Moléculas precursoras de la Vida en el Espacio

Los astrónomos tienen localizadas una buena variedad de Nubes Moleculares Gigantes. Son Nubes masivas de gas y polvo interestelar compuesto fundamentalmente por moléculas. Su diámetro típico es de más de 100 años-luz y las masas varian entre unos pocos cientos de miles hasta diez millones de masas solares. Las NMGs (Nebulosas moleculares gigantes) consisten mayoritariamente  en moléculas de Hidrógeno (H₂, 73% en masa), átomos de Helio (H_e, 25%), partículas de polvo 1%, Hidrógeno atómico neutro (H I, menos del 1%) y un rico cóctel de moléculas interestelares (menos  del 0,1 %).

Arriba podemos contemplar la grandiosa Nebulosa Molecular Orión. Nuestra Galaxia contiene más de 3 000 NMGs, estando las más masivas situadas cerca de la radiofuente Sagitario B2 en el Centro Galáctico. Comprenden la mitad de la masa de toda la materia interestelar, aunque ocupan menos del 1% de su volumen. La densidad de gas promedio es de unas pocas miles de moléculas por cm³.

Este espectro tomado por el telescopio espacial de infrarrojos HERSCHEL ilustra la variedad molecular existente en una nube interestelar como la de Orión. Agua, monóxido de carbono, metanol, formaldehído, cianuro de hidrógeno, óxidos de azufre y otras moléculas (de las cuales hay muchas aún sin identificar) dejan sus firmas inequívocas en la emisión del infrarrojo lejano que se origina en la nebulosa. El espectro se muestra superpuesto a una imagen (también infrarroja) tomada por el telescopio espacial Spitzer

Las Nebulosas Moleculares Gigantes se encuentran mayoritariamente en los Brazos Espirales de las galaxias de disco, y son el lugar de mayor nacimioento de estrellas masivas. Este tipo de Nebulosas perduran durante más de 30 millones de años, tiempo durante el cual, sólo una pequeña fracción de su masa es convertida en estrellas. La Nebulosa Molecular Gigante más próxima a nosotros se encuentra en Orión, y está asociada a la Nebulosa de Orión que más arriba podéis ver con sus claros y llamativos colores rojo, azulado y el espeso marrón oscuro molecular, todo ello, adornado por estrellas que brillan ionizando extensas regiones con sus potentes radiaciones ultravioletas.

Arriba una imagen de  NGC 7822 que se asemeja a una gran boca abierta llena de estrellas nuevas. Dentro de la nebulosa, bordes brillantes y formas oscuras se destacan en este paisaje colorido. Oxígeno atómico, hidrógeno y azufre en tonos azul, verde y rojo. Aquí se forman estrellas de manera continuada y van transformando el lugar con los fuertes vientos solares y la radiación de estrellas masivas. Con un diametro de 60 años-luz, la Nebulosa perdura en el espacio interestelar como si de un laboratorio natural se tratara, creando nuevos objetos y transformando la materia. Ahí se mezclan los gases Hidrógeno, Helio, Carbono, Nitrógeno, Oxígeno y otras pequeñas porciones de otros elementos que, forman moléculas que, a veces, alcanzar el nivel necesario para convertirse en los ladrillos necesarios para la vida.

Hermosa Nube Molecular en la Constelación de Cefeo donde ya se han creado cientos de miles de estrellas. Las Nebulosas son el producto residual de las estrellas gigantes y masivas cuando llegan al final de sus vidas y explotan en Súper-Novas, las capas exteriores de la estrella salen eyectadas hacia el espacio interestelar para formar la Nebulosa mientras que, la parte principal de la masa, implosiona, es decir, se contrae sobre sí misma bajo el peso de su propia masa para formar una estrella de neutrones o un agujero negro.

Particularmente interesantes son las moléculas orgánicas que se encuentran de manera generalizada en las nubes interestelares densas de nuestra Vía Láctea.

Descubren objetos de masa planetaria en Orión. Particularmente interesantes son las moléculas orgánicas que se encuentran de manera generalizada en las nubes interestelares densas de nuestra Vía Láctea. Alcoholes, éteres, e incluso algún azúcar simple (como el glicoaldehído) poseen abundancias significativas en tales nubes. La detección de la glicina, un aminoácido simple, en el espacio interestelar se viene intentando desde hace varios años. Pero aunque se tienen indicios muy positivos sobre su presencia en el espacio -algunos meteoritos la tienen presente-, su detección todavía ha de ser confirmada de manera inequívoca. La posibilidad de que existan aminoácidos en el espacio puede tener consecuencias de gran importancia para nuestra comprensión del origen de la vida. Aminoácidos simples, como la glicina, son los ladrillos con los se construyen las cadenas de proteínas y éstas, a su vez, son los constituyentes del ADN.

emilio silvera

“Kepler-452b es una exoplaneta que orbita a la estrella Kepler-452, una enana amarilla de tipo G2 (como nuestro Sol),  identificado por el telescopio Kepler y confirmado oficialmente por la NASA el 23 de julio de 2015, tras registrar varios tránsitos entre el planeta y su estrella. Es el primer cuerpo planetario cuya existencia ha podido ser confirmada que cuenta con unas dimensiones similares a las de la Tierra y que orbita dentro de la zona habitable de una estrella semejante al Sol.

Situado a 1400 años luz del Sistema solar, años luz del una de las sondas más rápidas lanzadas por la humanidad, la NEW Horizons, tardaría aproximadamente 24,8 millones de años en llegar al planeta.”

 

 

Desde los confines del Tiempo, cuando aún no entendíamos lo que todo aquello podría ser, los seres de nuestra especie han mirado al cielo y, asombrados, contemplaban las miríadas de estrellas brillantes que, con sus guiños, parecía quererles decir alguna cosa, enviarles un mensaje que, por aquel entonces, no sabían comprender. No ha sido sino hasta tiempos muy recientes cuando al fín, comprendimos la fusión nuclear que se produce en el corazón de las estrellas, donde se forjan los materiales necesarios para la vida.

Uno de los hallazgos más notables en astronomía fue el descubrimiento de que el universo ya era viejo cuando apareció el Sol y la familia de planetas que lo acompañan en nuestro Sistema Solar. Más de la mitad de las estrellas del Universo son miles de millones de años más viejas que nuestra estrella madre que, se podría decir, si la comparamos a una bella mujer, que estaría en la mitad esplendorosa de su vida.

Planetas parecidos a la Tierra giran alrededor de muchas de esas viejas estrellas. Seres inteligentes pueden haber hecho su aparición en alguno de esos mundos similares al nuestro y estar allí desde mil millones de años antes que nosotros en la Tierra. Es decir, antes de que la Humanidad hiciera acto de presencia en este mundo “nuestro”. Los caminos seguidos en ambos mundos, aunque similares en las formas, no lo fueron en el tiempo y, en aquel, brotó la vida antes que en este. Una posible civilización avanzada que nos podría llevar algunos miles de años de ventaja, tiempo que para una especie parecida a la nuestra… ¡no sería poca ventaja!

Gliese 581 f es un planeta en la constelación de Libra, ubicado a 20 años luz de la Tierra, en el sistema Gliese 581. Su descubrimiento fue anunciado el 29 de septiembre de 2010. El planeta fue detectado mediante mediciones de la velocidad radial combinando los datos del instrumento HIRES  del telescopio Keck  y el instrumento HARPS  del telescopio de 3,6 metros dE ESO en el Observatorio de La Silla.

Muchos son los Sistemas solares que sólo en nuestra Galaxia podremos encontrar, en realidad, cientos de miles de millones y, aunque no todos esten habitados, la posibilidad, la lógica, la estadística nos dice que, muchos de esos mundos, cobijan a criaturas de diversa condición y, alguna -o varias- de las especies allí presentes, podrían ser inteligentes como nosotros…, o más.

Como nos preocupa saber que existe a nuestro alrededor, qué hay en nuestro entorno, en los planetas y lunas vecinas, no cejamos en el empeño de enviar ingenios hacia aquellos objetos y, el de arriba se llama JEO (Jupiter Europa Orbiter) que, debía estudiar Europa durante la próxima década para determinar de una vez por todas si existe un océano (o lagos) bajo la corteza de hielo y, con suerte, aclarar si puede existir o no alguna forma de vida. Sin embargo, la crisis que nos invade, no parece que posibilite, al menos de momento, tal misión.

Esa maravilla que llamamos Conciencia. ¿Hasta donde…?

Discurrir para poder llegar hasta ese momento en el que, a partir de la “materia inerte” pudimos llegar a los pensamientos, a tener consciencia de Ser… Parece una misión imposible. Hablamos del cerebro, de la conciencia, del Alma e incluso del Espíritu. Sin embargo, algunos de esos nombres no son más que simples letreros que quieren significar lo que no sabemos explicar.

Conociendo el Universo

 

 

 

Una de las cuestiones más controvertidas de la cosmología es por qué, las constantes universales de la Naturaleza parecen tan ajustadas a la vida. Sabemos que el cambio en alguna de esas constantes haría imposible la presencia de seres vivos.

 

Un viaje: desde los átomos hasta las estrellas

Pudimos llegar hasta lo más profundo de la materia para saber de qué estaba hecha, descubrimos átomos con su complejo núcleo. Todo ello en el “universo de lo muy pequeño, allí donde el ojo no ve, y, de la misma manera supimos llegar hasta el inmenso mundo de las galaxias.

Me parece al caso traer aquí este trabajo que puse hace algún tiempo ya, toda vez que el reciente hallazgo de las Ondas gravitacionales lo ha renovado y su contenido puede resultar interesante al filo de la noticia. Decía por aquel entonces:

Kip Stephen Thorne

Lo que nos cuentan Kip S. Thorne y  otros especialistas en Agujeros negros nos posibilitan para entender algo mejor los mecanismos de estos extraños objetos que aún esconden misterios que no hemos sabido resolver. Está claro que muchas de las cosas que sobre agujeros negros podemos leer, son en realidad, especulaciones de cosas que se deducen por señales obervadas pero que, de ninguna manera, se pueden tomar como irrefutables verdades, más bien, las tomaremos como probables o muy probables de acuerdo a los resultados obtenidos de muchos experimentos y, ¿por qué no? de muchas horas de prácticas teóricas y pizarras llenas de ecuaciones que tratan de llegar al fondo de un saber que, desde luego, nos daría la clave de muchas cuestiones que en nuestro Universo son aún desconocidas.

En el corazón de una galaxia lejana, a más de 1.000 millones de años-luz de la Tierra y hace 1.000 millones de años, se acumuló un denso aglomerado de gas y cientos de millones de estrellas. El aglomerado se contrajo gradualmente, a medida que algunas estrellas escapaban y los 100 millones de estrellas restantes se hundían más hacia el centro. Al cabo de 100 millones de años, el aglomerado se había contraído hasta un tamaño de varios años-luz, y pequeñas estrellas empezaron, ocasionalmente, a colisionar y fusionarse, formando estrellas mayores. Las estrellas mayores consumieron su combustible y luego implosionaron para formar agujeros negros; y, en ocasiones, cuando dos de estos agujeros pasaban uno cerca del otro, quedaban ligados formando pares en los que cada agujero giraba en órbita alrededor del otro.

Cuando se forma un par de agujeros negros binarios semejantes, cada agujero crea un pozo profundo (intensa curvatura espacio-temporal) en la superficie insertada y, a medida que los agujeros giran uno en torno al otro, los pozos en órbita producen ondulaciones de curvatura que se propagan hacia afuera a la velocidad de la luz. Las ondulaciones forman una espiral en el tejido del espacio-tiempo en torno al sistema binario, muy semejante a la estructura espiral del agua que procede de un aspersor de cesped que gira rápidamente. Los fragmentos de curvatura forman un conjunto de crestas y valles en espiral en el tejido espacio-temporal.

Pero, a todo ésto… ¿Qué pasaría en aquellos primeros momentos en el que nació el Tiempo y el Espacio?

                   El concepto de Gaia, considera a la Tierra como un Ente Vivo que evoluciona y se recicla

Nuestro planeta, la Tierra, forma parte del Universo, y, es una prueba indiscutible de que sus componentes biológicos y físicos forman parte de una única red que funciona de un modo autorregulado, y, de esa forma, mantiene las condiciones que son ampliamente adecuadas para la existencia de vida, pero que sufren fluctuaciones a todas las escalas (incluidos los ritmos de alternancia de glaciaciones y periodos interglaciales, así como las extinciones masivas). En un sentido real, la Tierra es el lugar que alberga una red de vida como seguramente estará presente en muchos otros mundos en el que se den las circunstancias adecuadas, y la existencia de esta red (Gaia) sería visible para cualquier forma de vida inteligente que hubiera en Marte o en cualquier otro planeta y que fuera capaz de aplicar la prueba conocida de Lovelock y buscar señales de reducción de la entropía.

Cuando Lovelock publicó la hipótesis de Gaia, provoco una sacudida en muchos científicos, sobre todo en aquellos con una mente más lógica que odiaban un concepto que sonaba tan místico. Les producía perplejidad, y lo más desconcertante de todo era que Lovelock era uno de ellos. Tenía fama de ser algo inconformista, pero sus credenciales científicas eran muy sólidas. Entre otros logros a Lovelock se le conocía por ser el científico que había diseñado los instrumentos de algunos de los experimentos para buscar vida que la nave estadounidense Viking había llevado a cabo en la superficie de Marte.

Ni la NASA, tomó nunca la prueba de Lovelock lo suficientemente en serio como para aplicarla a la búsqueda de vida en el Sistema Solar; pero si se lo tomó en serio para buscar vida más allá del Sistema Solar. Pero recapacitaron y comenzaron a enviar al planeta Marte, una serie de ingenios en forma de pequeñas navez robotizadas como la Mars Phoenix que comenzó encontrando hielo de agua diluyendo porciones de la tierra marciana en agua y debidamente tratada, hallaron la presencia de magnesio, sodio, potasio y cloruros.  Uno de los científicos responsables llegó a decir:

“Hay más que evidencia de agua porque las sales están ahí. Además hemos encontrado los compuestos químicos necesarios para la vida como la conocemos. y, lo sorprendente de Marte es que no es un mundo extraño, sino que, en muchos aspectos es igual que la Tierra.”

 

Se están analizando los gases y los compuestos químicos del suelo y del hielo allí encontrados, y, todo ello, debidamente procesado nos dará una respuesta de lo que allí existe.

Lo que para mí está muy claro es que, los mecanismos del Universo son los mismos en cualquier región del cielo, y, las estrellas y los planetas surgen en todas partes de la misma manera. Y, si eso es así, sería lógico pensar que la vida podría estar en cualquier parte, y, además, con muchas probabilidades de que sea más o menos tal como la conocemos, ya que, la nuestra, basada en el Carbono y el Nitrógeno (siempre en presencia de agua), es la más natural dadas las características de estos elementos para unirse.

La historia de la vida en el Universo es otro ejemplo de complejidad superficial construida sobre cimientos de una profunda sencillez. Actualmente la prueba de que el universo tal como lo conocemos surgió a partir de un estado denso y caliente (Big Bang) hace unos 14.000 millones de años, es poco discutida.

Con los elementos primordiales creados en las estrellas, miles de años más tarde, en los mundos situados en las zonas habitables de sus estrellas, se habrán podido conformar células replicantes que habrían dado comienzo a la aventura de la vida. En la Tierra, el único planeta con vida que conocemos (por el momento), las formas de vida y especies que han estado aquí y siguen estando ha sido de una rica variedad y de asombrosos metabolismos.

Los bloques de construcción básicos que emergieron del big bang fueron el hidrógeno y el helio, casi exactamente en una proporción de 3:1. Todos los demás elementos químicos (excepto unos leves vestigios de unos pocos elementos muy ligeros, como el litio) han sido fabricados en el interior de las estrellas y dispersados por el espacio cuando estas se dilataron y expulsaron materiales, o, al final de sus vidas, agotado el combustible nuclear de fusión, explotaron como Supernovas regando grandes regiones con Nebulosas creadoras de nuevas estrellas y nuevos mundos.

Una estrella como el Sol genera calor convirtiendo hidrógeno en helio dentro de su núcleo; en otras estrellas los procesos cruciales incluyen fusiones sucesivas de núcleos de helio. Dado que cada núcleo de helio es una unidad que contiene cuatro “nucleones” (dos protones y dos neutrones), y este elemento se denomina abreviadamente helio-4, esto significa que los elementos cuyos núcleos contienen un número de nucleones que es múltiplo de cuatro son relativamente comunes en el universo, excepto el berilio-8, que es inestable.

El carbono-12 es el más abundante de los dos isótopos estables del elemento Carbono, representando el 98,89% de todo el carbono terrestre. Está conformado por 6 protones, 6 neutrones y 6 electrones.

Adquiere particular importancia al usarse como patrón para el cálculo de la masa atómica de los distintos nucleidos existentes en la naturaleza; dado que la masa atómica del ¹²C es, por definición, 12 umas.

Concretamente, en las primeras etapas de este proceso se produce carbono-12 y oxígeno-16, y resulta que el nitrógeno-14, aunque no contiene un número entero de núcleos de helio-4, se obtiene como subproducto de una serie de interacciones en las que participan núcleos de oxígeno y de carbono que operan en estrellas de masa un poco mayor que la de nuestro Sol.

Como consecuencia, estos son, con gran diferencia, los elementos más comunes, aparte del hidrógeno y del helio. Dado que éste último es un gas inerte (noble) que no reacciona químicamente, se deduce que los cuatro elementos reactivos más comunes en el universo son el Carbono, el Hidrógeno, el Oxígeno y el Nitrógeno, conocidos en el conjunto por el acrónimo CHON.

No es casualidad que los cuatro elementos químicos que participan con una aplastante mayoría en la composición de los seres vivos de la Tierra sean el carbono, el hidrógeno, el oxígeno y el nitrógeno.

En estado puro y dependiendo de cómo estén dispuestos sus átomos, este elemento puede formar tanto el mineral más duro que ocurre en la naturaleza, el diamante, como uno de los más blandos, el grafito. Organizados en hexágonos y formando láminas, los átomos de carbono dan lugar al grafeno, un material del que habréis oído hablar estos últimos años por sus “increíbles” propiedades

              Estructuras basadas en el Carbono

El Carbono desarrolla el papel clave en el desarrollo de la vida, porque un solo átomo de este elemento es capaz de combinarse químicamente nada menos que con otros cuatro átomos al mismo tiempo (incluídos otros átomos de carbono, que pueden estar unidos a su vez  a más átomos de carbono, formando anillos y cadenas), de tal modo que este elemento tiene una química excepcionalmente rica. Así decimos con frecuencia que la vida en la Tierra está basada en el Carbono, el elemento más ductil y crucial en nuestra formación.

Claro que, tal comentario, no implica la negación de que pudieran existir otras clases de vida basadas en el Silicio o en cualquier otra combinación química, pero todas las pruebas que aporta la Astronomía sugieren que es mucho mayor la probabilidad de que la vida más allá de nuestras fronteras esté basada también en el CHON.

Es inadmisible lo poco que la gente común sabe del Universo al que pertenecen y también lo poco que se valora el trabajo de Astrónomos, Astrofísicos y Cosmólogos, ellos son los que realizan las pruebas y las comprobaciones que finalmente nos llevan al conocimiento que hoy tenemos del cielo y de los objetos que lo pueblan y de las fuerzas que allí actúan.

La Nebulosa de la Quilla, una de las regiones de nacimiento de estrellas más grandes del universo: pilares de 3 años luz de altura que parecen abultados como las velas de un barco por la fuerza tirante de los astros que, literalmente, da a luz en su interior.

Gran parte de estas pruebas proceden del análisis espectroscópico del material que está presente en las Nebulosas, esas inmensas nubes de gas y polvo que se encuentran en el espacio como resultado de explosiones de supernovas o de otros fenómenos que en el Universo son de lo más frecuente. A partir de esas nubes se forman los sistemas planetarios como nuestro sistema solar, allí, nacen nuevas estrellas que contienen los mismos materiales expulsados por estrellas de generaciones anteriores.

En estas nubes hay muchos compuestos construidos en torno a átomos de carbono, y este elemento es tan importante para la vida que sus compuestos reciben en general el nombre de compuestos “orgánicos”. Entre los compuestos detectados en nubes interestelares hay sustancias muy sencillas, como metano y dióxido de carbono, pero también materiales orgánicos mucho más complejos, entre los que cabe citar el formaldehído, el alcohol etílico, e incluso al menos un aminoácido, la glicina. Lo que constituye un descubrimiento muy esclarecedor, porque es muy probable que toso los materiales existentes en las nubes interestelares hayan estado presentes en la nube a partir de la cual se formó nuestro Sistema Solar, hace unos cinco mil millones de años.

En este cúmulo estelar llamado NGC 602, cerca de la Pequeña Nube de Magallanes, millones de estrellas jóvenes emiten radiación y energía en forma de ondas que erosionan el material que las rodea creando formaciones visualmente interesantes. El tamaño de lo que se ve en la foto abarca 200 años luz de lado a lado

A partir de estos datos, equipos científicos han llevado a cabo en la Tierra experimentos en los que unas materias primas, debidamente tratadas simulando las condiciones de densidad y energías de aquellas nubes interestelares (ahora en laboratorio), dieron como resultado el surgir expontáneo de tres aminoácidos (glicina, serina y alanina). Todos conocemos el experimento de Miller.

En otro experimento utilizando otra mezcla de ingredientes ligeramente distinta, se producian no menos de dieciseis aminoácidos y otros compuestos orgánicos diversos en unas condiciones que eran las existentes en el espacio interestelar.

Para hacernos una idea, las proteínas de todos los seres vivos de la Tierra están compuestas por diversas combinaciones de tan sólo veinte aminoácidos. Todas las evidencias sugieren que este tipo de materia habría caído sobre los jóvenes planetas durante las primeras etapas de formación del sistema planetario, deposita por cometas que habría sido barridos por la influencia gravitatoria de unos palnetas que estaban aumentando de tamaño.

En idénticas condiciones de temperatura y presión que el universo de hace 4.600 millones de años, Experimentos llevados a cabo en el laboratorio, han logrado originar ribosa, la molécula que luego acabó convirtiéndose en ADN.

Como hemos podido deducir, una sopa de aminoácidos posee la capacidad de organizarse por sí sóla, formando una red con todas las propiedades que ha de tener la vida. De esto se deduce que los aminoácidos que estuvieron formando durante largos períodos de tiempo en las profundidades del espacio (utilizando energias proporciona por la luz de las estrellas), serían transportados a la superficie de cualquier planeta joven, como la Tierra.

Algunos planetas pueden resultar demasiado calientes para que se desarrolle la vida, y otros demasiado fríos. Pero ciertos planetas como la propia Tierra (existentes a miles de millones), estarían justo a la temperatura adecuada. Allí, utilizando la expresión de Charles Darwin, en alguna “pequeña charca caliente” tendrían la oportunidad de organizarse en sistemas vivos.

            Sopa primigenia de la que surgió la primera célula replicante precursora de la Vida

Claro que, por mi parte, como dijo aquel famoso Astrofísico inglés del que ahora no recuerdo el nombre: ” milagro no es que aparezca vida fuera de la Tierra, el verdadero milafro sería que no apareciera”.

Y, en cuanto a las condiciones para que haga posible la existencia de vida, conviene ser reservados y no emitir un juicio precipitado, ya que, todos sabemos de la existencia de vida en condiciones que se podrían comparar o denominar de infernales. Así que, estaremos a la espera de que, el Universo nos de una respuesta.

Veamos algunos conceptos: Nova.

Antiguamente, a una estrella que aparecía de golpe donde no había nada, se le llamaba nova o ” estrella nueva “. Pero este nombre no es correcto, …

En realidad es una estrella que durante el periodo de sólo unos pocos días, se vuelve 10³-10⁴ veces más brillantes de lo que era.  Ocurren 10 ó 15 sucesos de ese tipo cada año en la Vía Láctea.  Las novas se cree que son binarias próximas en las que, uno de sus componentes es usualmente una enana blanca y la otra una gigante roja.

La materia se transfiere de la gigante roja a la enana blanca, en cuya superficie se acumula, dando lugar a una explosión termonuclear, y, a veces se convierte en una estrella de neutrones al ver incrementada su masa.

Nucleones.

Protones y neutrones, los constituyentes de los núcleos atómicos que, a su vez, están conformados por tripletes de Quarks. Un protón está hecho por 2 Quarks up y 1 Quark Down, mientras que un Neutrón está conformado por 2 Quarks Down y 1 Quark up. Son retenidos en el núcleo por los Bosones llamados Gluones que son transmisores de la fuerza nuclear fuerte.

Núcleo.

Corazón central de un átomo que contiene la mayor parte de su masa.  Está positivamente cargado y constituido por uno o más nucleones (protones y neutrones).

La carga positiva del núcleo está determinada por el número de protones que contiene (número atómico) y en el átomo neutro está compensada por un número igual de electrones, que se mueven alrededor del núcleo y cuya carga eléctrica negativa anula o compensa a la positiva de los (electro) protones.

El núcleo más simple es el núcleo de hidrógeno, consistente en un único protón.  Todos los demás núcleos contienen además uno o más neutrones.

Los neutrones contribuyen a la masa atómica, pero no a la carga nuclear.

El núcleo más masivo que se encuentra en la Naturaleza es el Uranio-238, que contiene 92 protones y 146 neutrones.

Nucleosíntesis,  nucleogénesis.

Fusión de nucleones para crear los núcleos de nuevos átomos más complejos.  La nucleosíntesis tiene lugar en las estrellas y, a un ritmo más acelerado, en las supernovas.

La nucleosíntesis primordial tuvo lugar muy poco después del Big Bang, cuando el Universo era extremadamente caliente y, ese proceso fue el responsable de la abundancia de elementos  ligeros, por todo el cosmos, como el Helio y el Hidrógeno que, en realidad es la materia primordial de nuestro Universo, a partir de estos elementos se obtienen todos los demás en los procesos estelares de fusión.

Omega.

Índice de densidad de materia del Universo, definida como la razón entre la actual densidad y la “Densidad crítica” requerida para “cerrar” el Universo y, con el tiempo, detener su expansión.

Para la materia oscura se dirá: “Omega Negro”.

Si Omega es mayor que 1, el Universo se detendrá finalmente y las galaxias recorrerán, a la inversa, el camino recorrido para colapsar en una gran Bola de fuego, el Big Crunch, estaríamos en un Universo cerrado.

Se dice que, un Universo con exactamente 1, la Densidad crítica ideal, estará alrededor de 10^-29 g/cm³ de materia, lo que esta descrito por el modelo e Universo descrito por Einstein-de Setter.

En cualquier caso, sea cual fuere Omega, no parece muy atractivo el futuro de nuestro Universo que según todos los datos que tenemos acabará en el hielo o en el fuego y, en cualquier de estos casos.

¿Dónde nos meteremos?

Onda, función de.

Función, denotada por Y (w,y,z), que es solución de la ecuación de Schrödinger en la mecánica cuántica.  La función de ondas es una expresión matemática que depende de las coordenadas de una partícula en el espacio.

Si la función de ondas (ecuación de Schrödinger) puede ser resuelta para una partícula en un sistema dado (por ejemplo, un electrón en un átomo), entonces, dependiendo de las colisiones en la frontera, la solución es un conjunto de soluciones, mejor de funciones de onda permitidas de la partícula (autofunciones), cada una correspondiente a un nivel de energía permitido.

El significado físico de la función de ondas es que el cuadrado de su valor absoluto en un punto, [Y]², es proporcional a la probabilidad de encontrar la partícula en un pequeño elemento  de volumen, dxdydz, en torno a ese punto.  Para un electrón de un átomo, esto da lugar a la idea de orbitales atómicos moleculares.

elimino ecuación para no confundir al lector no versado.

Ondas.

La velocidad de una estrella puede generar enormes onda

Propagación de la energía mediante una vibración coherente.

Está referido a la perturbación periódica en un medio o en el espacio.  En una onda viajera (u onda progresiva) la energía es transferida de un lugar a otro por las vibraciones. En el Espacio puede estar causada por el movimiento de las estrellas.

En una onda que atraviesa la superficie del agua, por ejemplo, el agua sube y baja al pasar la onda, pero las partículas del agua en promedio no se mueven.  Este tipo de onda se denomina onda transversal, porque las perturbaciones están en ángulo recto con respecto a la dirección de propagación.  La superficie del agua se mueve hacia arriba y abajo mientras que la onda viaja a lo largo de la superficie del agua.

Las ondas electromagnéticas son de este tipo, con los campos eléctricos y, magnéticos variando de forma periódica en ángulo recto entre sí y a la dirección de propagación.

En las ondas de sonido, el aire es alternativamente comprimido y rarificado por desplazamiento en la dirección de propagación.  Dichas ondas se llaman longitudinales.

Las principales características de una onda es su velocidad de propagación, su frecuencia, su longitud de onda y su amplitud.  La velocidad de propagación y la distancia cubierta por la onda en la unidad de tiempo.  La frecuencia es el número de perturbaciones completas (ciclos) en la unidad de tiempo, usualmente expresada en hertzios.  La longitud de onda es la distancia en metros entre puntos sucesivos de igual fase de onda es la distancia en metros entre puntos sucesivos de igual fase de onda.  La amplitud es la diferencia  máxima de la cantidad perturbada medida con referencia a su valor medio.

Recuerdo cuando allá por el año 2009 publiqué: “Pronto oiremos que Kip SThorne ha detectado y medido las ondas gravitacionales de los Agujeros Negros.” Y, en el presente es noticias pasada. Y Thorne tiene su premio Nobel.

Las ondas gravitacionales son aquellas que se propagan a través de un campo gravitacional. Cuando eso suceda, tendremos nuevos conocimientos sobre el Universo, ya que, el que ahora conocemos sólo está dado por las lecturas de las ondas electromagnéticas, no de las gravitatorias.

La predicción de que una masa acelerada radia ondas gravitacionales (y pierde energía) proviene de la teoría general de la relatividad. Por ejemplo cuando dos agujeros negros chocan y se fusionan.

Ahora, gracias al proyecto LIGO sabemos más de esas ondas que viajan por espacio y producidas por el violento encuentro de estrellas de neutrones o agujeros negros.

El Experimento LIGO se afanó en localizar y medir estas ondas y, a la cabeza del proyecto, como he dicho, está el experto en agujeros negros, el físico y cosmólogo norteamericano, amigo de Stephen Hawking, kip S.Thorne, que está buscando las pulsaciones de estos monstruos del espacio, cuya energía infinita (según él), algún día podrá ser aprovechada por la humanidad cuando la tecnología lo permita.

Aunque podríamos continuar hablando sobre onda continua, onda cósmica, onda cuadrada, onda de choque, onda de espín (magnón), onda de tierra, onda estacionaria, onda ionosférica, onda portadora, onda sinuosidad, onda viajera, onda sísmica, onda submilimétrica, onda de ecuación, etc., sería salirse del objeto perseguido aquí.

Oort, nube de ; Constante de.

La nube de Oort está referida a un halo aproximadamente esférico de núcleos cometarios  que rodea al Sol hasta quizás unas 100.000 UA (más de un tercio de la distancia a la estrella más próxima).  Su existencia fue propuesta en 1950 por J.H.Oort (1900-1992) astrónomo holandés, para explicar el hecho de que estén continuamente acercándose al Sol nuevos cometas con órbitas altamente elípticas y con todas las inclinaciones.

La nube Oort sigue siendo una propuesta teórica, ya que no podemos en la actualidad detectar cometas inertes a tan grandes distancias.  Se estima que la nube contiene unos 10¹² cometas restantes de la formación del Sistema Solar.  Los miembros más distantes se hallan bastante poco ligados por la gravedad solar.

Puede existir una mayor concentración de cometas relativamente cerca de la eclíptica, a  10.000-20.000 UA del Sol, extendiéndose hacia adentro para unirse al Cinturón de Kuiper.  Los comentas de la Nube de Oort se ven afectados por la fuerza gravitatoria de los estrellas cercanas, siendo perturbadas ocasionalmente poniéndoles en órbitas que los llevan hacia el Sistema Solar interior.

La constante de Oort está referida a dos parámetros definidos por J.H.Oort para describir las características más importantes de la rotación diferencial de nuestra Galaxia en la vecindad del Sol.  Son usualmente expresadas en unidades de kilómetros por segundo por kiloparsec.  Los dos parámetros están dados por los símbolos A y B.  Restando B de A se obtiene la velocidad angular del estándar local de repaso alrededor del centro de la Galaxia, que corresponde al periodo de unos 200 millones de años.

Órbita.

En astronomía es el camino a través del espacio de un cuerpo celeste alrededor de otro.  Para un cuerpo pequeño que se mueve en el campo gravitacional de otro, la órbita es una cónica.  La mayoría de esas órbitas son elípticas y la mayoría de las órbitas planetarias en el sistema solar son casi circulares.  La forma y tamaño de una órbita elíptica se determina por su excentricidad, e, y la longitud de su semieje mayor, a.

En física, la órbita esta referida al camino de un electrón al viajar alrededor del núcleo del átomo (ver orbitales).

emilio silvera

Espectros atómicos

En el siglo XVII, Isaac Newton demostró que la luz blanca visible procedente del sol puede descomponerse en sus diferentes colores mediante un prisma. Es un proceso denominado dispersión, tal y como puedes observar en la siguiente animación en la que se simula la descomposición de la luz blanca:

El espectro que se obtiene es continuo; contiene todas las longitudes de onda desde el rojo al violeta, es decir, entre unos 400 y 700 nm (1 nm -nanómetro- = 10^-9 m).

Espectros continuos y discontinuos, de emisión y de absorción

Cuando se irradia la materia con radiación electromagnética, la materia puede absorber, y posteriormente emitir, ciertas longitudes de onda, o frecuencias, en relación con su estructura interna. Cuando los cuerpos sólidos, líquidos o gases a alta presión son excitados convenientemente por medio de calor o electricidad, se observan sus colores característicos. Estos colores constituyen un todo continuo, lo que se traduce en el color rojo de la resistencia de un calentador o en el blanco característico de una bombilla. Esto sucede porque existen muchos átomos excitados que emiten ondas de luz cuyas coloraciones parciales se solapan produciendo un espejismo luminoso de continuidad.

Si realizamos la misma experiencia con gases a bajas presiones, es decir con pocos átomos, es posible observar cómo la luz emitida por ellos y dispersada luego por un prisma consta de una serie de líneas, sin que exista una banda continua de colores; se observa que la luminosidad emitida así es discontinua.

Por tanto trabajaremos con elementos químicos en estado gaseoso.

A este tipo de espectros se los conoce como espectros de emisión, y tienen la característica fundamental que cada elemento químico presenta un espectro característico propio, específico y diferente de los del resto de elementos, que sirve como “huella digital” permitiendo identificarlo fácilmente. En la imagen se muestra el espectro de emisión del hidrógeno.

Es posible también obtener el espectro de un gas de una forma complementaria, iluminando con luz blanca (que presenta todas las frecuencias posibles) una muestra del gas en cuestión, de forma que se observan unas líneas oscuras sobre el fondo iluminado, correspondientes a las longitudes de onda en las que el elemento absorbe la energía.

	Espectro continuo de la luz blanca
	Espectro de emisión del H
	Espectro de absorción del H

A este espectro se le conoce como espectro de absorción y es complementario al de emisión, puesto que las líneas de ambos coinciden para un mismo elemento, tal y como puedes observar en el espectro de absorción del hidrógeno y compararlo con el de emisión.

El espectro de emisión de un elemento es el negativo del espectro de absorción: a la frecuencia a la que en el espectro de absorción hay una línea negra, en el de emisión hay una línea emitida ,de un color, y viceversa

Cada elemento tiene un espectro característico; por tanto, un modelo atómico debería ser capaz de justificar el espectro de cada elemento.

¿Por qué aparecen los espectros?

Cuando irradia una sustancia con luz blanca (radiación electromagnética continua) los electrones escogen las radiaciones de este espectro continuo para producir saltos a niveles superiores (estado excitado).

Cuando un electrón salta desde su estado fundamental a niveles de mayor energía (estado excitado) y cae de nuevo a niveles de menor energía se produce la emisión de un fotón de una longitud de onda definida que aparece como una raya o línea concreta en el espectro de emisión. La radiación electromagnética proveniente de la luz blanca después de pasar por la sustancia vemos que le faltan una serie de líneas que corresponden con saltos electrónicos desde el estado fundamental al estado excitado. Es lo que se denomina un espectro de absorción. Lógicamente las líneas del espectro de emisión son las que faltan en el de absorción pues la energía para pasar de un nivel a otro es la misma suba o baje el electrón.

“En física y óptica, las líneas de Fraunhofer son un conjunto de líneas espectralesnombradas en honor al físico alemán Joseph von Fraunhofer (1787-1826) que fue el primero que las estudió. Las líneas se observaron originalmente como bandas oscuras en el espectro solar.”

Las coincidencias deben ser vigiladas y, cuando se dan, buscar el origen de las mismas nos puede llevar a desvelar secretos profundamente escondidos en la Naturaleza. Ya hemos hablado aquí alguna vez de la coincidencia de Grandes Números entre Constantes de la Naturaleza y lo que de ello opinaba aquel personaje extraño que, lo mismo se sentía cómodo como matemático, como físico experimental, como destilador de datos astronómicos complicados o como diseñador de sofisticados instrumentos de medida.

 

… Palmer Physical Laboratory, Princeton University, in about 1950: from the left Rubby Sherr, Allen Shenstone, Donald Hamilton, Eric Rogers, Robert Dicke, … el 5º contando por la derecha.

 

Robert Dicke era su nombre y tenía los intereses científicos más amplios y diversos que imaginarse pueda, el decía que al final del camino todos los conocimientos convergen en un solo punto, el saber. No nos damos cuenta de ello pero, al final del camino, todos los conocimientos convergen y están relacionados de alguna extraña manera.

 

Marco Aurelio nos decía: ” Todo lo que escuchamos es una opinión, no un hecho. Todo lo que vemos es una perspectiva, no la verdad.”

Como pregona la filosofía, nada es como se ve a primera vista, todo depende del punto de vista desde el que miremos las cosas, o,  de la perspectiva que podamos tener de ellas conforme a las herramientas que tengamos a nuestra disposición, incluida la intelectual. Nosotros, que estudiamos el Universo y no lo sabemos todo de él, ya pensamos en la posible existencia de otros universos.

           Si es que existen, ¿cómo serían esos otros universos? ¿dejarían un margen para alguna forma de vida? y, de ser así, ¿cómo serían?

“Lo primero que hay que comprender sobre los universos paralelos… es que no son paralelos. Es importante comprender que ni siquiera son, estrictamente hablando, universos, pero es más fácil si uno lo intenta y lo comprende un poco más tarde, después de haber comprendido que todo lo que ha comprendido hasta ese momento no es verdadero.”

Douglas Adams

Antes en la entrada que más arriba tenéis (“Observar la Naturaleza… da resultados”), comentaba sobre los grandes números de Dirac y lo que el personaje llamado Dicke pensaba de todo ello y, cómo dedujo que para que pudiera aparecer la biología de la vida en el Universo, había sido necesario que el tiempo de vida de las estrellas fuese el que hemos podido comprobar que es y que, el Universo, también tiene que tener, no ya las condiciones que posee, sino también, la edad que le hemos estimado.

Para terminar de repasar la forma de tratar las coincidencias de los Grandes Números por parte de Dicke, sería interesante ojear restrospectivamente un tipo de argumento muy similar propuesto por otro personaje, Alfred Wallace en 1903. Wallace era un gran científico que, como les ha pasado a muchos, hoy recibe menos reconocimiento del que se merece.

Fue él, antes que Charles Darwin, quien primero tuvo la idea de que los organismos vivos evolucionan por un proceso de selección natural. Afortunadamente para Darwin, quien, independientemente de Wallace, había estado reflexionando profundamente y reuniendo pruebas en apoyo de esta idea durante mucho tiempo, Wallace le escribió para contarle sus ideas en lugar de publicarlas directamente en la literatura científica. Pese a todo, hoy “la biología evolucionista” se centra casi por completo en las contribuciones de Darwin.

Wallace tenía intereses muchos más amplios que Darwin y estaba interesado en muchas áreas de la física, la astronomía y las ciencias de la Tierra. En 1903 publicó un amplio estudio de los factores que hace de la Tierra un lugar habitable y pasó a explorar las conclusiones filosóficas que podrían extraerse del estado del Universo. Su libro llevaba el altisonante título de El lugar del hombre en el Universo.

Wallace, Alfred Russell (1823-1913), naturalista británico conocido por el desarrollo de una teoría de la evolución basada en la selección natural. Nació en la ciudad de Monmouth (hoy Gwent) y fue contemporáneo del naturalista Charles Darwin. En 1848 realizó una expedición al río Amazonas con el también naturalista de origen británico Henry Walter Bates y, desde 1854 hasta 1862, dirigió la investigación en las islas de Malasia. Durante esta última expedición observó las diferencias zoológicas fundamentales entre las especies de animales de Asia y las de Australia y estableció la línea divisoria zoológica -conocida como línea de Wallace- entre las islas malayas de Borneo y Célebes. Durante la investigación Wallace formuló su teoría de la selección natural. Cuando en 1858 comunicó sus ideas a Darwin, se dio la sorprendente coincidencia de que este último tenía manuscrita su propia teoría de la evolución, similar a la del primero. En julio de ese mismo año se divulgaron unos extractos de los manuscritos de ambos científicos en una publicación conjunta, en la que la contribución de Wallace se titulaba: “Sobre la tendencia de las diversidades a alejarse indefinidamente del tipo original”. Su obra incluye El archipiélago Malayo (1869), Contribuciones a la teoría de la selección natural (1870), La distribución geográfica de los animales (1876) y El lugar del hombre en el Universo (1903).

Pero sigamos con nuestro trabajo de hoy. Todo esto era antes del descubrimiento de las teorías de la relatividad, la energía nuclear y el Universo en expansión.  La mayoría de los astrónomos del siglo XIX concebían el Universo como una única isla de materia, que ahora llamaríamos nuestra Vía Láctea. No se había establecido que existieran otras galaxias o cuál era la escala global del Universo. Sólo estaba claro que era grande.

Wallace estaba impresionado por el sencillo modelo cosmológico que lord Kelvin había desarrollado utilizando la ley de gravitación de Newton. Mostraba que si tomábamos una bola muy grande de materia, la acción de la gravedad haría que todo se precipitara hacia su centro. La única manera de evitar ser atraído hacia el centro era describir una órbita alrededor. El universo de Kelvin contenía unos mil millones de estrellas como el Sol para que sus fuerzas gravitatorias contrapesaran los movimientos a las velocidades observadas.

William Thomson (Lord Kelvin)

En el año 1901, Lord Kelvin solucionó cualitativa y cuantitativamente de manera correcta el enigma de la oscuridad de la noche en el caso de un universo transparente, uniforme y estático. Postulando un universo lleno uniformemente de estrellas similares al Sol y suponiendo su extensión finita (Universo estoico), mostró que, aun si las estrellas no se ocultan mutuamente, su contribución a la luminosidad total era finita y muy débil frente a la luminosidad del Sol. El demostró también que la edad finita de las estrellas prohibió la visibilidad de las estrellas lejanas en el caso de un espacio epicúreo infinito o estoico de gran extensión, lo que contestó correctamente al enigma de la oscuridad.

Lo intrigante de la discusión de Wallace sobre este modelo del Universo es que adopta una actitud no copernicana porque ve cómo algunos lugares del Universo son más propicios a la presencia de vida que otros. Como resultado, sólo cabe esperar que nosotros estemos cerca, pero no en el centro de las cosas.

Wallace da un argumento parecido al de Dicke para explicar la gran edad de cualquier universo observado por seres humanos. Por supuesto, en la época de Wallace, mucho antes del descubrimiento de las fuentes de energía nuclear, nadie sabía como se alimentaba el Sol, Kelvin había argumentando a favor de la energía gravitatoria, pero ésta no podía cumplir la tarea.

En la cosmología de Kelvin la Gravedad atraía material hacia las regiones centrales donde estaba situada la Vía Láctea y este material caería en las estrellas que ya estaban allí, generando calor y manteniendo su potencia luminosa durante enormes períodos de tiempo. Aquí Wallace ve una sencilla razón para explicar el vasto tamaño del Universo.

“Entonces, pienso yo que aquí hemos encontrado una explicación adecuada de la capacidad de emisión continuada de calor y luz por parte de nuestro Sol, y probablemente por muchos otros aproximadamente en la misma posición dentro del cúmulo solar. Esto haría que al principio se agregasen poco a poco masas considerables a partir de la materia difusa  en lentos movimientos en las porciones centrales del universo original; pero en un período posterior serían reforzadas por una caída de materia constante y continua desde sus regiones exteriores a velocidades tan altas como para producir y mantener la temperatura requerida de un sol como el nuestro, durante los largos períodos exigidos para el continuo desarrollo de la vida.”

Vallace ve claramente la conexión entre estas inusuales características globales del Universo y las consiciones necesarias para que la vida evolucione y prospere en un planeta como el nuestro alumbrado por una estrella como nuestro Sol. Wallace completaba su visión y análisis de las condiciones cósmicas necesarias para la evolución de la vida dirigiendo su atención a la geología  y la historia de la Tierra. Aquó ve una situación mucho más complicada que la que existe en astronomía. Aprecia el cúmulo de accidentes históricos marcados por la vía evolutiva que ha llegado hasta nosotros, y cree “improbable en grado máximo” que el conjunto completo de características propicias para la evolución de la vida se encuentre en otros lugares. Esto le lleva a especular que el enorme tamaño del Universo podría ser necesario para dar a la vida una oportunidad razonable de desarrollarse en sólo un planeta, como el nuestro, independientemente de cuan propicio pudiera ser su entorno local:

“Un Universo tan vasto y complejo como el que sabemos que existe a nuestro alrededor, quizá haya sido absolutamente necesario … para producir un mundo que se adaptase de forma precisa en todo detalle al desarrollo ordenado de la vida que culmina en el hombre.”

Hoy podríamos hacernos eco de ese sentimiento de Wallace. El gran tamaño del Universo observable, con sus 10⁸⁰ átomos, permite un enorme número de lugares donde puedan tener lugar las variaciones estadísticas de combinaciones químicas que posibilitan la presencia de vida. Wallace dejaba volar su imaginación que unía a la lógica y, en su tiempo, no se conocían las leyes fundamentales del Universo, que exceptuando la Gravedad de Newton, eran totalmente desconocidas. Así, hoy jugamos con la ventaja de saber que, otros muchos mundos, al igual que la Tierra, pueden albergar la vida gracias a una dinámica igual que es la que, el ritmo del Universo, hace regir en todas sus regiones. No existen lugares privilegiados.

emilio silvera