En la tumba de David Hilbert (1862-1943), en el cementerio de Gotinga (Alemania), dice:

“Debemos saber. Sabremos”.

Estoy totalmente de acuerdo con ello. El ser humano está dotado de un resorte interior, algo en su mente que llamamos curiosidad y que nos empuja (sin que en muchas ocasiones pensemos en el enorme esfuerzo y en el alto precio que pagamos) a buscar respuestas, a querer saber el por qué de las cosas, a saber por qué la naturaleza se comporta de una u otra manera y, sobre todo, siempre nos llamó la atención aquellos problemas que nos llevan a buscar nuestro origen en el origen mismo del universo y, como nuestra ambición de saber no tiene límites, antes de saber de dónde venimos, ya nos estamos preguntando hacia dónde vamos. Nuestra osadía no tiene barreras y, desde luego, nuestro pensamiento tampoco las tiene, gracias a lo cual, estamos en un estadio de conocimiento que a principios del siglo XXI, se podría calificar de bastante aceptable para dar el salto hacia objetivos más valiosos.

Es mucho lo que hemos avanzado en los últimos ciento cincuenta años.  El adelanto en todos los campos del saber es enorme. Las matemáticas, la física, la astronomía, la química, la biología genética, y otras muchas disciplinas científicas que, en el último siglo, han dado un cambio radical a nuestras vidas.

El crecimiento es exponencial; cuanto más sabemos más rápidamente avanzamos. Compramos ordenadores, teléfonos móviles, telescopios y microscopios electrónicos y cualesquiera otros ingenios e instrumentos que, a los pocos meses, se han quedado anticuados, otros nuevos ingenios mucho más avanzados y más pequeños y con muchas más prestaciones vienen a destituirlos.

¿Hasta dónde podremos llegar?

Con el tiempo suficiente por delante… no tenemos límite. Todo lo que la mente humana pueda idear… podrá hacerlo realidad. A excepción, claro está, de las imposibilidades físicas que, en este momento, no tenemos la capacidad intelectual para enumerar. La verdad es que nuestra especie es inmortal. Sí, lo sé, a nivel individual morimos pero…, debemos tener un horizonte más amplio y evaluar una realidad más global y, sobre todo, a más largo plazo. Todos dejamos aquí nuestro granito de arena, lo que conseguimos no se pierde y nuestras antorchas son tomadas por aquellos que nos siguen para continuar el trabajo emprendido, ampliar los conocimientos, perfeccionar nuestros logros y pasar a la fase siguiente.

Este es un punto de vista que nos hace inmortales e invencibles, nada podrá parar el avance de nuestra especie, a excepción de nuestra especie misma.

Ninguna duda podemos albergar sobre el hecho irrefutable de que venimos de las estrellas* y de que nuestro destino, también está en las estrellas.

La humanidad necesita más energía para continuar avanzando. Los recursos naturales fósiles, como el petróleo, el gas o el carbón, son cada vez más escasos y difíciles de conseguir. Se ha llegado a un punto en el que se deben conseguir otras energías.

Dentro de unos treinta años estaremos en el camino correcto. La energía de fusión sería una realidad que estará en plena expansión de un comenzar floreciente. Sin residuos nocivos peligrosos como las radiaciones de la fisión nuclear, la fusión nos dará energía limpia y barata en base a una materia prima muy abundante en el planeta Tierra.

Nuestro Sol fusiona hidrogeno en helio a razón de 4.654.000 toneladas por segundo. De esta enorme cantidad de hidrógeno, 4.650.000 toneladas se convierten en helio. Las 4.000 toneladas restantes son lanzadas al espacio en forma de luz y calor, energía termonuclear de la que, una parte, llega al planeta Tierra y hace posible la vida.

Resulta pues que el combustible nuclear de las estrellas es el hidrógeno que mediante su fusión hace posible que genere tal enormidad de energía.  Así lleva el Sol unos 4.500 millones de años y se espera que al menos durante un período similar nos esté regalando su luz y su calor.

Pero ¿tenemos hidrógeno en el planeta Tierra para tal empresa de fusión nuclear?

La verdad es que sí. La fuente de suministro de hidrógeno con la que podemos contar es prácticamente inagotable…

¡El agua de los mares y de los océanos!

Todos sabemos que el hidrógeno es el elemento más ligero y abundante del universo. Está presente en el agua y en todos los compuestos orgánicos.  Químicamente, el hidrógeno reacciona con la mayoría de los elementos.  Fue descubierto por Henry Cavendisch en 1.776. El hidrógeno se utiliza en muchos procesos industriales, como la reducción de óxidos minerales, el refinado del petróleo, la producción de hidrocarburos a partir de carbón y la hidrogenación de los aceites vegetales y, actualmente, es un candidato muy firme para su uso potencial en la economía de los combustibles de hidrógeno en la que se usan fuentes primarias distintas a las energías derivadas de combustibles fósiles (por ejemplo, energía nuclear, solar o geotérmica) para producir electricidad, que se emplea en la electrólisis del agua. El hidrógeno formado se almacena como hidrógeno líquido o como hidruros de metal.

Bueno, tantas explicaciones sólo tienen como objeto hacer notar la enorme importancia del hidrógeno. Es la materia prima del universo, sin él no habría estrellas, no existiría el agua y, lógicamente, tampoco nosotros podríamos estar aquí sin ese preciado elemento.

Cuando dos moléculas de hidrógeno se junta con una de oxígeno (H₂O), tenemos el preciado líquido que llamamos agua y sin el cual la vida no sería posible.

Así las cosas, parece lógico pensar que conforme a todo lo antes dicho, los seres humanos deberán fijarse en los procesos naturales (en este caso el Sol y su producción de energía) y, teniendo como tiene a su disposición la materia prima (el hidrógeno de los océanos), procurar investigar y construir las máquinas que sean necesarias para conseguir la fusión, la energía del Sol.

Esa empresa está ya en marcha y, como he dicho al principio de este comentario, posiblemente en unos treinta años sería una realidad que nos dará nuevas perspectivas para continuar el imparable avance en el que estamos inmersos.

Pero no me gustaría cerrar este comentario sobre la fusión sin contestar a una importante pregunta…

¿Y por qué la fusión?

Porque tiene una serie de ventajas muy significativas en seguridad, funcionamiento, medio ambiente, facilidad en conseguir su materia prima, ausencia de residuos peligrosos, posibilidad de reciclar los escasos residuos que genere, etc.

Esquema de un reactor nuclear de fusión tipo tokamak, como ITER

• Los recursos combustibles básicos (deuterio y litio) para la fusión son abundantes y fáciles de obtener.
• Los residuos son de helio, no radiactivos.
• El combustible intermedio, tritio, se produce del litio.
• Las centrales eléctricas de fusión no estarán expuestas a peligrosos accidentes como las centrales nucleares de fisión.
• Con una elección adecuada de los materiales para el propio dispositivo de fusión, sus residuos no serán ninguna carga para las generaciones futuras.
• La fuente de energía de fusión es sostenible, inagotable e independiente de las condiciones climáticas.

Para producir la energía de fusión sólo tenemos que copiar lo que hace el Sol. Tenemos que hacer chocar átomos ligeros de hidrógeno para que se fusionen entre sí a una temperatura de 15 millones de grados Celsius, lo que, en condiciones de altas presiones (como ocurre en el núcleo del Sol) produce enormes energías según la formula E = mc² que nos legó Einstein demostrando la igualdad de la masa y la energía.

Ese estado de la materia que se consigue a tan altas temperaturas, es el plasma, y sólo en ese estado se puede conseguir la fusión.

Aunque en Europa la aventura ya ha comenzado, y para ello se han unido los esfuerzos económicos de varias naciones, la empresa de dominar la fusión no es nada fácil, pero…, démosle…

Siempre será la Naturaleza la que nos indique el camino a seguir. En las estrellas se “fabrican” los elementos mediante la fusión nuclear, los elementos sencillos se han cada vez más complejos a medida que avanza el proceso y, finalmente, son las explosiones supernovas las que nos traen los elementos más complejos como el Uranio, el nº 92 de la Tabla Periódica.

¡TIEMPO!

Sí, es el tiempo el factor que juega a nuestro favor para conseguir nuestros logros más difíciles, para poder responder preguntas de las que hoy no tenemos respuesta, y es precisamente la sabiduría que adquirimos con el paso del tiempo la que nos posibilita para hacer nuevas preguntas, más profundas que las anteriores y que antes, por ignorancia, no podíamos plantear.  Cada nuevo conocimiento nos abre una puerta que nos invita a entrar en una nueva región donde encontramos otras puertas cerradas que tendremos que abrir para continuar nuestro camino. Sin embargo, hasta ahora, con el “tiempo” suficiente para ello, hemos podido franquearlas hasta llegar al momento presente en el que estamos ante puertas cerradas con letreros en los que se puede leer: fusión, teoría M, viajes espaciales tripulados, nuevas formas de materia, el gravitón, la “materia oscura”, las ondas de energía de los agujeros negros (ya encontradas), hiperespacio, otros universos, ¿otras dimensiones?

       Siempre estaremos delante de puertas cerradas

Todas esas puertas y muchas más nos quedan por abrir. Además, tenemos ante nuestras narices puertas cerradas que llevan puesto el nombre de: genética, nanotecnología, nuevos fármacos, alargamiento de la vida media, y  muchas más en otras ramas de la ciencia y del saber humano.

Aunque es mucho lo que se ha especulado sobre el tema, en realidad, el tiempo sólo transcurre (que sepamos) en una dirección, hacia delante. Nunca ha ocurrido que unos hechos, que unos sucesos, se pudieran borrar, ya que para ello habría que volver en el tiempo anterior al suceso para evitar que sucedieran. Está claro que en nuestro universo, el tiempo sólo transcurre hacia lo que llamamos futuro.

Siempre encontramos las huellas del paso del tiempo, aparecen sutiles efectos que delata el sentido del paso del tiempo, aunque es algo que no se puede ver ni tocar, su paso se deja sentir, lo nuevo lo va convirtiendo en viejo, con su transcurrir, las cosas cambian. La misma Tierra, debido a las fuerzas de marea, con el paso del tiempo va disminuyendo muy lentamente su rotación alrededor de su eje (el día se alarga) y la distancia media entre la Tierra y la Luna crece. El movimiento de un péndulo, con el tiempo disminuye lentamente en su amplitud por las fuerzas de rozamiento. Siempre está presente ese fino efecto delator del sentido del paso del tiempo que va creando entropía destructora de los sistemas que ven desaparecer su energía y cómo el caos lo invade todo.

Nos podríamos hacer tantas preguntas sobre las múltiples vertientes en que se ramifica el tiempo que, seguramente, este libro sería insuficiente para poder contestarlas todas (de muchas no sabríamos la respuesta).

                                        El Tiempo pasa, o, ¿En realidad pasamos nosotros?

• ¿Por qué consideramos que el tiempo rige nuestras vidas?
• ¿Cómo explicarías “qué es el tiempo”?
• ¿Por qué unas veces te parece que el tiempo “pasa rápido” y otras veces “muy lento”?
• ¿Crees que el tiempo estaba antes del Big Bang? ¿Por qué?
• ¿En algún momento se acabará el tiempo?
• ¿Cómo el ser humano “fue consciente” de la existencia del tiempo?
• ¿Qué cosa es el tiempo?
• ¿Por qué no lo vemos ni tocamos pero notamos sus efectos?
• ¿Por qué la velocidad relativista puede ralentizar el transcurrir del tiempo?

En realidad, si nos detenemos a pensar detenidamente y en profundidad en el entorno en que nos encontramos, una colonia de seres insignificantes, pobladores de un insignificante planeta, de un sistema solar dependiente de una estrella mediana, amarilla, del tipo G-2 V, nada especial y situada en un extremo de un brazo espiral de la Galaxia, en la periferia galáctica. es decir, de una de entre miles de millones de galaxias… si pensamos en esa inmensidad, entonces caeremos en la cuenta de que no somos tan importantes, y el tiempo que se nos permite estar aquí es un auténtico regalo. Ese tiempo, corto en relación al tiempo que fue y que será, es por cierto un espacio suficiente para nacer, crecer, aprender, dejar huella de nuestro paso por este mundo a través de nuestros hijos y a veces (si somos elegidos) por nuestro trabajo, nuestras ideas, nuestra obra en fin, tendremos la oportunidad (casi siempre breve) de ser felices y muchas oportunidades para el sacrificio y el sufrimiento, y así irán pasando nuestras vidas para dejar paso a otras que, al igual que nosotros, continuaran el camino iniciado en aquellas cuevas remotas del pasado, cuando huyendo del frío y de los animales salvajes, nos refugiábamos en las montañas buscando cobijo y calor.

            El 97% del material del que estamos constituidos se fraguó en las estrellas

* El material de que estamos hechos se formó hace miles de millones de años en estrellas lejanas que explotaron en supernovas y dejaron el espacio regado de la materia que ahora nos constituye.

** El final del Sol, dentro de 4.000 millones de años, nos obligará a que antes tengamos que emigrar a otros mundos lejanos.

emilio silvera

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El complejo binario Wolf-Rayet BATT99-49, nos muestra como sus energías producen coloridos tonos en la espesas nubes de gas hidrógeno que ocultan las estrellas nuevas de potente radiación que ionizan el lugar. Aquí podemos contemplar la bonita imagen conseguida por la unidad Melipal del telescopio VLT, del Observatorio Europeo del Sur , resuelve con espléndido detalle el complejo BAT99-49 de esta nebulosa. La luz emitida por los átomos de helio se registra en azules, la del oxígeno en verdes y la del hidrógeno en rojos. Una de las estrellas de esta dupla es del tipo enigmático Wolf-Rayet , mientras que la otra es una estrella O masiva. Esta pareja estelar y su nebulosa se encuentran en la Gran Nube de Magallanes , la más grande de las galaxias-satélite de nuestra Vía Láctea . Las estrellas Wolf-Rayet constituyen uno de los objetos más calientes del universo, mientras que las O son las más energéticas y masivas de la secuencia principal de evolución estelar.

          Vientos solares que crean burbujas en la Nebulosa

Las estrellas de Wolf-Rayet o estrellas Wolf-Rayet (abreviadas frecuentemente como WR) son estrellas masivas (con más de 20-30 masas solares), calientes y evolucionadas que sufren grandes pérdidas de masa debido a intensos vientos solares.

Este tipo de estrellas tiene temperaturas superficiales de entre de 25.000 – 50.000 K (en algunos casos incluso más), elevadas luminosidades, y son muy azules, con su pico de emisión situado en el ultravioleta. Sus espectros muestran bandas de emisión brillantes correspondientes a hidrógeno o helio ionizado -los cuales son relativamente escasos-. La superficie estelar también presenta líneas de emisión anchas de carbono, nitrógeno y oxígeno.  Constituyen el tipo espectral W, el cual se divide a su vez en tres tipos: WN (si abunda el nitrógeno, que se explica por la presencia en la superficie estelar de elementos que han intervenido en el ciclo CNO),  y WC y WO (si abunda el carbono y si abunda el oxígeno respectivamente; el segundo es mucho más raro y en ambos casos, la presencia de dichos elementos se interpreta como la presencia en la fotosfera de productos del proceso triple alfa). Las estrellas Wolf-Rayet más brillantes son del primer tipo.

  Mediante el proceso Triple Alfa, las estrellas crean Carbono

A menudo suelen formar parte de sistemas binarios en los cuales la otra estrella suele ser también una estrella masiva de tipo espectral O y B, o bien, en unos pocos casos, un objeto colapsado como una estrella de neutrones o un agujero negro.

Estas estrellas masivas tienen una vida más corta que las estrellas como nuestro Sol o las enanas rojas que, llegan a alcanzar edades más largas que la que tiene actualmente nuestro Universo. Lo normal es que una estrella muy masiva, que consume gas hidrógeno en cantidades asombrosas, es decir, que fusiona los materiales más sencillos en otros más complejos, viven unos pocos millones de años hasta que, no puede seguir fusionando material y queda a merced de la Gravedad que la comprime más y más, explota como Supernova para convertirse en un aestrella de neutrones o agujero negro y, las capas exteriores, son eyectadas al espacio interestelar para formar una Nebulosa.

Los agujeros negros, aunque nadie ha podido visitar ninguno hasta el momento, se cree son los objetos más densos del universo y, hasta tal punto es así que el material que los conforma se contrae tanto que, llega a desaparecer de nuestra vista y, estrellas de más de 80 0 100 masas solares, quedan así, convertidas en puntos, o, singularidades de inmensa densidad y energía. Hasta tal punto es así que la gravedad que genera no deja escapar ni a la luz que, como sabéis, camina a 300.000 Km/s.

El Universo amigos míos, como siempre digo: ¡Es asombroso!

emilio silvera

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Si preguntamos por el significado del Big Bang, la expansión del universo, cómo nacen y mueren las estrellas, qué es una singularidad, a qué se refiere la libertad asintótica de los quarks, qué son los nucleones, qué significan las constantes universales, qué es la mecánica quántica, el modelo estándar, la relatividad general, el significado de E = mc², el principio de incertidumbre, la función de onda de Schrödinger, el Principio de exclusión de Pauli, el cuanto de acción, h, o el límite, la energía o tiempo de Planck…, cualquiera de estas cuestiones, todas tan importantes, serán desconocidas para el 99’99% de los encuestados. ¡Una auténtica calamidad!

En todas las escuelas del Mundo se debería exigir que al finalizar los estudios, todos los que pasaron por ellas pudieran tener una noción básica de lo que es el “mundo” en el que viven, el Universo que nos acoge. Saber lo que es un átomo, una galaxia, una estrella… ¡cómo funciona nuestro mundo! Qué son los exóticos objetos que pueblan el universo y cómo se forman…

Esa es la penosa realidad en la que estamos inmersos. Esas personas desconocedoras de las preguntas que antes enumeramos, sí podrían contestar, en cambio, sobre cualquier tema que se les plantee sobre cuestiones mundanas e intrascendentes, de los “famosos” que siempre andan en la TV y las revistas de chismes (una autñéntica lástima que deja al descubierto la ignorancia de esas mayorías). Ninguna pregunta contestarán sobre, por ejemplo, una estrella supermasiva.

“Las estrellas súper-masivas, de muchas veces la masa del Sol (pueden sobrepasar las 150 masas), -si son muy masivas su propia radiación las destruye-, acaban su vida bien mediante una explosión como supernova o directamente mediante un colapso gravitatorio. Ambos procesos conducen teóricamente a la formación de agujeros negros, pero hasta hace relativamente bien poco tiempo no se tenían pruebas de ninguno de ellos. En el artículo que se publicó en Nature (“Evidence of a Supernova Origin for the Black Hole in GRO J1655-40”), astrónomos del IAC y de la Universidad de California, en Berkeley, presentaron los resultados de un estudio sobre la composición química de la estrella que orbita en torno al agujero negro del sistema GRO J1655-44 (Nova Scorpii 1994). Esta estrella muestra un alto contenido atmosférico de oxígeno, magnesio, silicio y azufre, diez veces superior al del Sol. Estos elementos químicos se originan en reacciones nucleares que tienen lugar en el interior de estrellas muy masivas al alcanzar temperaturas de miles de millones de grados y se expulsan al medio circundante si la estrella termina su vida explotando como supernova. En este proceso, además de enriquecer el entorno con nuevos productos químicos, se espera que tenga lugar la formación de una estrella de neutrones o de un agujero negro.”

 

 

 

  Eta Carinae, escondida en el material que suelta para no morir

Ahí podemos observar a una estrella muy joven, de dos o tres millones de años que, en un futuro lejano será una gran Supernova. Los procesos que podríamos observar al final de la vida de una estrella gigante… ¡Son fascinantes!

En esta imagen del telescopio espacial Hubble se pueden apreciar a la estrella Eta Carinæ y los restos de erupciones antiguas que forman la nebulosa del Homúnculo alrededor de la estrella. La nebulosa fue creada por una erupción de η Car cuya luz alcanzó la Tierra en 1843. Eta Carinae aparece como un parche blanco en el centro de la imagen, donde los dos lóbulos de la nebulosa Homúnculo convergen.

Eta Carinae (abreviado: η Carinae o η Car) es una estrella del tipo variable luminosa azul hipermasiva, situada en la constelación de la Quilla. Su masa oscila entre 100 y 150 veces la masa del Sol, lo que la convierte en una de las estrellas más masivas conocidas en nuestra Galaxia y sólo tiene una edad de unos tres millones de años.  Asimismo, posee una altísima luminosidad, de alrededor de cuatro millones de veces la del Sol; debido a la gran cantidad de polvo existente a su alrededor, Eta Carinae irradia el 99 % de su luminosidad en la parte infrarroja del espectro, lo que la convierte en el objeto más brillante del cielo en el intervalo de longitudes de onda entre 10 y 20 μm.

    Cuando agotan su combustible nuclear de fusión implosionan

Lo cierto es que para las estrellas supermasivas, cuando llegan al final de su ciclo y dejan de brillar por agotamiento de su combustible nuclear de fusión, en ese preciso instante, el tiempo se agota para ella. Cuando una estrella pierde el equilibrio existente entre la energía termonuclear (que tiende a expandir la estrella) y la fuerza de gravedad (que tiende a comprimirla), al quedar sin oposición esta última, la estrella supermasiva se contrae aplastada bajo el peso de su propia masa. Queda comprimida hasta tal nivel que llega un momento que desaparece, para convertirse en un agujero negro, una singularidad, donde dejan de existir el “tiempo” y el espacio. A su alrededor nace un horizonte de sucesos, que si se traspasa se es engullido por la enorme gravedad del agujero negro.

En la escena que antes explicabamos, por mucho tiempo que nos quedemos esperando y comtemplando el suceso, si uno está en reposo fuera de la estrella (es decir, en reposo en el sistema de referencia externo estático), uno nunca podrá ver que la estrella implosiona a través de la circunferencia crítica. Ese fue el mensaje inequívoco que Oppenheimer y Snyder nos enviaron. Para poder ver eso, habría que estar dentro de la estrella, instalado en la materia que está sufriendo la contracción y, no sabemos porque eso es así.

El tiempo, de esta manera, deja de existir en estas regiones del universo que conocemos como singularidad. El mismo Big Bang surgió (dicen) de una singularidad de energía y densidad infinitas que, al explotar, se expandió y creó el tiempo, el espacio y la materia.

                                      Estructura a gran escala de la distribución de luz en el universo.

El universo es inimaginablemente inmenso. Y buena parte de él es vacío, o vacíos, para ser más precisos. Efectivamente, cuando se considera el universo a gran escala, en la que unas decenas de millones de años luz no son nada, se observa que las galaxias se agrupan formando murallas, como la Gran Muralla de Hércules-Corona Boreal (la estructura más grande del universo que sepamos), filamentos y supercúmulos separados entre sí por vastísimas regiones llenas de prácticamente nada, conocidas como vacíos cósmicos.

Vacíos cósmicos

Como contraposición a estas enormes densidades de las enanas blancas, estrellas de neutrones y agujeros negros, existen regiones del espacio que contienen menos galaxias que el promedio o incluso ninguna galaxia; a estas regiones las conocemos como vacío cósmico. Han sido detectados vacíos con menos de una décima de la densidad promedio del universo en escalas de hasta 200 millones de años luz en exploraciones a gran escala. Estas regiones son a menudo esféricas. 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 aproximadamente a 500 millones de años luz de la Vía Láctea. La existencia de grandes vacíos no es sorprendente, dada la existencia de cúmulos de galaxias y supercúmulos a escalas muy grandes.

El Gran Vacío, Vacío Boötes o Vacío del Boyero es una región enorme y casi esférica del espacio, que contiene muy pocas galaxias. Se encuentra ubicado en las inmediaciones de la Constelación del Boyero o Boötes. Tiene unos 250 millones de años luz de diámetro. El centro del Vacío Boötes esta a aproximadamente 700 millones de años luz de la Tierra.

El telescopio XMM-Newtton de la Agencia Espacial Europea (ESA) ha captado la imagen de dos estrellas de neutrones completamente diferentes, en etapas diferentes de sus vidas.

Mientras que en estas regiones (como el vacío de Boötes) la materia es muy escasa, en una sola estrella de neutrones, si pudiéramos retirar 1 cm³ de su masa, obtendríamos una cantidad de materia increíble. Su densidad es de 10¹⁷ Kg/m³; los electrones y los protones están tan juntos que se combinan y forman neutrones que se degeneran haciendo estable la estrella de ese nombre que, después del agujero negro, es el objeto estelar más denso del universo (si no existen estrellas de Quarks, en cuyo caso, serían las segundas más densas).

EL ESPACIO LIBRE DE RIEMANN Riemann se ocupó de los espacios curvos, cuyas características se muestran en la figura inferior.

UNA VIDA CORTA PERO PROVECHOSA

Bernhard Riemann, al igual que su maestro, llegó a ser director del Observatorio de Göttingen desde el año 1859 al 1866, fecha en que murió. Hizo importantes contribuciones en muchos campos, incluyendo la topología, la teoría de las funciones, y la física matemática

Es interesante ver cómo a través de las matemáticas y la geometría, han sabido los humanos encontrar la forma de medir el mundo y encontrar las formas del universo. Pasando por Arquímedes, Pitágoras, Tales de Mileto, Empédocles, Demócrito de Abdera, Anaximandro, Galileo, Newton, Gauss o Riemann (entre otros), siempre hemos tratado de buscar las respuestas de las cosas por medio de las matemáticas.

La respuesta tan esperada en astronomía es el que alguien responda a la pregunta siguiente: ¿Qué es y donde está la energía y la materia oscura?

Sí, sabemos que su presencia puede ser inferida por sus efectos sobre los movimientos de las estrellas y galaxias, aunque no puede ser observada directamente debido a que emite poca o ninguna radiación. Se piensa que algo más del 90% de la masa del universo se encuentra en alguna forma de materia oscura. Existen evidencias de materia oscura en las galaxias espirales en sus curvas de rotación. La existencia de materia oscura en los cúmulos ricos de galaxias puede ser deducida por el movimiento de las galaxias constituyentes.

Una parte de esta materia oscura puede encontrarse en forma de estrellas poco masivas u objetos con masa del orden de la de Júpiter; dicha materia normal se describe como bariónica (los bariones son los protones, neutrones y otras partículas formadoras de materia que podemos ver).  Por otra parte, también puede existir materia oscura en el espacio entre galaxias, ese espacio que llamamos vacío y que en realidad está abarrotado de partículas virtuales que aparecen sin saber de dónde y en manos de una millonésima de segundo desaparece sin que sepamos a dónde, y que podría hacer aumentar la densidad media del universo hasta la densidad crítica requerida para invertir la expansión actual.

Si la teoría del Big Bang es correcta, como parece que lo es, debe de existir una gran proporción de materia oscura en forma no bariónica (que no podemos ver), 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 13.500 millones de años que es la edad del universo.

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 nombre) 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 bien, si en el universo existen innumerables agujeros negros, ¿”por qué no creer que sean uno de los candidatos más firmes para que sea la buscada “materia oscura”?.

Para mí particularmente, sin descartar absolutamente nada de lo anterior (cualquier teoría podría ser la cierta), la denominada materia oscura podría estar situada en la quinta dimensión, y nos llegan sus efectos a través de fluctuaciones del “vacío”, 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 bariónica que nos rodea. Por otra parte, no hay que descartar como candidato a lo que tomamos como  “Materia oscura” , la fuerza gravitatoria que proviene de un universo vecino que está tirtando del nuestro.

                            No sabemos tanto como para descartar la existencia de universos vecinos

Claro que mi pensamiento es eso, una teoría más de las muchas que circulan. No se puede  dogmatizar hablando de estas cuestiones sobre las que no se tienen la menor certeza. La cuestión es que, si atendemos a la expansión de Hubble, tampoco podemos explicar las formación de las galaxias, ya que, dicha expansión lo habría impedido, a no ser que, allí, existiera una fuerza invisible que sujetó a la materia el tiempo necesario para que se formaran las estrellas y las galaxias: la materia oscura. Si fue así, quiere eso decir que, la materia oscura fue la primera que hizo acto de presencia en nuestro Universo.

De todas las maneras, incluso la denominación dada: “materia oscura”, delata nuestra ignorancia.

Mientras tanto, dejamos que el “tiempo” transcurra y como en todo lo demás, finalmente, alguien nos dará la respuesta.

                               ¡Poder aprovechar las inmensas energías de los agujeros negros!

Para que tengamos todas las respuestas que necesitamos para viajar a las estrellas, tener energía infinita obtenida de agujeros negros, lograr el traslado de materia viva a lugares distantes, dominar toda una galaxia, etc, tendrán que transcurrir algunos eones* de tiempo.

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.

¿Qué maravillas tendremos dentro de cincuenta años? ¿Qué adelantos científicos se habrán alcanzado?

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.

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.

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.

emilio silvera

* Eón: periodo de 10⁹ años, es decir, 1.000 millones de años.

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En la distancia “infinita” el Hubble sólo ha podido captar una imagen parcial de lo que allí está presente. Vemos un inmenso agujero negro que ocupa el centro galáctico y el inmenso espacio de 150.000 años-luz de diámetro cuajado de estrellas azuladas. La lejanía nos impide contemplar los detalles y no son visibles la infinidad de objetos que ahí se encuentran y pueblan las regiones inconmensurables de la Galaxia:  Nebulosas, quásares, radiogalaxias, miles de millones de planetas, estrellas de neutrones y enanas blancas en el centro de las nebulosas planetarias… ¡Un sin fin de maravillas!, que perdidas en la distancia se esconden a nuestros ojos que sólo están posibilitados para contemplar lo cercano.

Un viaje en tren en el ferrocarril transiberiano a Novosibirsk dio lugar a esta impresionante vista a lo largo del borde del Sol que se registró durante el eclipse total de sol de un mes de agosto. La imagen es una composición de dos imágenes tomadas en momentos especiales en la secuencia del eclipse, que corresponde al principio y el final de la fase total del mismo. Perlas brillantes alrededor de la silueta oscura de la Luna son los rayos de la luz del sol brillando a través de valles lunares en el borde del disco lunar. Pero la vista compuesta también captura las prominencias solares, la estructura del bucle de plasma caliente suspendidos en campos magnéticos, que se extiende más allá del borde del Sol. Algunos le llaman el collar de diamantes.

La inusual forma de la galaxia Rueda de Carro es probablemente debido a una colisión con una de las galaxias más pequeñas en la parte inferior izquierda de varios cientos de millones de años atrás con la que finalmente terminará fusionándose. Esta extraña galaxia con forma atípica, al ser descubierta por Fritz Zwicky en 1941, éste dijo que era una de las estructuras más complicadas que, al menos de momento, no tenían explicación. Desde entonces, han sido muchas las conjeturas que los astrónomos han formulado de la imagen pero… ¿Dónde estará la verdad? Nadie lo sabe.

Esta imagen de astronomía de la NASA de nuestra Galaxia la Vía Láctea fue tomada en Chile, es absolutamente impresionante. Hay lugares privilegiados de nuestro planeta desde los que se puede contemplar el Universo de otra manera más cercana, más hermosa y, Chile, es uno de ellos.

Los importantes descubrimientos de los últimas décadas han transformado la imagen que la Humanidad tenía del Universo. El Cosmos ha dejado de ser un lugar desconocido y tranquilo, atravesado por estrellas relucientes que junto a nebulosas y planetas se mueven en una procesión majestuosa. Hoy hemos llegado a saber de los cientos de miles de millones de galaxias que lo pueblan, de la existencia de objetos exóticos y lugares plagados de sorpresas. Extraños y fascinantes Quásares iluminan los rincones más lejanos del Universo.

¿Qué nos mostrará el Max Planck?

Concepción artística de cómo el nuevo quásar se vería de cerca. El cuásar muy caliente muy luminoso en el centro de la imagen es muy brillante en longitudes de onda ultravioleta y la luz del quásar está ionizando el gas circundante, produciendo el color rojo, que es el color característico del hidrógeno ionizado. En el fondo, se pueden ver tenues galaxias compactas que acaban de nacer, estas contienen las estrellas calientes que también están ionizando su entorno, pero mucho menos eficazmente ya que son mucho menos luminosas. Información sobre la imagen: Observatorio Gemini/AURA por Lynette Cook.  El descubrimiento salió a la luz a partir de datos de un estudio del cielo en curso que se está realizando en el Telescopio Infrarrojo del Reino Unido (UKIRT) y de observaciones de seguimiento de confirmación con el telescopio Gemini Norte, ambos en Mauna Kea, en Hawái.

Las galaxias másivas recorren los abismos siderales unidas por la fuerza de Gravedad y formando cúmulos enormes. Explosiones titánicas de inimaginables energías tienen lugar por todos los rincones del universo que se ven invadidos por la radiación gamma que ionizan los materiales de las nebulosas cercanas. Estas explosiones, en la mayoría de los casos tienen un origen desconocido y son captadas por nuestros ingenios espaciales para el estudio por los expertos que quieren saber de dónde parten y qué las producen. Púlsares que como faros cósmicos girán a velocidades increíbles.

                                               Imagen más aclaratoria del PSR 1913+16

El primer púlsar binario conocido, PSR 1913+16, fue descubierto en 1974. Consiste en un púlsar que tiene 17 pulsaciones por segundo, en una órbita altamente excéntrica con un período de 7,75 horas alrededor de una segunda estrella de neutrones en la que no se han observado pulsaciones. Cada estrella tiene unas 1,4 masas solares, próxima al límite de Chandrasekhar, y el período orbital se está acortando gradualmente debido a la pérdida de energía a través de radiación gravitacional. Cuando se fusionan dos púlsares se producen fenómenos energéticos de gran intensidad y, finalmente, lo que puede resultar es, un agujero negro. Objetos tan extraños que nunca podrían haber sido imaginados por las mentes científicas. De hecho, cuando Einstein publicó la segunda parte de su teoría de la relatividad, los expertos vieron que, de sus ecuaciones, se podía deducir la existencia de los Agujeros Negros y, el autor se negaba a creer que monstruos semejantes pudieran existir pero, ahí están.

El Universo es mucho más grande de lo que podemos imaginar. Sí, hablamos de las distancias que nos separan de los objetos que nuestros telescopios han podido captar en el ancho Cosmos pero, aunque sepamos pronunciar las cifras de esas distancias, aunque para describirlas hallamos inventado las unidades especiales de Unidad Astronómica, Año-Luz, Parsec, Giga parsec… y otras, lo cierto es que, nuestras mentes, no pueden ubicar esas distancias en una imagen real que pueda ser asimilada como, por ejemplo, las distancias que recorremos en nuestro pequeño mundo.

                           Abell 2218: Una lente gravitacional de un cúmulo de galaxias

Hoy podemos contemplar las distintas regiones del Universo y lo que es aún mucho más impresionante: Los Astrónomos han podido llegar a la conclusión de que el Universo (dicen haber encontrado las pruebas), hizo su aparición mediante una inmensa explosión que, de manera abrupta, en un acto de creación repentino, surgió a partir de una singularidad que poseía densidades y energías infinitas. Para que es ya un hecho evidente que el lugar del nacimiento de nuestra especie (como el de otras muchas en nuestro mismo planeta y en otros mundos -probablemente-), tiene su origen en las estrellas que, en sus hornos nucleares, crearon los materiales de los que estamos hechos.

Si pudiéramos coger una Gran Nave superlumínica y recorriéramos el espacio interestelar paseando por las distintas regiones del Universo, veríamos que (aparte de objetos singulares), todo es igual en todas sus regiones por muy lejos que estén: Cúmulos y supercúmulos de Galaxias, Galaxias cuajadas de estrellas en cúmulos y sueltas con sus sistemas planetarios, púlsares de giros alucinantes, magnetares creando inmensos campos electromagnéticos, agujeros negros que se tragan todo lo que traspasa el Horizonte de suscesos, Hermosas y brillantes Nebulosas de las que surgen las nuevas estrellas.

Nuestro universo es igual en todas partes.  Las leyes que rigen en todo el Universo son las mismas.  La materia que puebla el Universo, Gases estelares, polvo cósmico, Galaxias con cientos de miles de millones de estrellas y sistemas planetarios, también es iguales en cualquier confín del Universo.   Todo el Universo, por lo tanto, está plagado de Agujeros Negros y de estrella de neutrones.  En realidad, con el transcurso del tiempo, el número de estos objetos masivos estelares irá en aumento, ya que, cada vez que explota una estrella supermasiva, nace un nuevo agujero negro o una estrella de neutrones, transformándose así en un objeto distinto del que fue en su origen.

Poco a poco fuímos aumentando nuestros conocimientos y, a medida que el universo se expande, también nuestras mentes lo hicieron y acumulan los conocimientos que el estudio y la observación, unidos al experimento y la experiencia les va proporcionando.  Acumulados a través de miles de años, el hombre de las distintas civilizaciones desde los Sumerios, babilonios, persas, egipcios, chinos, hindúes, griegos… y tantas otras antes que nosotros fueron logrando para que ahora, en nuestro presente, sepamos un poco más del lugar en el que nos encontramos y, posiblemente, al lugar hacia el que nos dirigimos.

              El Universo se ha ensanchado más y más a medida que lo hemos podido ir descubriendo

Esta es la imagen que de un púlsar tenemos pero… ¿Qué son las galaxias y de cuántas maneras se pueden conformar? Con los modernos telescopios que ven más y también mucho más lejos, hemos llegado a poder captar imágenes de galaxias de increíble y extraña belleza que, situadas a miles de millones de años luz de nuestra región, nos podrían “contar” cosas asombrosas.

La Galaxia espiral que acoge a nuestro Sol y a las estrellas visibles a simple vista durante la noche; es escrita con G mayúscula para distinguirla de las demás galaxias.  Su disco es visible a simple vista como una débil banda alrededor del cielo, la Vía Láctea; de ahí que a la propia Galaxia se la denomine con frecuencia Vía Láctea.

El Universo está plagado de maravillas que nos resultan exóticas y que los científicos estudian para saber de su origen, de cómo se pudieron formar y de las energías que emiten que no pueden ser comparables a nada que conozcamos aquí en nuestro planeta. En el espacio interestelar se producen los acontecimientos más increíbles que imaginar podamos y allí están presentes los objetos más extraños.

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