiten que los quarks se separen manteniendo así, el debido equilibrio.

Fuerza Nuclear Débil

“La fuerza nuclear débil es la responsable de la desintegración radiactiva de las partículas subatómicas y es la iniciadora del proceso conocido como fisión nuclear.​ La teoría de la interacción débil se conoce también como flavordinámica cuántica (QFD, de las siglas en inglés), aunque el término casi no se utiliza porque la fuerza nuclear débil se entiende mejor en términos de la teoría electrodébil (EWT).​ Es una fuerza de muy corto alcance, 10^–17 m.

                                                    

                                                                  Desintegración Beta

Según el modelo estándar de física de partículas, la interacción débil es causada por la emisión o absorción de Bosones W y Z; por tanto, se considera una fuerza sin contacto, al igual que las otras tres fuerzas fundamentales. La interacción débil afecta a todos los fermiones conocidos, es decir, las partículas que tienen un espín (una propiedad de todas las partículas) semi-entero. El efecto más conocido de esta emisión es la desintegración Beta, que es una forma de radioactividad Los bosones W y Z son mucho más pesados que los protones o neutrones justamente eso explica el corto alcance de la interacción débil. De hecho, se denomina «débil» porque su intensidad de campo es varios órdenes de magnitud menor que la del electromagnetismo y la de la fuerza nuclear fuerte.”

Las constantes fundamentales

Desde el Big Bang, cuando aparecieron las fuerzas fundamentales, también lo hicieron las constantes universales que contribuyen a que, nuestro Universo sea tal como lo conocemos y posibilitan la presencia de vida aquí en la Tierra, y posiblemente, en otros muchos planetas.

Unas pueden ser más constantes naturales que otras, pero lo cierto es que, de momento, han servido como herramientas eficaces.

          La velocidad de la luz (299.762.458 m/s) es el límite que impone el Universo para moverse

La última lección importante que aprendemos de la manera en que números puros como α (alfa) definen el mundo, es el verdadero significado de que los mundos sean diferentes.

La constante de estructura fina de Sommerfeld (símbolo α) es la constante física fundamental que caracteriza la fuerza de la interacción electromagnética. Es una cantidad sin dimensiones, por lo que su valor numérico es independiente del sistema de unidades usado

La expresión que la define y el valor recomendado por CODATA 2002 es:

                                         137 EL NÚMERO PURO Y ADIMENSIONAL

El número puro que llamamos constante de estructura fina, e indicamos con α, es como  decimos en el comentario siguiente, una combinación de e, c y h (el electrón, la velocidad de la luz y la constante de Planck). Inicialmente, podríamos estar tentados a pensar que un mundo en el que la velocidad de la luz fuera más lenta sería un mundo diferente. Pero sería un error. Si e, h y c cambian de modo que los valores que tienen en unidades métricas (o cualesquiera otras) fueran diferentes cuando las buscamos en nuestras tablas de constantes físicas, pero el valor de α permaneciera igual; este nuevo mundo sería observacionalmente indistinguible de nuestro mundo. Lo único que cuenta en la definición del mundo son los valores de las constantes adimensionales de la Naturaleza.

Fue Einstein el que anunció lo que se llamó principio de covariancia: que las leyes de la naturaleza deberían expresarse en una forma que pareciera la misma para todos los observadores, independientemente de dónde estuvieran situados y de cómo se estuvieran moviendo. Cuando trató de desarrollar este principio, Einstein tuvo dificultades; no encontraba la manera de expresarlo con la formulación matemática adecuada.

Pidió ayuda a su amigo Marcel Grossmann, matemático, quien sabiendo de las necesidades exactas de Einstein, le envió la copia de una conferencia que dio un tal Riemann, unos sesenta años antes.

               Las matemáticas que ayudaron a Einstein para su teoría de los espacios curvos

Einstein fue muy afortunado, ya que durante la última parte del siglo XIX en Alemania e Italia, matemáticos puros habían estado inmersos en el estudio profundo y detallado de todas las geometrías posibles sobre superficies curvas. Habían desarrollado un lenguaje matemático que automáticamente tenía la propiedad de que toda ecuación poseía una forma que se conservaba cuando las coordenadas que la describían se cambiaban de cualquier manera. Este lenguaje se denominaba cálculo tensorial. Tales cambios de coordenadas equivalen a preguntar qué tipo de ecuación vería alguien que se moviera de una manera diferente.

    Riemann , Georg Bernhard y la Teor´çia de la relatividad el tensor métrico

Einstein se quedó literalmente paralizado al leer la Conferencia de Riemann. Allí, delante de sus propios ojos tenía lo que Riemann denominaba Tensor métrico. Einstein se dio cuenta de que era exactamente lo que necesitaba para expresar de manera precisa y exacta sus ideas. Así  llegó a ser  posible la teoría de la relatividad general.

Einstein pudo expresar su principio de covariancia expresando sus leyes de la naturaleza como ecuaciones tensoriales, que poseían automáticamente la misma forma para todos los observadores.

Tensor métrico de Riemann: 

La geometría de los espacios curvos de Riemann hizo posible la relatividad general de Einstein que se pasó siete años buscando la formulación adecuada a su ideas.

Este paso de Einstein completó un movimiento espectacular en la concepción física de la naturaleza que ha sido completado en el siglo XX. Está marcado por una evolución que se aleja continuamente de cualquier visión privilegiada del mundo, sea una visión humana, basada en la Tierra, o una visión basada en patrones humanos, la naturaleza tiene sus propios patrones (el 137 es un ejemplo de ello).

El Universo es igual en todas partes sin importar lo lejos que estén sus regiones

Está claro que pensar siquiera en que en nuestro universo, dependiendo de la región en la que nos encontremos, habrá distintos leyes físicas, sería pensar en un universo chapuza. Lo sensato es pensar como Einstein y creer que en cualquier parte del universo rigen las mismas leyes físicas, hasta que no se encuentre pruebas reales a favor de lo contrario,  los científicos suponen con prudencia que, sea cual fueren las causas responsables de las pautas que llamamos “Leyes de la Naturaleza”, es mucho más inteligente adoptar la creencia de la igualdad física en cualquier parte de nuestro universo por muy remota que se encuentre; los elementos primordiales que lo formaron fueron siempre los mismos:

Quarks y Leptones que formaron los hadrones llamados bariones (como protones, neutrones y otros) para conformar la materia que vemos a nuestro alrededor, en los cielos y en el Universo profundo. Todo eso, grande o pequeño, está formado por la materia que está hecha de estos infinitesimales objetos ciudadanos del mundo cuántico y que se juntan por miles y cientos de miles de millones para dejarse ver en forma de mundos, de estrellas y galaxias y, ¿por qué no? también de seres vivientes racionales o no (aunque la definición de racionales no parece muy convincente).

emilio silvera

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La pasta nuclear podría limitar el período de rotación de los Púlsares. Parece que con el nuevo descubrimiento se ha dado un paso más, hacia la comprensión de la materia y las formas que puede adoptar bajo ciertas circunstancias.

Jose A. Pons, profesor de la Universidad de Alicante

 

 

“Un púlsar de milisegundos ( MSP ) es un púlsar con un período de rotación inferior a unos 10 milisegundos . Se han detectado púlsares de milisegundos en partes de radio , rayos X y rayos gamma del espectro electromagnético . La teoría principal sobre el origen de los púlsares de milisegundos es que son estrellas de neutrones viejas que giran rápidamente y que se han hecho girar o “reciclado” a través de la acumulación de materia de una estrella compañera en un sistema binario cercano. Por esta razón, los púlsares de milisegundos a veces se denominan púlsares reciclados “

 

 

“Una estrella de neutrones es un tipo de remanente estelar resultante del colapso gravitacional de una estrella supergigante masiva después de agotar el combustible en su núcleo y explotar como una supernova tipo II, tipo Ib o tipo Ic.

Como su nombre indica, estas estrellas están compuestas principalmente de neutrones, más otro tipo de partículas tanto en su corteza sólida de hierro, como en su interior, que puede contener tanto protones y electrones, como piones y kaones.

Las estrellas de neutrones son muy calientes y se apoyan en contra de un mayor colapso mediante presión de degeneración cuántica, debido al fenómeno descrito por el principio de exclusión de Pauli. Este principio establece que dos neutrones (o cualquier otra partícula fermiónica) no pueden ocupar el mismo espacio y estado cuántico simultáneamente.”

                                                               

 

“Una investigación en la que han participado científicos del Instituto de Ciencias del Espacio (ICE CSIC-IEEC) ha permitido observar por primera vez un púlsar (estrella de neutrones que emite radiaciones magnéticas) transitando entre dos de sus fases evolutivas.

Según ha informado el ICE, los científicos creen haber encontrado con esta observación “el eslabón perdido de los púlsares en los sistemas binarios”, con lo que confirmarían una teoría que se describe desde hace tres décadas.”

                                                                 

 

Un estudio liderado por el grupo de Astrofísica Relativista de la Universidad de Alicante ha detectado la que podría ser la primera evidencia observacional de la existencia de una nueva fase exótica de la materia en la corteza interna de las estrellas de neutrones (púlsares).

Los púlsares son estrellas de neutrones (estrellas ultra-compactas y fuertemente magnetizadas) en rotación, residuos de una explosión Supernova. Estas estrellas nacen rotando muy velozmente (hasta 100 veces por segundo), pero van perdiendo momento angular debido a la emisión de radiación electromagnética, de la misma forma que un gigantesco imán que gira perdería energía. Algunas de estas estrellas de neutrones emiten ondas de radio en la dirección de sus polos magnéticos que, cuando incidentalmente apuntan a la Tierra, pueden ser detectadas. El primer descubrimiento de estas señales muy periódicas se produjo en 1967 por Jocelyn Bell y Anthony Hewish, y significó que le concedieran el premio Nobel en 1974 a Anthony Hewish.

 

 

Con el paso de las décadas, y el nacimiento de la astronomía de rayos X, (o en general de altas energías) se empezaron a detectar púlsares no sólo en radio, sino también en rayos X o en rayos gamma. Una de las incógnitas en el campo de los púlsares de rayos X es la existencia de un límite superior de 12 segundos en los periodos de rotación. Históricamente, se conocía que los radio-púlsares (aquellos que detectamos en ondas de radio) tenían un límite superior observado a su periodo de rotación que se atribuía a un simple efecto observacional: los que giran más lentamente emiten ondas de radio con menor intensidad y más focalizadas, con lo que es más difícil observarlos. Sin embargo, las misiones espaciales de la última década han detectado un creciente número de púlsares aislados de rayos X, y hemos visto con sorpresa que tampoco ninguno de ellos presenta un periodo de rotación superior a 12 segundos, pero no existía ninguna explicación teórica para este fenómeno.

      

Dado que, para estrellas aisladas, el ritmo de perdida de energía de rotación depende del campo magnético de la estrella de neutrones, se esperaba que las estrellas de campo magnético alto se frenarán muy rápidamente, pudiendo alcanzar periodos de rotación de varias decenas o incluso centenares de segundos, mientras aún están suficientemente calientes para ser visibles en rayos X. Sin embargo, se vio con sorpresa que hay un acumulamiento de fuentes con periodos entre 10 y 12 segundos, pero sin que nunca se haya encontrado un pulsar de rayos X, que no forme parte de un sistema binario, con periodos de rotación superiores.

                                          

Otra variante de esta clase de residuos estelares son los magnetar. arriba señalan uno

“En un estudio reciente, publicado en el último número de Nature Physics, aparecen los resultados de la investigación, basada en simulaciones por ordenador de la evolución del campo magnético de los púlsares, que aborda este misterio. La idea fundamental es que el campo magnético no permanece constante, sino que se disipa muy rápidamente debido a la alta resistividad eléctrica de una capa de la corteza interna, donde las corrientes eléctricas que soportan el campo magnético ultra-intenso de las estrellas de neutrones tienden a a desplazarse. Lo localización de dicha capa resistiva coincide con las predicción de un nuevo estado de la materia nuclear, llamado “pasta nuclear”.

¿Lasaña o espagueti?

                                    

La pasta nuclear, llamada así por similitud con la pasta italiana, sucede cuando la combinación de la fuerza nuclear y electro-magnética, a densidades cercanas a la de los núcleos atómicos, favorece el ordenamiento de los nucleones (protones y neutrones) en formas geométricas no esféricas, como láminas o filamentos (lasaña o espagueti).

Esta puede ser la primera evidencia observacional de la existencia de la fase de “pasta nuclear” en el interior de estrellas de neutrones, lo cual puede permitir que futuras misiones de observatorios de rayos X puedan usarse para aclarar aspectos de cómo funciona la interacción nuclear que aún no están del todo claros. Es una oportunidad única, ya que probablemente no hay otro lugar en el Universo, aparte de las estrellas de neutrones, donde podamos encontrar las condiciones necesarias para que se forme la “pasta nuclear”.

Los púlsares nacen girando muy rápidamente, sin embargo sus intensos campos magnéticos los frenan a lo largo de su vida, con lo cual su periodo de rotación aumenta. Entre tanto, en la capa de “pasta” las corrientes se disipan y el campo magnético de la estrellas se vuelve débil, hasta que ya no es capaz de frenar significativamente la rotación de la estrella: el púlsar está “al dente”, con un periodo de alrededor de 10-12 segundos.

Referencia:

A highly resistive layer within the crust of X-ray pulsars limits their spin periods, J. A. Pons, D. Viganò, N. Rea, Nature (2013), doi:10.1038/nphys2640.

Después de leer el artículo del profesor Pons, se me ocurre que la materia, en realidad, es una gran desconocida y guarda secretos que debemos desvelar para poder obtener de ella todo lo que nos ofrece que es mucho y que no hemos sabido aprovechar por el momento en toda su extensión y sus muchas posibilidades que nos llevarán hacia otra forma de ver el universo.

                                       

                                                                                Structure of matter

En otra ocasión os hablé aquí de la posibilidad (nunca podemos negar nada que nuestra imaginación pueda idear), de que existieran estrellas hechas de materia extraña, es decir de una especie de pasta densa compuesta de Quarks-Gluones y que estaría en la escala intermedia entre las estrellas de neutrones y los agujeros negros.

                

La Hipótesis de estrella de Quarks (EQs) podrían responder a muchos interrogantes surgidos a partir de observaciones astrofísicas que no coinciden con los modelos canónicos teóricos de las Estrellas de Neutrones ( ENs ). Decimos que son hipotéticas porque se conjetura que estarían formadas por Materia Extraña ( ME ). La comunidad astrofísica espera evidencias observacionales que permitan diferenciarlas de las ENs, ya que podrían explicar un conjunto de observaciones astronómicas que aún resultan una incógnita. Es sabido que una EN es el remanente del colapso de una estrella masiva. El colapso de la estrella, la supernova, da lugar a un núcleo compacto hiperdenso de hierro y otros metales pesados que sigue comprimiéndose y calentándose. Su densidad continúa aumentando, dando lugar a una “neutronización“ (recombinación de electrones con protones que resultan en neutrones) y el gas degenerado de neutrones frena el colapso del remanente.

                                                 

Se especula con la posibilidad de que existan estrellas de Quarks que estarían hechas de materia extraña de Quaks y Gluones.

                                                                        

Una EQ, a diferencia de una EN, no se originaría necesariamente de una evolución estelar después del agotamiento del combustible nuclear de una estrella normal. Sería, probablemente, producto de la transición de fase hadrón-quark a altísima densidad. La Cromodinámica Cuántica (CDC), la Teoría de las Interacciones Fuertes que ocurren dentro de los nucleones (protones y neutrones), concibe teóricamente la idea de la transición de fase hadrón-quark a temperaturas y/ o densidades extremadamente altas con el consecuente desconfinamiento de quarks y gluones, que formarían una especie de “sopa “. Sin embargo, los quarks libres no se han encontrado aún, en uno u otro límite, en ningún experimento terrestre.

La “sopa“ que mencionamos antes, se conoce como Plasma Quark-Gluón ( PQG ). En el límite de altas temperaturas, el PQG está tratando de obtenerse en el laboratorio y existen fuertes indicios de que se logre con éxito experimentos de altas energías como el Colisionador Relativista de Iones Pesados (conocido por sus siglas en ingles como RHIC) de Brookhaven, New York.

                                                     

                                                           Brookhaven (RHIC) de Nueva York

Por otro lado, se espera que a través de observaciones astronómicas se compruebe que la transición a altas densidades se hubiese producido en el interior de alguna EN. Esto se debe a que los valores de densidades estimados para que dicha transición tuviese lugar coinciden con densidades del orden de (3 exp. – 12) ρ0 (siendo ρ0 ̃ 0, 17 fmˉ ³ la densidad de equilibrio nuclear) que son típicas del interior de las ENs. Los cálculos basados en diferentes ecuaciones de estado de la materia nuclear muestran estos resultados, por lo que sería razonable que el núcleo de las ENs estuviese formado por materia de quarks.

                                                     

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.

                            

 En particular, en un trabajo reciente, se ha analizado la ME considerando neutralidad de carga, equilibrio β y conservación del número bariónico. En dicho trabajo se obtuvo una cota superior para el valor del campo magnético que determina una transición de fase cuya explicación requiere ser estudiada en profundidad ya que sería independiente de la interacción fuerte entre los quarks. También se ha comprobado que la presencia de de campos magnéticos intensos favorece la estabilidad de la ME.

Por otro lado, estudios teóricos han demostrado que si la materia es suficientemente densa, la materia de quarks deconfinada podría estar en un estado superconductor de color. Este estado estaría formado por pares de quarks, análogos a los pares de Cooper (constituidos por electrones) existentes en los superconductores ordinarios.

                                             

Los quarks, a diferencia de los electrones, poseen grados de libertad asociados con el color, el sabor y el espín. Por este motivo, dependiendo del rango de densidades en el cual estamos trabajando, algunos patrones de apareamiento pueden verse favorecidos generando la aparición de distintas fases superconductoras de color. Según estudios teóricos, la fase superconductora más favorecida a densidades extremadamente altas sería la Color Flavor Locked (CFL), en la cual los quarks u, d y s poseen igual momento de Fermi, y en el apareamiento participan los tres colores y las dos proyecciones de espín de cada uno de ellos. Estudios recientes sobre la fase CFL han incluido los efectos de campos magnéticos intensos, obteniendo que bajo determinadas condiciones el gas superconductor, que corresponde a la separación entre bandas de energía en el espectro fermiónico, crece con la intensidad del campo. A esta fase se la llama Magnetic Color Flavor Locked (MCFL).

                                                            

                                         El púlsar del Cangrejo. La imagen combina información óptica  del Hubble (en rojo) e imágenes de rayos X del Chandra (en azul). El púlsar está oculta en la Nebulosa del mismo nombre.

 Son muchos los misterios que contiene el Universo y, nosotros, debemos recorrer los caminos que sean necesarios para desvelarlos. Cuando las cosas son conocidas, se evitan las sorpresas y, además, se les puede sacar más rendimiento, Así, si conocemos las posibilidades que nos ofrece la Naturaleza…

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.

En este trabajo describiremos brevemente la materia extraña, con el objetivo de explicar su formación en el interior de una EN y entender la composición y características de una EQ. Posteriormente, utilizaremos 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. Presentaremos, además, algunas candidatas posibles a EQs según observaciones astrofísicas. Por último, trataremos de entender la superconductividad de color y la influencia del campo magnético intenso en las fases superconductoras.

Materia de Quarks:

                                 

                  Ya se descubrió un nuevo tipo de materia dentro de las estrellas de neutrones

“En física de partículas, los cuarks​​ o quarks​​ son los fermiones elementales masivos que interactúan fuertemente formando la materia nuclear y ciertos tipos de partículas llamadas hadrones. Junto con los leptones, son los constituyentes fundamentales de la materia bariónica.”

                                                         Un gran logro de la Mente Humana

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.

                                                 

                                                    Muchos son los científicos que buscan respuestas

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 ( SLAC ).

                                                           

Sin embargo, la CDC no describe completamente el deconfinamiento 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.

                     

Las estrellas de Quarks, aunque de momento son una conjetura su existencia, hasta donde podemos saber, no sería nada extraña que, en cualquier momento, se pudieran descubrir algunas y, pasarían a engrosar la lista de los objetos más masivos del Universo. Ellas estarían entre las estrellas de Neutrones y los Agujeros Negros.

En 1971 A.R. Bodmer propuso que la ME es más estable que el Fe, que es el más estable de todos los núcleos ordinarios. Por lo tanto, según su hipótesis, la ME constituía el estado más fundamental de la materia. En la Naturaleza, la presencia de núcleos atómicos ordinarios. Por lo tanto, según su hipótesis, la ME constituía el estado más fundamental de la materia. En la Naturaleza, la presencia de núcleos atómicos ordinarios no se halla en contradicción con la mayor estabilidad que presenta la ME. Esto se debe a que la conversión de un núcleo atómico en ME, requiere que se transformen quarks u y d en quarks extraños s. La probabilidad de que esto ocurra involucra una transición débil que hace que los núcleos con peso atómico A ≥ 6 sean estables por más de 10 exp60. Años. De manera que si la hipótesis de la ME fuera correcta, estaríamos en presencia del estado más estable de la materia hadrónica y para su formación se necesitaría un ambiente rico en quarks s o la formación de un PQG, Como ya mencionamos, podríamos alcanzar dicho estado en las colisiones de iones pesados relativistas, segundos después del Big Bang en el Universo primordial y en el interior de las Ens.

A) Formación de Materia Extraña en una Estrella de Neutrones:

                                           

Inmediatamente después de la transición de fase hadrón-quark en el interior de la estrella, no existe una configuración de equilibrio químico entre los quarks. Esto puede entenderse de la siguiente forma: en el punto de transición, la materia bariónica predominante son los quarks u y d con una pequeña cantidad de electrones. Así, la densidad del quark d es aproximadamente dos veces la densidad del quark u, Nd ~ 2Nu, debido al hecho de que la materia en las estrellas compactas es eléctricamente neutra. Por el principio de exclusión de Pauli, sería energéticamente más favorable para los quarks d decaer en quarks s hasta restablecer el equilibrio entre sabores vía interacciones débiles. Dado que la densidad bariónica de la materia de quarks en el interior de la estrella sería ~ 5ρ0, los potenciales químicos de los quarks deberían ser grandes respecto de las masas. Esto implicaría que las densidades de los quarks fueran prácticamente iguales. De esta forma, la configuración más estable en el interior de la EN, sería un núcleo de ME con una densidad bariónica Nb = Ni ( i= u , d, s ). Si el interior de una EN estuviese compuesto por ME, cabe entonces preguntarnos: ¿podría transformarse una EN en una EQ?

B) EQs: Formación y características:

                                    

Para los astrónomos ha quedado bien establecido que el remanente estelar después de la explosión de una supernova podría resultar ser una  Enana Blanca, una Estrella de neutrones o un Agujero Negro, dependiendo de la masa de la estrella de origen.

Observaciones astronómicas recientes sugieren un remanente aún más exótico: las EQs. La idea de la existencia de estas estrellas apareció en 1969, cinco años después de la predicción de Gell- Mann de la existencia de los quarks.

En el año 1984, Farhi y Jaffe, basándose en el modelo de bag del MIT, mostraron en sus cálculos que la energía por barión de la ME era menor que la del núcleo atómico más estable, el Fe. Esto daba mayor solidez a la hipótesis de Bodmer- Witten e inmediatamente se comenzaron a desarrollar modelos teóricos de Eqs. En el año 2002, el Observatorio de Rayos X Chandra, de la NASA, reportó el descubrimiento de dos estrellas candidatas a ser Eqs.

Para que una EN se transforme en una EQ pura, necesitamos algún mecanismo mediante el cual su densidad aumente cada vez más. Pensemos, por ejemplo, que la EN 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.

           

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.

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 está dado por una ecuación que omito para no hacer más complejo el tema.

                    

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.

C) Observaciones astrofísicas: posibles Eqs

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 ME contribuyera a su explosión. El remanente estelar que ha quedado como consecuencia de la explosión de la Supernova 1987ª, podría ser una EQ, ya que el período de emisión de este pulsar es de P= 0.5 ms. Una EN canónica no podría tener una frecuencia de rotación tan alta.

                     

El observatorio Chandra de rayos X de la NASA también encontró dos estrellas inusuales: la fuente RX J1856.5-3754 con una temperatura de 10⁵.  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 CDC 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.

La fuente de esta segunda parte del trabajo aquí expuesto, la encontré en una Revista publicada por la RSEF.

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                                          La constante de Hubble en función de la Densidad Crítica

La cantidad total de Materia del Universo se da generalmente en términos de una cantidad llamada Densidad Crítica, denotada por Ω. Esta es la densidad de la materia que se necesita para producir un universo plano.

                                   En presencia de materia el universo se curva y marca su geometría

Si Densidad efectivamente observada es menor o mayor que ese , en el primer caso el Universo es abierto, en el segundo es cerrado. La Densidad Crítica no es muy grande; corresponde aproximadamente a un protón por metro cúbico de espacio. Puede que no parezca mucho, dado el número inmenso de átomos en un metro cúbico de lodo, pero no debemos olvidar que existe una gran cantidad de espacio “vacío” y no todo son galaxias.

Algunos números que definen nuestro Universo:

• El de fotones por protón
• La razón densidades de “Materia Oscura” y Luminosa.
• La Anisotropía de la Expansión.
• La falta de homogeneidad del Universo.
• La Constante Cosmológica.
• La desviación de la expansión respecto al valor crítico.
• Fluctuaciones de vacío y sus consecuencias.
• ¿Otras Dimensiones?

En las últimas medidas realizadas, la  Densidad crítica que es la densidad necesaria para que la curvatura del universo sea cero, ha dado el resultado siguiente:  r₀ = 3H₀²/8pG = 1.879 h² 10^-29 g/cm³, que corresponde a una densidad tan baja la de la masa de 2 a 3 átomos de hidrógeno por metro cúbico (siempre, por supuesto obviando la incertidumbre en la constante de Hubble).

Estimar la cantidad de materia luminosa del universo es una cosa muy fácil de hacer. Sabemos el brillo que tiene una estrella media, así que podemos hacer una estimación del número de estrellas de una galaxia distante. Podemos contar entonces el número de galaxias en un volumen dado de espacio y sumar las masas que encontramos. Dividiendo la masa por el volumen del espacio obtenemos la densidad media de materia en ese volumen. Cuando llevamos a cabo esta operación, obtenemos que la densidad de la materia luminosa es aproximadamente entre el uno o dos % menor de la densidad crítica; es decir, menos de lo que se necesita cerrar el universo.

Por otro lado, está lo bastante cerca del valor crítico para hacer una pausa. Después de todo, esta fracción podría haber sido en principio de una billonésima o trillonésima, y también podría haber sucedido que fuese un millón de veces la materia necesaria para el cierre. ¿Por qué, entre todas las masas que podría tener el Universo, la masa de materia luminosa medida está cerca del valor crítico?

Claro que el hecho de que la materia luminosa medida esté tan cercana al valor crítico, simplemente deberse a un accidente cósmico; las cosas simplemente “resultan” de ese modo. Me costaría mucho aceptar una explicación y supongo que a otros también. Es tentador decir que el Universo tiene en realidad la masa crítica, pero que de algún modo no conseguimos verla toda.

Como resultado de esta suposición, los astrónomos comenzaron a hablar de la “masa perdida” con lo que aludían a la materia que habría llenado la diferencia densidades observadas y crítica. Tales teorías de “masa perdida”, “invisible” o, finalmente “oscura”, nunca me ha gustado, toda vez que, hablamos y hablamos de ella, damos por supuesta su existencia sin haberla visto ni saber, exactamente qué es, y, en ese plano, parece como si la Ciencia se pasara al ámbito religioso, la fe de creer en lo que no podemos ver ni tocar y, la Ciencia, amigos míos, es otra cosa.

                     

Proponen el uso de satélites GPS para detectar materia oscura. China lanzó un satélite para detectarla

Tendremos que imaginar satélites y sondas que, de alguna manera, puedan detectar grandes halos galácticos que encierren la tan buscada materia oscura y que, al parecer, hace que nuestro Universo sea lo conocemos y, es la responsable del ritmo al que se alejan las galaxias, es decir, la expansión del Universo.

Esos halos, tendrían muchas veces las masas que podemos ver en la Materia luminosa de las estrellas, planetas, galaxias y nosotros mismos. La teoría de la materia oscura y su presencia en cúmulos y supercúmulos ha sido “descubierta” (o inventada para tapar nuestra ignorancia) en época relativamente cercana para que prevalezca entre los astrónomos la unanimidad respecto a su contribución a la masa total del universo. El debate continúa, está muy vivo y, es el tema tan candente e importante que, durará bastante tiempo mientras algún equipo de observadores no pueda, de una vez por todas, demostrar que, la “materia oscura” existe, que nos digan donde está, y, de qué está conformada y actúa. Claro que, cuando se haga la suma de materia luminosa y oscura, la densidad de la masa total del universo no será todavía mayor del 30% del valor crítico. A todo esto, ocurren sucesos que no podemos explicar y, nos preguntamos si en ellos, está implicada la Materia oscura.

La más abarrotada colisión de cúmulos galácticos ha sido identificada al combinar información de tres diferentes telescopios. El resultado brinda a los científicos una posibilidad de aprender lo que ocurre algunos de los más grandes objetos en el universo chocan en una batalla campal cósmica.

Usando el Observatorio de rayos-X Chandra, el Telescopio Espacial Hubble y el Observatorio Keck de Hawai, los astrónomos fueron capaces de determinar la geometría tridimensional y el movimiento en el sistema MACSJ0717.5+3745 localizado a 5.4 mil millones de luz de la Tierra. Los investigadores encontraron que cuatro distintos cúmulos de galaxias están envueltos en una triple fusión, la primera vez que un fenómeno así es documentado.

La composición de imagen (arriba de todo) muestra el cúmulo de galaxias masivo MACSJ0717.5+3745. El color del gas caliente está codificado con colores mostrar su temperatura. El gas más frío es mostrado como un púrpura rojizo, el gas más caliente en azul y las temperaturas intermedias en púrpura. Las repetidas colisiones en el cúmulo son causadas por una corriente de galaxias, polvo y “materia oscura” -conocida filamento- de 13 millones de años luz.

Se han obtenido Imágenes (MACSJ0717) que muestran cómo cúmulos galácticos gigantes interactúan con su entorno en escalas de millones de años luz. Es un sistema hermoso para estudiar cómo los cúmulos crecen mientras el material cae en ellos a lo largo de filamentos. Simulaciones por ordenador muestran que los cúmulos de galaxias más masivos deben crecer en regiones donde filamentos de gran escala de gas intergaláctico, galaxias, y materia desconocida intersectan, pero…

¿Cuál debe ser la Masa del Universo?

                  Alan Guth

claro que la idea de masa perdida se introdujo porque la densidad observada de la materia del Universo está cerca del valor crítico. Sin embargo, hasta comienzos de los ochenta, no se tuvo una razón teórica firme para suponer que el universo tenía efectivamente la masa crítica. En 1981, Alan Guth, publicó la primera versión de una teoría que entonces se ha conocido como “universo inflacionista”. Desde entonces, la teoría ha sufrido numerosas modificaciones técnicas, pero los puntos centrales no han cambiado.

Nuestra conversación de hoy, diremos que el aspecto principal del universo inflacionista es que estableció por primera vez una fuerte presunción de que la masa del universo tenía realmente el valor crítico. Esta predicción viene de las teorías que describen la congelación de la fuerza fuerte en el segundo 10^-35 del Big Bang. los otros muchos procesos en marcha en ese tiempo estaba una rápida expansión del universo, un proceso que vino a ser conocido como inflación. Es la presencia de la inflación la que nos lleva a la predicción de que el universo tiene que ser plano.

Abell 370 La lente gravitacional distorsiona la Imagen y nos enseña, a la derecha, algo que nos parece una inmensa cuerda cósmica , ¿Qué podrá ser en realidad? la materia a lo largo y ancho del universo se reparte de manera que, se ve concentrada en cúmulos de galaxias y supercúmulos que son las estructuras más grandes conocidas y, dentro de ellas, están todos los demás objetos que existen. Claro que, dejando a un lado esas fluctuaciones de vacío y, la posible materia desconocida.

El proceso mediante el cual la fuerza fuerte se congela es un ejemplo de un cambio de fase, similar en muchos aspectos a la congelación del agua. el agua se convierte en hielo, se expande; una botella de leche explotará si la dejamos en el exterior en una noche de invierno de gélido frío. No debería ser demasiado sorprendente que el universo se expanda del mismo modo al cambiar de fase.

La distancia a una galaxia lejana se determina estudiando la luz proveniente de estrellas de tipo Cefeidas Variables. El espectro de la luz estelar revela la velocidad a la que se mueve la galaxia (Efecto Doppler) y la cantidad de expansión que ha sufrido el universo que la luz salió de su fuente.

Lo que es sorprendente es la enorme amplitud de la expansión. El tamaño del Universo aumentó en un factor no menor de 10⁵⁰. Este es tan inmenso que virtualmente no tiene significado para la mayoría de la gente, incluido yo mismo que, no pocas veces me cuesta asimilar esas distancias inconmensurables del Cosmos. Dicho de otra manera, pongamos, por ejemplo, que la altura de los lectores aumentara en un factor tan grande como ese, se extenderían de un extremo al otro del Universo y, seguramente, faltaría sitio. Incluso un sólo protón de un sólo átomo de su cuerpo, si sus dimensiones aumentaran en 10⁵⁰, sería mayor que el mismo universo. En 10^-35 segundos, el universo pasó de algo con un radio de curvatura mucho menor que la partícula elemental más pequeña a algo como el tamaño de una naranja grande. No es extraño que el inflación esté ligado a este proceso.

Comparación entre un modelo de expansión desacelerada (arriba) y uno en expansión acelerada (abajo). La esfera de referencia es proporcional al factor de escala. El universo observable aumenta proporcionalmente al tiempo. En un universo acelerado el universo observable aumenta más rápidamente que el factor de escala con lo que cada vez podemos ver mayor del universo. En cambio, en un universo en expansión acelerada (abajo), la escala aumenta de manera exponencial mientras el universo observable aumenta de la misma manera que en el caso anterior. La cantidad de objetos que podemos ver disminuye con el tiempo y el observador termina por quedar aislado del resto del universo.

Cuando ( mucho tiempo ya) leí por primera vez acerca del universo inflacionario, experimenté dificultades para poder asimilar el índice de inflación. ¿No violaría un crecimiento tan rápido las reglas impuestas por la relatividad de Einstein que marcaban el límite de la velocidad en el de la luz en el vacío? Si un cuerpo material viajó de un extremo de una naranja a otro en 10^-35 segundos, su velocidad excedió a la de la luz en una fracción considerable.

Claro que, con esto pasar como ha pasado hace unos días con los neutrinos que, algunos decían haber comprobado que corrían más rápidos que la luz, y, sin embargo, todo fue un error de cálculo en el que no se tuvieron en algunos parámetros presentes en las mediciones y los aparatos que hacían las mismas. Aquí, podría pasar algo parecido y, la respuesta la podemos encontrar en aquella analogía con la masa de pan. Durante el período de inflación es el espacio mismo -la masa de pan- lo que está expandiéndose. Ningún cuerpo material (acordaos que en aquella masa estaban incrustadas las uvas que hacían de galaxias y, a medida que la masa se inflaba, las uvas -galaxias- se alejaban las unas de las otras pero, en realidad, ninguna de estas uvas se mueven, es la masa lo que lo hace.

                                                          El Universo se expande

Las reglas contra los viajes a mayor velocidad que la de la luz sólo se aplican al movimiento del espacio. Así no hay contradicción, aunque a primera vista pueda parecer que sí. Las consecuencias del período de rápida expansión se pueden describir mejor con referencia a la visión einsteniana de la gravitación. de que el universo tuviera 10^-35 segundos de edad, es de suponer que había algún tipo de distribución de la materia. A cauda de esa materia, el espacio-tiempo tendrá alguna forma característica. Supongamos que la superficie estaba arrugada antes de que se produjera la inflación. Y, de esa manera, cuando comenzó a estirarse, poco a poco, tomó la forma que podemos detectar de “casi” plana conforme a la materia que contiene.

En todo esto, hay un enigma que persiste, nadie sabe contestar cómo, a pesar de la expansión de Hubble, se pudieron formar las galaxias. La pregunta sería: ¿Qué clase de materia estaba allí presente, que, la materia bariónica no se expandiera sin rumbo fijo por todo el universo y, se quedara el tiempo suficiente para formar las galaxias? Todo ello, a pesar de la inflación de la que hablamos y que habría impedido su formación. Así que, algo tenía que existir allí que generaba la gravedad necesaria para retener la materia bariónica hasta que esta, pudo formar estrellas y galaxias.

No me extrañaría que, eso que llaman materia oscura, pudiera ser como la primera fase de la materia “normal” que, estando en una primera fase, no emite radiaciones ni se deja ver y, sin embargo, sí que genera la fuerza de Gravedad para que nuestro Universo, sea tal como lo podemos observar. ¿Será la sustancia cósmica a la que se referían los griegos clásicos naturalista y la llamaban Ylem?

En imágenes como la de arriba , los “expertos” nos dicen cosas como:

“La materia oscura en la imagen de varias longitudes de onda de arriba se muestra en un falso color azul, y nos enseña detalles de como el cúmulo distorsiona la luz emitida por galaxias más distantes. En de gas muy caliente, la materia normal en falso color rojo, son fruto de los rayos-X detectados por el Observatorio de Rayos X Chandra que orbita alrededor de la Tierra.”

 

Algunas galaxias individuales dominadas por materia normal aparecen en colores amarillentos o blanquecinos. La sabiduría convencional sostiene que la materia oscura y la materia normal son atraídas lo mismo gravitacionalmente, con lo que deberían distribuirse homogéneamente en Abell 520. Si se inspecciona la imagen superior, sin embargo, se ve un sorprendente vacío de concentración de galaxias visibles a lo largo de la materia oscura. Una respuesta hipotética es que la discrepancia causada por las grandes galaxias experimentan algún de “tirachinas” gravitacional.

Una hipótesis más arriesgada sostiene que la materia oscura está chocando consigo misma de alguna forma no gravitacional que nunca se había visto antes..? (esto está sacado de Observatorio y, en el texto que se ha podido traducir podemos ver que, los astrónomos autores de dichas observaciones, tienen, unas grandes lagunas y, tratando de taparlas hacen aseveraciones que nada tienen que ver con la realidad).

Lo cierto es que, en el Universo, son muchas las cosas que se expanden y, pienso yo…¿Por qué no tratamos todos de expandir nuestras mentes? De esa manera, posiblemente podríamos llegar a comprender esos fenómenos que nos atormentan y a los que no podemos encontrar una explicación  que podamos constatar.

¿Materia Oscura?  Sí, entonces… Unicornios y Gárgolas, también.

emilio silvera

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 ¿Cuántas estrellas como la nuestra, cuantos mundos como la Tierra? ¿Cuántas criaturas…?

No pocas veces nos maravillamos al observar las cosas que vemos a nuestro alrededor y que podemos captar a través de potentes telescopios en los confines del Universo. También nuestro asombro es grande si miramos a través de microscopio y podemos ver el diminuto universo de lo muy pequeño. Todo ello, nos lleva a un viaje que va desde el asombro hasta la curiosidad pasando por nuestra inmensa ignorancia. Para mí, la explicación científica de la larga historia de la vida, por ejemplo, tiene tanto valor narrativo como misterio. Pero, ¿es realmente cierto que la ignorancia supera al conocimiento como camino más directo hacia el asombro? Sí, tenemos que afirmar en ese punto, toda vez que, con el paso del tiempo y el aumento de nuestros conocimientos sobre el “misterio de las cosas”, nuestra sabiduría crece y la capacidad de asombro disminuye.

Simplemente pensamos en los Dinosaurios y la imaginación nos transporta hacia atrás en el tiempo, a unos 200 millones de años, en los períodos conocidos como Triásico y Jurásico, aquellas criaturas vivían plácidamente hasta que, hace ahora 65 millones de años, cuando esas moles vivientes de inmensas dimensiones, deambulaban por los bosques mesozoicos por los que discurrían bestias prodigiosas, un meteorito caído en el Yucatán (México) acabo con lo que, para nosotros, hubiera sido una pesadilla.

Pero no nos desviemos de lo esencial, más antiguos aún son los trilobites, esos monarcas de los mares cámbricos que correteaban por los arrecifes tropicales hace 500 millones de años. Los fósiles de animales reclamados por la cultura popular tanto como por la Ciencia, nos ofrece una crónica biológica de gran calado. Sin embargo, los fósiles sólo registran los capítulos más recientes de la colosal épica evolutiva de la Tierra. La historia completa de la vida abarca nada menos que 4.000 millones de años, desde los extraños mundos de los océanos sulfurosos que se extendían bajo una atmósfera asfixiante, pasando por bacterias que respiraban hierro y quimeras microscópicas, hasta llegar por fin hasta nuestro familiar mundo de oxígeno y ozono, de valles boscosos, de animales que nadan, corren o vuelan. Ni Sheherazade habría imaginado un cuento más fascinante.

                                          Incluso sería posible que viniéramos del futuro

Pero la historia no está completa en su versión actual. No puede estarlo, toda vez que cada nuevo dato, cada nuevo descubrimiento fruto de un arduo trabajo seguido de una intensa  investigación que siempre, plantea nuevas preguntas al encontrarnos con puertas cerradas de las que no tenemos la llave.

John  Archibald Wheeler, uno de los físicos más destacados del pasado siglo XX, acostumbraba a señalar que vivíamos en una isla rodeada de un mar de ignorancia. La metáfora tiene un sugerente corolario: a medida que la isla se hace más grande por la acumulación, pieza a pieza, de nuevo conocimiento, su línea de costa –la frontera entre el conocimiento y la ignorancia- se expande proporcionalmente. Es mucho lo que desconocemos todavía de la historia de la vida, y lo mismo podrán decir nuestros nietos. Claro que, si conociéramos todo lo que nos queda por conocer, el interés científico habría llegado a su final. Sin embargo, estamos lejos de que eso sea así.

Es fascinante sumergirse en el pasado, en la historia de la vida mucho antes de los Dinosaurios, antes de los trilobites, antes siquiera de que hubiese animales de cualquier tipo. Hay que comenzar la historia con la diversificación inicial de los animales en los mares cámbricos, y, para poder entenderlo, de ahí la historia nos lleva hacia rocas muy antiguas que se formaron en océanos muy primitivos que llevan la huella escondida de la historia más profunda de la vida en nuestro planeta.

           

“Los primeros pasos que expliquen y demuestren los inicios de la existencia de los seres humanos continúan siendo fundamentales para los científicos. En todo el mundo, los investigadores dedican gran parte de su tiempo y presupuesto a encontrar respuestas; aquellas que permitan conocer con minuciosidad los hechos ocurridos hace miles de millones de años.

En base a esto, es posible que la vida rudimentaria se hubiera abierto paso en la Tierra hace 3.950 millones de años, un momento en que el planeta estaba siendo bombardeado por cometas y apenas tenía oxígeno. En ese infernal escenario, cuando la atmósfera ejercía una presión hasta 100 veces más que la actual, existían seres vivos.

La conclusión fue formulada por un equipo de científicos liderado por la Universidad de Tokio (Japón), que ha analizado unas vetustas acumulaciones de grafito encontradas en rocas de Labrador, al este de Canadá, de hace casi 4 mil millones de años y cuya explicación no es otra que haber sido producidas por seres vivos.

Los resultados, publicados en la revista Nature, representarían la evidencia fósil más antigua de la vida en la Tierra. Anteriormente, se habían anunciado las primeras huellas más antiguas de vida en una región de Quebec, con una antigüedad estimada entre 3.800 millones y 4.300 millones de años de edad, por parte de otro equipo de investigadores, aunque el autor de este novedoso estudio denominó ese proceso de datación “muy controvertido”.

                            

Una huella de hace más de 15.000 años desafía lo que sabemos sobre la forma en que los seres humanos poblaron América.

Los registros fragmentarios de organismos primigenios nos dan motivo para cavilar sobre el origen de la vida antes de ascender por el tiempo geológico tras un rastro de  fósiles y moléculas que nos conducirán de nuevo a la “explosión” cámbrica de la vida animal, a la que actualmente se considera tanto culminación de la larga Historia precámbrica de la vida como desviación radical de ella.

Para mí, la historia científica de la creación es una narración apasionante que, correctamente explicada, nos ayuda a comprender no sólo nuestro pasado biológico sino también la Tierra y la vida que nos rodea en la actualidad. La diversidad biológica contemporánea es el producto de cuatro mil millones de años de evolución. Somos parte de ese legado; al intentar comprender la larga historia evolutiva de la Tierra, comenzamos a comprender nuestro propio lugar en el mundo y nuestra responsabilidad como administradores del planeta.

     Parece que la Tierra aún se estaba enfriando cuando surgió aquella primera célula replicante que dio lugar al nacimiento de la fascinante historia de la vida en nuestro mundo hace unos 3.850 M de años

El estudio de los orígenes de la vida no es nada trivial, y, decir: las bacterias engendraron a los protozoos, los protozoos a los invertebrados, los invertebrados engendraron a los peces, y así sucesivamente. Tales listas de conocimientos pueden ser memorizados pero, en realidad, dejan poco espacio para pensar. Por esa razón, hay que tomar otros caminos que nos lleven, paso a paso, por los senderos evolutivos de la más tradicional empresa científica que, se entrelazan con las nuevas ideas nacidas de la biología molecular y la geoquímica. Y, a todo esto, tenemos los datos que subyacen en el principio de todo: la materia compleja necesaria para que la vida pudiera surgir, las transiciones de fase que llevaron desde el primario hidrógeno hasta el complejo Carbono, Nitrógeno, Oxígeno, Boro, y otros…sólo fue posible fabricarlos en los hornos nucleares de las estrellas y en explosiones de supernovas que, a temperaturas enormes, sembraron el espacio interestelar de estos elementos complejos que, más tarde, formaron planetas que, bajo ciertas condiciones, permitieron el surgir de la vida.

Los estromatolitos son micro-biolitos, estructuras minerales bio-construidas, finamente estratificadas. Los estromatolitos son arrecifes microbianos formados por la actividad de las cianobacterias (o algas verdeazuladas), las cuales son bacterias capaces de realizar la fotosíntesis.

Claro que, la Tierra que conocemos hoy, nada tiene que ver con aquella otra Tierra en la que, a partir de la materia inerte y bajo ciertas condiciones, pudo surgir la primera célula capaz de replicarse. Los huesos de los Dinosaurios son grandes y espectaculares, si te pones a pensar en ellos te pueden mantener despierto por las noches elucubrando sobre su mundo y aquellos panoramas de frondosos bosques por los que, todo tipo de animales de dimensiones desmesuradas, deambulaban buscando su sustento que, no siempre era vegetal. Si lo pensamos bien, aquel mundo, no difería mucho de este nuestro. Contrasta con él la historia profunda de la Tierra, que nos cuentan fósiles microscópicos y sutiles señales químicas y que es, pese a ello, un relato dramático, una sucesión de mundos desaparecidos que, por medio de la transformación de la atmósfera y una revolución biológica, nos trae hasta el mundo que conocemos hoy.

¿Cómo podemos llegar a comprender acontecimientos que se produjeron hace miles de millones de años? Una cosa es aprender que en las llanuras mareales de hace mil quinientos millones de años vivían bacterias fotosintéticas, y otra muy distinta entender cómo se infiere que unos fósiles microscópicos pertenecen a bacterias fotosintéticas, cómo se averigua que las rocas que las rodean se formaron en antiguas llanuras mareales y cómo se estima su edad en miles de millones de años. El conocimiento que actualmente tenemos, ha costado un alto precio de muchas horas de trabajo, investigación profunda, largos y tediosos viajes no siempre con medios adecuados y, sobre todo, una carga enorme de curiosidad por saber.

Marte siempre misterioso, Io con sus geiseres, Europa y el agua subterránea que nos hace pensar en formas de vida, los océanos de metano de Titán

En tanto que empresa humana, este es también un relato de una exploración que se extiende desde el espacio interior de las moléculas al Espacio literalmente exterior de Marte y otros planetas. Frías noches vividas en Siberia, largas caminatas en China, sufridas expediciones por África y múltiples viajes a casi todos los rincones del mundo a la búsqueda de la huella reveladora que nos lleve por el camino inequívoco de nuestros orígenes, es parte del precio que hemos tenido que pagar y que seguimos pagando. Esto sin mencionar las largas noches de Laboratorio que, empalmadas con los días, suponen muchos años de investigación.

             El aspecto de la Tierra cuando surgió la vida sería similar al que arriba vemos

Está claro que todo es la historia de la coevolución de la Tierra y de la Vida. Tanto los organismos como el ambiente han cambiado drásticamente con el tiempo, a menudo de forma concertada. Los cambios del clima, la geología e incluso la composición de la atmósfera y de los océanos han influido en el curso de la evolución, del mismo modo que las innovaciones biológicas han influido, a su vez, en la historia del medio ambiente. La impresión general que surge de la larga historia de nuestro planeta es las interacciones entre organismos y ambientes. La épica evolutiva que registran los fósiles refleja tan bien como cualquier otra cosa la continua acción recíproca entre las posibilidades genéticas y las oportunidades ecológicas.

Esta visión amplia general de la historia biológica nos proporciona el tema de mayor calado. La vida nació por mediación de procesos físicos en la Tierra primigenia. Estos mismos procesos –tectónicos, oceanográficos y atmosféricos – sustentaron la vida era tras era al tiempo que modificaban continuamente la superficie de la Tierra.

Por fin,  la vida se expandió y diversificó hasta convertirse en una fuerza planetaria por derecho propio, uniéndose a los procesos tectónicos y físico-químicos en la transformación de la atmósfera y los océanos.

A mi entender, el surgimiento de la vida no es, de ninguna manera, una característica definitoria de nuestro planeta, la Tierra. En cualquier sitio del Universo, en cualquiera de los miles de cientos de millones de planetas que en las innumerables galaxias están situados, en cualquiera digo, ha podido, al igual que en la Tierra, surgir formas de vida que han evolucionados como aquí sucedió. No olvidemos que, las leyes de la Naturaleza y las Constantes Universales, son las mismas en cualquier parte del Universo por muy lejos que esta se encuentre y, pienso que, cualquier planeta situado a 13.000 millones de años-luz de nosotros, puede albergar formas de vida que, también podrían ser conscientes de SER.

                                                                              Y nos hicimos humanos

Cuando se estudia a fondo, desde el más remoto de los orígenes el surgir de la vida y cómo ha podido evolucionar hasta desembocar en los seres humanos que hoy predominan, como seres inteligentes en el planeta Tierra, más asombro y humildad acompañan mis pensamientos de esas “increíbles” historias de la creación que nos ofrece la Ciencia que, por otra parte, es la única fuente fiable para saber dónde reside las fuente de la verdad.

Está claro que no podemos pararnos aquí y ahora a construir un árbol de la vida y explicar todas las posibles ramificaciones en él implicadas. Ese árbol existe y se ha podido recomponer a partir de cientos de miles de comparaciones entre secuencias de nucleótidos de genes de diversos organismos, las plantas y los animales quedan reducidos a brotes en la punta de una sola de las ramas, la eucariota.

La mayor diversidad de la vida y, por extensión, la mayor parte de su historia, es microbiana, así que, antes de empezar por hablar de nosotros mismos, no estaría de más conocer algo sobre las bacterias y las arqueas, esos diminutos arquitectos de los ecosistemas terrestres.

Ya en días pasado dejé aquí un breve (pero profundo comentario) resumen sobre el mundo de Eucaria (al que pertenecemos nosotros junto con las plantas, los hongos y los protozoos, y, desde luego, explicaba bien el metabolismo que tenemos y que, se mire como se mire, es muy inferior al metabolismo de las bacterias y al grupo fotosintético que, dicho de manera sencilla, al contrario que nosotros, pueden vivir casi en cualquier parte.

Aquí lo dejo por hoy, en una próxima oportunidad nos dedicaremos a explicar algo sobre el mundo procariota que, os recomiendo no os lo perdáis.

emilio silvera

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Einstein, entonces un oscuro empleado de la Oficina de Patentes de Berna, publicó cinco artículos que sentaron las bases de la Física moderna. Los cinco artículos que revolucionaron la Física: 

                                      

 

«Sobre un punto de vista heurístico concerniente a la producción y transformación de la luz en el que Einstein extendió a la radiación electromagnética la discontinuidad cuántica y «Sobre la electrodinámica de cuerpos en movimiento en que creó la teoría de la relatividad especial, que revolucionaba nociones filosóficamente tan fundamentales como son las de espacio y tiempo, socavando los cimientos de la física anterior.

 

El tercero de aquellos trabajos contiene una sencilla expresión matemática, E=mc2, sobre cuya verdad darían fe las explosiones nucleares que pusieron fin a la segunda guerra mundial. En los dos restantes estudios, Einstein presenta resultados que demuestran la existencia de átomos de tamaño finito, un logro en absoluto menor en un momento en el que muchos negaban tal atomicidad. Estos son los trabajos que se incluyen en este libro, acompañados por magistrales explicaciones de científicos tan celebrados como John Stachel y Roger Penrose. Cinco artículos que forman parte de la cultura más universal, reunidos por primera vez en un solo volumen.

 

Einstein, un desconocido, le decía al mundo científico que la velocidad de la luz en el vació, c, era el límite de la velocidad alcanzable en nuestro universo; nada podía ir más rápido que la luz. Además, decía que el tiempo es relativo y que no transcurre igual para todos. La velocidad del paso del tiempo depende de la velocidad a la que se viaje y de quien sea el observador.

El jefe de estación observa como para el tren que viaja a 60 km/h. Puede ver como un niño que viaja con su padre, sentado junto a él, se asoma por la ventanilla y arroja una pelota, en el mismo sentido de la marcha del tren, impulsándola con una fuerza de 20 km/h. Si el que mide la velocidad de la pelota es el jefe de estación, comprobará que ésta va a 80 km/h, los 60 km a los que viaja el tren, más los 20 km a los que el niño lanzó la pelota; ambas velocidades se han sumado. Sin embargo, si la velocidad de la pelota es medida por el padre del niño que también va viajando en el tren, la velocidad será de 20 km/h, sólo la velocidad de la pelota; no se suma la velocidad del tren, ya que quien mide está montado en él y por lo tanto esta velocidad no cuenta. La velocidad de la pelota será distinta dependiendo de quien la mida, si el observador está en reposo o en movimiento.

                   La relatividad del Tiempo que puede transcurrir más lento a la velocidad de la luz, c

De la misma manera, Einstein, en su teoría, nos demostraba que el tiempo transcurre más lentamente si viajamos a velocidades cercanas a las de la luz.

Tal afirmación dio lugar a la conocida como paradoja de los gemelos.  Resulta que dos hermanos gemelos de 28 años de edad se han preparado, uno para arquitecto y el otro para astronauta. El hermano astronauta se dispone a realizar un viaje de inspección hasta Alfa Centauri y su hermano se queda en la Tierra esperando su regreso.

Cuando por fin el astronauta, que a viajado a 250.000 km/s, regresa a la Tierra, tiene sólo una edad de 38 años y es recibido por su hermano gemelo que se quedó en la Tierra y que tiene la edad de 80 años. ¿Cómo es posible eso?

Pues ha sido posible porque el hermano que viajó a velocidades cercanas a la de la luz ralentizó el tiempo que transcurrió más lentamente para él que para su hermano de la Tierra. El astronauta viajó hasta Alfa Centauro a 4’3 años luz de la Tierra, ida y vuelta 8’6 años luz. Pero al viajar tan rápido, muy cerca de la velocidad de la luz, transcurrieron sólo 10 años, mientras que en la Tierra pasaron 52 años.

Aunque parezca increíble, esa es la realidad comprobada.

También Einstein postulaba en su teoría que la masa y la energía eran dos aspectos de una misma cosa; la masa sólo era energía congelada. Para ello formulaba su famosa ecuación E = mc².

En otro artículo, inspirado por el “cuanto” de Planck, Einstein dejó plasmado lo que desde entonces se conoce como “efecto fotoeléctrico”, demostrando que las partículas unas veces se comportan como tales y otras como una onda. Este trabajo le valió el premio Nobel de Física de 1923, aunque la mayoría de la gente cree que se lo dieron por su teoría de la relatividad.  En verdad, si se considera la importancia de sus trabajos, la Relatividad Especial se merecía un premio Nobel y la Relatividad General de 1915, se merecía otro.

De todos sus trabajos, el más completo e importante, es el de la relatividad general, de cuya importancia para la física y para la cosmología, aún hoy, cerca de un siglo después, se están recogiendo resultados. Así de profunda, importante y compleja (dentro de su sencillez y belleza) son las ecuaciones de Einstein que un siglo después continua enviando mensajes nuevos de cuestiones de vital importancia. La teoría M también tiene su origen en la relatividad general que curva el espacio y distorsiona el tiempo en presencia de grandes masas, haciendo posible la existencia de agujeros negros y agujeros de gusano que según algunos, serán la posible puerta para viajar a otros universos y a otro tiempo.

Es necesario que los científicos piensen en estas cosas para solucionar los problemas del futuro y cuándo llegue el momento, salir de las encrucijadas a las que, irremediablemente, estamos destinados.

       El Sol da por finalizado el día y se esconde hasta el amanecer que, comienza en otro lugar

La gente corriente no piensa en estas cuestiones; su preocupación es más cercana y cotidiana, la hipoteca del piso o los estudios de los niños y, en la mayoría de los casos, lo importante es el fútbol. Es una lástima, pero así son las cosas. No se paran ni a pensar cómo se forma una estrella, de qué está hecha y por qué brilla. Nuestro Sol, por ejemplo, es una estrella mediana, amarilla, del Grupo G-2, ordinaria, que básicamente consume hidrógeno y como en el Big Bang original, lo fusiona en helio. Sin embargo, puesto que los protones en el hidrógeno pesan más que en el helio, existe un exceso de masa que se transforma en energía mediante la fórmula de Einstein E = mc². Esta energía es la que mantiene unidos los núcleos. Esta es también la energía liberada cuando el hidrógeno se fusiona para crear helio. Esta, al fin, es la razón de que brille el Sol.

Ya hemos comentado antes que los elementos complejos se forman en las estrellas que, desde el hidrógeno, helio, litio, berilio, carbono, neón, etc, hasta el uranio, sin las estrellas no existirían… y nosotros tampoco, ya que nuestra forma de vida está basada en el carbono, un material que tiene su origen en las estrellas.

Cuestiones tan básicas como estas son ignoradas por la inmensa mayoría del común de los mortales que, en la mayor parte de los casos tiene una información errónea y deformada de las cosas que se han transmitido de unos a otros de oída, sin base científica alguna y, generalmente, confundiendo los términos y los conceptos.

En EEUU, por ejemplo, se realizó una encuesta entre la gente de la calle y una enorme mayoría desconocía que el universo está en expansión, que la Tierra se mueve a 30 km/s, y cuáles son los nucleones (partículas) que forman los núcleos de los átomos. Muy pocos contestaron el nombre del grupo de galaxias al que pertenece la nuestra, la Vía Láctea, y tampoco supieron contestar a qué distancia se encontraba nuestra vecina, la galaxia Andrómeda, o simplemente a qué distancia estamos nosotros del centro de nuestra galaxia, qué diámetro mide ésta o cuántas estrellas contiene.

En ese examen del conocimiento básico sobre el lugar donde nos encontramos o cómo funciona el Sol, los examinados se llevaron a sus casas un gran suspenso. Lástima, pero así son las cosas, y lo grave es que el resultado de la encuesta habría sido el mismo en cualquier parte.  A la inmensa mayoría de las veces en que alguien expone conocimientos científicos, ocurre lo mismo, no va nadie del pueblo llano, ni por curiosidad y, de ser así (he sido testigo), a los diez minutos están bostezando.

Esperemos que esto pueda cambiar con el nuevo universo que se nos ha venido encima y que llamamos Internet, la información está al alcance de todos y cada día, más gente busca y mira en los distintos lugares donde ésta información le brinda la posibilidad de saber en qué clase de mundo viven y cuál es el Universo que les acoge.

Sería un requisito necesario que todo el mundo sin excepción, al menos tuviera unas nociones básicas de aquellos temas de Ciencia que les hagan saber su procedencia y de como funciona el mundo, de manera sencilla y básica pero, que les haga conscientes del mundo, de esa manera, podremos esperar que todos sean más responsables con la Naturaleza y también entre ellos.

emilio silvera

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