miércoles, 01 de abril del 2020 Fecha
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¡El Universo! ¿Cuando lo podremos conocer?

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

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La teoría del Big Bang es capaz de explicar la expansión del universo, la existencia de una radiación de fondo cósmica y la abundancia de núcleos ligeros como el helio, el helio-3, el deuterio y el litio-7, cuya formación se predice que ocurrió alrededor de un segundo después del Big Bang, cuando la temperatura reinante era de 1010 K.

Si la teoría del Bing Bang es correcta (como parece que lo es -al menos de momento-), debe de existir alguna fuerza desconocida, i, quizá la misma gravedad que no hemos llegado a entender totalmente y tenga alguna que se nos escapa, o,  una gran proporción de “materia oscura” en forma no bariónica, quizás axiones, fotinos o neutrinos masivos, supervivientes de las etapas tempranas del Big Bang y, ¿por qué no?, también podríamos suponer que la materia oscura que tanto nos preocupa pudiera estar encerrada dentro de las singularidades de tantos y tantos agujeros negros que se han debido formar a lo largo de los 13.700 millones de años que es la edad del universo.

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Los agujeros negros, cuya existencia se dedujo por Schwarzschild en 1.916 a partir de las ecuaciones de campo de Einstein de la relatividad general, son objetos supermasivos, invisibles a nuestra vista (de ahí su ) del que no escapa ni la luz; tal es la fuerza gravitatoria que generan que incluso engullen la materia de sus vecinas, objetos estelares como estrellas que osan traspasar el cinturón de seguridad que llamamos horizonte de sucesos.

Pues , si en el universo existen innumerables agujeros negros, por qué no creer que sean uno de los candidatos más firmes que sea la buscada “materia oscura”. Bueno, también podrían ser las “cuerdas cósmicas”, o, ¿por qué no? la sustancia que los griegos clásicos llamaban Ylem, o… ¡vaya usted a saber que es, lo que produce el efecto de expansión de nuestro universo!

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                                            Viaje hacia la Quinta Dimensión

Para mí particularmente, sin descartar absolutamente nada de lo anterior (cualquier teoría podría ser la cierta), la denominada materia oscura (si finalmente existe), está situada en la quinta dimensión, y nos llegan sus efectos a través de fluctuaciones del “vacío” donde residen inmensas energías que rasgan el espacio-tiempo y que, de alguna manera, deja pasar a los gravitones que transportan la fuerza gravitacional que emite dicha materia y sus efectos se dejan sentir en nuestro universo, haciendo que las galaxias se alejen las unas de las otras a mayor velocidad de la que tendrían si el universo estuviera poblado sólo de la materia hadrónica (en su rama bariónica) que nos rodea.

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Claro que mi pensamiento es eso, una conjetura más de las muchas que circulan. A veces me sorprendo al escuchar como algunos astrofísicos de reconocido , sin pudor alguno, dogmatizan hablando de estas cuestiones sobre las que no tienen la menor certeza. Podemos hablar de la energía y materia oscura pero, siempre, dejando claro que son teorías de lo que podría ser y que, más o menos probables, aún no han sido confirmadas.

De todas las maneras, incluso la denominación dada: “materia oscura”, delata nuestra ignorancia. ¿Cómo poemos poner a algo que ni sabemos si existe en realidad. Se buscó esta solución para poder cuadrar las cuentas. Las observaciones astronómicas dejaron claro que, las galaxias, se alejaban las unas de las otras a velocidades cada vez mayores y que, de seguir así, llegaría un día en el futuro en el que, las únicas galaxias cercanas serían las del Grupo Local. Que cada vez el espacio “vacío” entre galaxias será mayor. ¿Qué fuerza desconocida empujaba a las galaxias a expandirse hacia el exterior? La materia bariónica no era la causante. Así que, se inventí la materia oscura y, de esa manera, el problema quedó zanjado. Claro que, no solucionado.

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Mecánica cuántica, relatividad, átomos, el genóma, agujeros negros, la constante cosmológica, la constante de Planck racionalizada… Sabemos representar muchas otras cosas pero, la materia oscura, al sernos desconocida, no sabemos como ser y no podemos tener una imagen de lo que la materia oscura es (si es que es), así que hablamos y hablamos de ella sin cesar pero también sin, saber.

Mientras tanto, dejamos que el “tiempo” transcurra y como en todo lo demás, finalmente, alguien nos dará la respuesta, o, nos sacará del error, al demostrar que la dichosa materia oscura, nunca existió y que es, otra fuerza, la que produce los efectos observados en la expansión acelerada del Universo.

Claro que nos falta mucho…

que tengamos todas las respuestas que necesitamos para viajar a las estrellas, tener energía infinita obtenida de agujeros negros, lograr el traslado instantáneo de materia viva a lugares distantes, dominar toda una galaxia, etc, tendrán que transcurrir algunos eones de tiempo que, algunos de estos sueños se haga realidad y, si ocurren algunas de esas cosas en el futuro…¿La haremos nosotros? ¿O, quizá para entonces sean otros los que habrán cogido la antorcha de nuestros sueños?

                            No creo que tarden mucho en trabajar codo con codo con nosotros

Cada vez se avanza más en menos tiempo. Y, llegará el momento, cuando dentro de algunos milenios, estemos preparados para viajar a las estrellas que, estarán aquí presentes con nosotros los inevitables Robots. Según una serie de cálculos y profundos pensamientos, no podremos seguir adelante llegados a un punto de no retorno, y, nos veremos obligados a fabricar robots muy sofisticados que harán trabajos espaciales y de colonización de Planetas para preparar la posterior llegada de los Humanos. Es inevitable pero, ¿será una buena idea?

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Acordaos de que hace menos de un siglo no existían televisores, teléfonos móviles, faxes, ni aceleradores de partículas. En los últimos cien años hemos avanzado de una manera que sería el asombro de nuestros antepasados. De la misma manera pero mucho más acelerada, serán las décadas venideras y, para dentro de los próximos cien años (a finales del presente siglo), si lo pudiéramos ver, quedaríamos tan asombrados como lo estarían nuestros bisabuelos si pudieran abrir los ojos y ver el mundo actual.

¿Qué maravillas tendremos dentro de 200 años? ¿Qué adelantos científicos se habrán alcanzado? ¿Sabremos más sobre el origen de la vida? ¿Qué estadio de saber habrá alcanzado la Fisica, y, si para entonces hemos verificado la Teoría de cuerdas, qué nuevas teorías estarán en boga? ¿Habremos convertido Marte en una segunda Tierra (terraformarla) al proporcionarle una atmósfera y un escudo magnético?

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                         La verdad es que, científicamente hablando, no habría problema alguno

Dejando a un lado, a los primeros descubridores, como Ptolomeo, Copérnico, Galileo, Kepler y otros muchos de tiempos pasados, tenemos que atender a lo siguiente:

La primera revolución de la física se produjo en 1.905, cuando Albert Einstein con su relatividad especial nos ayudo en nuestra comprensión de las leyes que gobiernan el universo. Esa primera revolución nos fue dada en dos pasos: 1905 la teoría de la relatividad especial y en 1.915, diez años después, la teoría de la relatividad general. Al final de su trabajo relativista, Einstein concluyó que el espacio y el tiempo están distorsionados por la materia y la energía, y que esta distorsión es la responsable de la gravedad que nos mantiene en la superficie de la Tierra, la misma que mantiene unidos los planetas del Sistema Solar girando alrededor del Sol y también la que hace posible la existencia de las galaxias. La Relatividad General de Einstein, nos dice cómo la materia determina la geometría del Universo.

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Un universo que se curva sobre sí mismo en presencia de la materia

Einstein nos dio un conjunto de ecuaciones a partir de los cuales se puede deducir la distorsión del tiempo y del espacio alrededor de objetos cósmicos que pueblan el universo y que crean esta distorsión en función de su masa.  Se han cumplido 100 años desde entonces y miles de físicos han tratado de extraer las predicciones encerradas en las ecuaciones de Einstein (sin olvidar a Riemann) sobre la distorsión del espaciotiempo. Es decir, Einstein nos dijo que la materia, es la que determina la geometría del Universo.

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Un agujero negro es lo definitivo en distorsión espaciotemporal, según las ecuaciones de Einstein: está hecho única y exclusivamente a partir de dicha distorsión. Su enorme distorsión está causada por una inmensa cantidad de energía compactada: energía que reside no en la materia, sino en la propia distorsión. La distorsión genera más distorsión sin la ayuda de la materia. Esta es la esencia del agujero negro.

Si tuviéramos un agujero negro del tamaño de la calabaza más grande del mundo, de unos 10 metros de circunferencia, entonces conociendo las leyes de la geometría de Euclides se podría esperar que su diámetro fuera de 10 m / π = 3’14159…, o aproximadamente 3 metros. Pero el diámetro del agujero es mucho mayor que 3 metros, quizá algo más próximo a 300 metros. ¿Cómo puede ser esto? Muy simple: las leyes de Euclides fallan en espacios muy distorsionados.

Como podemos imaginar un objeto pesado o masivo colocado en el centro de una superficie elástica, se ha hundido a consecuencia del peso y ha provocado una distorsión que cambia completamente la medida original del diámetro de esa circunferencia que, al ser hundida por el peso, se agranda en función de éste.

Al espacio le ocurre igual.

De la misma manera se puede considerar que el espacio tridimensional dentro y alrededor de un agujero negro está distorsionado dentro de un espacio plano de dimensión más alta (a menudo llamado hiperespacio), igual que la lámina bidimensional está distorsionada como describo en la imagen anterior.

Lo más intrigante de los agujeros negros es que, si caemos en uno, no tendremos manera alguna de salir o enviar señales a los que están fuera esperándonos. Pensemos que la masa de la Tierra que es de 5’974X1024 Kg  (densidad de 5’52 gramos por cm3), requiere una velocidad de escape de 11’18 Km/s, ¿cuál no será la masa y densidad de un agujero negro si pensamos que ni la luz que viaja a 299.792’458 Km/s escapar de su fuerza de gravedad?

Imagen relacionadaResultado de imagen de La Gravedad presente en el Universo

                                        La Gravedad, presente en el Universo…,  ¡de tantas maneras!

Es tanta la densidad que no sólo distorsiona el espacio, sino que también distorsiona el tiempo según las ecuaciones de Einstein: el flujo del tiempo se frena cerca del agujero, y en un punto de no retorno (llamado el “horizonte” del agujero, o límite), el tiempo está tan fuertemente distorsionado que empieza a fluir en una dirección que normalmente sería espacial; el flujo de tiempo futuro está dirigido hacia el centro del agujero. Nada  puede moverse hacia atrás en el tiempo1, insisten las ecuaciones de Einstein; de modo que  una vez dentro del agujero, nos veremos arrastrados irremisiblemente hacia abajo con el flujo del tiempo, hacia una “singularidad” escondida en el corazón del agujero; en ese lugar de energía y densidad infinitas, el tiempo y el espacio dejan de existir.

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Como he apuntado antes en alguna parte de este mismo trabajo, la descripción relativista del agujero negro procede de la obra de Kart Schwarzschil. En 1.916, apenas unos meses después de que Einstein formulara sus famosas ecuaciones, Schwarzschild fue capaz de resolver exactamente las ecuaciones de Einstein y calcular el campo gravitatorio de una estrella masiva estacionaria.

Así, Históricamente la primera solución importante fue obtenida por Schwarzschild en 1916, esta solución conocida posteriormente como métrica de Schwarzschild, representa el campo creado por un astro estático y con simetría esférica. Dicha solución constituye una muy buena aproximación al campo gravitatorio dentro del sistema solar, lo cual permitió someter a confirmación experimental la teoría general de la relatividad explicándose hechos previamente no explicados como el avance del perihelio de Mercurio y prediciendo nuevos hechos más tarde observados como la deflexión de los rayos de luz de un campo gravitatorio. Además las peculiaridades de esta solución condujeron al descubrimiento teórico de la posibilidad de los agujeros negros, y se abrió todo una nueva área de la cosmología relacionada con ellos. Lamentablemente el estudio del colapso gravitatorio y los agujeros negros condujo a la predicción de las singularidades espacio-temporales,  deficiencia que revela que la teoría de la relatividad general es incompleta. Quizá la teoría de cuerdas, en la que subyace ésta, nos complete el cuadro.

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Geometría aparente del plano de la eclíptica en un sistema cuyo astro central es un agujero negro de Schwarzschild. La solución de Schwarzschild tiene varias características interesantes:

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La solución de Schwarzschild permitió aplicar los postulados de la relatividad general a disciplinas como la mecánica celeste y la astrofísica, lo cual supuso una verdadera revolución en el estudio de la cosmología: Apenas seis años después de la publicación de los trabajos de Einstein, el físico ruso Aleksander Fridman introdujo el concepto de singularidad espacio-temporal, definido como un punto del espacio-tiempo en el que confluyen todas las geodésicas de las partículas que habían atravesado el horizonte de sucesos de un agujero negro. En normales, la curvatura producida por la masa de los cuerpos y las partículas es compensada por la temperatura o la presión del fluido y por fuerzas de tipo electromagnético, cuyo estudio es objeto de la física de fluidos y del estado sólido. Sin embargo, cuando la materia alcanza cierta densidad, la presión de las moléculas no es capaz de compensar la intensa atracción gravitatoria. La curvatura del espacio-tiempo y la contracción del fluido aumentan cada vez a mayor velocidad: el final lógico de este proceso es el surgimiento de una singularidad, un punto del espacio-tiempo donde la curvatura y la densidad de tetramomentum son infinitas.

  • En primer lugar, una línea de no retorno rodea al agujero negro: cualquier objeto que se acerque a una distancia menor que radio será absorbido inevitablemente en el agujero.
  • En segundo lugar, cualquiera que cayera dentro del radio de Schwarzschild será consciente de un “universo especular”  al “otro lado” del espacio-tiempo.

 

Incluso surgieron agujeros de gusano que nos podían trasladar a puntos distantes tanto en el tiempo como en el espacio.

Einstein no se preocupaba por la existencia de este extraño universo especular porque la comunicación con él era imposible. Cualquier aparato o sonda enviada al centro de un agujero negro encontraría una curvatura infinita; es decir, el campo gravitatorio sería infinito y, como ya dije antes, ni la luz podría escapar a dicha fuerza, e igualmente, las ondas de radio electromagnéticas también estarían prisioneras en el interior de un agujero negro, con lo cual, el mensaje nunca llegará al exterior. Allí dentro, cualquier objeto material sería literalmente pulverizado, los electrones serían separados de los átomos, e incluso los protones y los neutrones dentro de los propios núcleos serían desgajados. Además, para penetrar en el universo alternativo, la sonda debería ir más rápida que la velocidad de la luz, lo que no es posible; c es la velocidad límite del universo.

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Así pues, aunque este universo especular es matemáticamente necesario para dar sentido a la solución de Schwarzschild, nunca podría ser observado físicamente (al menos por el momento). En consecuencia, el famoso puente de Einstein-Rosen que conecta estos dos universos fue considerado un artificio matemático.

Posteriormente, los puentes de Einstein-Rosen se encontraron pronto en otras soluciones de las ecuaciones gravitatorias, tales como la solución de Reisner-Nordstrom que describe un agujero eléctricamente cargado. Sin embargo, el puente de Einstein-Rosen siguió siendo una nota a pie de página curiosa pero olvidada en el saber de la relatividad.

Las cosas comenzaron a cambiar con la solución que el trabajo matemático presentado por el neozelandés Roy Kerr, presentado en 1.963, encontró otra solución exacta de las ecuaciones de Einstein. Kerr supuso que cualquier estrella colapsante estaría en rotación. Así pues, la solución estacionaria de Schwarzschild para un agujero negro no era la solución físicamente más relevante de las ecuaciones de Einstein.

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La solución de Kerr de un agfujero negro en rotación causó sensación en el campo de la relatividad cuando fue propuesta. El astrofísico Subrahmanyan Chandrasekhar llegó a decir:

La  experiencia que ha dejado más huella en mi vida científica, de más de cuarenta años, fue cuando comprendí que una solución exacta de las ecuaciones de Einstein de la relatividad general, descubierta por el matemático Roy Kerr, proporciona la representación absolutamente exacta de innumerables agujeros negros masivos que pueblan el universo. Este estremecimiento ante lo bello, este hecho increíble de que un descubrimiento motivado por una búsqueda de la belleza en matemáticas encontrará su réplica exacta en la naturaleza, es lo que me lleva a decir que la belleza es aquello a lo que lleva la mente humana en su nivel más profundo“.

 

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Un agujero negro de Kerr o agujero negro en rotación es una región de agujero negro presente en el espacio-tiempo de Kerr, cuando el objeto másico tiene un radio inferior a cierta magnitud, por encima de este radio el universo de Kerr no presenta región de agujero negro. Un agujero negro de Kerr es una región no isótropa que queda delimitada por un horizonte de sucesos y una ergoesfera presentando notables diferencias con respecto al agujero negro de Schwarzschild. Esta nueva frontera describe una región donde la luz aun escapar pero cuyo giro induce altas energías en los fotones que la cruzan. Debido a la conservación del momento angular, este espacio forma un elipsoide, en cuyo interior se encuentra un solo horizonte de sucesos con su respectiva singularidad, que debido a la rotación tiene forma de anillo.

La solución de Kerr de un agujero negro giratorio permite que una nave espacial pase a través del centro del agujero por el eje de rotación y sobrevivir al viaje a pesar de los enormes pero finitos campos gravitorios en el centro, y seguir derecha hacia el otro universo especular sin ser destruida por la curvatura infinita.

Para nosotros, teniendo el concepto que tenemos de lo que un agujero negro es, es tan difícil imaginar que una nave pueda entrar en él y poder salir más tarde, como imaginar que, en mundos extraños como el de arriba, puedan existir criaturas inteligentes como en la Tierra.

El universo, como todos sabemos, abarca a todo lo que existe, incluyendo el espacio y el tiempo y, por supuesto, toda la materia está en la forma que esté constituida. El estudio del universo se conoce como cosmología. Si cuando escribimos Universo nos referimos al conjunto de todo, al cosmos en su conjunto, lo escribimos con mayúscula, el universo referido a un modelo matemático de alguna teoría física, ese se escribe con minúscula.

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¿Es única nuestra región del espacio? ¿Es un vacío? ¿Pueden oír el eco? Crédito: ESO.

El universo real está constituido en su mayoría por espacios aparentemente vacíos, existiendo materia concentrada en galaxias formadas por estrellas y gas (también planetas, quásares, púlsares, cometas, estrellas enanas blancas y marrones, estrella de neutrones, agujeros negros y otros muchos objetos espaciales). El universo se esta expandiendo, las galaxias se alejan continuamente los unas de las otras. Existe una evidencia creciente de que existe una materia oscura invisible, no bariónica, que constituir muchas veces la masa total de las galaxias visibles. El concepto más creíble del origen del universo es la teoría del Big Bang de acuerdo con la cual el universo se creó a partir de una singularidad infinita de energía y densidad a inmensas temperaturas de millones de grados K, hace unos 15.000 millones de años.

emilio silvera

¡Esos exóticos objetos!

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Astronomía y Astrofísica    ~    Comentarios Comments (1)

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Se entiende que es un objeto en el espacio que ha colapsado bajo su propio peso, o lo que es lo mismo, bajo la fuerza gravitatoria que su propia masa genera, hasta el extremo de que su velocidad de escape supera a la velocidad de la luz (299.792.458 m/s) que, como sabéis, es la velocidad máxima permitida en nuestro Universo según se describe en la teoría de la Relatividad Especial de Einstein.

Así que, teniendo en cuenta que la velocidad de escape de la Tierra es de 11 km/s, podremos tener una idea de la enormidad de la fuerza de Gravedad que genera un Agujero Negro cuya velocidad de escape supera a la velocidad de la luz de 300.000 km/s. Nada puede escapar de él.

El Agujero Negro es el resultado del colapso final que sufre la estrella supermasiva al final de su vida (evolución estelar – súper Nova), ya en comentarios anteriores os comenté el límite de Chandrasekhar para las estrellas de neutrones, entonces la presión de degeneración de los neutrones es incapaz de evitar la contracción hasta que el campo gravitacional es lo suficientemente intenso como para evitar el escape de la radiación electromagnética.

La frontera del Agujero Negro conocida como Horizonte de Sucesos, es la superficie del espacio en la que el campo gravitacional alcanza su valor crítico. Los sucesos que ocurren dentro de este horizonte ( es decir, dentro del interior del Agujero negro ) no pueden ser observados desde fuera, es como si dentro de nuestro propio Universo existiera un objeto que no podemos ver y además no sabemos que ocurre en su interior, como si estuviera en otro Universo paralelo, y, sin embargo, su fuerza gravitatoria se deja sentir muy intensamente y además afecta a los objetos vecinos que, en ocasiones se engulle y les roba materia que pasa a formar parte del Agujero negro. Ya el Hubble ha captado imágines sobre dicho suceso.

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Inmersos en una inmensidad

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

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¡EL UNIVERSO!

¡Y menudo Universo! Poderosas corrientes de galaxias se precipitan por el espacio. Blondas de burbujas y de abismos aparecen por todas partes, burlándose de los que intentan encontrar una uniformidad sencilla en la Naturaleza. Ni siquiera la fábrica del Universo es lo que esperábamos. Por lo menos el noventa por ciento de lo que hay ahí fuera está compuesto por materiales cuya forma y composición nos son desconocidas. Apenas pasa un mes sin que salga a la luz alguna nueva y sorprendente e inesperada faceta del Universo. A medida que nos acercamos a las preguntas finales parece incrementarse el ritmo con el que el Universo nos entrega sus secretos.

Resultado de imagen de Una burbuja de gas, fotografiada por el Telescopio Espacial HubbleResultado de imagen de Una burbuja de gas, fotografiada por el Telescopio Espacial HubbleNASA celebra aniversario del Hubble con colorida foto de la nebulosa del Cangrejo del Sur

Una burbuja de gas y otras fotografiada increíbles captadas por el Telescopio Espacial Hubble de la NASA, flotab serenamente en las profundidades del espacio.

Resulta que la mayor parte del Universo es invisible para nosotros, al no desprender luz ni ondas de radio nuestros ingenios no lo pueden captar ópticamente para que nos hablen de su presencia. Puede ser que la enorme cúpula estrellada de los cielos tenga tan poco que ver con cómo funcionan realmente las cosas como una ramita arrastrada por la corriente tiene que ver con la forma en que fluye el agua. En otras palabras, puede que vivamos en un Universo en el que el comportamiento de las formas familiares de la materia, tales como el Sol o la Vía Láctea, esté absolutamente determinado por los materiales que no podemos ver, pero que llamamos “materia oscura”, denotando así, la oscuridad que reina en nuestras mentes que, en esa misteriosa realidad, está repleta de ignorancia.

                                

            En lugares como este nacen y mueren las estrellas y surgen los Mundos

Y sucede con frecuencia que, cuando surgen ideas nuevas en una ciencia, aparecen relaciones entre las nuevas ideas y los viejos problemas. A los astrónomos siempre les ha sido difícil explicar por qué las estrellas están agrupadas en galaxias en lugar de esparcirse por el espacio de una manera más uniforme. Parece que cuanto más aprendemos sobre las leyes básicas de la Naturaleza, más parecen decirnos esas leyes que la materia visible –los objetos que podemos ver- no debería estar organizada como está. No debería haber galaxias por ahí y, si las hubiera, no deberían estar agrupadas del modo que lo están.

Los astrónomos que se asoman al Universo con instrumentos cada vez más potentes han visto cómo tomaban forma ante sus ojos extraños diseños. Primero vieron otras galaxias como la Vía Láctea, luego vieron que esas galaxias estaban agrupadas en cúmulos. No hace tanto tiempo que se ha descubierto que esos cúmulos están a su vez agrupados en largas estructuras en forma de cuerda llamadas supercúmulos. El más asombroso de esos descubrimientos fue el hallar que, entre esos supercúmulos existen unos inmensos espacios, unas descomunales regiones donde no arde ninguna estrella ni se forma ninguna galaxia, son los espacios vacíos del Universo. No sabemos a ciencia cierta si, realmente, están vacíos.

 Einstein

Como podemos imaginar un objeto pesado o masivo colocado en el centro de una superficie elástica, se ha hundido a consecuencia del peso y ha provocado una distorsión que cambia completamente la medida original del diámetro de esa circunferencia que, al ser hundida por el peso, se agranda en función de éste. Hemos podido comprobar que el Universo es, mucho más de lo que nadie nunca pudo imaginar.

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Por encima y por debajo de estas grandes cadenas de estructuras, desde los objetos de la Vía Láctea hasta el mayor supercúmulo conocido, encontramos el rastro de lo que creemos será la materia oscura que, delata su presencia por la fuerza de gravedad que genera y que incide en el comportamiento de los objetos del Universo por muy grandes que estos puedan ser. Su presencia, se podría asimilar a la huella que dejara por la arena mojada de la playa, los pies de un gigante invisible que paseara por allí.

En los últimos años hemos llegado a comprender que estos dos problemas –el problema de la estructura y el problema de la materia oscura- están relacionados. También empezamos a ver indicios y sugerencias de que están a su vez relacionados con un tercer problema importante: el problema del origen y la evolución del Universo. En otras palabras, parece que nos hemos colocado en una situación tal que nuestro fracaso en resolver una serie de problemas nos ha obligado a reconocer que todos esos problemas tienen que ser resueltos a la vez. Una resolución parcial no serviría de nada.

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                              Inmensas estructuras mayores que grupos de galaxias

Nadie, hasta el momento, ha podido hacer otra cosa que especular acerca de la “Materia Oscura”.

Me gustaría presentar ante vuestros ojos el extraño rincón del mundo científico en el que se piensa en soluciones para todos esos problemas. Es un lugar en el que los teóricos juegan con galaxias de un millón de soles de la misma manera que un niño juega con las canicas, donde un descubrimiento apenas tiene tiempo de aparecer en los titulares antes de ser respaldado por otro todavía más asombroso. Es un mundo que ensancha los límites de la Mente Humana, un mundo en el que las pepitas de los quarks, los universos en sombra y las cuerdas cósmicas pueblan el paisaje teórico. Es un lugar violento y en ebullición donde el fermento de las nuevas ideas es todo lo excitante y vital que pueda ser en una ciencia.

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Tenemos mucha suerte, porque lo que estamos viendo hoy día es una fotografía instantánea de una nueva Ciencia emergente en el acto de su nacimiento. Como todavía no están disponibles todas las respuestas, podemos concentrarnos en el proceso mediante el cual los científicos se encaminan hacia la certeza, en lugar de en lugar de las certezas mismas. Vamos a aprender bastante acerca de cómo se eliminan en la Ciencia las ideas equivocadas y se emplean las energías disponibles en aquellas otras que prometen y nos han mostrado indicios de estar apuntando en la dirección correcta.

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Distribución en 3D de la materia oscura en una zona del Universo estudiada. Foto: ESA.

¡Será por imaginar!

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Si en verdad existe estaría por todas partes, permeando todo el espacio, entre las galaxias y mundos y rodeando las estrellas. Lo malo es que, no saben de qué está hecha, es invisible y no emite radiación, y, sin embargo, genera fuerza de Gravedad… (¿)

Si la “materia oscura” existe (como dicen y, a ves parece), en sus grandes hipódromos de materia desconocida que la conforman, también deben estar enterrados algunos de los secretos mejor guardados del Universo, ya que, nos tenemos que preguntar: ¿Qué es esa extraña materia y de qué clase de partículas y átomos está conformada? Está claro que, el mismo hecho de que se pudieran formar las galaxias a pesar de la expansión del Universo, denota una cosa: enormes y largos cordones de materia oscura, inimaginablemente densos, se formaron cuando el Universo sólo tenía una fracción de segundos de edad. Más tarde sirvieron como núcleos alrededor de los cuales se agrupaba la materia visible (nacida algo después) para formar las primeras estrellas y galaxias y, algunos teóricos sugieren que podrían encontrarse en supercúmulos que atraviesan el cielo. Si esto es así, entonces el Universo es más extraño que cualquiera de las cosas que hayamos sido capaces de imaginar hasta ahora.

         El Universo dinámico y cambiante, también nos cambiará a nosotros si, finalmente, nos adaptamos.

¡Qué me gustaría poder acceder hasta los límites exteriores del conocimiento y la imaginación humanos! Nuestro objetivo: nada menos que una comprensión del origen, la estructura y el destino del Universo.

Pensad en todo esto amigos, como nos decía nuestro admirado Einstein, será un buen ejercicio.

emilio silvera

Si es así o no, nosotros, nunca lo sabremos.

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Némesis: monstruo estelar

 

 

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Consideremos este cuento: Hay otro sol en el cielo, un sol oscuro, demoníaco, que no podemos ver. Hace mucho tiempo, mucho antes de que nacieran nuestros abuelos, ese sol demoníaco atacó a nuestro Sol. Los cometas cayeron sobre la Tierra y un invierno terrible se apoderó del mundo. La mayoría de los seres vivos murió. El sol demoníaco nos ha atacado otras veces antes y volverá a atacarnos.

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Si un antropólogo de otra generación hubiese escuchado esta historia de un grupo de estudio, la hubiese considerado “primitiva” o “pre-científica”, aunque no queda duda de la fuerza de la idea, que fácilmente —de no haber sido presentada en esta época y por científicos reconocidos— podría estar entre las leyendas más temibles de la humanidad.

Los registros fósiles de la vida terrestre han mostrado que se repiten extinciones masivas a un promedio de entre 26 y 30 millones de años. Según una teoría, esto podría ocurrir a causa del acercamiento cíclico en su órbita de una estrella compañera del Sol. La teoría fue ideada por Richard A. Muller, físico de la Universidad de California en Berkeley, luego de una conversación circunstancial con un profesor sobre un paper científico. El artículo de Muller que presentó la teoría de Némesis fue publicado por primera vez en la revista científica Nature (vol 308, pp 715-717, 1984). Los autores del paper fueron el propio Muller y otros dos científicos que lo ayudaron en el modelo, Marc Davis, de Princeton, y Piet Hut, del Institute for Advanced Study de Princeton. Existe, además, un libro llamado “Nemesis”, escrito por Richard Muller (Weidenfeld & Nicolson, 1988).

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Preguntamos pero, no siempre sabemos contestar

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                     Todo es materia, es decir, está conformado por Quarks y Leptones

Los astrónomos han confirmado mediante observaciones espectroscópicas que los átomos son reralmente los mismos en cualquier lugar del Cosmos, Un átomo de Carbono en la galaxia Andrómeda es exactamente igual que un átomo de Carbono de la Galaxia Vía Láctea, son idénticos y también, idénticos, a los átomos de Carbono de la Tierra. Cinco elementos químicos desempeñan un papel estelar en la Biología terrestre:

Carbono

Oxígeno

Hidrógeno

Nitrógeno, y

Fósforo

Estos elementos están entre los más abundantes del Universo. Sin embargo, no siempre fue así. Hubo un tiempo, antes de que nacieran las primeras estrellas, que en el Universo todo era Hidrógeno y Helio, los materiales primordiales a partir de los cuales, pudieron surgir todos los demás en los hornos nucleares de las estrellas y en las explosiones supernovas.

                    Arriba tenemos el agua y un átomo de carbono, y, sin ellos la vida tal como la conocemos no sería posible en nuestro Universo

Todas las leyes de la física nos muestran que la existencia y sostenimiento de la vida se asientan en equilibrios y medidas o cantidades específicas. La estructura general del universo, el lugar de la Tierra en el mismo, las características materiales de ésta –aire, luz, agua, etc.–, se basan en propiedades esenciales para nuestra supervivencia y, sobre todo eso… ¡El Carbono!

El Carbono es el elemento auténticamente vital. Merece un lugar de honor debido a una propiedad química única: los átomos de Carbono (como tantas veces expliqué aquí) pueden unirse para formar moléculas de cadena extendida, o polímeros, de variedad y complejidad ilimitadas. Las Proteínas y el ADN son dos ejemplos de dichas moléculas de cadena larga.

Si no fuera por el Carbono, la vida como la conocemos sería imposible. Probablemente sería imposible cualquier cualquier tipo de vida. Soy muy remiso (aunque no descarto nada), a que existan formas de vida que no estén basadas en el Carbono.

Cuando el Universo “empezó” con el “Big Bang”, el Carbono estaba completamente ausente. El intenso calor del nacimiento cósmico impedía cualquier núcleo atómico compuesto. En lugar de ello, el material cósmico consistía en una sopa de partículas elementales tales como protones y neutrones que pudieron conformar los núcleos de átomos de hidrógeno. Sin embargo, a medida que el universo se expandía y enfriaba durante los primeros mimutos, las reacciones nucleares transmutaron parte del hidrógeno en helio.

Muchos millones de años más tarde, en las estrellas, por algo que se llama “proceso triple Alfa”, surgió el Carbono en el Universo. No siendo el tema aquí el de explicar como se llega en las estrellas al Carbono a partir del helio, seguiremos habolando de la química cósmica.

La Química es algo más que unos tubos de ensayo, y, está presente de manera natural por todo el espacio interestelar. Allá por los 70 me llamó poderosamente la atención el descubrimiento de moléculas de amoníaco y de agua en el espacio exterior. ¿Cómo llegaron a llí? Bueno, todos conocemos esas inmensas nubes estelares que llamamos Nebulosas y, en ellas, se producen, a partir de materiales sencillos, esos cambios que tan poderosamente llaman nuestra atención.

El timo de átomo más común en el universo, después del hidrógeno y el helio, es el oxígeno. El oxígeno puede combinarse con hidrógeno para formar grupos grupos oxhidrilos (HO) y moléculas de agua (H2O), que tiene una marcada tendencia a unirse a otros grupos y moléculas del mismo tipo que encuentren por el camino, de forma que poco a poco se van constituyendo pequenísimasm partículas compuestas por millones y millones de tales moléculas. Los grupos oxhidrilo y las moléculas de agua pueden llegar a constitur una parte importante del polvo cósmico. Allá por el año 1965 se detectó por primera vez grupos oxhidrilo en el espacio y se comenzó a estudiar su distribución. desde entonces, se han encontrado allí, moléculas más, complejas que contienen átomos de carbono, de hidrógeno y de oxígeno. También átomos de calcio, sodio, potasio y hierro han sido detectados al observar la luz que dichos átomos absorben.


                            En regiones como la que arriba podemos ver, están presentes elementos que no siempre sospechamos

Actualmente, la lista de las moléculas descubiertas en el espacio es larga y más de cien sustancias químicas la adornan, siendo muchas de esas moléculas interestelares orgánicas. La más abundante es el monóxido de carbono, pero también hay abundancia de acetileno, formaldehido y alcohol. También se han detectado moléculas orgánicas más complejas, tales como aminoácidos y HAP (hidrocarburos aromáticos policíclicos). Ahora está claro que no sólo abunda en todo el Universo elementos que favorecen la Vida, sino que también lo hacen muchas de las miléculas orgánicas realmente utilizadas por la vida. Con miles de millones de años disponibles para que la química cósmica pudiera generar dichas sustancias, ha habido tiempo más que suficiente para que estas se formen en las nubes moleculares gigantes de las que emergen las estrellas y los sistemas solares como el nuestro.

Nubes Moleculares Gigantes  en este caso (NGC 7822 en Cefeo). Colapsos gravitacionales, estrellas nuevas, vientos estelares, abundante radiación ultravioleta, todas esas fuentes de energías que dan lugar al nacimiento de estrellas nuevas, hacen también posible que, los materiales se mezclen y sufran mutaciones de simples a complejos y, a partir de ellos, nacen los nuevosm sistemas planetarios y…¡la Vida!

Que en un principio, sin temor a equivocarnos podemos decir que la génesis de la vida ha sido posible a partir de lo que en el espacio pasó, ¿qué duda nos puede caber? Incluso, no se descarta que los materiales que trajeron la vida al planeta Tierra, fuera deposita por cometas.

Cometas: West

      El cometa West, con sus colas de plasma y polvo.

 

Los Cometas que a pesar de todo lo que sabemos de ellos, siguen siendo algo enigmáticos, incluso algunos que han sido minuciosamente observados durante siglos. Muchos son los que dicen que llevan la semilla de la Vida con ellos y, de vez en cuando, la siembran en algún planeta que, como la Tierra, recibe sus esporádicas visitas.

Mucho se podría hablar aquí de cómo llegaron a formarse los cometas a partir de aquella Nebulosa planetaria pero, no siendo el tema de hoy, lo dejaremos en lo que ya hemos explicado y que, de manera muy simple y general, os dará una idea de lo que en el Universo puede pasar y de cómo, todo se confabula para que la vida, sea posible.

En la parte primera hemos hablado de los supermicrobios y de otras cuestiones que nos acercan al saber, al menos, de cómo hemos tratado de conocer el origen de la Vida en nuestro mundo, uan pregunta que más o menos ha quedado contestada pero, a medias, toda vez que, contestar a la pregunta primera de… ¿qué es la vida? no he podido, me faltan conocimientos para ello.

Para documentarme, he leído sobre el misterioso origen de la vida, he tratado de saber qué es la vida, he buceado en la historia de las moléculas antiguas, he dado un largo paseo por el Edén de los microbios y sus dominios, he tratado de estudiar lo que es el principio de generación biológica y química, a todo ello, he añadido meros conocimientos del hueco de entropía y la Gravedad como fuente de Orden, He querido saber sobre el árbol de la vida y me he querido enterar de qué hallaron los expertos en las rocas antiguas, qué fósiles había allí como huella de la vida del pasado, también procuré saber si era posible la generación expontánea y sobre “la sopa primordial”. Me interesé sobre el Azar en relación con el Origen de la Vida.

También sobre las células replicantes que nos trajeron la vida, el código genético de la reproducción, el ARN y el ADN. No me olvidé del Polvom de Estrellas y de la Química cósmica para hacer posible una génesis a partir del espacio esterior y, en fin, muchos espacios y muchas razones más que me han llevado a conocer, lo que creemos que la vida es. Sin embargo, a pesar de todo eso, con algunos conocimientos más de los que tenía hace veinte años sobre el tema pero, sigo sin saber contestar la pregunta:

¿Qué es la Vida?

emilio silvera