Representación esquemática de la molécula de ADN y ARN, la molécula portadora de la información genética. Las moléculas se forman por la Asociación de dos o más átomos, que se mantienen juntas por medio de enlaces químicos. Podríamos decir que algunas moléculas de vida serían:

Los microARNs son moléculas de ARN que regulan la expresión génica uniéndose a un ARN mensajero (ARNm) determinado, impidiendo que se traduzca a proteína2.

La molécula de ADN consiste en dos cadenas que se enrollan entre ellas para formar una estructura de doble hélice. Cada cadena tiene una parte central formada por azúcares (desoxirribosa) y grupos fosfato. Enganchado a cada azúcar hay una de de las siguientes 4 bases: adenina (A), citosina (C), guanina (G), y timina (T). Las dos cadenas se mantienen unidas por enlaces entre las bases; la adenina se enlaza con la timina, y la citosina con la guanina. La secuencia de estas bases a lo largo de la cadena es lo que codifica las instrucciones para formar proteínas y moléculas de ARN.

– Agua.
– Hidratos de carbono.
– Lípidos.
– Proteínas.
– Acidos Nucleicos.

Principios inmediatos o biomoléculas: cada una de las sustancias que componen la materia viva.

– Simples: O2
– inorgánicos: agua…

– Compuestos:
– orgánicos: glúcidos, lípidos,
proteínas, ac. nucleicos

La enorme variedad de formas, colores, comportamientos, etc que acompaña a los objetos, incluidos los vivientes, sería una consecuencia de la riqueza en la información que soportan las moléculas (y sus agregados) que forman parte de dichos objetos. Ello explicaría que las moléculas de la vida sean en general de grandes dimensiones (macromoléculas). La inmensa mayoría de ellas contiene carbono. Debido a su tetravalencia y a la gran capacidad que posee dicho átomo para unirse consigo mismo, dichas moléculas pueden considerarse como un esqueleto formado por cadenas de esos átomos.

El carbono no es el único átomo con capacidad para formar los citados esqueletos. Próximos al carbono en la tabla periódica, el silicio, fósforo y boro comparten con dicho átomo esa característica, si bien en un grado mucho menor. Refiriéndonos al silicio, señalaremos que las “moléculas” que dicho átomo forma con el oxígeno y otros átomos, generalmente metálicos poseyendo gran nivel de información, difieren en varios aspectos de las moléculas orgánicas, es decir, de las que poseen un esqueleto de átomos de carbono.

El mundo de los silicatos es de una gran diversidad, existiendo centenares de especies minerológicas. Esas diferencias se refieren fundamentalmente a que el enlace químico en el caso de las moléculas orgánicas es covalente, y cuando se forma la sustancia correspondiente (cuatrillones de moléculas) o es un líquido, como es el caso de los aceites, o bien un sólido que funde fácilmente. Entre las moléculas que lo forman se ejercen unas fuerzas, llamadas de Van der Waals, que pueden considerarse como residuales de las fuerzas electromagnéticas, algo más débiles que éstas. En cambio, en los silicatos sólidos (como en el caso del topacio) el enlace covalente o iónico no se limita a una molécula, sino que se extiende en el espacio ocupado por el sólido, resultando un entramado particularmente fuerte.

Al igual que para los cristales de hielo, en la mayoría de los silicatos la información que soportan es pequeña, aunque conviene matizar este punto.  Para un cristal ideal así sería en efecto, pero ocurre que en la realidad el cristal ideal es una abstracción, ya que en el cristal real existen aquí y allá los llamados defectos puntuales que trastocan la periodicidad espacial propia de las redes ideales. Precisamente esos defectos puntuales podían proporcionar una mayor información.

El cristal ideal no existe, en su estado natural, todos tienen imperfecciones y, sólo el elaborado, se podría decir que son cristales perfectos y, sin embargo, la mano del hombre lo que ha producido con tal intervención es perder una valiosa información inserta en ese cuerpo natural.

Si prescindimos de las orgánicas, el resto de las moléculas que resultan de la combinación entre los diferentes átomos no llega a 100.000, frente a los varios millones de las primeras. Resulta ranozable suponer que toda la enorme variedad de moléculas existentes, principalmente en los planetas rocosos, se haya formado por evolución de los átomos, como corresponde a un proceso evolutivo. La molécula poseería mayor orden que los átomos de donde procede, esto es, menor entropía. En su formación, el ambiente se habría desordenado al ganar entropía en una cierta cantidad tal, que arrojarse un balance total positivo.

No puedo dejar pasar la oportunidad, aunque sea de pasada, de mencionar las sustancias.

Las así llamadas, son cuerpos formados por moléculas idénticas, entre las cuales pueden o no existir enlaces químicos. Veremos varios ejemplos.  Las sustancias como el oxígeno, cloro, metano, amoníaco, etc, se presentan en estado gaseoso en condiciones ordinarias de presión y temperatura. Para su confinamiento se embotellan, aunque existen casos en que se encuentran mezcladas en el aire (os podéis dar una vueltecita por el polo químico de Huelva en España).

En cualquier caso, un gas como los citados consiste en un enjambre de las moléculas correspondientes. Entre ellas no se ejercen fuerzas, salvo cuando colisionan, lo que hacen con una frecuencia que depende de la concentración, es decir, del número de ellas que están concentradas en la unidad de volumen; número que podemos calcular conociendo la presión y temperatura de la masa de gas confinada en un volumen conocido.

                                         Nubes moleculares en Orión

Decía que no existen fuerzas entre las moléculas de un gas. En realidad es más exacto que el valor de esas fuerzas es insignificante porque las fuerzas residuales de las electromagnéticas, a las que antes me referí, disminuyen más rápidamente con la distancia que las fuerzas de Coulomb; y esta distancia es ordinariamente de varios diámetros moleculares.

Podemos conseguir que la intensidad de esas fuerzas aumente tratando de disminuir la distancia media entre las moléculas. Esto se puede lograr haciendo descender la temperatura, aumentando la presión o ambas cosas.  Alcanzada una determinada temperatura, las moléculas comienzan a sentir las fuerzas de Van der Waals y aparece el estado líquido; si se sigue enfriando aparece el sólido. El orden crece desde el gas al líquido, siendo el sólido el más ordenado. Se trata de una red tridimensional en la que los nudos o vértices del entramado están ocupados por moléculas.

Todas las sustancias conocidas pueden presentarse en cualquiera de los tres estados de la materia (estados ordinarios y cotidianos en nuestras vidas del día a día).

El Plasma de las estrellas y otros cuerpos estelares forman el estado más común de la materia en nuestro Universo -al menos la que vemos-

Si las temperaturas reinantes, son de miles de millones de grados, el estado de la materia es el plasma, el material más común del universo, el de las estrellas (aparte de la materia oscura, que no sabemos ni lo que es, ni donde está, ni que “estado” es el suyo).

En condiciones ordinarias de presión, la temperatura por debajo de la cual existe el líquido y/o sólido depende del tipo de sustancia. Se denomina temperatura de ebullición o fusión la que corresponde a los sucesivos equilibrios (a presión dada) de fases: vapor ↔ líquido ↔ sólido. Estas temperaturas son muy variadas, por ejemplo, para los gases nobles son muy bajas; también para el oxígeno (O₂) e hidrógeno (H₂). En cambio, la mayoría de las sustancias son sólidos en condiciones ordinarias (grasas, ceras, etc).

Compuestas:

Las sustancias pueden ser simples y compuestas, según que la molécula correspondiente tenga átomos iguales o diferentes. El número de las primeras es enormemente inferior al de las segundas.

El concepto de molécula, como individuo físico y químico, pierde su significado en ciertas sustancias que no hemos considerado aún. Entre ellas figuran las llamadas sales, el paradigma de las cuales es la sal de cocina.

Es requerida por el organismo para mantener la volemia y procurar el adecuado equilibrio electrolítico. Además, conserva iso-tonicidad entre plasma e intersticio, así como también mantiene equilibrio con la célula. Implicada directa en el mantenimiento de la presión arterial media y en el equilibrio osmolar. Su disociación en sangre es parcial (sólo un 93 porciento).

Se trata de cloruro de  sodio, por lo que cualquier estudiante de E.G.B. escribiría sin titubear su fórmula: Cl Na. Sin embargo, le podríamos poner en un aprieto si le preguntásemos dónde se puede encontrar aisladamente individuos moleculares que respondan a esa composición. Le podemos orientar diciéndole que en el gas Cl H o en el vapor de agua existen moléculas como individualidades. En realidad y salvo casos especiales, por ejemplo, a temperaturas elevadas, no existen moléculas aisladas de sal, sino una especie de molécula gigante que se extiende por todo el cristal. Este edificio de cristal de sal consiste en una red o entramado, como un tablero de ajedrez de tres dimensiones, en cuyos nudos o vértices se encuentran, alternativamente, las constituyentes, que no son los átomos de Cl y Na sino los iones Cl^– y Na⁺.  El primero es un átomo de Cl que ha ganado un electrón, completándose todos los orbitales de valencia; el segundo, un átomo de Na que ha perdido el electrón del orbital s.

Por esta zona de Huelva, conocida como Marismas del Odiel, llevaba con frecuencia a mis hijos pequeños que, jugando por aquellos parajes, se lo pasaban estupendamente, y, de camino, tenía la oportunidad de despertarles la curiosidad de cómo se producía la Sal.

Cuando los átomos de Cl y Na interaccionan por aproximarse suficientemente sus nubes electrónicas, existe un reajuste de cargas, porque el núcleo de Cl atrae con más fuerza los electrones que el de Na, así uno pierde un electrón que gana el otro. El resultado es que la colectividad de átomos se transforma en colectividad de iones, positivos los de Na y negativos los de Cl. Las fuerzas electromagnéticas entre esos iones determinan su ordenación en un cristal, el Cl Na. Por consiguiente, en los nudos de la red existen, de manera alternativa, iones de Na e iones de Cl, resultando una red mucho más fuerte que en el caso de que las fuerzas actuantes fueran de Van der Waals. Por ello, las sales poseen puntos de fusión elevados en relación con los de las redes moleculares.

emilio silvera

[?]

SUPERNOVAS

Las estrellas más masivas acaban su vida con una gigantesca explosión, una supernova. Las capas exteriores de la estrella salen proyectadas al espacio y durante unos días puede llegar a brillar más que una galaxia entera.

Nosotros podemos ver los restos incandescentes de estrellas muertas hace cientos o miles de años. Las supernovas escasean (dos o tres por siglo en nuestra Galaxia), y muchas de ellas quedan ocultas por el polvo interestelar. La última que se ha visto en la Vía Láctea data de 1604, sin embargo, hemos encontrado muchas más fuera de nuestra Galaxia.

IMPLOSIÓN DE UNA ESTRELLA

Cuando una estrella con una masa ocho veces superior a la de nuestro Sol consume todo su hidrógeno, se hincha y se convierte en una supergigante. Al contrario que las gigantes rojas, su núcleo está suficientemente caliente como para usar el carbono y el oxígeno creados en la combustión del helio y producir elementos más pesados como el hierro.

La supernova más brillante del cielo terrestre, en los últimos cuatro siglos, apareció el 23 de febrero de 1987 en la Gran Nube de Magallanes, pequeña galaxia satélite de la Vía Láctea.

Una supergigante puede tener un diámetro más de mil veces superior al del Sol. El núcleo creado formado de capas de elementos diferentes recuerda a una cebolla. La fusión nuclear no puede crear elementos más pesados que el hierro. Así que el núcleo que se forma es de hierro que, puede alcanzar 1,4 veces la masa del Sol y no puede soportar su propio peso. Se colapsa sobre sí mismo, se diría que implosiona, provocando la creación de elementos más pesados que el hierro. Y, a partir del núcleo implosionado, se crea una estrella de neutrones o un agujero negro.

Tres años antes de la explosión, la estrella que se convirtió en Supernova 1987A.  Era una supergigante azul apenas visible, conocida como Sanduleak-69º202. Inicialmente, su masa equivalía a 20 veces la del Sol. Esta Supernova siguió brillando hasta el 20 de mayo, alimentada por los elementos radiactivos creados por la explosión. La estructura compacta de la estrella original afectó a su punto máximo de brillo.

Existen diferentes tipos de supernovas y son clasificadas de manera también distintas. Una supergigante que explota es una supernova de tipo II. Una supernova de tipo Ia emite aún más energía. Cuando una enana blanca,  pequeña y densa, atrae el gas de una compañera mayor, su masa puede aumentar hasta que no pueda soportarlo e implosione, destruyéndose a sí misma en la gran explosión. Las supernovas de tipo Ia siempre tienen el mismo brillo y se pueden usar para medir las distancias de galaxias lejanas.

La onda expansiva de la explosión se extiende a través de la estrella, dando lugar a una inmensa explosión. Los elementos pesados proyectados en el espacio participan en la formación de nuevas generaciones de estrellas.

RESTOS DE SUPERNOVAS

                                              

                                                                  

                                                                     

                                                          

                                                                 

                                                                  

Los restos de una explosión de una estrella son extremadamente calientes, y siguen expandiéndose y emitiendo radiaciones durante cientos de miles de años. Se conocen restos de unas 150 supernovas. Hay imágenes de rayos X que muestran los de una supernova que explotó en 1572 en Casiopea. Lleva el nombre de Tycho Brahe, que la estudió en profundidad. Algunos joyeros darían lo que les pidieran por disponer de algunas materiales creados en las supernovas.

Los vestigios estelares son variados. Por ejemplo, tenemos los de la supernova Vela que pertenecen a una estrella que explotó hace 11.000 años. Su centro se encuentra aproximadamente a 1.500 años luz del Sol. La materia, que se extendía a miles de kilómetros, entró nuevamente en colisión con gases interestelares, aumentando su temperatura y haciéndolos luminosos. La luz roja viene del hidrógeno y la azul, del oxígeno. La radiación calórica de los restos de Vela se pueden observar con telescopios de rayos X.

LAS PRINCIPALES SUPERNOVAS

Año                   Constelación                   Magnitud               Distancia en a.l.

185                   Centauro                            – 8                            9.800

386                   Sagitario                             1,5                         16.000

393                   Escorpio                                0                         34.000

1006                 Lobo                                 -9,5                           3.500

1054                 Tauro                                   -5                           6.500

1181                 Casiopea                               0                            8.800

1572                 Casiopea                             -4                            7.500

1604                 Ofiucus                               -3                          12.500

1987                 Pez Espada                         2,8                        160.000

                            La muy conocida Nebulosa del Cangrejo con un púlsar en su interior

En el siglo II los chinos vieron la primera supernova, en 1.054 también fueron los chinos los que vieron  la explosión que dio lugar a la Nebulosa del Cangrejo, en 1604, Joannes Kepler observa la última supernova conocida en la Galaxia, en 1771, la Nebulosa del Cangrejo  se observa por primera vez en el catálogo de Charles Messier, ya en 1.885, Ernst Hartwig (185l-1923) descubre una brillante estrella nueva en la galaxia de Andrómeda. Es la primera supernova observada en otra galaxia. 1.934, Walter Baade y Fritz Zwicky inventan el término supernova. 1.942, La Nebulosa del Cangrejo se identifica como restos de la supernova de 1.054. Decenio de 1950, William Fowler (1911-1995) y Fred Hoyle (nacido en 1.915 y padre del término Big Bang) explican la aparición de supernovas por el agotamiento del combustible de las estrellas masivas. La Supernova 1987ª de la Gran Nube de Magallanes es la primera supernova cercana que se puede estudiar con instrumentos modernos.

Este es otro recorrido a través del tiempo de los sucesos de supernovas conocidos, y, desde luego, habrán sido muchos más de los que no tenemos datos, ni en los tiempos en que se produjeron, había aparatos para poder obtener imágenes o tomar los datos de la expansión, energías.

Las supernovas, como sabéis, forman Nebulosas y para completar el comentario dejaré aquí una reseña de ellas.

Arriba la Nebulosa NGC 6357 es una nebulosa en la que se forman algunas de las estrellas más masivas jamás descubiertas.

Aunque ya en épocas en que se confundían con las galaxias los astrónomos griegos anotaron en sus catálogos la existencia de algunas nebulosas, las primeras ordenaciones exhaustivas se realizaron a finales del siglo XVIII, de la mano del francés Charles Messier y del británico William F. Herschel.

En el siglo XX, el perfeccionamiento de las técnicas de observación y la utilización de dispositivos de detección e ondas de radio y rayos X de procedencia no terrestre completaron un detallado cuadro de Nebulosas, claramente diferenciadas en origen y características de las galaxias y los cúmulos de estrellas, lo que hizo posible estudiar sus propiedades de forma sistemática.

En la Tabla de Objetos Messier, existen clasificadas muchas de ellas, y como muestra podemos poner abjo la Nebulosa de la Laguna y otras.

• Nebulosa de la Laguna en Sagitario

• Nebulosa Trífida en Sagitario

• Nebulosa Planetaria en Vulpécula

• Nebulosa de Dumbell en Vulpécula

• La Gran Nebulosa de Orión en Orión

• Nebulosa Brillante en Orión

• Nebulosa planetaria “del Búho” en Osa Mayor

• Nebulosa de Orión, M42

• Nebulosa de la Cabeza de Caballo abajo

Existen casi 4 000 nubes de este tipo sólo en nuestra Galaxia,  y cada una tiene una masa que oscila entre 100 000 y 200 000 masas solares. El Hidrógeno y el Helio presentes en las Nebulosas existen desde el principio del Universo. Los elementos más pesados, como el Carbono, Oxígeno, Nitrógeno y Azufre, de más reciente formación, proceden de transmutaciones estelares que tienen lugar en el interior de las estrellas (lo explicamos en los primeros trabajos presentados con motivo de esta conmemoración del Año Internacional de la Astronomía 2009).

Y, como sería interminable el reseñar aquí todas la Nebulosas existentes en el cielo, sólo nos limitamos a dejar una reseña de varias de ellas de entre un inmenso número de variadas Nebulosas que pueblan el Universo.

Lo que es ineludible por ser el objetivo principal de divulgar el conocimiento de la Astronomía, al tratar sobre Nebulosas, es explicar lo que una Nebulosa es, y, las clases o variedades más importantes que de ellas existen, así que, sin más preámbulo pasamos a exponer lo que son estos objetos del cielo.

¿QUE SON LAS NEBULOSAS?

Se llama Nebulosa a una nube de gas y polvo situada en el espacio. El término se aplicaba originalmente a cualquier objeto con apariencia telescópica borrosa, pero con en advenimiento de instrumentos más potentes Tecnológicamente hablando, se descubrió que muchas nebulosas estaban en realidad formadas por estrellas débiles. En 1864, W. Huggins descubrió que las verdaderas nebulosas podían distinguirse de aquellas compuestas de estrellas analizando sus espectros.

En la actualidad, en término Nebulosa significa nebulosa gaseosa. El término nebulosa extra-galáctica, utilizado originalmente para describir galaxias es ahora obsoleto. Existen tres tipos principales de nebulosas gaseosas:

1. Las Nebulosas de emisión, que brillan con luz propia.
2. Las Nebulosas de reflexión, que reflejan la luz de fuentes brillantes próximas como estrellas.
3. Las nebulosas oscuras (o nebulosas de absorción), que aparecen oscuras frente a un fondo más brillante.

Este amplio esquema de clasificación ha sido extendido sobre todas las longitudes de onda, dando lugar a términos como nebulosas de reflexión infrarroja. Las nebulosas de emisión incluyen a las nebulosas difusas o regiones H II situadas alrededor de las estrellas jóvenes, las nebulosas planetarias que se hallan alrededor de las estrellas viejas y los remanentes de supernovas.

NEBULOSA BIPOLAR

Nube de gas con dos lóbulos principales que están situados simétricamente a cada lado de una estrella central. Esta forma bipolar se debe a la eyección de material por la estrella en direcciones opuestas. En algunos casos el material que fluye escapa a lo largo del eje de rotación de un denso disco de material que rodea a la estrella, y que la puede oscurecer completamente en longitudes de onda óptica.

Las Nebulosas bipolares pueden ser producidas por el flujo de materia procedente de estrellas muy jóvenes o muy viejas.

NEBULOSA BRILLANTE

Nube luminosa de gas y polvo interestelar. El término incluye a las nebulosas de emisión, en las que el gas brilla con luz propia; y las nebulosas de reflexión en las que el gas y el polvo reflejan la luz de las estrellas cercanas.

NEBULOSAS DE ABSORCIÓN – NEBULOSA OSCURA

Nube de gas y polvo interestelar que absorbe la luz que incide sobre ella desde detrás, de manera que parece negra frente a un fondo más brillante. La luz absorbida calienta las partículas de polvo, las cuales rerradian parte de esa energía en forma de radiación infrarroja. Parte de la luz del fondo no es absorbida, sino que es difundida o redirigida. La Nebulosa de la Cabeza del Caballo en Orión es una famosa nebulosa oscura; otro ejemplo es el Saco de Carbón, cerca de Cruz que oculta parte de la Vía Láctea.

NEBULOSA DE EMISIÓN

Nube luminosa de Gas y polvo en el espacio que brilla con luz propia. La luz puede ser generada de varias maneras. Usualmente el gas brilla porque está expuesto a una fuente de radiación ultravioleta; algunos ejemplos son las regiones H II y las Nebulosas planetarias, que son ionizadas por estrellas centrales.

El gas también puede brillar porque se ionizó en una colisión violenta con otra nube de gas, como en los objetos Herbig-Haro. Finalmente, parte de la luz de los remanentes de supernovas como la Nebulosa del Cangrejo está producida por el proceso de radiación sincrotrón, en el que las partículas cargadas se mueven en espiral alrededor de un campo magnético Interestelar.

NEBULOSA NORTEAMÉRICA

Nebulosa difusa en Cygnus, también conocida como NGC 7000, con forma parecida al continente norteamericano. Sus dimensiones son de 2º x ½º y se encuentra a 1 500 a.l., similar a la distancia de la brillante estrella Deneb. Sin embargo, la estrella que lo ilumina se cree que no es Deneb, sino una caliente estrella azul de magnitud 6 situada dentro de la nebulosa HR 8023. Cerca de la Nebulosa Norteamericana se encuentra la Nebulosa del Pelícano, tratándose en realidad de parte de la misma enorme nube que se extiende 100 años-luz.

NEBULOSA DE REFLEXIÓN

Al igual que las otras, es una nube de gas y polvo interestelar que brilla porque refleja o difunde la luz estelar. La luz procedente de una nebulosa de reflexión tiene las mismas líneas espectrales que la luz estelar que refleja, aunque es normalmente más azul y puede estar polarizada. Las nebulosas de reflexión aparecen a menudo junto a las nebulosas de emisión en las regiones de formación estelar reciente. El Cúmulo de las Pléyades está rodeado por una nebulosa de reflexión.

NEBULOSA DIFUSA

Otra nube de gas y polo interestelar que brilla debido al efecto sobre ella de la radiación ultravioleta procedentes de las estrellas cercanas. En la actualidad se recomienda el uso del término  Región H II para referirse a este tipo de nebulosas.

El calificativo de “difuso” data de la época en la que las nebulosas eran clasificadas de acuerdo a su apariencia en el óptico. Una nebulosa difusa era una que mantenía su aspecto borroso incluso cuando se observaba aumentada a través de un gran telescopio, en contraposición a aquellas que podían ser resueltas en estrellas.

NEBULOSA FILAMENTARIA

Grupo de nubes de gas y polvo alargadas con una estructura en forma de finos hilos vista desde la Tierra. Muchas estructuras filamentarias pueden realmente ser hojas vistas de perfil, en vez de hilos. Las nebulosas filamentarias más conocidas como la Nebulosa del Velo, son remanentes de supernova. Aunque estos remanentes tienen temperaturas de 10 000 K, son en realidad las partes más frías del remanente, pudiendo alcanzar otras partes de ella temperaturas superiores a 1.000.000 K.

NEBULOSA PLANETARIA

Brillante nube de gas y polvo luminoso que rodea a una estrella altamente evolucionada. Una nebulosa planetaria se forma cuando una gigante roja eyecta sus capas exteriores a velocidades de unos 10 km/s. El gas eyectado es entonces ionizado por la luz ultravioleta procedente del núcleo caliente de la estrella.

A medida que pierde materia este núcleo queda progresivamente expuesto, convirtiéndose finalmente en una enana blanca (lo que pasará con nuestro Sol). Las nebulosas planetarias tienen típicamente 0,5 a.l. de diámetro, y la cantidad de material eyectado es de 0,1 masas solares o algo más.

Debido a la altísima temperatura del núcleo, el gas de la nebulosa está muy ionizado. La Nebulosa Planetaria dura unos 100.000 años, tiempo durante el cual una fracción apreciable de la masa de la estrella es devuelta al espacio interestelar.

Las nebulosas planetarias se llaman así porque a los antiguos observadores les recordaba un disco planetario. De hecho, las formas detalladas de las nebulosas planetarias reveladas por los modernos telescopios cubren muchos tipos diferentes, incluyendo las que tienen forma de anillos (como la Nebulosa Anular), forma de pesas, o irregular.

Algunas nebulosas planetarias presentan ansae, unas pequeñas extensiones a cada lado de la estrella central, que se piensa que son producidas por eyección a alta velocidad de material de un flujo bipolar.

NEBULOSA PROTOPLANETARIA

• Etapa temprana en la formación de una nebulosa planetaria. En esta fase la estrella central ha expulsado sus capas exteriores, dejando al caliente núcleo estelar expuesto. La luz ultravioleta del núcleo comienza a ionizar la nube de gas y polvo circundante, y durante una breve fase la envoltura circun-estelar contiene a la vez material ionizado y material molecular frío lejos de la misma.

1. Nube a partir de la cual se formaron los planetas alrededor de una estrella recién nacida, como ocurrió en la nebulosa solar.

NEBULOSA SOLA

Nube de gas y polvo a partir de la cual se formó el Sistema Solar hace unos 5 000 millones de años. Se piensa que la nube tenía forma de disco achatado y que fue dispersada por el viento T. Tauri del joven Sol.

                                 Beta Pictoris y su asociación estelar

Los cometas, asteroides y meteoritos aportan importantes pistas para conocer la composición de la nebulosa solar. Discos similares de gas y polvo han sido detectados alrededor de estrellas jóvenes cercanas, notablemente Beta Pictoris.

Después del paseo que nos hemos dado por el inmenso “universo” de las Nebulosas, fácilmente podemos llegar a comprender de dónde vienen los elementos que conforman la materia en sus más variados viajes que van, desde la materia inerte hasta los pensamientos y, todo, amigos míos, comienza siempre en el corazón de las estrellas.

emilio silvera

[?]

“…en alguna pequeña charca caliente, tendrían la oportunidad de hacer el trabajo y organizarse en sistemas vivos…” Eso comentaba Darwin sobre lo que podría ocurrir en la Naturaleza.

Hasta que supimos que existían otros sistemas planetarios en nuestra Galaxia, ni siquiera se podía considerar esta posibilidad como una prueba de que la vida planetaria fuera algo común en la Vía Láctea. Pero ahora se sabe que más de cien estrellas de nuestra zona de la galaxia tienen planetas que describen órbitas alrededor de ellas. Casi todos

los planetas descubiertos hasta ahora son gigantes de gas, como Júpiter y Saturno (como era de esperar, los planetas grandes se descubrieron primero, por ser más fáciles de detectar que los planetas pequeños), sin embargo es difícil no conjeturar que, allí, junto a estos planetas, posiblemente estarán también sus hermanos planetarios más pequeños que, como la Tierra, pudieran tener condiciones para generar la vida en cualquiera de sus millones de formas.

En comentarios comentarios anteriores, ya nos referimos a los elementos más abundantes del Universo: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno (CHON).

Los cuatro elementos químicos más abundantes de la naturaleza son los denominados CHON: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno.  el cuerpo humano se compone principalmente de cuatro elementos, cuyas iniciales reunidas dan la palabra CHON. Una persona que pese 70 kilos tendrá 16 kilos de Carbono, 7 kilos de  Hidrógeno, 43 kilos de Oxígeno y 2 kilos de  Nitrógeno.  Si sumamos los kilos de CHON da 68 kilos, y los dos que faltan para los 70, son básicamente de calcio y unos 50 elementos más, incluyendo unos cuantos miligramos de oro.

Lee Smolin, de la Universidad de Waterloo,  Ontario, ha investigado la relación existente entre, por una parte, las estrellas que convierten unos elementos más sencillos en algo como el CHON y arroja esos materiales al espacio, y, por otra parte, las nubes de gas y polvo que hay en éste, que se contrae para formar nuevas estrellas.

Nuestro hogar dentro del espacio, la Vía Láctea, es una entre los cientos de miles de millones de estructuras similares dispersas por todo el Universo visible, y parece ser una más, con todas las características típicas – de tipo medio en cuanto a tamaño, composición química, etc.- La Vía Láctea tiene forma de disco plano, con alrededor de cien mil años luz de diámetro, y está formada por doscientos mil millones de estrellas que describen órbitas en torno al centro del disco.

                                             Los vientos solares que inciden en nuestro mundo

El Sol, en realidad, sólo es importante para nosotros al ser el cuerpo central de nuestro Sistema Solar, y con mucho, la estrella más cercana al planeta Tierra y la única que se puede estudiar con todo lujo de detalles. Se clasifica como una estrella G2V: una estrella amarilla con una temperatura efectiva de 5.770 K (tipo espectral G2) y una enana de la secuencia principal (clase de luminosidad V). Los detalles de su composición son sobradamente sabidos por todos y cabe destacar su abundancia de hidrógeno – 71% en masa- y de helio el 27% y elementos más pesados hasta completarlo. Por lo tanto, nuestro Sol no destaca por nada entre esa multitud de de cientos de miles de millones de estrellas.

          Estamos en una región tranquila, todas estas zonas del centro galáctico nos caen muy lejos

Recorre su órbita a una distancia del centro que viene a ser más o menos dos tercios del diámetro. En el centro de la Galaxia las estrellas forman una protuberancia, de tal modo que desde el exterior daría la sensación de estar viendo un enorme huevo frito, en el que la protuberancia sería la yema. Sin embargo, el modo en que este disco gira revela que todo el material brillante (materia bariónica) que compone la parte visible de la Vía Láctea queda sujeto por el tirón gravitatorio de una materia invisible que no brilla ni emite radiación y que viene a ser más o menos diez veces mayor que la materia visible de la Galaxia y que muchos suponen que está diseminada en un halo situado alrededor de ella, extendiéndose mucho más allá del borde del disco de estrellas brillantes.

    Aunque dicen que todo el universo está permeado por la materia oscura… ¡Nunca nadie lo vio!

Descubrir qué es realmente esta materia oscura (yo prefiero llamarla no luminosa o materia escondida) constituye un tema de crucial interés para los astrónomos, pero no entraremos ahora en eso, ya que, para lo que estamos tratando, no tiene importancia. Muchas galaxias en forma de disco se caracterizan por una especie de serpentinas que se alejan en espiral desde su centro, lo que hace que se les aplique el nombre de galaxias espirales. Es fácil estudiar las pautas que siguen los llamados “brazos espirales”, porque las galaxias se encuentran relativamente cerca unas de otras, si comparamos estas distancias con sus tamaños.

Este podría ser el escenario dentro de 3 ó 4 mil millones de años, cuando Andrómeda y La Vía Láctea se junten. El “matrimonio” tendrá una larga luna de miel, y, desde luego, los sucesos entre la pareja ni serán pacíficos.

Andrómeda, la galaxia espiral más cercana comparable a la Vía Láctea, se encuentra con respecto a nosotros a una distancia de poco más de dos millones de años luz; parece una gran distancia, pero la galaxia de Andrómeda es tan grande (un poco mayor que la Vía Láctea) que, incluso a esa distancia, vista desde la Tierra cubre un trozo de cielo del tamaño de la Luna, y puede observarse a simple vista en una noche despejada y sin luz lunar, si nos situamos lejos de las ciudades y de otras fuentes de emisión de luz.

Los brazos espirales, que son una característica tan llamativa en galaxias como la nuestra, son visibles porque están bordeados por estrellas calientes de gran masa que relucen con mucho brillo. Esto significa que también son estrellas jóvenes, ya que no hay estrellas viejas que tengan gran cantidad de masa.

No hay misterio alguno en cuanto al modo en que mantienen esa forma espiral. Se debe exclusivamente a un fenómeno de retroalimentación. c Las nubes gigantescas a partir de las cuales se forman las estrellas pueden contener hasta un millón de veces la masa del Sol cuando empieza a contraerse gravitatoriamente para formar estrellas. Cada nube que se contrae produce, no una sola estrella de gran tamaño, sino todo un conglomerado de estrellas, así como muchas estrellas menores. Cuando las estrellas brillantes emiten luz, la energía de esta luz estelar (especialmente en la parte ultravioleta del espectro) forma una burbuja dentro de la nube, y tiende a frenar la formación de más estrellas. Sin embargo, una vez que las estrellas de gran masa han recorrido sus ciclos vitales y han explotado, sembrando además el material interestelar con elementos de distintos tipos, la onda expansiva ejerce presión sobre las nubes interestelares cercanas y hace que éstas comiencen a contraerse.

Las ondas procedentes de distintas supernovas, al entrecruzarse unas con otras, actúan mutuamente para barrer el material interestelar y formar nuevas nubes de gas y polvo que se contraen produciendo más estrellas y supernovas, en un ejemplo clásico de interacción que se mantiene por sí sola en la que intervienen una absorción de energía (procedentes de las supernovas) y una retroalimentación.

Si la nube es demasiado densa, su parte interna se contraerá gravitatoriamente de manera rápida, formando unas pocas estrellas grandes que recorren sus ciclos vitales rápidamente y revientan la nube en pedazos antes de que puedan formarse muchas estrellas. Esto significa que la generación siguiente de estrellas nace de una nube más delgada, porque ha habido pocas supernovas que barrieran material formando pedazos densos. Si la nube es tan delgada que su densidad queda por debajo de la densidad óptima, nacerán muchas estrellas, y habrá gran cantidad de explosiones supernovas, lo cual producirá gran número de ondas de choque que barrerán el material interestelar, acumulándolo en nubes más densas.

De esta manera, por ambas partes, las retroalimentaciones operan para mantener un equilibrio aproximadamente constante entre la densidad de las nubes y el número de supernovas (y estrellas de tipo Sol) que se producen en cada generación. La propia pauta espiral resulta del hecho de que la galaxia realiza movimiento de rotación y está sometida al tirón gravitatorio que crea la fuerza de marea proveniente de esa materia no luminosa.

Claro que, la materia interestelar es variada. Existen nubes de gas y polvo fríos, que son ricas en interesantes moléculas y se llaman nubes moleculares gigantes; a partir de estas nubes se forman nuevas estrellas (y planetas). Hay nubes de lo que consideraríamos gas “normal”, formadas por átomos y moléculas de sustancias tales como el hidrógeno, y quizá tan caliente como una habitación cerrada durante toda la noche y con la temperatura de dos cuerpos dormidos y emitiendo calor. Además, hay regiones que se han calentado hasta temperaturas extremas mediante la energía procedente de explosiones estelares, de tal modo que los electrones han sido arrancados de sus átomos para formar un plasma cargado de electricidad.

También existe una amplia variedad de densidades dentro del medio interestelar. En la modalidad más ligera, la materia que está entre las estrellas es tan escasa que sólo hay un átomo por cada mil centímetros cúbicos de espacio: en la modalidad más densa, las nubes que están a punto de producir nuevas estrellas y nuevos planetas contienen un millón de átomos por centímetro cúbico. Sin embargo, esto es algo muy diluido si se compara con el aire que respiramos, donde cada centímetro cúbico contiene más de diez trillones de moléculas, pero incluso una diferencia de mil millones de veces  en densidad sigue siendo un contraste espectacular.

La cuestión es que, unos pocos investigadores destacaron allá por 1.990 en que todos estos aspectos –composición, temperatura y densidad- en el medio interestelar dista mucho de ser uniforme. Por decirlo de otra manera más firme, no está en equilibrio, y parece que lo que lo mantiene lejos del equilibrio son unos pocos de procesos asociados con la generación de las pautas espirales.

Esto significa que la Vía Láctea (como otras galaxias espirales) es una zona de reducción de la entropía. Es un sistema auto-organizador al que mantienen lejos del equilibrio, por una parte, un flujo de energía que atraviesa el sistema y, por otra, como ya se va viendo, la retroalimentación. En este sentido, nuestra Galaxia supera el test de Lovelock para la vida, y además prestigiosos astrofísicos han argumentado que las galaxias deben ser consideradas como sistemas vivos.

Creo que llevan toda la razón.

emilio silvera

[?]

                                                                            El Bosón de Higgs

Todos los intentos y los esfuerzos por hallar una pista del cuál era el origen de la masa fallaron. Feynman escribió su famosa pregunta: “¿Por qué pesa el muon?”. Ahora, por lo menos, tenemos una respuesta parcial, en absoluto completa.

Una voz potente y segura nos dice: “!Higgs¡” Durante más de 60 años los físicos experimentadores se rompieron la cabeza con el origen de la masa, y ahora el campo Higgs presenta el problema en un contexto nuevo; no se trata sólo del muon. Proporciona, por lo menos, una fuente común para todas las masas. La nueva pregunta feynmaniana podría ser: ¿Cómo determina el campo de Higgs la secuencia de masas, aparentemente sin patrón, que da a las partículas de la materia?

La variación de la masa con el estado de movimiento, el cambio de masa con la configuración del sistema y el que algunas partículas (el fotón seguramente y los neutrinos posiblemente) tengan masa en reposo nula son tres hechos que ponen entre dicho que el concepto de masa sea una tributo fundamental de la materia. Habrá que recordar aquel cálculo de la masa que daba infinito y nunca pudimos resolver; los físicos sólo se deshicieron de él “re-normalizándolo”, ese truco matemático que emplean cuando no saben hacerlo bien.

Ese es el problema de trasfondo con el que tenemos que encarar el problema de los quarks, los leptones y los vehículos de las fuerzas, que se diferencian por sus masas. Hace que la historia de Higgs se tenga en pie: la masa no es una propiedad intrínseca de las partículas, sino una propiedad adquirida por la interacción de las partículas y su entorno.

La idea de que la masa no es intrínseca como la carga o el espín resulta aún más plausible por la idílica idea de que todos los quarks y fotones tendrían masa cero. En ese caso, obedecerían a una simetría satisfactoria, la quiral, en la que los espines estarían asociados para siempre con su dirección de movimiento. Pero ese idilio queda oculto por el fenómeno de Higgs.

¡Ah, una cosa más! Hemos hablado de los bosones gauge y de su espín de una unidad; hemos comentado también las partículas fermiónicas de la materia (espín de media unidad). ¿Cuál es el pelaje de Higgs? Es un bosón de espín cero. El espín supone una direccionalidad en el espacio, pero el campo de Higgs de masa a los objetos dondequiera que estén y sin direccionalidad. Al Higgs se le llama a veces “bosón escalar” [sin dirección] por esa razón.

 

“La teoría de la fuerza débil fue propuesta por primera vez por Enrico Fermi en 1933 y se conocía en ese momento como la interacción de Fermi. La fuerza débil está mediada por dos tipos de bosones medidores: el bosón Z y el bosón W.”

 

La interacción débil, recordareis, fue inventada por E. Fermi para describir la desintegración radiactiva de los núcleos, que era básicamente un fenómeno de poca energía, y a medida que la teoría de Fermi se desarrolló, llegó a ser muy precisa a la hora de predecir un enorme número de procesos en el dominio de energía de los 100 MeV. Así que ahora, con las nuevas tecnologías y energías del LHC, las esperanzas son enormes para, por fin, encontrar el bosón Higgs origen de la masa… y algunas cosas más.

Hay que responder montones de preguntas. ¿Cuáles son las propiedades de las partículas de Higgs y, lo que es más importante, cuál es su masa? ¿Cómo reconoceremos una si nos la encontramos en una colisión de LHC? ¿Cuántos tipos hay? ¿Genera el Higgs todas las masas, o solo las hace incrementarse? ¿Y, cómo podemos saber más al respecto? Como es su partícula, nos cabe esperar que la veamos ahora después de gastar más de 50.000 millones de euros en los elementos necesarios para ello.

También a los cosmólogos les fascina la idea de Higgs, pues casi se dieron de bruces con la necesidad de tener campos escalares que participasen en el complejo proceso de la expansión del Universo, añadiendo, pues, un peso más a la carga que ha de soportar el Higgs.

El campo de Higgs, tal y como se lo concibe ahora, se puede destruir con una energía grande, o temperaturas altas. Estas generan fluctuaciones cuánticas que neutralizan el campo de Higgs. Por lo tanto, el cuadro que las partículas y la cosmología pintan juntas de un universo primitivo puso y de resplandeciente simetría es demasiado caliente para Higgs. Pero cuando la temperatura caen bajo los 10′⁵ grados kelvin o 100 GeV, el Higgs empieza a actuar y hace su generación de masas. Así por ejemplo, antes de Higgs teníamos unos W, Z y fotones sin masa y la fuerza electro-débil unificada.

El Universo se expande y se enfría, y entonces viene el Higgs (que engorda los W y Z, y por alguna razón ignora el fotón) y de ello resulta que la simetría electro-débil se rompe.

Tenemos entonces una interacción débil, transportada por los vehículos de la fuerza W⁺, W^–, Z⁰, y por otra parte una interacción electromagnética, llevada por los fotones. Es como si para algunas partículas del campo de Higgs fuera una especie de aceite pesado a través del que se moviera con dificultad y que las hiciera parecer que tienen mucha masa. Para otras partículas, el Higgs es como el agua, y para otras, los fotones y quizá los neutrinos, es invisible.

De todas las maneras, es tanta la ignorancia que tenemos sobre el origen de la masa que, nos agarramos como a un clavo ardiendo el que se ahoga, en este caso, a la partícula de Higgs que, algunos, han llegado a llamar:

Presentación

“Me gustan la teoría de la relatividad y la cuántica porque no las entiendo, porque hacen que tenga la sensación de que el espacio vaga como un cisne que no puede estarse quieto, que no quiere quedarse quieto ni que lo midan; porque me dan la sensación de que el átomo es una cosa impulsiva, que cambia siempre de idea.”
D. H. LAWRENCE

La «Partícula Divina» es el bosón de Higgs, «tan fundamental para la física de nuestros días —nos dice el autor—, tan crucial para el conocimiento final de la estructura de la materia y, sin embargo, tan esquiva».

¡La partícula Divina!

¡Ya veremos en que termina todo esto!

Peter Higgs, de la Universidad de Edimburgo, introdujo la idea en la física de partículas. La utilizaron los teóricos Steven Weinberg y Abdus Salam, que trabajaban por separado, para comprender como se convertía la unificada y simétrica fuerza electro-débil, transmitida por una feliz familia de cuatro partículas mensajeras de masa nula, en dos fuerzas muy diferentes: la QED con un fotón carente de masa y la interacción débil con sus W⁺, W^– y Z⁰ de masa grande.

Weinberg y Salam se apoyaron en los trabajos previos de Sheldon Glasgow, quien tras los pasos de Julian Schwinger, sabía sólo que había una teoría electro-débil unificada, coherente, pero no unió todos los detalles. Y estaban Jeffrey Goldstone y Martines Veltman y Gerard’t Hooft. También hay otras a los que había que mencionar, pero lo que siempre pasa, quedan en el olvido de manera muy injusta. Además, ¿Cuántos teóricos hacen falta para encender una bombilla?

La verdad es que, casi siempre, han hecho falta muchos. Recordemos el largo recorrido de los múltiples detalle sueltos y físicos que prepararon el terreno para que, llegara Einstein y pudiera, uniéndolo todos, exponer su teoría relativista.

                                                                          

                                                                                 Martinus Veltman

Sobre la idea de Peter Higgs, Veltman, uno de sus arquitectos, dice que es una alfombra bajo la que barremos nuestra ignorancia. Glasgow es menos amable y lo llamó retrete donde echamos las incoherencias de nuestras teorías actuales. La objeción principal: que no tenemos la menor prueba experimental.

Ahora, por fin la tendremos con el LHC, y ésta pega, se la traspasamos directamente a la teoría de supercuerdas.

El modelo estándar es lo bastante fuerte para decirnos que la partícula de Higgs de menor masa (podría haber muchas) debe “pesar” menos de 1 TeV. ¿Por qué? Si tiene más de 1 TeV, el modelo estándar se vuelve incoherente y tenemos la crisis de la unitariedad.

Después de todo esto, llego a la conclusión de que, el campo de Higgs, el modelo estándar y nuestra idea de cómo se hizo el Universo dependía de que se encontrara el bosón de Higgs. Y llegó, por fin, el  acelerador con la energía necesaria para que nos la muestre y que con su potencia pueda crear para nosotros una partícula que pese nada menos que 1 TeV. Para ello contamos con energías de hasta 14 TeV.

¡La confianza en nosotros mismos, no tiene límites! (Mi amigo Ramon me dice siempre que la masa es el resultado del efecto frenado. Las partículas que deambulan por los océanos de Higgs interaccionan y toman masa a través del efecto frenado.)

De la nada, de pronto surge un destello cegador, un conjunto de energía que dura unos segundos. Cuando se desvanece, allí queda la serena figura de un hombre.

¿De dónde ha salido? ¿De dónde viene?

Bueno, estimo que sería conveniente que me formuléis esas preguntas dentro de algunos miles de años. Ahora es pronto.

De la misma manera es pronto para contestar otras muchas preguntas. Sin embargo, en unos meses, sabremos sobre el bosón de Higgs, hasta hace poco inalcanzable.

¿Pasará igual con las cuerdas?

emilio silvera

[?]

En 1.930, el físico Wolfgang Pauli propuso la hipótesis de una nueva e invisible partícula denominada neutrino para dar cuenta de la energía pérdida en ciertos experimentos sobre radiactividad que parecían violar la conservación de la materia y la energía. Pauli comprendió, no obstante, que los neutrinos serían casi imposibles de observar experimentalmente, porque interaccionarían muy débilmente y, por consiguiente, muy raramente con la materia.

Por ejemplo, si pudiéramos construir un bloque sólido de plomo de varios años-luz de extensión desde nuestro Sistema Solar hasta Alpha Centaury y lo pusiéramos en el camino de un haz de neutrinos, aun saldrían algunos por el extremo opuesto.  Pueden atravesar la Tierra como si ni siquiera existiese y, de hecho, billones de neutrinos emitidos por el Sol están atravesando continuamente nuestros cuerpos, tanto de día como de noche.  Pauli admitió: “He cometido el pecado más grave, he predicho la existencia de una partícula que nunca puede ser observada.”

Los neutrinos han sido objeto de grandes proyectos para su localización, y, escondidos en las profundidades de la Tierra, en minas abandonadas, han sido instalados grandes depósitos de agua pesada que, detectaban a los neutrinos que allí interaccionaban y que eran detectados por ordenador. Hay empresas que parecen descabelladas y, sin embargo, son las que nos traen los mayores éxitos.

Si repasamos la historia de la Ciencia, seguramente encontraremos muchos motivos para el optimismo.  Witten con su Teoría M,  está convencido de que la ciencia será algún día capaz de sondear hasta las energías de Planck.

Como ya he contado en otras ocasiones, él dijo:

“No siempre es tan fácil decir cuáles son las preguntas fáciles y cuáles las difíciles.  En el siglo XIX, la pregunta de por qué el agua hierve a 100 grados era desesperadamente inaccesible.  Si usted hubiera dicho a un físico del siglo XIX que hacia el siglo XX sería capaz de calcularlo, le habría parecido un cuento de hadas…  La teoría cuántica de campos es tan difícil que nadie la creyó completamente durante veinticinco años.”

En su opinión Las buenas ideas siempre se verifican. Pero, en el caso presente será más complejo hacerlo, toda vez que, se necesitará la energía de 10¹⁹ GeV para poder hacerlo, y, esa energía, no está a nuestro alcance (de momento). Sin embargo, otras teorías e3e pudieron verificar sin tanto problema:

Los ejemplos son innumerables: La Gravedad de Newton, el campo eléctrico de Faraday y el electromagnetismo de Maxwell, la teoría de la relatividad de Einstein en sus dos versiones y su demostración del efecto fotoeléctrico, la teoría del electrón de Paul Dirac, el principio incertidumbre de Heisemberg, la función de ondas de Schrödinger, y tantos y tantos otros.

              La anti-materia de Dirac                           Principio de Incertidumbre de Heisenberg

                                                                 Función de onda de Schrödinger

Algunos de los físicos teóricos más famosos, sin embargo, protestaban de tanto empeño en la experimentación. El astrónomo Arthur Eddington (ha estado en estas páginas muchas veces) se cuestionaba incluso si los científicos no estaban forzando las cosas cuando insistían en que todo debería ser verificado.

El premio Nóbel Paul Dirac incluso llegó a decir de forma más categórica:” Es más importante tener belleza en las ecuaciones que tener experimentos que se ajusten a ellas.”

                                                                                Dirac dejó este bello ejemplo

O, en palabras del físico John Ellis del CERN: “como decía en una envoltura de caramelos que abrí hace algunos años:  ” Es sólo el optimista el que consigue algo en este mundo”

Yo, como todos ustedes, un hombre normal y corriente de la calle, escucho a unos y a otros, después pienso en lo que dicen y en los argumentos y motivaciones que les han llevado a sus respectivos convencimientos, y, finalmente, también como todos ustedes, decido según mi propio criterio, que no obligatoriamente, coincidirá con alguna de esas opiniones, y, en algún caso, hasta me permito emitir, la mía propia.

Suponiendo que algún físico brillante nos resuelva la teoría de campos de cuerdas y derive las propiedades conocidas de nuestro universo, con un poco de suerte, podría ocurrir en este mismo siglo, lo que no estaría nada mal considerando las dificultades de la empresa.

El problema fundamental es que estamos obligando a la teoría de supercuerdas a responder preguntas sobre energías cotidianas, cuando su “ámbito natural” está en la energía de Planck.  Esta fabulosa energía fue liberada sólo en el propio instante de la creación. Lo que quiere decir, que la teoría de supercuerdas es naturalmente una teoría de la Creación.

Fuimos capaces de predecir que el Big Bang produjo un “eco” cósmico reverberando en el Universo y que podría ser medido por los instrumentos adecuados.   De hecho, Arno Penzias y Robert Wilson de los Bell Telephone Laboratories, ganaron el premio Nóbel en 1978 por detectar este eco del Big Bang, una radiación de microondas que impregna el Universo conocido. El que el eco del Big Bang debería estar circulando por el Universo miles de millones de años después del suceso fue predicho por primera vez por George Gamow y sus discípulos Ralpher y Robert Herman, pero nadie les tomó en serio.

La propia idea de medir el Eco de la Creación parecía extravagante cuando la propusieron por primera vez poco después de la segunda guerra mundial. Sin embargo, se hizo mediante varios proyectos cada vez más ajustados y exactos. Arriba se ven los ingenios que lograron su detección.

Max Planck publicó aquel trabajo de 8 páginas en 1900, y, quedó sembrada la semilla de la Mecánica cuántica que, más tarde, “regarían” Heisenberg, Schrödinger, Dirac, Feyman y otros.

Su lógica, sin embargo, era aplastante.  Cualquier objeto, cuando se calienta, emite radiación de forma gradual.  Esta es la razón de que el hierro se ponga al rojo vivo cuando se calienta en un horno y, cuanto más se calienta, mayor es la frecuencia de radiación que emite.  Una fórmula matemática exacta, la ley de Stefan-Boltzmann, relaciona la frecuencia de la luz (o el color en este caso) con la temperatura.  (De hecho, así es como los científicos determinan la temperatura de la superficie de una estrella lejana, examinando su color).  Esta radiación se denomina RADIACIÓN DE CUERPO NEGRO.

Esta radiación (como no), ha sido aprovechada por los ejércitos que mediante visores nocturnos pueden operar en la oscuridad.  De noche, los objetos relativamente calientes, tales como soldados enemigos o los carros de combate, pueden estar ocultos en la oscuridad, pero continúan emitiendo radiación de cuerpo negro invisible en forma de radiación infrarroja, que puede ser captada por gafas especiales de infrarrojos.  Esta es también la razón de que nuestros automóviles cerrados se calienten en verano, ya que, la luz del Sol atraviesa los cristales del automóvil y calienta el interior. A medida que se calienta, empieza a emitir radiación de cuerpo negro en forma de radiación infrarroja.  Sin embargo, esta clase de radiación, no atraviesa muy bien el vidrio, y por lo tanto queda atrapada en el interior del automóvil, incrementando espectacularmente la temperatura.

Análogamente, la radiación de cuerpo negro produce el efecto invernadero. Al igual que el vidrio, los altos niveles de dióxido de carbono en la atmósfera, causados por la combustión sin control de combustibles fósiles, pueden atrapar la radiación de cuerpo negro infrarroja en la Tierra y, de este modo, calentar gradualmente el planeta.

Gamow razonó que el Big Bang era inicialmente muy caliente, y que por lo tanto sería un cuerpo negro ideal emisor de radiación.  Aunque la tecnología de los años cuarenta era demasiado primitiva para captar esta débil señal de la Creación, Gamow pudo calcular la temperatura de dicha radiación y predecir con fiabilidad que un día nuestros instrumentos serían lo suficientemente sensibles para detectar esta radiación “fósil”.

                                                      El Universo opaco o sopa primordial de las estrellas

La lógica que había detrás de su razonamiento era la siguiente: alrededor de 300.000 años después del Big Bang, el Universo se enfrió hasta el punto en el que los átomos pudieron empezar a componerse; los electrones pudieron empezar a rodear a los protones y neutrones formando átomos estables, que ya no serían destruidos por la intensa radiación que esta impregnando todo el Universo.  Antes de este momento, el Universo estaba tan caliente que los átomos eran inmediatamente descompuestos por esa radiación tan potente en el mismo acto de su formación.  Esto significa que el Universo era opaco, como una niebla espesa absorbente e impenetrable.

     Pasó de opaco a transparente y comenzaron a formarse los átomos, las moléculas y la materia

Pasados 300.000 años, la radiación no era tan potente, se había enfriado, y por lo tanto la luz podía atravesar grandes distancias sin ser dispersada.  En otras palabras, el Universo se hizo repentinamente mayor y transparente.

Terminaré esta parte comentando que un auténtico cuerpo negro es un concepto imaginario, un pequeño agujero en la pared de un recinto a temperatura uniforme es la mejor aproximación que se puede tener de él en la práctica.

La radiación de cuerpo negro es la radiación electromagnética emitida por un cuerpo negro.  Se extiende sobre todo el rango de longitud de onda y la distribución de energías sobre este rango tiene una forma característica con un máximo en una cierta longitud de onda, desplazándose a longitudes de onda más cortas al aumentar las temperaturas.*

                                                                    Los fotones viajan por el Universo

Hablar, sin más especificaciones, radiación, es estar refiriéndonos a una energía que viaja en forma de ondas electromagnéticas o fotones por el Universo.  También nos podríamos estar refiriendo a un chorro de partículas, especialmente partículas alfa o beta de una fuente radiactiva o neutrones de un reactor nuclear.

La radiación actínida es la electromagnética que es capaz de iniciar una reacción química.  El término es usado específicamente para la radiación ultravioleta y también para denotar radiación que podría afectar a las emulsiones fotográficas.

Radiación blanda, radiación cósmica, radiación de calor, radiación de fondo, de fondo de microondas, radiación dura, electromagnética, radiación gamma, infrarroja, ionizante, monocromática, poli cromática, de sincrotrón, ultravioleta, de la teoría cuántica, de radiactividad…    y, como se puede ver, la radiación en sus diversas formas, es, un Universo en sí misma.

Siempre me llamó la atención y se ganó mi admiración el físico alemán Max Planck (1858-1947), responsable, entre otros muchos logros, de la ley de radiación de Planck que, da la distribución de energía radiada por un cuerpo negro.  Introdujo en Física el concepto novedoso de que la energía es una entidad que es radiada por un cuerpo en pequeños paquetes discretos, en vez de una emisión continua.

Estos pequeños paquetes se conocieron como cuantos y la ley formulada es la base de la teoría cuántica.

Einstein se inspiró en este trabajo para a su vez, presentar el suyo propio sobre el efecto fotoeléctrico donde la energía máxima cinética del fotoelectrón, Em’ esta dada por la ecuación que lleva su nombre:

Planck publicó en 1.900, un artículo sobre la radiación de cuerpo negro que, sentó las bases para la teoría de la mecánica cuántica que más tarde desarrollaron otros, como el mismo Einstein, Heisemberg, Schrördinger, Dirac, Feymann, etc.

Todos los físicos son conocedores de la enorme contribución que Max Planck hizo en física: la constante de Planck, radiación de Planck, longitud de Planck, unidades de Planck, etc.  Es posible que sea el físico de la historia que más veces ha dado su nombre a conceptos de la física.

Pongamos un par de ejemplos de su ingenio:

                         Unidades de Planck

Esta escala de longitud (veinte ordenes de magnitud menor que el tamaño del protón 10^{-15 m.) es a la que la descripción clásica de la gravedad cesa de ser válida y deber ser tenida en cuenta la mecánica cuántica.}

En la formula que la describe, G es la constante gravitacional, ħ es la constante de Planck racionalizada y c es la velocidad de la luz.

 Masa de Planck, vale 10^-8 kg.

Es la masa de una partícula cuya longitud de onda Compton es igual a la longitud de Planck.  Está dada por la ecuación 2), donde ħ es la constante de Planck racionalizada, c es la velocidad de la luz y G es la constante gravitacional (los mismos términos de la ecuación 1), pero intercambiándolos de manera que tienen otro significado).

La descripción de una partícula elemental de esta masa, o partículas que interaccionan con energías por partículas equivalentes a ella (a través de ), requiere una teoría cuántica de la gravedad.  Como la masa de Planck es del orden de 10^{-8 Kg (equivalente a una energía de 10 exp.19} GeV) y, por ejemplo, la masa del protón es del orden de 10^{-27 kg y las mayores energías alcanzables en los aceleradores de partículas actuales son del orden de 10 exp.3} GeV, los efectos de gravitación cuántica no aparecen en los laboratorios de física de partículas.

Únicamente, en un laboratorio aparecieron partículas que tenían energías del orden de la masa de Planck: en el Universo primitivo, de acuerdo con la teoría del Big Bang, motivo este por el que es necesaria una teoría cuántica de la gravedad para estudiar aquellas condiciones.

Esta energía de la que estamos hablando, del orden de 10¹⁹ GeV (inalcanzable para nosotros), es la que necesitamos para verificar la teoría de supercuerdas.

Siempre, desde que puedo recordar, me llamó la atención los misterios y secretos encerrados en la Naturaleza y, la innegable batalla mantenida, a lo largo de la historia, por los científicos para descubrirlos.

emilio silvera

[?]