Descubrimos nuevos mundos orbitan a enana roja

                  Descubrimos nuevo mundo orbitando a estrella amarilla como el Sol

     Descubrimos nuevos sistemas planetarios con mundos en zonas habitables

Los casi 4000 planetas descubiertos en unos 3000 sistemas planetarios presentan una extraordinaria variedad tanto en las propiedades de sus componentes (número y características de las estrellas y de los planetas que orbitan a su alrededor) como de su arquitectura (periodos orbitales). El siguiente paso en la exploración es la identificación de aquellos sistemas que incluyan planetas semejantes a la tierra situados en las zonas de habitabilidad. Sin embargo, el desafío va mucho más allá y nos abre nuevos interrogantes sobre la posibilidad de expansión humana, los hitos necesarios para convertirla en una realidad y la propia necesidad de este salto más allá de nuestro planeta.

La diversidad de los sistemas planetarios

Un exoplaneta, o planeta extra solar, se caracteriza por orbitar alrededor de una estrella o remanente (bien un agujero negro, una estrella de neutrones o una enana blanca) y por no haber fusionado deuterio (o cualquier otro elemento, de manera que emite energía, esta no proviene de reacciones termonucleares) en ningún estadio de su evolución. Para una composición tipo solar, implica tener una masa inferior a 1.3 masas de Júpiter, unas 4131 veces la masa de la Tierra. La unión astronómica internacional estableció una definición más estricta en el caso del Sistema Solar en su asamblea general del año 2006, según la cual debe:

A) Orbitar alrededor del Sol;

B) Poseer suficiente masa como para que su propia gravedad domine la fuerzas presentes como cuerpo rigido, encontrarse en equilibrio hidrostático y, por tanto, adoptar una forma aproximadamente esférica:

C) Ser el objeto claramente dominante en su vecindad, habiendo limpiado su órbita. Hasta la fecha se han confirmado o validado casi 4000 en las proximidades del Sol.

Nuestra galaxia, la Vía Láctea contiene unos 200.000 millones de estrellas y todas las incidencias apuntan a que la mayoría contienen planetas. De esta enorme cantidad de estrellas, una buena proporción son estrellas del tipo G2V mediana y amarilla, como nuestro Sol. Y muchas de ellas, estarán situadas de manera conveniente y a las distancias adecuadas de algún planeta que la orbite, de manera tal, que en dicho planeta existan las condiciones apropiadas para que la vida esté presente.

La primera conclusión general que se puede extraer de los estudios estadísticos de planetas es que existe una impresionante e inesperada diversidad. A modo de ejemplos, se han identificado objetos que orbitan alrededor de tres estrellas, otros que tienen una atmósfera de compuestos metálicos, supertierras con estructuras internas similar a Mercurio, exoplanetas de tamaños menores que el benjamín del Sistema Solar, planetas que giran muy próximos a sus estrellas gigantes y que modifican su forma, e incluso que se han formado a partir del material proporcionado por la destrucción de una estrella y que giran alrededor de otra estrella de neutrones.

Las estrellas de neutrones se forman cuando una estrella de 3/4 masas solares agota el combustible nuclear de fusión y se contrae sobre sí misma hasta degenerar los neutrones como consecuencia del Principio de Exclusión Pauli.

Un buen ejemplo es el caso del Sistema HD131399, se compone de una estrella más caliente que el Sol y un sistema binario con componentes más rojas y débiles.

La estrella dominante identificada por la letra A tiene una temperatura superficial de 9130 ºC y una masa casi dos veces la del Sol. Las otras dos estrellas denominadas B y C y separadas entre sí por 10 unidades astronómicas (siendo una unidad astronómica la distancia media de la Tierra al Sol y equivale a 150 millones de kilómetros aproximadamente). Tienen temperaturas de 4620 ºC y 3187 ºC ambas estarían separadas de la componente principal A por una distancia de 300 unidades astronómicas. La componente A posee un planeta cuyo periodo orbital estaría entre 400 y 700 años terrestres, dado que la distancia que los separa es de unas 80 unidades astronómicas. En último caso, aún más exótico, se encuentra el púlsar PSR B1257+12 .

Una estrella de neutrones, un estado que representa el final de estrellas más masivas que el Sol. A comienzos de la década de los 90 del siglo pasado se descubrieron varios planetas de masa similar a la Tierra que orbitaban a su alrededor, y que se habrían formado con el material resultante de la explosión de una supernova que dio lugar a la generación de la estrella de neutrones.

El grial de la habitabilidad planetaria lo tenemos representado en nuestro Sistema Solar por el Sol y la Tierra. El Sol es un factor esencial en la habitabilidad de la Tierra, que recibe una media de 1 366W-m_² de radiación solar. Esta irradiación, entre otros factores, permite que el agua se encuentre en estado líquido, una condición que se asume que es indispensable para la actividad biológica, y resulta de la separación entre ambos astros. En los sistemas planetarios la zona de habitabilidad se define como el rango de distancias orbitales en donde un planeta podría contener agua líquida. Su tamaño y localización dependen de la masa de la estrella, su edad y su luminosidad. En cualquier caso, como ocurre con la Tierra, otras causas pueden ser determinantes, tanto endógenas (con posición del planeta, características atmosféricas, presencia de campo magnético y de actividad geológica) como exógenas (la posición del sistema en la galaxia, dado que la proximidad a estrellas masivas o al centro de la misma podrían ser letales, o la densidad local de estrellas, indispensable para la estabilidad del sistema). Mercurio y Venus no son adecuados debido esencialmente a las altas temperaturas, mientras que a Marte le ocurre lo contrario, además de que solo tiene campos magnéticos locales.

El papel de la actividad geológica, desde su punto de vista astrobiológico, se ha visto enfatizado recientemente. La emisión de hidrógeno, dióxido de carbono y agua por los volcanes podría aumentar un 30-60 % la zona de habitabilidad, debido a un efecto invernadero. El mecanismo exige una actividad volcánica continuada durante muchos millones de años. En el Sistema Solar implica extender la zona de habitabilidad hasta algo más allá de Marte (que carece de actividad tectónica y se encuentra localizado a 1.67 unidades astronómicas) hasta 2.4 unidades astronómicas en donde se localiza el cinturón de asteroides. Por tanto la actividad volcánica, fruto de la tectónica de placas, podría incrementar la posibilidad de encontrar vida en los numerosos planetas que se están encontrando más allá de los confines del Sistema Solar.

Fuente: Revista Española de Física Nº4 de 2018

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En el universo en que vivimos, nada desaparece; con el tiempo se cumplen los ciclos de las cosas y se convierten en otra distinta, es un proceso irreversible.

En lo concerniente a cambios y transformaciones, el que más me ha llamado siempre la atención es el de las estrellas que se forman a partir de gas y polvo cósmico. Nubes enormes de gas y polvo se van juntando. Sus moléculas cada vez más apretadas se rozan, se ionizan y se calientan hasta que en el núcleo central de esa bola de gas caliente, la temperatura alcanza millones de grados. La enorme temperatura hace posible la fusión de los protones y, en ese instante, nace la estrella que brillará durante miles de millones de años y dará luz y calor. Su ciclo de vida estará supeditado a su masa. Si la estrella es supermasiva, varias masas solares, su vida será más corta, ya que consumirá el combustible nuclear de fusión (hidrógeno, helio, litio, oxígeno, etc) con más voracidad que una estrella mediana como nuestro Sol, de vida más duradera.

Cuando están a punto de ser estrellas verdaderas, pero aún no lo son, se llaman estrellas T Tauri. Son un tipo de estrellas variables irregulares nombradas a partir del objeto prototípico del grupo, la estrella T Tauri. Son estrellas jóvenes que aún no han entrado en la Secuencia Principal (estrellas pre-secuencia principal). Se encuentran cerca de nubes moleculares y se identifican por su variabilidad estelar  y la presencia de líneas intensas en su cromosfera.

Una estrella, como todo en el universo, está sostenida por el equilibrio de dos fuerzas contrapuestas; en este caso, la fuerza que tiende a expandir la estrella (la energía termonuclear de la fusión) y la fuerza que tiende a contraerla (la fuerza gravitatoria de su propia masa). Cuando finalmente el proceso de fusión se detiene por agotamiento del combustible de fusión, la estrella pierde la fuerza de expansión y queda a merced de la fuerza de gravedad; se hunde bajo el peso de su propia masa, se contrae más y más, y en el caso de estrellas súper masivas, se convierten en una singularidad, una masa que se ha comprimido a tal extremo que acaba poseyendo una fuerza de gravedad de una magnitud difícil de imaginar para el común de los mortales.

Tanto la descripción del espacio-tiempo como de la materia que hacen las teorías científicas, no pueden describir la singularidad.

Para hacernos una idea y entender algo mejor la fuerza de gravedad que puede generar la singularidad de un agujero negro (que es el destino final las estrellas súper masivas), pongamos el ejemplo de un objeto más cercano, el planeta Tierra.

La Tierra, un objeto minúsculo en comparación con esos objetos súper masivos estelares, genera una fuerza de gravedad que, para escapar de ella, una nave o cohete espacial tiene que salir disparado desde la superficie terrestre a una velocidad de 11’18 km/s; el sol exige 617’3 km/s.

Salir de la Gravedad terrestre requiere gran energía (Cualquiera de estas misiones tiene que transportar una cantidad de combustible 16 veces mayor que el resto de la masa que transporta. ¡Hay que buscar otros sistemas y otras formas de energía- Hasta que no lo consigamos, será difícil que salgamos del Sistema solar.

Es lo que se conoce como velocidad de escape, que es la velocidad mínima requerida para escapar de un campo gravitacional que, lógicamente, aumenta en función de la masa del objeto que la produce. El objeto que escapa puede ser una cosa cualquiera, desde una molécula de gas a una nave espacial. La velocidad de escape de un cuerpo está dada por , donde G es la constante gravitacional, M es la masa del cuerpo y R es la distancia del objeto que escapa del centro del cuerpo. Un objeto que se mueva con una velocidad menor que la de escape entra en una órbita elíptica; si se mueve a una velocidad exactamente igual a la de escape, sigue una órbita parabólica, y si el objeto supera la velocidad de escape, se mueve en una trayectoria hiperbólica y rompe la atadura en que la mantenía sujeto al planeta, la estrella o el objeto que emite la fuerza gravitatoria.

La luz se esparce isotrópicamente cuando es eyectada por los astros.

La mayor velocidad que es posible alcanzar en nuestro universo es la de la luz, c, velocidad que la luz alcanza en el vacío y que es de 299.793’458 km/s.

Pues bien, es tal la fuerza de gravedad de un agujero negro que ni la luz puede escapar de allí; la singularidad la absorbe, la luz desaparece en su interior, de ahí su nombre, agujero negro, cuando la estrella supermasiva se contrae, llega a un punto que desaparece de nuestra vista. De acuerdo con la relatividad general, cabe la posibilidad de que una masa se comprima y reduzca sin límites su tamaño y se auto confine en un espacio infinitamente pequeño que encierre una densidad y una energía infinitos. Allí, el espacio y el tiempo dejan de existir.

Las singularidades ocurren en el Big Bang, en los agujeros negros y en el Big Crunch (que se podría considerar como una reunión de todos los agujeros negros generados por el paso del tiempo en el universo y que nos llevará a un fin  que será el nuevo comienzo).

Las singularidades de los agujeros negros están rodeados por una circunferencia invisible a su alrededor que marca el límite de su influencia. El objeto que traspasa ese límite es atraído, irremisiblemente, hacia la singularidad que lo engulle, sea una estrella, una nube de gas o cualquier otro objeto cósmico que ose traspasar la línea que se conoce como horizonte de sucesos del agujero negro.

La existencia de los agujeros negros fue deducida por Schwarzschild, en el año 1.916, a partir de las ecuaciones de Einstein de la relatividad general. Este astrónomo alemán predijo su existencia, pero el nombre de agujero negro se debe a J. Wehleer.

Así, el conocimiento de la singularidad está dado por las matemáticas de Einstein y más tarde por la observación de las señales que la presencia del agujero generan. Es una fuente emisora de rayos X que se producen al engullir materia que traspasa el horizonte de sucesos y es atrapada hacia la singularidad, donde desaparece para siempre sumándose a la masa del agujero cada vez mayor.

En el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, ha sido detectado un enorme agujero negro, ya muy famoso, llamado Cygnus X-1.

Después de todo, la velocidad de la luz, la máxima del universo, no puede vencer la fuerza de gravedad del agujero negro que la tiene confinada para siempre.

En nuestra galaxia, con cien mil años luz de diámetro y unos doscientos mil millones de estrellas, ¿cuántos agujeros negros habrá?

Para mí, la cosa está clara: el tiempo es imparable, el reloj cósmico sigue y sigue andando sin que nada lo pare, miles o cientos de miles, millones y millones de estrellas súper masivas explotarán en brillantes supernovas para convertirse en temibles agujeros negros.

Llegará un momento que el número de agujeros negros en las galaxias será de tal magnitud que comenzarán a fusionarse unos con otros hasta que todo el universo se convierta en un inmenso agujero negro, una enorme singularidad, lo único que allí estará presente: la gravedad.

Esa fuerza de la naturaleza que ahora está sola, no se puede juntar con las otras fuerzas que, como se ha dicho, tienen sus dominios en la mecánica cuántica, mientras que la gravitación residen en la inmensidad del cosmos; las unas ejercen su dominio en los confines microscópicos del átomo, mientras que la otra sólo aparece de manera significativa en presencia de grandes masas estelares. Allí, a su alrededor, se aposenta curvando el espacio y distorsionando el tiempo.

Al final del camino toda la materia del Universo irá a parar a un enorme agujero negro que será lo único que quedará de todo este inmenso Cosmos. El Tiempo pasa, las estrellas mueren, cada vez son más agujeros negros los que ocupan las galaxias, la fuerza de gravedad que generan irán enguyendo la materia, todos se fusionaran en un sólo agujero negro enorme y de descomunal fuerza… La imaginación es libre ¿quién la puede parar?

Esa reunión final de agujeros negros será la causa de que la Densidad Crítica sea superior a la ideal. La gravedad generada por el inmenso agujero negro que se irá formando en cada galaxia tendrá la consecuencia de parar la expansión actual del universo. Todas las galaxias que ahora están separándose las unas de las otras se irán frenando hasta parar y, despacio al principio pero más rápido después, comenzarán a recorrer el camino hacia atrás.  Finalmente, toda la materia será encontrada en un punto común donde chocará violentamente formando una enorme bola de fuego, el Big Crunch.

Antes de que eso llegue, tendremos que resolver el primer problema: la muerte del Sol.

Los científicos se han preguntado a veces qué sucederá eventualmente a los átomos de nuestros cuerpos mucho tiempo después de que hayamos muerto. La posibilidad más probable es que nuestras moléculas vuelvan al Sol. En páginas anteriores he explicado el destino del Sol: se agotará su combustible de hidrógeno y fusionará helio; se hinchará en gigante roja y su órbita es probable que sobrepase la Tierra y la calcine; las moléculas que hoy constituyen nuestros cuerpos serán consumidas por la atmósfera solar.

Carl Sagan pinta el cuadro siguiente:

El Sol engullirá Mercurio y Venus y, la Tierra…

“Dentro de miles de millones de años a partir de ahora, habrá un último día perfecto en la Tierra… Las capas de hielo Ártica y Antártica se fundirán, inundando las costas del mundo. Las altas temperaturas oceánicas liberarán más vapor de agua al aire, incrementando la nubosidad y escondiendo a la Tierra de la luz solar retrasando el final. Pero la evolución solar es inexorable.  Finalmente los océanos hervirán, la atmósfera se evaporará en el espacio y nuestro planeta será destruido por una catástrofe de proporciones que ni podemos imaginar.”

 

En una escala de tiempo de varios miles de millones de años, debemos enfrentarnos al hecho de que la Vía Láctea, en la que vivimos, morirá. Más exactamente, vivimos en el brazo espiral Orión de la Vía Láctea. Cuando miramos al cielo nocturno y nos sentimos reducidos, empequeñecidos por la inmensidad de las luces celestes que puntúan en el cielo, estamos mirando realmente una minúscula porción de las estrellas localizadas en el brazo de Orión. El resto de los 200 mil millones de estrellas de la Vía Láctea están tan lejanas que apenas pueden ser vistas como una cinta lechosa que cruza el cielo nocturno.

Aproximadamente a dos millones de años luz de la Vía Láctea está nuestra galaxia vecina más cercana, la gran galaxia Andrómeda, dos o tres veces mayor que nuestra galaxia. Las dos galaxias se están aproximando a 125 km/s, y chocarán en un periodo de 5 a 10.000 millones de años. Como ha dicho el astrónomo Lars Hernquist de la Universidad de California en Santa Cruz, esta colisión será “parecida a un asalto. Nuestra galaxia será literalmente consumida y destruida“.

Así las cosas, no parece que la Humanidad del futuro lo tenga nada fácil.  Primero tendrá que escapar, dentro de unos 4.000 millones de años del gigante rojo en que se convertirá el Sol que calcinará al planeta Tierra. Segundo, en unos 10.000 millones de años, la escapada tendrá que ser aún más lejana; la destrucción será de la propia galaxia que se fusionará con otra mayor sembrando el caos cósmico del que difícilmente se podría escapar quedándonos aquí. Por último, el final anunciado, aunque para más largo tiempo, es el del propio universo que, por congelación o fuego, tiene los eones contados.

Por todas estas catástrofes anunciadas por la ciencia, científicos como Kip S. Thorne y Stephen Hawking sugieren viajar a otros universos paralelos a través de agujeros de gusano en el hiperespacio. Sería la única puerta de salida para que la Humanidad no se destruyera.

Si al final conseguimos abrir ese camino, será lejos en el futuro

Si lo alcanzaremos o no, es imposible de contestar, no tenemos los datos necesarios para ello. Incluso se podría decir que aparte de estas catástrofes futuras que sabemos a ciencia cierta que ocurrirán, seguramente existan otras que están ahí latentes en la incertidumbre de si finalmente ocurren o no, sólo pendiente de decidir lo uno o lo otro por parámetros ocultos que no sabemos ni que puedan existir.

En esta situación de impotencia, de incapacidad física e intelectual, nos tenemos que dar cuenta y admitir que, verdaderamente, comparados con el universo y las fuerzas que lo rigen, somos insignificantes, menos que una mota de polvo flotando en el haz de luz que entra, imparable, por la ventana entre-abierta de la habitación.

Descomposición molecular aquí y reconstrucción allí ¿Qué forma de viajar! Claro que, todo lo que podamos imaginar, algún día, será realidad.

Sin embargo, tampoco es así. Que se sepa, no existe ningún otro grupo inteligente que esté capacitado para tratar de todas estas cuestiones. Que la especie humana sea consciente de dónde vino y hacia dónde va, en verdad tiene bastante mérito, y más, si consideramos que nuestro origen está a partir de materia inerte evolucionada y compleja que, un día, hace probablemente miles de millones de años, se fraguó en estrellas muy lejanas.

“En el año 1919, leyó un trabajo que lo conmocionó y que fue  escrito por el matemático Kaluza. Sugería agregar una dimensión extra a las 4 existentes y reformuló la TGR en 5 dimensiones, logrando en pocas líneas hacer aparecer las ecuaciones de Einstein junto a las de Maxwell! En palabras simples, las ecuaciones de Maxwell se podían deducir como ondas viajando en la quinta dimensión. Otra forma de verlo era que si se extendía la TGR a 5 dimensiones, la teoría de Maxwell estaba escondida detrás de la teoría de Einstein.” (Publicado el abril 17, 2011 por Guillote).

 

 

 

Suzuki                                            Veneziano

Ya he comentado que la teoría de cuerdas tiene un origen real en las ecuaciones de Einstein en las que se inspiro Kaluza para añadir la quinta dimensión y perfeccionó Klein (teoría Kaluza-Klein). La teoría de cuerdas surgió a partir de su descubrimiento accidental por Veneziano y Suzuki, y a partir de ahí, la versión de más éxito es la creada por los físicos de Princeton David Gross, Emil Martinec, Jeffrey Harvey y Ryan Rohm; ellos son conocidos en ese mundillo de la física teórica como “el cuarteto de cuerdas”.  Ellos han propuesto la cuerda heterótica (híbrida) y están seguros de que la teoría de cuerdas resuelve el problema de “construir la propia materia a partir de la pura geometría: eso es lo que en cierto sentido hace la teoría de cuerdas, especialmente en su versión de cuerda heterótica, que es inherentemente una teoría de la gravedad en la que las partículas de materia, tanto como las otras fuerzas de la naturaleza, emergen del mismo modo que la gravedad emerge de la geometría“.

Sin que nadie las llame, cuando los físicos de cuerdas trabajan con las ecuaciones de campo de esa teoría, sin que nadie las llame, allí aparecen, las ecuaciones de campo de Einsten de su relatividad general que, subyacen dentro de la teoría de cuerdas… ¿Por qué será?

La característica más notable de la teoría de cuerdas (como ya he señalado), es que la teoría de la gravedad de Einstein está contenida automáticamente en ella. De hecho, el gravitón (el cuanto de gravedad) emerge como la vibración más pequeña de la cuerda cerrada, es más, si simplemente abandonamos la teoría de la gravedad de Einstein como una vibración de la cuerda, entonces la teoría se vuelve inconsistente e inútil. Esta, de hecho, es la razón por la que Witten se sintió inicialmente atraído hacia la teoría de cuerdas.

Witten está plenamente convencido de que “todas las ideas realmente grandes en la física, están incluidas en la teoría de cuerdas“.

No entro aquí a describir el modelo de la teoría de cuerdas que está referido a la “cuerda heterótica”, ya que su complejidad y profundidad de detalles podría confundir al lector no iniciado. Sin embargo, parece justo que deje constancia de que consiste en una cuerda cerrada que tiene dos tipos de vibraciones, en el sentido de las agujas del reloj y en el sentido contrario, que son tratadas de forma diferente.

Las vibraciones en el sentido de las agujas de reloj viven en un espacio de diez dimensiones. Las vibraciones de sentido contrario viven en un espacio de veintiséis dimensiones, de las que dieciséis han sido compactificadas (recordemos que en la teoría pentadimensional Kaluza-Klein, la quinta dimensión se compactificaba curvándose en un circulo). La cuerda heterótica debe su nombre al hecho de que las vibraciones en el sentido de las agujas de reloj y en el sentido contrario viven en dos dimensiones diferentes pero se combinan para producir una sola teoría de supercuerdas. Esta es la razón de que se denomine según la palabra griega heterosis, que significa “vigor híbrido”.

En conclusión, las simetrías que vemos a nuestro alrededor, desde el arcoiris a las flores y a los cristales (en el copo de nieve -última imagen- Cuando el agua se congela las fuerzas de interacción entre moléculas de H2O ganan a las fuerzas derivadas del movimiento térmico y forman un conjunto rígido que presenta su estado más estable), pueden considerarse en última instancia como manifestaciones de fragmentos de la teoría decadimensional original.  Riemann y Einstein habían confiado en llegar a una comprensión geométrica de por qué las fuerzas pueden determinar el movimiento y la naturaleza de la materia.

La teoría de cuerdas, a partir del descubrimiento Veneziano-Suzuki, estaba evolucionando hacia atrás buscando las huellas de Faraday, Riemann, Maxwell y Einstein para poder construir una teoría de campos de cuerdas.  De hecho, toda la física de partículas estaba basada en teoría de campos. La única teoría no basada en teoría de campos era la teoría de cuerdas.

De la teoría de cuerdas combinada con la supersimetría dio lugar a la teoría de supercuerdas. La cuerda es un objeto unidimensional que en esta nueva teoría se utiliza remplazando la idea de la partícula puntual de la teoría cuántica de campos. La cuerda se utiliza en la teoría de partículas elementales y en cosmología y se representa por una línea o lazo (una cuerda cerrada). Los estados de una partícula pueden ser producidos por ondas estacionarias a lo largo de esta cuerda.

En esta teoría se trata de unificar a todas las fuerzas fundamentales incorporando simetría y en la que los objetos básicos son objetos unidimensionales que tienen una escala de 10^{-35 metros} y, como distancias muy cortas están asociadas a energías muy altas, para este caso la escala de energía requerida es del orden de 10¹⁹ GeV, que está muy por encima de la que hoy en día pueda alcanzar cualquier acelerador de partículas.

Como antes expliqué, las cuerdas asociadas con los bosones sólo son consistentes como teorías cuánticas en un espacio-tiempo de 26 dimensiones; aquella asociadas con los fermiones sólo lo son en un espacio tiempo de 10 dimensiones. Ya se ha explicado antes que las dimensiones extras, además de las normales que podemos constatar, tres de espacio y una de tiempo, como la teoría de Kaluza-Klein, están enrolladas en una distancia de Planck. De momento, inalcanzables.

Una de las características más atractivas de la teoría de supercuerdas es que dan lugar a partículas de espín 2, que son identificadas con los gravitones (las partículas que transportan la gravedad y que aún no se han podido localizar). Por tanto, una teoría de supercuerdas automáticamente contiene una teoría cuántica de la interacción gravitacional. Se piensa que las supercuerdas, al contrario que ocurre con otras teorías (entre ellas el Modelo Estándar), están libres de infinitos que no pueden ser eliminados por renormalización, que plagan todos los intentos de construir una teoría cuántica de campos que incorpore la gravedad. Hay algunas evidencias de que la teoría de supercuerdas está libre de infinitos, pero se está a la búsqueda de la prueba definitiva.

Aunque no hay evidencia directa de las supercuerdas, algunas características de las supercuerdas son compatibles con los hechos experimentales observados en las partículas elementales, como la posibilidad de que las partículas no respeten paridad*,  lo que en efecto ocurre en las interacciones débiles.

Estoy convencido de que la teoría de supercuerdas será finalmente corroborada por los hechos y, para ello, se necesitará algún tiempo; no se puede aún comprobar ciertos parámetros teóricos que esas complejas matemáticas a las que llaman topología nos dicen que son así.

Habrá que tener siempre a mano las ecuaciones de Einstein, las funciones modulares de Ramanujan y el Supertensor métrico de ese genio matemático que, al igual que Ramanujan, fue un visionario llamado Riemann.

Las historias de estos dos personajes, en cierto modo, son muy parecidas.  Tanto Riemann como Ramanujan murieron antes de cumplir los 40 años y, también en ambos casos, en condiciones difíciles. Estos personajes desarrollaron una actividad matemática sólo comparable al trabajo de toda la vida de muchos buenos matemáticos.

¿Cómo es posible que, para proteger la simetría conforme original por su destrucción por la teoría cuántica, deben ser milagrosamente satisfechas cierto número de identidades matemáticas, que precisamente son las identidades de la función modular de Ramanujan?

En este trabajo he expresado que las leyes de la naturaleza se simplifican cuando se expresan en dimensiones más altas. Sin embargo, a la luz de la teoría cuántica, debo corregir algo esta afirmación, y para decirlo correctamente debería decir: las leyes de la naturaleza se simplifican cuando se expresan coherentemente en dimensiones más altas. Al añadir la palabra coherentemente hemos señalado un punto crucial. Esta ligadura nos obliga a utilizar las funciones modulares de Ramanujan, que fijan en diez de dimensiones del espacio-tiempo. Esto a su vez, puede facilitarnos la clave decisiva para explicar el origen del universo.

emilio silvera

* Paridad: Símbolo P. Propiedad de la  función de ondas que determina su comportamiento cuando todas sus coordenadas espaciales son invertidas.

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 La Mejor Evidencia Observable de la Primera Generación de Estrellas del Universo

Utilizando el Very Large Telescope de ESO, un equipo de astrónomos ha descubierto la galaxia más brillante encontrada hasta ahora en el universo temprano, hallando además evidencias de que, acechando en su interior, hay ejemplares de la primera generación de estrellas. Estos objetos masivos, brillantes y puramente teóricos hasta ahora, fueron los creadores de los primeros elementos pesados de la historia, los elementos necesarios para forjar las estrellas que nos rodean hoy en día, de los planetas que las orbitan y de la vida tal y como la conocemos. La galaxia recién descubierta, apodada CR7, es tres veces más brillante que la galaxia distante más brillante conocida hasta ahora. El apodo de CR7 es la abreviatura de COSMOS Redshift 7, una medida de su ubicación en términos de tiempo cósmico. Fue inspirado por el gran futbolista portugués, Cristiano Ronaldo, conocido como CR7.

Los astrónomos han teorizado durante mucho tiempo sobre la existencia de una primera generación de estrellas — conocida por los astrónomos como estrellas de población III — que nacieron del material primordial del Big Bang. Todos los elementos químicos más pesados (como oxígeno, nitrógeno, carbono y hierro, que son esenciales para la vida) se forjaron en el interior de las estrellas. Esto significa que las primeras estrellas debieron haberse formado a partir de los únicos elementos que existían antes de las estrellas: hidrógeno, helio y trazas de litio.

Estas estrellas de población III habrían sido enormes (varios cientos o incluso mil veces más masivas que el Sol ­— ardientes y efímeras —) y habrían acabado explotando como supernovas después de tan solo unos dos millones años. Pero hasta ahora la búsqueda de la prueba física de su existencia no había encontrado ninguna evidencia clara.

Impresión artística de CR7: la galaxia más brillante del universo temprano. Image Credit: ESO

Un equipo dirigido por David Sobral, del Instituto de Astrofísica y Ciencias del Espacio, la Universidad de Lisboa (Portugal) y el Observatorio de Leiden (Países Bajos), ha utilizado el Very Large Telescope (VLT de ESO) para mirar hacia el universo antiguo, hacia un periodo conocido como reionización que tuvo lugar aproximadamente 800 millones de años después del Big Bang. En lugar de llevar a cabo un estudio profundo y limitado de un área pequeña del cielo, ampliaron su alcance para producir el sondeo más amplio de galaxias muy lejanas jamás elaborado.

VTL de ESO                                                                                   Observatorio W.M. Keck

Telescopio Saburu                                                              Hubble de la NASA

Este amplio estudio se hizo utilizando el VLT con ayuda del Observatorio W. M. Keck y del telescopio Subaru, así como del Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA. El equipo descubrió — y confirmó — una serie de galaxias muy jóvenes asombrosamente brillantes. Una de ellas, bautizada como CR7, era un objeto excepcionalmente raro, sin duda la galaxia más brillante nunca observada en esa etapa en el universo. Con el descubrimiento de CR7 y de otras galaxias brillantes, el estudio ya suponía un éxito, pero una nueva revisión proporcionó más noticias emocionantes.

El VLT se encuentra en el Observatorio OParanal sobre el centro Paranal en la ciudad de Taltal, una montaña de 2.635 metros localizada en el desierto de Atacama, al norte de Chile.

Los instrumentos X-shooter y SINFONI, instalados en el VLT, descubrieron en CR7 una potente emisión de helio ionizado pero — crucial y sorprendentemente — ninguna señal de elementos más pesados en una brillante zona de la galaxia. Esto significó que el equipo había descubierto la primera evidencia válida de la existencia de cúmulos de estrellas de población III que habían ionizado el gas dentro de una galaxia en el universo temprano.

“El descubrimiento desafiaba nuestras expectativas desde el principio”, afirma David Sobral, “ya que no esperábamos encontrar una galaxia tan brillante. Entonces, al descubrir la naturaleza de CR7 paso a paso, comprendimos que no sólo habíamos descubierto la galaxia lejana más luminosa, sino que también nos dimos cuenta de que cumplía todas y cada una de las características esperadas de estrellas de población III. Esas estrellas fueron las que formaron los primeros átomos pesados que, en última instancia, nos ha permitido estar aquí. Realmente no hay nada más emocionante que esto”.

Dentro de CR7 se encontraron cúmulos de estrellas más azules y un poco más rojas, indicando que la formación de estrellas de población III había tenido lugar por oleadas, tal y como se había predicho. Lo que el equipo observó de forma directa fue la última oleada de estrellas de población III, sugiriendo que tales estrellas deben ser más fáciles de encontrar de lo que se pensaba previamente: residen entre estrellas normales, en las galaxias más brillantes, no sólo en las galaxias más tempranas, más pequeñas y más tenues, que son tan débiles que son extremadamente difíciles de estudiar.

Jorryt Matthee, segundo autor del artículo, concluyó: “siempre me he preguntado de dónde venimos. Incluso siendo niño quería saber de dónde provienen los elementos: el calcio de mis huesos, el carbono de mis músculos, el hierro de mi sangre. Descubrí que estos se formaron primero en los inicios del universo, por la primera generación de estrellas. Con este notable descubrimiento estamos empezando a ver estos objetos por primera vez”.

Está previsto llevar a cabo observaciones con el VLT, ALMA y el Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA para confirmar, más allá de toda duda, que lo que se ha observado son estrellas de población III y buscar e identificar otros ejemplos.

Bueno, Cristiano me cae bien, es un luchador y, lo que tiene, nadie se lo regaló. Sin embargo, de ahí a tener el honor de que una galaxia lleve su nombre… ¡No hizo mérito para ello! Claro que, la galaxia no se llama así por él.

Esto último es mi opinión personal que queda fuera del reportaje.

emilio silvera

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CIENCIA-ABC

Plano de la Vía Láctea visto desde la Tierra – Bruno Gilli/ESO

Científicos logran, por primera vez, pesar la Vía Láctea con precisión. Los datos del Telescopia Espacial Hubble y del Observatorio Gaia, de la Agencia Europea (ESA), han permitido estimar que toda la Galaxia pesa 1,5 billones de soles. El 90 por ciento está formado de materia oscura.

A pesar de décadas de enormes esfuerzo, hasta ahora los astrónomos no habían sido capaces de estimar una de las cosas más básicas sobre el lugar donde vivimos: la Vía Láctea. ¿Cuánto pesa este gigantesco disco, compuesto por cien mil millones de estrellas, un número comparable de mundos y una extensión de 130.000 años luz?

Una investigación que se acaba de publicar en arXiv y que ha sido elaborada gracias a las medidas hechas con el telescopio espacial Hubble y el observatorio espacial Gaia, de la Agencia Espacial Europea (ESA), ha permitido a los científicos hacer una estimación precisa de la masa de toda la galaxia: 1,5 billones de masas solares (el Sol pesa 1,99 × 10^30 kilogramos, mientras que la Tierra solo llega a las 5,97 × 10^24 kilogramos).

Lo cierto es que hasta ahora se estimaba que la masa de la Vía Láctea estaba situada entre los 500.000 millones y los tres billones de masas solares. El origen de esta discrepancia se debe a lo difícil que es medir la distribución de la materia oscura, un tipo de materia invisible que mantiene cohesionada la galaxia y cuya masa constituye el 90 por ciento de toda la masa de la Vía Láctea.

«Sencillamente, no podemos detectar la materia oscura directamente», ha explicado en un comunicado Laura Watkins, directora del estudio e investigadora en el Observatorio Europeo Austral (ESO). «Esto lleva a la presente incertidumbre con la masa de la Vía Láctea. ¡No puedes medir con precisión lo que no puedes ver!».

¿Cómo saber cuánto pesa lo invisible?

Por ello, los investigadores recurrieron a una triquiñuela: medir la velocidad de los cúmulos globulares, densas acumulaciones de estrellas que orbitan la espiral de la galaxia. ¿Por qué? Porque cuanto más masiva es una galaxia, más rápido se mueven estos cúmulos por efecto de su gravedad. En concreto, el estudio ha sido posible gracias a que Gaia ha medido las velocidades de 34 cúmulos globulares y que el Hubble ha seguido a otros 12.

Además, en esta ocasión hubo una diferencia fundamental, tal como ha explicado N. Wyn Evans, coautor del estudio e investigador en la Universidad de Cambridge. Mientras que en las mediciones hechas hasta ahora se había medido la velocidad de los cúmulos alejándose o acercándose a la Tierra, en este caso pudieron medir la velocidad lateral de estos objetos. Por eso, pudieron calcular su velocidad total y, en consecuencia, hallar la masa de la galaxia.

La alianza entre Gaia y el Hubble

Además, ahora los científicos han tenido a su alcance las medidas de Gaia de cúmulos globulares situados a distancias de hasta 65.000 años luz. Conviene recordar que este instrumento está diseñado para crear un mapa tridimensional de los objetos astronómicos de toda la Vía Láctea y poder seguir su movimiento.

Al mismo tiempo, el Hubble permitió incorporar al estudio los cúmulos que se encuentran en un rango de 130.000 años luz. Dado que el Hubble ha estado observando algunos de estos objetos durante una década, ha podido encontrar las diferencias de posición y, por tanto, las velocidades de estos cúmulos.

«Hemos tenido la suerte de poder hacer esta gran combinación de datos», ha explicado P. van de Marel, coautor del estudio y científico en el Space Telescope Science Institute. «Al combinar las medidas de Gaia con las del Hubble, pudimos precisar la masa de la Vía Láctea de una forma que habría sido imposible sin estos dos telescopios espaciales».

Lograrlo es fundamental. No saberlo es un problema a la hora de estudiar el contenido y distribución de la materia oscura, puesto que esta es fundamental para comprender la evolución del Universo y el nacimiento de las galaxias. Además, es clave para comprender el contexto cosmológico en el que se sitúa toda la galaxia.

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Cúmulo del Trapecio en el rango óptico (izquierda) y en el de infrarrojos (derecha). Los astrónomos han hecho dos simulaciones de este cúmulo para hacer las estimaciones de los mundos errantes – Dominio público

Miles de millones de planetas viajan sin control por nuestra Galaxia

Astrónomos han estimado que existen 16.500 millones de planetas errantes en la Vía Láctea. Estos exoplanetas no están unidos a la gravedad de ni8nguna estrella

Astrónomos de la Universidad de Leiden (Países Bajos) acaban de compartir un artículo en la plataforma arXiv, para su publicación en Astronomy & Astrophysics, en el que han llegado a una sorprendente conclusión: la Vía Láctea está recorrida por 16.500 millones de planetas errantes, objetos que vagan más allá del control gravitacional de ninguna estrella y que están sumidos en la oscuridad y el frío.

Los investigación, dirigida por A. van Elteren, revela que estos planetas errantes son mucho más abundantes de lo que se pensaba. Sus resultados indican que, de los 100.000 millones de exoplanetas que se estima que existen en la Vía Láctea, el 16,5 por ciento es un mundo errante. Por tanto, estos mundos vagabundos son abundantes en números de miles de millones.

Estas conclusiones están basadas en dos sofisticadas simulaciones de ordenador. Los astrónomos han introducido las estadísticas definidas por nuestro conocimiento de los exoplanetas y las han aplicado a lo observado en el Cúmulo del Trapecio, un grupo de estrellas jóvenes situado en el corazón de la Nebulosa de Orión. Por tanto, estas conclusiones no son definitivas, aunque sí sugieren la gran abundancia de estos peculiares objetos.

Lo cierto es que, hasta el momento, solo se han identificado 20 de estos mundos errantes, mientras que se han descubierto 3.917 candidatos a exoplanetas, mundos «convencionales» anclados a la gravedad de sus estrellas.

Un punto negro en la oscuridad

La excepcionalidad de los planetas vagabundos no debería de resultar sorprendente, puesto que esos mundos son muy difíciles de ver: están lejos de la Tierra, son mucho más pequeños que las estrellas, no emiten luz propia y tampoco la reflejan. Apenas son un punto oscuro y pequeño en medio de la inmensa negrura del espacio.

A pesar de todo, pueden ser detectados por medio de dos técnicas. Una se basa en la detección de la curvatura del espacio-tiempo que genera su gravedad, y que desvía ligeramente los rayos de luz a causa de su efecto de lente gravitacional (la posición de las estrellas del fondo se modifica cuando un objeto muy masivo se interpone entre el observador y ellas). Otro método de detección se basa en la toma de imágenes infrarrojas.

En esta ocasión, los astrónomos de la universidad de Leiden recurrieron a una triquiñuela: los censos estelares. Teniendo en cuenta la pequeña porción de exoplanetas y estrellas que han sido cartografiados, los científicos extrapolaron las poblaciones y abundancias de cada tipo de objeto y lo aplicaron al Cúmulo del Trapecio.

Los 300 mundos expulsados

Partiendo de las cerca de 500 estrellas parecidas al Sol que existen allí, aplicaron la estadística para estimar la cantidad de sistemas solares de cuatro, cinco o seis planetas existentes. Al final, obtuvieron la estimación de que en dichas estrellas existen un total de 2.522 exoplanetas, que van de los mundos tres veces mayores que la Tierra hasta los 130 veces mayores que Júpiter.

Recreación artística del planeta errante PSO J318.5-22 – MPIA/V. Ch. Quetz

Según los resultados de este modelo y de las estadísticas hechas con lo que sabemos hoy por hoy, entre todos estos 2.522 mundos hay 357 que fueron expulsados de sus sistemas solares en un rango de tiempo de solo 11 millones de años. Unos pocos quedaron atrapados en el cúmulo, cinco fueron capturados por otros sistemas solares y, la gran mayoría, 282 de ellos, abandonaron dicho cúmulo. Además, los astrónomos consideran que, probablemente, los mundos errantes tienen el mismo rango de tamaños que los que orbitan estrellas.

En principio no habría que temer por el destino de estos exoplanetas errantes y disparados, porque el Universo es inmenso. Sin embargo, el modelo elaborado por estos astrónomos reveló que lo infrecuente ocurre muchas veces: 75 de estos 2.522 exoplanetas colisionaron con su estrella hospedadora y 34 chocaron entre sí.

Quizás estos fenómenos no son tan ajenos. Algunos científicos han propuesto varias hipótesis relacionadas con la existencia de planetas vagabundos: se sugiere que nuestro propio Sistema Solar tuvo un planeta más en el pasado y que luego fue expulsado, que Urano chocó con un planeta errante y por eso obtuvo la extraña inclinación de su eje, y que el hipotético Planeta X pudo ser un vagabundo capturado por la gravedad del Sol.

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