Aquí, en el horno nuclear de las estrellas, se fraguan los elementos sencillos para que se conviertan en más complejos. Llegado a un punto, son las Supernovas las que generan elementos más pesados y radiactivos de la Tabla Periódica.
El resultado neto es la fusión de cuatro protones en una partícula alfa, con la emisión de dos positrones, dos neutrinos y energía. Globalmente puede representarse de la manera que arriba podéis contemplar.
Muchos fueron los que tuvieron que estudiar y enfocar sus pensamientos en cómo se podían producir los distintos elementos en las estrellas y mediante qué procesos. Fred Hoyle fue uno de ellos al descubrir el proceso Triple Alfa
Las estrellas se reflejan en las olas que rompen en la costa, la oscuridad de la noche resalta sus brillos. Si miramos hacia arriba, allá en la lejanía de los cielos, podemos contemplar esas mismas estrellas en las aguas reflejadas, y, ahora titilan, como si quisieran decirnos alguna cosa, cuando en realidad, ese engañoso movimiento es solo producido por la atmósfera del planeta que interfiere entre las estrellas y el observador.
Aquellas primeras rústicas formas de vida primigenia que se replicaron y evolucionaron hacia múltiples especies, En el largo camino recorrido desde hace 3.850 millones de años, la evolución se encargó de las diferentes formas de vida acordes al medio, al Eco Sistema que las acogía. Y, según dicen algunos especialistas, el Chimpancé y el Humano, tuvieron un ancestro común que no era ni Homo ni Pan, y, no se sabe porque, las dos ramos divergieron y, mientras el chimpancé sigue en la copa de los árboles, el Humano trata de llegar a las estrellas.
Aquellas primeras células replicantes que iniciaron la fascinante historia de la Vida
La vida (a partir de su primer paso, y, un largo camino para llegar al primer individuo de cada especie) surgió en el Universo de manera espontánea por la evolución de la materia y (no sabemos si debido al Azar), bajo ciertas circunstancias muy especiales que estaban presentes en ciertos lugares del Universo, lo que dio lugar al surgir de la vida tal como la conocemos y, posiblemente, de muchas más formas desconocidas para nosotros. Y, todo eso amigos, es Entropía Negativa.
Ahora, Las características de un ser vivo son siempre una recombinación de la información genética heredada. De todas las maneras, hay que alcarar que la vida existe porque el Universo es como lo observamos, sus características permiten su presencia. Hay vida en nuestro universo debido a que las cuatro fuerzxas fundamentales y las constantes universales lo permiten.
CONSECUENCIA LOGICA:
Las variaciones dentro de una misma especie son el resultado de una gran cantidad de información genética presente ya en sus antepasados y, como consecuencia de la lógica evolución, de la aparición espontánea de nueva información genética…
Aquí, en todo su esplendor, tenemos un trozo de Universo que, nos está hablando de la creación. Esas estrellas brillantes, azuladas y supermasivas que radian en el ultravioleta ionizando toda la región circundante, es un signo, inequívoco de que la vida está cerca.
Elementos sencillos se transformaran en otros más complejos y, aparecerán aminoácidos y la química-biológica que hacer, mucho más tarde, que sea posible la aparición de la vida en algún mundo perdido en las profundidades de una Galaxia que, como la nuestra, tendrá otras “Tierras” y otros “Seres”.
. Nos lo podemos imaginar de mil maneras, y, conforme a las condiciones de su planeta, así podrán ser sus conformaciones genéticas. Planetas de mucha Gravedad, otros de poca…
Cuántas veces se preguntó la Humanidad: ¿Hay vida en el Universo, además de la que existe en la Tierra? Las leyes de la Física, aplicables a toda la materia y la energía, tienen sin duda un papel fundamental en la comprensión del Universo y por ello la Astrofísica ha tenido un desarrollo espectacular en los últimos tiempos a pesar de la escasez de materia como la que conocemos.
El Universo es igual en todas partes, y, en todas sus regiones (por alejadas que estén), están presentes las cuatro leyes fundamentales que lo rigen, y, dichas fuerzas, están acompañadas de las constantes universales que hace del universo el que podemos observar y, permite, la presencia de la vida.
Así, en todas partes encontraremos las mismas sustancias, las mismas estrellas y los mismos mundos (todo dentro de sus variedades), y, en algunas regiones se producirán fenómenos que en otras estarán ausentes. Sin embargo, en lo que a la vida concierne, si existe una estrella con un planeta a la distancia adecuada, es rocoso, tiene una atmósfera, el agua corre líquida y cantarina… ¡La vida surgirá!
Por otro lado, como el Universo es muy grande, las densidades medias son muy bajas y la materia se encuentra normalmente en estructuras muy simples, en forma de átomos y partículas individuales. La composición química del Universo y sus procesos son por ello también importantes para comprender su evolución, dando pie al uso más o menos extendido de astroquímica. Sin embargo, las moléculas complejas son relativamente raras y los organismos vivos muchísimo más. La parte Biológica del Universo que conocemos se reduce a nuestro propio planeta por lo que parece excesivo poder hablar de Astrobiología. Por qué tenemos que preocuparnos por una parte tan ínfima del Universo. Ciertamente porque los seres humanos pertenecemos a esta extraña componente y, ya que no podemos reproducir en el laboratorio el paso de la química a la biología, es en el contexto del Universo (el gran Laboratorio) y su evolución en el que podemos analizar los límites y las condiciones necesarias para que emerja la vida en cualquier sitio.
En las Nebulosas nacen las estrellas, en sus hornos nucleares se producen las transiciones de fases necesarias para crear los elementos complejos necesarios para la vida. Si alrededor de las nuevas estrellas surgen nuevos mundos, ¿por qué tras miles de millones de años de evolución no puede surgir la vida en ellos, si como existe la posibilidad, están situados en la zona habitable? Las leyes del Universo son las mismas en todas partes y, todas las regiones del Cosmos, por muy alejadas que estén, están sometidas a ellas. Si en el planeta Tierra está presente el agua corriente, una atmósfera y la vida, ¿Por qué sería diferente en otros planetas similares que a millones pululan por nuestro Universo?
La Astrobiología es una ciencia que ha surgido en la frontera entre varias disciplinas clásicas: la Astronomía, la Biología, la Física, la Química o la Geología. Su objetivo final es comprender cómo surgió la vida en nuestro Universo, cómo se distribuye y cuál es su evolución primitiva, es decir, cómo pudo establecerse en su entorno.
En otras palabras, trata de comprender el papel de la componente biológica del Universo, conectando la astrofísica y la astroquímica con la biología. Intenta para ello comprende el origen de la vida. : El paso de los procesos químicos prebióticos a los mecanismos bioquímicos y a la biología propiamente dicha.
Naturalmente, en Astrobiología nos planteamos preguntas fundamentales, como la propia definición de lo que entendemos como Vida, cómo y cuándo pudo surgir en la Tierra, su existencia actual o en el pasado en otros lugares o si es un hecho fortuito o una consecuencia de las leyes de la Física. Algunas de estas cuestiones se las viene formulando la humanidad desde el principio de los tiempos, pero ahora por primera vez en la historia, los avances de las ciencias biológicas y de la exploración mediante tecnología espacial, es posible atacarlas desde un punto de vista puramente científico. Para ello, la Astrobiología centra su atención en estudiar cuáles son los procesos físicos, químicos y biológicos involucrados en la aparición de la vida y su adaptabilidad, todo ello en el contexto de la evolución y estructuración, o auto-organización, del Universo.
Muchos son los que postulan que, las galaxias espirales son auto-generadoras a través de las explosiones supernovas y, siembran el espacio interestelar de la semilla creadora de la vida, además, este proceso regenerativo crea entropía negativa tratando de luchar contra el deterioro de la galaxia como sistema cerrado que de esta forma se mantiene y perdura. Nuevas y energéticas estrellas azuladas pueblan las regiones galácticas que se llenan de promesas futuras de nuevos mundos y nuevas formas de vida.
Como cualquier otra ciencia, la Astrobiología está sujeta a la utilización del método científico y por tanto a la observación y experimentación junto con la discusión y confrontación abierta de las ideas, el intercambio de datos y el sometimiento de los resultados al arbitraje científico. La clave de la metodología de esta nueva ciencia está en la explotación de las sinergias que se encuentran en las fronteras entre las disciplinas básicas mencionadas anteriormente, una región poco definida, cuyos límites se fijan más por la terminología que por criterios epistemológicos.
Un aspecto importante de la investigación en el campo de la Astrobiología es la herramienta fundamental que representa el concepto de complejidad. La vida es un proceso de emergencia del orden a partir del caos que puede entenderse en medios no aislados y, por tanto libres de la restricción de la segunda ley de la termodinámica, como un proceso complejo. En este sentido, la emergencia de patrones y regularidades en el Universo, ligados a procesos no lineales, y el papel de la auto-organización representan aspectos esenciales para comprender el fenómeno de la vida. Transiciones de estado, intercambios de información, comportamientos fuera de equilibrio, cambios de fase, eventos puntuales, estructuras auto-replicantes, o el propio crecimiento de la complejidad, cobran así pleno sentido en Astrobiología.
El Universo es… ¡Demasiado grande para que estemos solos! Si estamos solos ¡Qué desperdicio de espacio! Y, si no podemos viajar a las estrellas… ¿Qué sentido tendría nuestra presencia aquí?
Naves tan grandes como ciudades que surcarán los Espacios en busca de otros mundos
Muchos han sido, a lo largo de la historia de la Humanidad, los que visionaron el futuro que nos espera: “Yo puedo imaginar un infinito número de mundos parecidos a la Tierra, con un jardín del Edén en cada uno”. Lo afirmaba Giordano Bruno finales del siglo XVI, antes de ser quemado por orden de la Inquisición Romana. Y, sí, muchas veces nos hicimos esa pregunta…
¿Habrá vida en otros mundos?
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Planetas inimaginables ¿Qué formas de vida acogerán? La pregunta que se plantea encima de la imagen de arriba tiene una fácil contestación: SÍ, hay otras formas de vida en el Universo, en planetas parecidos o iguales que la Tierra. Si no fuese así, la lógica y la estadística dejarían de tener sentido.
Un problema básico de esta ciencia, ya mencionado al principio, es la cantidad de datos disponibles, de sujetos de estudio. No conocemos más vida que la existente en la Tierra y ésta nos sirve de referencia para cualquier paso en la búsqueda de otras posibilidades. La astrobiología trata por ello de analizar la vida más primitiva que conocemos en nuestro planeta así como su comportamiento en los ambientes más extremos que encontremos para estudiar los límites de su supervivencia y adaptabilidad. Por otro lado, busca y analiza las condiciones necesarias para la aparición de entornos favorables a la vida, o habitables, en el Universo mediante la aplicación de métodos astrofísicos y de astronomía planetaria. Naturalmente, si identificáramos sitios en nuestro sistema solar con condiciones de habitabilidad sería crucial la búsqueda de marcadores biológicos que nos indiquen la posible existencia de vida presente o pasada más allá de la distribución de la vida en el Universo o, en caso negativo, acotaríamos aún más los límites de la vida en él.
Titán, más allá de los anillos. Ahí podríamos encontrar lo que con tanto afán buscamos: otras formas de vida que, de una vez por todas, nos ofrezca la certeza de que no estamos solos en tan vasto Universo y, dada la conformación y características de ese pequeño mundo, no podríamos extrañarnos de que, la vida, incluso pudiera estar sabasada en otro elemento distinto del Carbono.
Diferentes condiciones ambientales pueden haber dado lugar a la vida e incluso permitido la supervivencia de algunos organismos vivos generados de forma casual, como experimento de la naturaleza. La Astrobiología trata de elucidar el papel de la evolución del Universo, y especialmente de cuerpos planetarios, en la aparición de la vida. En esta búsqueda de ambientes favorables para la vida, y su caracterización, en el sistema solar, la exploración espacial se muestra como una componente esencial de la Astrobiología. La experimentación en el laboratorio y la simulación mediante ordenadores o en cámaras para reproducir ambientes distintos son una herramienta que ha de ser complementada por la exploración directa a través de la observación astronómica, ligada al estudio de planetas extrasolares, o mediante la investigación in situ de mundos similares en cierta forma al nuestro, como el planeta Marte o algunos satélites de los planetas gigantes Júpiter y Saturno, como Europa, Encelado o el de arriba, Titán.
Después de un viaje de siete años a través del sistema solar abordo de la nave Cassini, la sonda Huygens de la ESA, pudo con éxito, pasar a través de la atmósfera de Titán (la mayor luna de Saturno) tomar tierra a salvo en su superficie para poder enviarnos datos e imágenes que nos dejaron con la boca abierta por el asombro de lo que allí existe y , de lo que pueda estar presente… ¿Vida microbiana?
Mares de metano, espesa atmósfera, presencia de agua… Por qué no habría alguna forma de vida?
La componente instrumental y espacial convierte a la Astrobiología en un ejemplo excelente de la conexión entre ciencia y tecnología. Los objetivos científicos de la Astrobiología, hemos visto, que requieren un tratamiento trans-disciplinar, conectando áreas como la física y la astronomía con la química y la biología. Esta metodología permite explotar sinergias y transferir conocimiento de unos campos a otros para beneficio del avance científico. Pero además, la Astrobiología está íntimamente ligada a la exploración espacial que requiere el desarrollo de instrumentación avanzada. Se necesitan tecnologías específicas como la robótica o los biosensores habilitadas para su empleo en condiciones espaciales y entornos hostiles muy diferentes al del laboratorio. Naturalmente la Astrobiología emplea estos desarrollos también para transferir conocimiento y tecnologías a otros campos de investigación científica y en particular, cuando es posible, incluso al sector productivo.
Pero repasemos, para avanzar, cuáles son las áreas científicas propias de la Astrobiología. Como se ha dicho, es una ciencia interdisciplinar para el estudio del origen, evolución y distribución de la vida en el Universo. Para ello requiere una comprensión completa e integrada de fenómenos cósmicos, planetarios y biológicos. La astrobiología incluye la búsqueda y la caracterización de ambientes habitables en nuestro sistema solar y otros planetas alrededor de estrellas más alejadas, la búsqueda y análisis de evidencias de química prebiótica o trazas de vida larvada o extinguida en cuerpos del sistema solar como Marte o en lunas de planetas gigantes como Júpiter y Saturno. Asimismo se ocupa de investigaciones sobre los orígenes y evolución de la vida primitiva en la Tierra analizando el comportamiento de micro organismos en ambientes extremos.
Anhidro-biosis “vida sin agua”
Hidratación durante 3 h. ¿Qué no habrá por ahí fuera? Otros como los Acidófilos: Se desarrollan en ambientes de alta acidez, como el Picrophilus, los organismos de la cuenca del Río Tinto, en Huelva o la arquea que habita en una mina californiana llamada Iron Mountain, que crece en PH negativo. Los Organismos radiófilo o radio-resistente es aquél capaz de sobrevivir y prosperar en ecosistemas con niveles muy altos de radiaciones ionizantes. Los Halófilosque se Se desarrollan en ambientes hipersalinos, como las del género Halobacterium, que vicven en entornos como el Mar Muerto. Los Termófilos: Se desarrollan en ambientes a temperaturas superiores a 45 °C, algunos de ellos, los Hipertermófilos tienen su temperatura òptima de crecimiento por encima de los 80 °C., como el Pyrococcos furiosus, donde las chimenes termales submarinas son testigos de ese asombroso hecho. Otros, como los Psicrófilos, que se desarrollan en ambientes de temperatura muy fría, como la Polaromanas vacuaolata. También tenemos los tasrdígrados, que se deshidratan para quedar como muertos durante cientos de años en condiciones de criptobiosis y pueden resistir en el espacio. Otros viven sin oxígeno, los hay que habitan a muchos metros bajo la superficie, o, algunos que existen con un bajo índice de humedad. En fin, la gama es amplia y nos muestra una enorme lista de protagonistas que, em medios imposible pueden vivir sin el menor problema. Y, si eso es así (que lom es), ?qué problema puede existir para que exista vida en otros planetas?
Los seres vivos surgen por todo el Universo y en las más extremas condiciones. Simplemente con observar lo que aquí tenemos, en nuestro planeta, nos podemos hacer una idea de lo que encontraremos por ahí fuera. Creo (aunque pudiera haber otras) que la vida en el Universo estará basada, como la nuestra, en el Carbono. El Carbono es el material más idóneo para ello por sus características especiales.
Desde el punto de vista más astronómico, la Astrobiología estudia la evolución química del Universo, su contenido molecular en regiones de formación estelar, la formación y evolución de discos proto-planetarios y estrellas, incluyendo la formación de sistemas planetarios y la caracterización de planetas extrasolares. En este campo en particular se han producido avances recientes muy importantes con la obtención de imágenes directas de planetas extrasolares y la identificación de algunos de ellos como puntos aislados de su estrella central gracias a técnicas de interferometría.
“El vacío de Bootes o el Gran Vacío es una gigantesca y cuasi-esférica región del espacio, que contiene muy pocas galaxias. Se encuentra en las cercanías de la constelación de Bootes, de ahí su nombre. Su centro está localizado aproximadamente en ascensión recta 14 h 20 m y declinación 26°.”
Inmensas Nubes moleculares habitan en las galaxias y, dentro de ellas, al calor de las estrellas se producen transiciones de fase que nos traen la química-biológica para que la vida sea posible.
La caracterización de atmósferas de planetas extrasolares con tránsitos han permitido detectar CO₂ en la atmósfera de otros mundos y se ha descubierto el planeta más parecido a la Tierra por su tamaño y suelo rocoso aunque con un período demasiado corto para ser habitable. El lanzamiento de la misión Kepler de la NASA nos permite abrigar esperanzas de encontrar finalmente un planeta “hermano” del nuestro en la zona de habitabilidad de otra estrella.
El campo de la Astronomía planetaria, la Astrobiología estudia la evolución y caracterización de ambientes habitables en el sistema solar con el fin de elucidar los procesos planetarios fundamentales para producir cuerpos habitables.
A la izquierda Marte a la derecha Riotinto, sólo están separados por las Temperaturas reinantes y la atmósfera. Parece que un día lejano fueron iguales en muchas cosas.
Esto incluye el análisis de ambientes extremos y análogos al de Marte en nuestro planeta, como resulta ser la cuenca del Río Tinto en Huelva, así como la exploración de otros cuerpos del sistema solar, Marte en particular. Y, a propósito de Marte, recuerdo la emoción que sentí cuando la NASA detectó un foco de CH4 en el planeta. Al igual que los eucariotas, muchas bacterias respiran oxígeno. Pero otras bacterias utilizan para la respiración nitrato disuelto (NO3) en lugar de Oxígeno, y aún otras usan iones sulfato (SO42-) u óxidos metálicos de hierro o manganeso. Unos pocos procariotas pueden incluso utilizar CO2, que hacen reaccionar con ácido acético en un proceso que genera gas natural, que es el gas metano CH4 detectado en Marte. Dado que el planeta no muestra actividad volcánica, la fuente de dicho metano, ¿por qué no? podría ser bacteriana.
Estructura celular de una bacteria, típica célula procariota. El metabolismo de los procariotas es enormemente variado y resisten condiciones ambientales sorprendentes por lo extremas en parámetros como la temperatura y la acidez, entre otros,
El descubrimiento en Marte de agua en forma de hielo así como las claras evidencias de la existencia de agua líquida en su superficie en el pasado, proporcionadas por la observación de modificaciones de la componente mineralógica atribuidas al agua líquida en el subsuelo. Hoy por hoy, se considera que la presencia de agua líquida es una condición necesaria, aunque no suficiente, para la aparición de la vida ya que proporciona el caldo de cultivo para que las moléculas prebióticas se transformen en microorganismos biológicos.
En estas investigaciones el estudio del satélite Titán de Saturno mediante la sonda europea Huygens ha marcado un hito importante al acercarnos a un entorno prebiótico donde el metano ejerce un papel dominante.
En este sentido la posibilidad de explorar el satélite Europa, alrededor de Júpiter, es un claro objetivo de la Astrobiología dado que la espesa corteza de hielo que lo cubre puede esconder una gran masa de agua líquida.
Finalmente, la Astrobiología también contempla una serie de actividades más próximas al laboratorio en el que se analiza la evolución molecular, desde la química prebiótica, pasando por la adaptación molecular, hasta los mecanismos bioquímicos de interacción y adaptación al entorno. En este campo son muy importantes los estudios centrados en los límites de la biología, como la virología, y herramientas para la comprensión de los mecanismos de transmisión de información, de supervivencia y adaptabilidad, como las cuasi-especies. Entre los últimos avances de la química prebiótica de interés para la Astrobiología se encuentra el análisis de la quiralidad, una preferencia de la química de los organismos vivos por una simetría específica que nos puede acercar al proceso de su formación durante el crecimiento de la complejidad y la jerarquización de los procesos. Naturalmente, los mecanismos de transferencia de información genética resultan críticos para comprender la adaptabilidad molecular y son otro objetivo prioritario de la Astrobiología.
Está claro que la historia científica de la creación de la vida puede resultar una narración apasionante que, correctamente explicada en unión de los conocimientos que hoy poseemos del Universo, puede conseguir que comprendamos la inevitabilidad de la vida, no sólo ya en el planeta Tierra (único lugar -de momento-) en el que sabemos que está presente, sino por todos los confines del inmenso Universo. La diversidad biológica que podríamos contemplar de poder observar lo que por ahí fuera existe, nos llevaría más allá de un simple asombro.
Son formas de vida complejas Extrañas medusas
Si pudiéramos conocer todas las formas de vida que existen la Tierra….
Pero, ¿es realmente cierto que la ignorancia supera al conocimiento como camino más directo hacia el asombro? Bueno, lo que sí sabemos que es cierto es el hecho de que, cuanto más sabemos de las cosas, menos propensos somos al asombro. Y, siendo mucho lo que desconocemos de la historia de la vida y también de la del Universo, podemos decir que sabemos lo suficiente para “saber” que no estamos solos.
Algún día (espero que no demasiado lejano en el tiempo), encontraremos la prueba irrefutable de la existencia de la vida fuera de la Tierra. Espero que lo que hallemos no difiera exageradamente de lo que aquí existe y de lo que existió, seguramente, en esos otros lugares, el recorrido de la vida habrá sido muy similar al nuestro, y, la mayor diversidad de la vida será microbiana, esas formas primarias de vida que reconocemos como los verdaderos diminutos arquitectos de los ecosistemas terrestres. Aquí en la Tierra, la historia completa de la vida abarca unos 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, hasta llegar por fin a nuestro familiar mundo de oxígeno y ozono, de valles boscosos, de animales que nadan, corren o vuelan. Ni Sheherazade podría haber imaginado un cuento más fascinante.
Hace poco NASA publicó esta foto de una de las lunas de Júpiter. Es volcánica, y genera océanos de lava y azufre. ¿Quién sabe lo que ahí pueda estar presente? Desde luego yo no puedo afirmar ni negar nada. Sin embargo, según lo descubierto aquí en la Tierra, mejor dejar la respuesta para más adelante.
Hemos alcanzado un nivel de desarrollo intelectual muy aceptable y, puesto que somos grandes animales, se nos puede perdonar que tengamos una visión del mundo que tiende a celebrar lo nuestro, pero la realidad es que nuestra perspectiva es errónea. Tenemos un concepto de nosotros mismos que, habiendo sido elaborado en nuestro cerebro tiende a ser tan irreal que, incluso llegamos a creernos especiales, y, la verdad es que, lo que tenemos de especial queda reducido al ámbito familiar, social y poco más. En el contexto del Universo, ¿Que somos?
Creer que en un Universo “infinito” sólo existen unos seres que habitan un minúsculo objeto redondo, un grano de tierra de una simple Galaxia de entre cien millones…Parece, al menos, pretencioso. Dejemos que la Astrobiología nos indique el camino a seguir, que nuestros ingenios espaciales nos abran el camino y, cuando llegue el momento, partamos a conocer a nuestros hermanos.
La Fuente:
Volumen 23, número 3 de 2009 de la Revista Española de Física, donde se publicó un magnifico trabajo de D. Álvaro Giménez, del Centro de Astrobiología INTA-CSIC. También tiene su parte aquí Andrew H. Knoll, reconocido paleontólogo que, en su libro La vida en un planeta joven, nos ofrece una apasionante narración sobre la vida, y, finalmente, lo poco que por mi parte he podido aportar.
Publica: emilio silvera
Ahora creemos saber de qué está hecha la materia y, aunque sabemos que los átomos están constituidos de otros objetos más pequeños aún, decimos que está formada por ellos que se juntan para formar moléculas, células y cuerpos que pueden encontrarse en distintos estados según el medio y, los tres estados más corrintres: Líquido, sólido y gaseoso no es el más abundante en el Universo, la materia que está presente en mayor grado es en estado de Plasma, el que conforma las estrellas.
En primaria, nos decían que estaba en tres estados. Se profundizaba poco más y, el desconocimiento de la materia era grande
El Sol y todas las estrellas están hechos de plasma, los remanentes de supernovas también, en las Nebulosas y en muchos objetos del Cosmos es el Plasma el que predomina, es el estado más abundante de la materia en nuestro Universo.
Lo cierto es que, la materia, aún esconde algunos secretos que no hemos sabido desvelar
Tiene y encierra tantos misterios la materia que estamos aún y años-luz de saber y conocer sobre su verdadera naturaleza. Nos podríamos preguntar miles de cosas que no sabríamos contestar. Nos maravillan y asombran fenómenos naturales que ocurren ante nuestros ojos pero que tampoco sabemos, en realidad, a que son debidos. Si, sabemos ponerles etiquetas como, por ejemplo, la fuerza nuclear débil, la fisión espontánea que tiene lugar en algunos elementos como el protactinio o el torio y, con mayor frecuencia, en los elementos que conocemos como transuránicos.
A medida que los núcleos se hacen más grandes, la probabilidad de una fisión espontánea aumenta. En los elementos más pesados de todos (einstenio, fermio y mendelevio), esto se convierte en el método más importante de ruptura, sobrepasando a la emisión de partículas alfa.
Maravillas como el proceso triple Alfa nos hace pensar que la materia está viva. La radiación ha sido muy bien estudiada y hoy se conocen sus secretos. Sin embargo, son muchas las cosas que desconocemos y, nuestra curiosidad nos empuja continuamente a buscar esas respuestas.
El electrón y el positrón son notables por sus pequeñas masas (sólo 1/1.836 de la del protón, el neutrón, el antiprotón o antineutrón), y, por lo tanto, han sido denominados leptones (de la voz griega lepto que significa “delgado”).
El electrón es onda y partícula
Aunque el electrón fue descubierto en 1.897 por el físico británico Josepth John Thomson (1856-1940), el problema de su estructura, si la hay, no está resuelto. Conocemos su masa y su carga negativa que responden a 9,1093897 (54)x10-31kg la primera y, 1,602 177 33 (49)x10-19 culombios, la segunda, y también su radio clásico. No se ha descubierto aún ninguna partícula que sea menos masiva que el electrón (o positrón) y que lleve una carga eléctrica, sea lo que fuese (sabemos como actúa y cómo medir sus propiedades, pero aun no sabemos qué es), tenga asociada un mínimo de masa, y que esta es la que se muestra en el electrón.
Josepth John Thomson
Lo cierto es que, el electrón, es una maravilla en sí mismo. El Universo no sería como lo conocemos si el electrón (esa cosita “insignificante”), fuese distinto a como es, bastaría un cambio infinitesimal para que, por ejemplo, nosotros no pudiéramos estar aquí ahora.
(“Aunque no se trata propiamente de la imagen real de un electrón, un equipo de siete científicos suecos de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Lund consiguieron captar en vídeo por primera vez el movimiento o la distribución energética de un electrón sobre una onda de luz, tras ser desprendido previamente del átomo correspondiente.
Previamente dos físicos de la Universidad Brown habían mostrado películas de electrones que se movían a través de helio líquido en el International Symposium on Quantum Fluids and Solids del 2006. Dichas imágenes, que mostraban puntos de luz que bajaban por la pantalla fueron publicadas en línea el 31 de mayo de 2007, en el Journal of Low Temperature Physics.
En el experimento que ahora nos ocupa y dada la altísima velocidad de los electrones el equipo de investigadores ha tenido que usar una nueva tecnología que genera pulsos cortos de láser de luz intensa (“Atto-seconds Pulses”), habida cuenta que un atto-segundo equivalente a la trillonésima parte de un segundo”.)
¡No por pequeño, se es insignificante! Recordémoslo, todo lo grande está hecho de cosas pequeñas. Las inmensas galaxias son el conjunto de muchos pequeños átomos unidos para formar moléculas que a su vez se juntan y forman cuerpos. Los océanos de la Tierra, las montañas de Marte, los lagos de metano de Titán, los hielos de Europa… ¡Todo está hecho de materia bariónica! Es decir, son pequeños Quarks y Leptones que conforman los átomos de lo que todo está hecho en nuestro Universo. Bueno, al menos todo lo que podemos ver.
Un “simple” átomo está conformado de una manera muy compleja. Por ejemplo, un protón está hecho de tres quarks: 2 up y 1 down. Mientras tanto, un neutrón está constituido de 2 quarks down y 1 quark up. Los protones y neutrones son hadrones de la rama barión, es decir, que emiten radiación. También son fermiones y, debido a su función en el átomo, se les suele llamar nucleones. Dichos quarks existen confinados dentro de los protones y neutrones inmersos en una especie de pegamento gelatinoso formado por unas partículas de la familia de los Bosones que se llaman Gluones y son los transmisores de la Fuerza nuclear fuerte. Es decir, si los quarks se quieren separar son atrapados por esa fuerza que los retiene allí confinados.
Estudiar el “universo” de las partículas subatómicas es fascinante y se pueden llegar a entender las maravillas que nos muestra la mecánica cuántica, ese extraño mundo que nada tiene que ver con el nuestro cotidiano situado en el macro-mundo. En realidad, existen partículas que no tienen en absoluto asociada en ellas ninguna masa (es decir, ninguna masa en reposo). Por ejemplo, las ondas de luz y otras formas de radiación electromagnéticas se comportan como partículas (Einstein en su efecto fotoeléctrico y De Broglie en la difracción de electrones.)
Imagen ilustrativa de la dualidad onda-partícula, en el cual se puede ver cómo un mismo fenómeno puede tener dos percepciones distintas. Esta manifestación en forma de partículas de lo que, de ordinario, concebimos como una onda se denomina fotón, de la palabra griega que significa “luz”. Recientemente he podido leer que unos científicos han logrado (de alguna manera) “congelelar” la luz y hacerla sólida. Cuando recabe más información os lo contaré con todo detalle. El fotón, el cuanto de luz, es en sí mismo una maravilla.
El fotón tiene una masa de 1, una carga eléctrica de 0, pero posee un espín de 1, por lo que es un bosón. ¿Cómo se puede definir lo que es el espín? Los fotones toman parte en las reacciones nucleares, pero el espín total de las partículas implicadas antes y después de la reacción deben permanecer inmutadas (conservación del espín). La única forma que esto suceda en las reacciones nucleares que implican a los fotones radica en suponer que el fotón tiene un espín de 1. El fotón no se considera un leptón, puesto que este termino se reserva para la familia formada por el electrón, el muón y la partícula Tau con sus correspondientes neutrinos: Ve, Vu y VT.
Existen razones teóricas para suponer que, cuando las masas se aceleran (como cuando se mueven en órbitas elípticas en torno a otra masa o llevan a cabo un colapso gravitacional), emiten energía en forma de ondas gravitacionales. Esas ondas pueden así mismo poseer aspecto de partícula, por lo que toda partícula gravitacional recibe el nombre de gravitón.
La fuerza gravitatoria es mucho, mucho más débil que la fuerza electromagnética. Un protón y un electrón se atraen gravitacionalmente con sólo 1/1039 de la fuerza en que se atraen electromagnéticamente. El gravitón (aún sin descubrir) debe poseer, correspondientemente, menos energía que el fotón y, por tanto, ha de ser inimaginablemente difícil de detectar.
El Gravitón se ríe de nosotros y juega al escondite
El gravitón parece estar riéndose de todos y no se deja ver. El gravitón es la partícula elemental responsable de la fuerza de la gravedad. Todavía no ha sido descubierto experimentalmente. Teóricamente debería tener masa en reposo nula. ¿Qué límites para la masa del gravitón ofrece el fondo cósmico de microondas? El gravitón es la partícula elemental responsable de la “versión” cuántica de gravedad. No ha sido descubierto aún, aunque pocos dudan de su existencia. ¿Qué propiedades tiene? Debe ser un bosón de espín 2 y como la gravedad parece ser una fuerza de largo alcance, debe tener masa en reposo muy pequeña (billones de veces más pequeña que la del electrón), posiblemente es exactamente cero (igual que parecer ser la del fotón).
Siguen buscando el Gravitón sin éxito
De todos modos, el físico norteamericano Joseph Weber emprendió en 1.957 la formidable tarea de detectar el gravitón. Llegó a emplear un par de cilindros de aluminio de 153 cm., de longitud y 66 de anchura, suspendidos de un cable en una cámara de vacío. Los gravitones (que serían detectados en forma de ondas), desplazarían levemente esos cilindros, y se empleó un sistema para detectar el desplazamiento que llegare a captar la cienmillonésima parte de un centímetro.
Para detectar ondas gravitacionales necesitamos instrumentos extremadamente precisos que puedan medir distancias en escalas diminutas. Una onda gravitacional afecta longitudes en escalas de una millonésima de billonésima de metro, así que ¡necesitamos un instrumento que sea lo suficientemente sensible para “ver” a esas escalas!
El interferómetro funciona enviando un haz de luz que se separa en dos haces; éstos se envían en direcciones diferentes a unos espejos donde se reflejan de regreso, entonces los haces al combinarse presentarán interferencia.
Las débiles ondas de los gravitones, que producen del espacio profundo, deberían chocar contra todo el planeta, y los cilindros separados por grandes distancias se verán afectados de forma simultánea. En 1.969, Weber anunció haber detectado los efectos de las ondas gravitatorias. Aquello produjo una enorme excitación, puesto que apoyaba una teoría particularmente importante (la teoría de Einstein de la relatividad general). Desgraciadamente, nunca se pudo comprobar mediante las pruebas realizadas por otros equipos de científicos que duplicaran el hallazgo de Weber.
De todas formas, no creo que, a estas alturas, nadie pueda dudar de la existencia de los gravitones, el bosón mediador de la fuerza gravitatoria. La masa del gravitón es 0, su carga es 0, y su espín de 2. Como el fotón, no tiene antipartícula, ellos mismos hacen las dos versiones.
Tenemos que volver a los que posiblemente son los objetos más misteriosos de nuestro Universo: Los agujeros negros. Si estos objetos son lo que se dice (no parece que se pueda objetar nada en contrario), seguramente serán ellos los que, finalmente, nos faciliten las respuestas sobre las ondas gravitacionales y el esquivo gravitón.
Imagen de un agujero negro en el núcleo de una galaxia arrasando otra próxima- NASA
La onda gravitacional emitida por el agujero negro produce una ondulación en la curvatura del espacio-temporal que viaja a la velocidad de la luz transportada por los gravitones. Algunos proyectos como LIGO, se llevaron años a la caza de esas ondas gravitatorias y, los expertos dicen que, cuando podamos leer sus mensajes, se presentará ante nosotros todo un nuevo universo que aun no conocemos. Ahora, todo lo que captamos, las galaxias y estrellas lejanas, son gracias a la luz que viaja desde miles de millones de años luz hasta nosotros, los telescopios la captan y nos muestran esas imágenes de objetos lejanos pero, ¿Qué veremos cuando sepamos captar esas ondas gravitatorias que viajan por el Espacio a la velocidad de la luz como los fotones y, son el resultado del choque de galaxias, de agujeros negros y de estrellas de neutrones?
Hay aspectos de la física que me dejan totalmente sin habla, me obligan a pensar y me transporta de este mundo material nuestro a otro fascinante donde residen las maravillas del Universo. Hay magnitudes asociadas con las leyes de la gravedad cuántica. La longitud de Planck-Wheeler, 
es la escala de longitud por debajo de la cual el espacio tal como lo conocemos deja de existir y se convierte en espuma cuántica. El tiempo de Planck-Wheeler (1/c veces la longitud de Planck-Wheeler o aproximadamente 10-43 segundos), es el intervalo de tiempo más corto que puede existir; si dos sucesos están separados por menos que esto, no se puede decir cuál sucede antes y cuál después. El área de Planck-Wheeler (el cuadrado de la longitud de Planck-Wheeler, es decir, 2,61×10-66cm2) juega un papel clave en la entropía de un agujero negro.
Me llama poderosamente la atención lo que conocemos como las fluctuaciones de vacío, esas oscilaciones aleatorias, impredecibles e ineliminables de un campo (electromagnético o gravitatorio), que son debidas a un tira y afloja en el que pequeñas regiones del espacio toman prestada momentáneamente energía de regiones adyacentes y luego la devuelven. Hace un par de días que hablamos de ello.
Ordinariamente, definimos el vacío como el espacio en el que hay una baja presión de un gas, es decir, relativamente pocos átomos o moléculas. En ese sentido, un vacío perfecto no contendría ningún átomo o molécula, pero no se puede obtener, ya que todos los materiales que rodean ese espacio tienen una presión de vapor finita. En un bajo vacío, la presión se reduce hasta 10-2 pascales, mientras que un alto vacío tiene una presión de 10-2-10-7 pascales. Por debajo de 10-7 pascales se conoce como un vacío ultra-alto.
El primer gran vacío en ser detectado fue el de Boötes en 1.981; tiene un radio de unos 180 millones de años luz y su centro se encuentra a aproximadamente 500 millones de años luz de la Vía Láctea. La existencia de grandes vacíos no sorprende a la comunidad de astrónomos y cosmólogos, dada la existencia de cúmulos de galaxias y supercúmulos a escalas muy grandes. Claro que, según creo yo personalmente, ese vacío, finalmente, resultará que está demasiado lleno, hasta el punto de que su contenido nos manda mensajes que, aunque lo hemos captado, no lo sabemos descifrar.
El vacío theta es el punto de partida para comprender el estado de vacío de las teoría gauge fuertemente interaccionantes, como la cromodinámica cuántica.
No puedo dejar de referirme al vacío theta (vació θ) que, es el estado de vacío de un campo gauge no abeliano (en ausencia de campos fermiónicos y campos de Higgs). En el vacío theta hay un número infinito de estados degenerados con efecto túnel entre estos estados. Esto significa que el vacío theta es análogo a una fundón de Bloch en un cristal.
Se puede derivar tanto como un resultado general o bien usando técnicas de instantón. Cuando hay un fermión sin masa, el efecto túnel entre estados queda completamente suprimido. Cuando hay campos fermiónicos con masa pequeña, el efecto túnel es mucho menor que para campos gauge puros, pero no está completamente suprimido.
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