miércoles, 29 de septiembre del 2021 Fecha
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¡Aquellos primeros momentos!

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

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Antes de que la imagen de arriba fuese una realidad tuvieron que pasar muchos miles de millones de años. Hasta donde sabemos y el origen más aceptado para nuestro Universo es el de una inmensa explosión proveniente de una singularidad en la que la densidad y la energía eran “infinitas” y a partir de ahí, comenzó la gran aventura. Esa es la idea que más coincide con lo que ahora podemos observar, y, precisamente por eso, el Modelo de Universo aceptado es el llamado Big Bang.

¡El Universo!

El universo primitivo, en una espectacular imagen en 3D

La primera interacción que puede ser considerada era la constante aniquilación y producción de electrones y positrones. Uno de los descubrimientos más famosos del siglo XX es la equivalencia entre la masa y la energía (E= m c2): bajo condiciones adecuadas, la energía se puede convertir en materia y viceversa. La conversión de energía en materia no se observa comúnmente en nuestro entorno porque éste es demasiado frío y no hay presión suficiente. Pero con las densidades y temperaturas que reinaban en el universo primitivo, esta conversión era el pan de cada día. Los fotones (g) se convertían en electrones (e-) y positrones (e+) (proceso conocido como producción de pares). Estos fotones no podían producir partículas más pesadas (como nucleones por ejemplo) por no poseer suficiente energía. Los electrones y positrones terminarían por colisionar con sus respectivas antipartículas y convertirse de nuevo en fotones (a lo que nos referiremos como aniquilación)

La segunda interacción fue la conversión de protones en neutrones y viceversa. Esas partículas atómicas pesadas estaban ya presentes “en el principio” y estaban continuamente transmutándose una en otra mediante las siguientes reacciones:

“En el principio”, debido a la alta densidad de energía, las colisiones entre las partículas ocurrían de forma tan rápida que las reacciones de conversión de protones en neutrones y viceversa se equilibraban de tal manera, que su número, aunque pequeño, era muy aproximadamente el mismo. Pero esa igualdad se rompió casi inmediatamente debido a que los neutrones son ligeramente más pesados que los protones. Por tanto, se necesita un poco más de energía para cambiar de un protón a un neutrón que viceversa. Al principio esto no tenía ninguna influencia porque había gran cantidad de energía en los alrededores. Pero como esta densidad de energía decrecía continuamente con la expansión, cada vez había menos energía disponible para cada colisión. Este hecho empezó a inclinar la balanza hacia la formación de protones, por lo que en número de protones empezó a ser mayor que el de neutrones y a medida que bajaba la temperatura la diferencia fue cada vez más notable.

Antes de alrededor de un minuto y cuarenta segundos desde el comienzo del tiempo,  no hay núcleos atómicos estables.  El nivel de energía en el ambiente es mayor que la energía de unión nuclear. Por consiguiente, todos los núcleos que se forman, se destruyen de rápidamente.

Alrededor de un segundo desde el comienzo del tiempo, llegamos a la época de desacoplamiento de los neutrinos.  Aunque en esa época el Universo es más denso que las orcas (y tan caliente como la explosión de una bomba de hidrógeno), ya ha empezado a parecer vacío a los neutrinos.  Puesto que los neutrinos sólo reaccionan a la fuerza débil, que tiene un alcance extremadamente corto, pueden escapar de sus garras y volar indefinidamente sin experimentar ninguna otra interacción.

Aunque parezca mentira, al día de hoy no sabemos, a ciencia cierta, como se formaron las galaxias

Así, emancipados, en lo sucesivo son libres de vagar por el Universo a su manera indiferente, volando a través de la mayor   de la materia como sino existiese. (Diez trillones de neutrinos atravesarán sin causar daños el cerebro y el cuerpo del lector en el tiempo que le lleve leer esta frase.  Y en el tiempo en que usted haya leído esta frase estarán más lejos que la Luna).

En menos de un siglo, el neutrino pasó de ser una partícula fantasma propuesta en 1930 por el físico austríaco Wolfgang Pauli (1900-1958), a explicar el balance de energía en una forma de radioactividad,  el llamado decaimiento beta, en una sonda capaz de escrutar el interior de estrellas y de la propia Tierra.

Estas imágenes obtenidas por el instrumento SPIRE del telescopio espacial Herschel muestran algunos de los objetos más representativos de la población de 234 candidatos a protocúmulos galácticos recientemente descubiertos. Los contornos en amarillo representan variaciones en la densidad de las galaxias. Créditos: ESA / Colaboración Planck / H. Dole, D. Guéry y G. Hurier, IAS/Universidad de París Sud/CNRS/CNES.

   Protocúmulos galácticos en el universo primitivo captados por los telescopios Planck y Herschel

De esa manera, oleadas de neutrinos liberados en un segundo después del big bang persiste aún después, formando una radiación cósmica de fondo de neutrinos semejante a la radiación de fondo de microondas producida por el desacoplamiento de los fotones.

Si estos neutrinos “cósmicos” (como se los llama para diferenciarlos de los neutrinos liberados más tarde por las supernovas) pudiesen ser observador por un telescopio de neutrinos de alguna clase, proporcionarían una visión directa del Universo cuando sólo tenía un segundo.

A medida que retrocedemos en el tiempo, el Universo se vuelve más denso y más caliente, y el nivel de  estructura que puede existir se hace cada vez más rudimentario.

Por supuesto, en ese tiempo, no hay moléculas, ni átomos, ni núcleos atómicos, y, a 10-6 (0.000001) de segundo después del comienzo del tiempo, tampoco hay neutrones ni protones.  El Universo es un océano de quarks libres y otras partículas elementales.

Si nos tomamos el de contarlos, hallaremos que por cada mil millones de antiquarks existen mil millones y un quark.  asimetría es importante.  Los pocos quarks en exceso destinados a sobrevivir a la aniquilación general quark-antiquark formaran todos los átomos de materia del Universo del último día.  Se desconoce el origen de la desigualdad; presumiblemente obedezca a la ruptura de una simetría materia antimateria en alguna etapa anterior.

Nos aproximamos a un tiempo en que las estructuras básicas de las leyes naturales, y no sólo las de las partículas y campos cuya conducta dictaban, cambiaron a medida que evolucionó el Universo.

La primera transición semejante se produjo en los 10-11 de segundo después del comienzo del tiempo, cuando las funciones de las fuerzas débiles y electromagnéticas se regían por una sola fuerza, la electrodébil.  hay bastante energía ambiente para permitir la creación y el mantenimiento de gran de bosones w y z.

Estas partículas – las mismas cuya aparición en el acelerador del CERN verificó la teoría electrodébil – son las mediadoras intercambiables en las interacciones de fuerzas electromagnéticas y débiles, lo que las hace indistinguibles.  En ese tiempo, el Universo está gobernando sólo por tres fuerzas: la gravedad, la interacción nuclear fuerte y la electrodébil.

Más atrás de ese tiempo nos quedamos en el misterio y envueltos en una gran nebulosa de ignorancia.  Cada uno se despacha a su gusto para lanzar conjeturas y teorizar sobre lo que pudo haber sido.   Seguramente, en el futuro, será la teoría M (de supercuerdas) la que contestará esas preguntas sin respuestas ahora.

En los 10-35 de segundo desde el comienzo del tiempo, entramos en un ámbito en el que las cósmicas son aún menos conocidas.  Si las grandes teorías unificadas son correctas, se produjo una ruptura de la simetría por la que la fuerza electronuclear unificada se escindió en las fuerzas electrodébil y las fuertes.  Si es correcta la teoría de la supersimetría, la transición puede haberse producido antes, había involucrado a la gravitación.

En el universo temprano la primera materia (hidrógeno y Helio) era llevada por la fuerza de gravedad a conformarse en grandes conglomerados de gas y polvo que interacioban, producían calor y formaron las primeras estrellas.

Elaborar una teoría totalmente unificada es tratar de comprender lo que ocurrió en ese tiempo remoto que, según los últimos estudios está situado entre 15.000 y 18.000 millones de años, cunado la perfecta simetría que, se pensaba, caracterizó el Universo, se hizo añicos para dar lugar a los simetrías rotas que hallamos a nuestro alrededor y que, nos trajo las fuerzas y constantes Universales que, paradójicamente, hicieron posible nuestra aparición para que , sea posible que, alguien como yo esté contando lo que pasó.

Pero hasta que no tengamos tal teoría no podemos esperar comprender lo que realmente ocurrió en ese Universo bebé.  Los límites de nuestras conjeturas actuales cuando la edad del Universo sólo es de 10-43 de segundo, nos da la única respuesta de encontrarnos ante una puerta cerrada.

Del otro lado de esa puerta está la época de Plank, un tiempo en que la atracción gravitatoria ejercida por cada partícula era comparable en intensidad a la fuerza nuclear fuerte.

Atomos-y-electricidad-7.jpg

La fuerza nuclear fuerte hizo posible la existencia de los núcleos que atraían electrones para formar átomos

Así que, llegados a este punto podemos decir que la clave teórica que podría abrir esa puerta sería una teoría unificada que incluyese la gravitación, es decir, una teoría cuántica-gravitatoria que uniese, de una vez por todas, a Planck y Einsteins que, aunque eran muy amigos, no parecen que sus teorías (la Mecánica Cuántica) y (la Relatividad General) se lleven de maravilla.

emilio silvera

La Física sigue su camino hacia el futuro

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en La física en la vida cotidiana    ~    Comentarios Comments (0)

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Acelerando, que es gerundio

Los aceleradores de partículas están poniendo de nuevo patas arriba lo que sabemos de física y, por tanto, del origen del Universo

 

Este primer tercio del siglo XXI se está pareciendo en Física al primer tercio del siglo XX. Las numerosas figuras de la época, con Einstein como icono principal a la cabeza, estaban en plena ebullición intelectual y publicando teorías que, literalmente, lo pusieron todo patas arriba. Hoy estamos ante un panorama parecido en el que las grandes máquinas, los aceleradores de partículas, están poniendo de nuevo patas arriba lo que sabemos de física y, por tanto, del origen del Universo. Y, como entonces, las noticias sobre Física ocupan portadas de periódicos y, esto es nuevo, se extienden por las redes a la velocidad de la luz.

Resultado de imagen de Descubierto el Bosón de Higgs

Tras el impacto que supuso el anuncio del descubrimiento del bosón de Higgs, el 4 de julio del 2012 (el viernres hizo dos años), la atención mundial se volvió hacia la Física y, en concreto a los físicos de partículas. Provistos de un lápiz y un papel, y de su cabeza prodigiosa Robert Brout, François Englert y Peter Higgs describieron en 1964 un mecanismo que incluía una partícula, que acabó llamándose con el nombre del último de ellos, que debía cumplir determinadas condiciones. Y que era fundamental para sostener el edificio de lo que se llama el Modelo Estándar, es decir, la física que explica el origen del universo y que se deriva de la explosión inicial, el Big Bang que tuvo lugar hace 13.800 millones de años.

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Cincuenta años y muchos millones de inversión después, esa partícula apareció en el experimento que se anunció hace dos años. Y, parece, estaba justo donde la teoría había predicho que iba a estar, es decir, supone un respaldo muy notable al Modelo, puesto que la capacidad de predicción, y la comprobación de esas predicciones es, precisamente, lo que dota de solidez a las teorías. Y, además del bosón, los neutrinos superlumínicos (aunque luego se demostró que era un error, y la propia confirmación del error fue noticia relevante) y muy recientemente, y sin honores de portada, la presunta y aún controvertida detección de ondas gravitatorias procedentes del Big Bang, siguen colocando a la física de partículas en la lista de intereses de la sociedad.

Resultado de imagen de Físicos españoles en el CERN

La física gallega Mar Capeans, en el experimento ATLAS.

 La participación española en estos avances ha ido incrementándose a los largo del siglo pasado y en los primeros años de este. De la casi testimonial presencia de algunos físicos notables en los años 20, hemos pasado a tener el peso que nos corresponde, tanto en la financiación del CERN como en la presencia de investigadores españoles en ese laboratorio, la máquina que nos está permitiendo comprobar la veracidad de las teorías. Ese presencia ha pasado por altos y bajos, en función del interés de los políticos del momento y de los problemas de financiación, pero hoy está bastante consolidada y de ninguna manera debería volverse atrás.

Resultado de imagen de la 37ª Conferencia Internacional de Física de Altas Energías, ICHEP 2014

La ciudad de Valencia fue designada para albergar en la 37º Conferencia Internacional de Física de Altas Energías (ICHEP 2014), el mayor evento mundial de este tipo y allí estuvio la crema de la física mundial.

 Precisamente, y como espaldarazo a esa comunidad española de físicos de partículas, este año, en Valencia, se han dado cita un millar de físicos de partículas, quizá los más relevantes del mundo, para poner en común sus últimas investigaciones en estos apasionantes campos. Se trata de la 37ª Conferencia Internacional de Física de Altas Energías, ICHEP 2014, que se celebra del 2 al 9 de julio en esta capital.

Resultado de imagen de Profundizando en las entrañas de la materia en el LHC

Sabemos que nos estamos adentrando en un territorio nuevo, que estamos viendo lo que nunca nadie vio, que estamos dando pasos, más grandes o más pequeños, para conocer con precisión de qué materia esta hecho todo, incluso el sueño del conocimiento. Y aquí, en Valencia, esos investigadores intentan poner todo ello en común. Y, también, sentarán las bases de hacia donde se dirigirán las miradas en los próximos años, porque aquí, en esta reunión, se va a debatir cómo serán las máquinas del futuro, los grandes aceleradores por venir, de hasta 100 kilómetros de longitud. Es decir, aquí se diseñarán las ventanas que determinarán el conocimiento en las próximas décadas.

Imagen relacionada

La Física está presente en muchos sectores de la vida cotidiana

Y, como es natural, hay quien se preguntará que para qué sirve todo esto. Hay muchas maneras de argumentar a favor de la inversión en ciencia –ojo, inversión, no gasto- pero voy a citar aquí sólo una, la que, en la inauguración de este congreso trajo a colación Adolfo de Azcárraga, presidente de la Real Sociedad Española de Física. Según un reciente estudio de la European Physical Society “por cada euro invertido en la industria más relacionada con la física se generan 2,4 euros en actividad económica y por cada puesto de trabajo en el sector de la física se crean 2,8 empleos en los demás sectores de la economía”. Podríamos recordar también la vieja anécdota de Faraday y el primer ministro Gladstone, en los albores de la electricidad: “¿para qué sirve esto?” preguntó el político; “ya verá cuando su señoría pueda gravarlo con impuestos” respondió el físico.

Resultado de imagen de Avances de la física en la vida cotidiana

 Pero, como también recordó Azcárraga, “más allá de la importancia que la física tiene por sí misma, realiza una importante contribución al bienestar de la sociedad”. El mundo tal y como funciona hoy, cimentado sobre la electricidad de Faraday, basa buena parte de su comodidad en los hallazgos de la física, desde los teléfonos móviles a los GPS, desde las neveras a los aviones. Y es preciso, además, poner ese conocimiento en común, en primer lugar porque la ciencia hoy es comunicación o no existe, pero también porque debe serlo no sólo entre los científicos sino entre los científicos y la sociedad. Tal y como dijo Bertrand Russell: “la ignorancia total del mundo científico no es compatible con la supervivencia de la humanidad”.

Un paseo por el Universo

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en El Universo asombroso    ~    Comentarios Comments (0)

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     AFP PHOTO/NASA/JPL-CALTECH. Es la Nebulosa Cygnus Loop en ultravioleta

Cygnus Loop (W78 fuente de radio, o Sharpless 103) es un remanente grande supernova (SNR) en la constelación de Cygnus, una nebulosa de emisión que mide casi 3 ° de ancho. Algunos arcos del bucle, conocidos colectivamente como la Nebulosa del Velo o Nebulosa Cirrus, emite luz visible.

La parte visual del Cygnus Loop es conocida como la Nebulosa del Velo, también llamada la Nebulosa Cirrus o la Nebulosa filamentosa. Varios componentes tienen nombres e identificadores separados, incluyendo el “Velo occidental” o “Escoba de bruja”, “Velo del Este”, y Triángulo de Pickering.

 

 

ESO: Utilizando el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), los Astrónomos han descubierto que los planetas que orbitan la estrella Fomalhaut deben ser mucho más pequeños de lo que se pensaba en un principio. Fomalhaut es la estrella más brillante en la constelación de Piscis Austrinuus (El Pez Austral). El nombre de la estrella tiene su origen en el árabe y su significado es Boca de Ballena (o del pez). Durante la historia esta estrella ha tenido varios nombres. En la antigua Persia se hacían rituales para ella y era una de las cuatro estrellas reales “persas”, recibiendo el nombre de Hastorang. En la religión de Strehería, Fomalhaut es un ángel caído y el cuarto guardían de la puerta del norte. Está situada a 25 años-luz del Sol.

 

 

La ESO ha obtenido la imagen infrarroja más precisa de la Nebulosa Carina captada por el Telescopio de Largo Alcance del Observatorio Austral Europeo. La Nebulosa de la Quilla, también llamada Nebulosa de Carina, Nebulosa de Eta Carinae o NGC 3372, es una gran nebulosa de emisión (cuatro veces más grande que Orión) que rodea varios cúmulos abiertos de estrellas. Entre estas estrellas se encuentran Eta Carinae y HD 93129A,  dos de las estrellas más masivas y más luminosas en la Vía Láctea. La nebulosa se encuentra a una distancia estimada de entre 6 500 a 10 000 años-luz de la Tierra. Se encuentra localizada en la constelación de la Quilla (Carina). Esta nebulosa contiene diversas estrellas tipo O.

 

 

Resultado de imagen de Carina (la quilla),  es una constelación austral austral que forma parte de la antigua constelación de Argo Navis en Observatorio

 

 

Carina (la quilla),  es una constelación austral austral que forma parte de la antigua constelación de Argo Navis (el navío Argo).  La Unión Astronómica Internacional  la dividió en cuatro componentes: Carina (la Quilla), Vela (la Vela), Puppis (la Popa)  y Pyxis (el compás o la Brújula).

 

 

Captada por el Hubble, el conjunto de galaxias Arp 273, se encuentra en la constelación de Andrómeda y tiene esta particular forma de rosa cósmica. En la imagen aparece un galaxia espiral notable, junto con orta más pequeña, y juntas tienen una forma de S. Las galaxias Arp 273están a 300 millones de años luz de nuestra Vía Láctea.Las galaxias Arp 273 están en intearcción. En primer lugar, se hace un zoom en el miembro más pequeño de la pareja. Se trata de una galaxia casi de canto, que muestra claros signos de intensa formación estelar en su núcleo. Esto fue provocado tal vez, por el encuentro con la galaxia compañera anterior.

Las fuerzas de marea de la galaxia compañera más pequeña y su tirón gravitacional han causado que la pareja simule un conjunto en forma de rosa, la llamada “rosa del espacio”.

 

 

IAC Nos muestra la Nebulosa Reloj de Arena, fue elegida por la NASA como la Imagen Astrónómica del día. Las figuras arabescas y de una belleza sin igual que se forman en el espacio con el material interestelar son fabulosas y coloridas en función del material que las conforman que, merced a la radiación que ioniza las regiones y los vientos estelares emitidos por las estrellas nuevas, conforman conjuntos que ni nuestra inmensa imaginación pueden imaginar.
HUBBLE

Aquí la joven estrella S106 IR expulsa material a gran velocidad y perturba el gas y el polvo que la rodean, rebelándose contra su ’nube madre’. La postal captada por el Hubble tiene forma de ángel con las alas extendidas. El 16 diciembre de 2011, una de las cámaras de gran campo del telescopio espacial Hubble ha captado esta imagen de una nube de hidrógeno gigante iluminada por una brillante estrella joven. La imagen revela cuán violentas pueden llegar a ser las etapas finales del proceso de formación estelar.

Pese a los colores celestiales de esta imagen, nada ocurre tranquilamente en la región de formación estelar Sh 2-106, o S106. En ella se aloja la joven estrella S106 IR, que expulsa a gran velocidad material que altera el gas y el polvo circundantes. Esta estrella tiene una masa 15 veces superior a la del sol y está en las etapas finales de su formación; pronto, cuando entre en la fase de su evolución llamada ‘de secuencia principal’ –el equivalente a la etapa adulta de su vida estelar-, se calmará y brillará durante algunos millones de años. Vivirá menos que el Sol, ya que, su voracidad en consumir el mateiral estelar será mucho mayor.

 

 

Aquí el Hubble nos muestra a la Nebulosa NGC 3693, situada en la constelación de Carina. Ella, presumida, nos muestra ese Jojero de relucientes y doradas estrellas formadas en un bello cúmulo. NGC 3603. Sher 25 es la estrella brillante en la posición de uno con respecto al centro de la agrupación, entre dos parches de nebulosa y con un débil anillo que lo rodea.
Ahí se encuentra Sher 25, que es una estrella supergigante azul en la constelación Carina, ubicada aproximadamente a 25.000 años luz del Sol en la región H II NGC 3603 de la galaxia de la Vía Láctea. Es una estrella de tipo espectral B1Iab con una magnitud aparente de 12,2. Su masa secuencia principal inicial se calcula en 60 veces la masa de nuestro Sol, pero una estrella de este tipo ya se han perdido una parte sustancial de esa masa. No está claro si Sher 25 ha sido a través de una fase de supergigante roja o simplemente ha evolucionado a partir de la secuencia principal, por lo que la masa actual es muy incierto.

ESO nos enseña la la Imagen de un  agujero negro en la galaxia espiral NGC 300, a una distancia récord de unos seis millones de años luz de nuestro sistema solar, absorve la materia de una estrella que le acompaña en un ’vals infernal. Estos terribles monstruos del Espacio, situados (por lo general), en el centro galáctico, son devoradores de materia y, ni las estrellas vecinas se pueden salvar para escapar de su terrible fuerza gravitatoria que las atrae para engullirlas y convertirlas quién sabe en qué clase de materia exótica desconocida de una densidad nunca jamás vista.
Aquí el Hubble ha captada la imagen del Cluster R136 para mostrarnos un paisaje de fantasía, repleto de luminosidad en contraste con los valles de sombras y oscuridad. Junto a una región en sombra en el centro que se asemeja a la silueta de un gran árbol navideño que está cuajada de estrellas jóvenes y radiantes, azuladas que emiten cantidad inmensa de radiación ultravioleta para ionizar el material circundante al que, dependiendo de los elementos de que están formados, le saca los distintos colores.
ESO / VISTA
Aquí podemos contemplar la primera imagen captada por el telescopio europeo VISTA de la Nebulosa de la Llama.  La nebulosa de la Llama, también conocida como NGC2024, es una región de gas y polvo oscurecido en el Complejo de la Nube Molecular de Orión, región de formación estelar que incluye la famosa nebulosa de la Cabeza del Caballo, situada a 1.500 años luz de distancia del Sistema Solar. Esta nebulosa es fácil de localizar dado que se encuentra muy cerca de la estrella brillante que está más a la izquierda en el cinturón de Orión: Alnitak. Esta estrella envía luz energética a la nebulosa de la Llama, lo que hace que se desprendan electrones del gas hidrógeno que reside allí. Gran parte del resplandor se produce cuando se recombinan los electrones y el hidrógeno  ionizado.
El Hubble nos muestra la imagen situada en los albores del Universo. La cámara infrarroja del telescopio espacial más famoso, ha captad0 esta imagen del universo cuando era muy joven, sólo tenía 600 millones de años después del comienzo del Tiempo, es decir, después del Big Bang. Sabemos (eso nos dicen todos los estudios realizados), que el Universo tiene ahora una edad de 13.750 millones de años y, desde aquel tiempo pasado en el que la imagen era una realidad que ahora no existe, el Hubble, nos la enseña haciendo posible que nosotros, situados a mucha distancia en el tiempo futuro de las galaxias que ahí se muestran, podamos saber cómo era entonces el Cosmos.
Desde entonces, muchas estrellas han nacido para morir y dejar sembrado el espacio interestelar de materiales complejos y de mundos que, como la Tierra, situados en la zona habitable de sus estrellas, probablemente tengan sistemas ecológicos en los que, la Vida, esté presente de mil maneras.
No importa cómo lo queramos mirar, todo el Universo es… ¡Una maravilla!

http://www.astroyciencia.com/wp-content/uploads/2011/10/nebulosa-medusa.jpgImágenes de la nebulosa Medusa captadas por el telescopio Very Large Telescope de ESO

http://1.bp.blogspot.com/-Ofs2akbn4nE/UKJdOTOw_WI/AAAAAAAAI8Y/vxhjVZPmDM8/s1600/121113_nebulosa-medusa-e-ic443_beautiful-space.jpg
Aquí dejamos este paseo por el Universo que, siendo para nosotros “infinito”, tenemos que mostrarlo por partes y también, por partes contar, lo mucho que en él está presente y los sucesos que tuvieron lugar en tan vasto espacio, que tienen presencia en este mismo momento presente y, ¿qué duda nos puede caber?, tendrán lugar en el tiempo por venir.
¡Qué bello es el Universo! ¡Cuántas maravillas contiene! ¿Lo conoceremos alguna vez… del todo? ¿Tendrá algún compañero?
emilio silvera

¿Estamos en peligro? No creo

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Identificado el «coloso espacial» que está atrayendo a nuestra galaxia

Astrónomos creen saber qué puede tener la fuerza suficiente para mover 50 galaxias a la vez

La Vía Láctea – Archivo

Reportaje de ABC-Ciencia

La Vía Láctea, junto con el resto de los miembros que forman el grupo local de galaxias en que vivimos, está en continuo movimiento. De hecho, todo el grupo (unas 50 galaxias diferentes) parece estar siendo atraído hacia una misma dirección, arrastrado probablemente por la enorme gravedad de algún objeto enorme y desconocido. ¿Pero qué puede tener la fuerza suficiente para mover 50 galaxias a la vez? La respuesta ha sido, durante décadas, un misterio para los científicos.

Ahora, un equipo internacional de astrónomos cree haber descubierto, por fin, al culpable: un “supercúmulo” de galaxias, formado por varios cientos de miembros, que resulta estar bastante cerca de nosotros pero que había permanecido oculto a la vista por culpa de las nubes de gas, polvo y estrellas de nuestra propia galaxia. Si comparamos la Vía Láctea con un edificio, sería como intentar ver desde dentro y a través de las paredes los edificios vecinos.

Anteriores estudios sobre el movimiento del grupo local de galaxias ya predecían que debía de haber “algo” oculto detrás de la Vía Láctea. Otras investigaciones galácticas en la constelación de la Vela, a través del cual cruza el plano de nuestra galaxia, también sugerían que en esa zona había una densidad de galaxias superior a lo normal.

Resultado de imagen de 4.500 galaxias en Vela

Ahora, y gracias a la combinación del gran Telescopio Surafricano, con su espejo de 10 metros, y el Telescopio Anglo Australiano, de 3,9 metros, los astrónomos han conseguido medir el corrimiento hacia el rojo de 4.500 galaxias en Vela, a ambos lados de la banda oscura de la Vía Láctea, y han confirmado que, efectivamente, existe una “superpoblación galáctica” en esa zona, a unos 800 millones de años luz de distancia. Los resultados de la investigación se acaban de publicar en Montly Notices of the Royal Astronomical Society.

Lo cual significa que en nuestro vecindario cósmico existe una segunda estructura gigante, algo más lejos del super cúmulo de Shapley, que ya se conocía, y del que se pensaba que era el único “coloso” que había en los alrededores. Recién bautizado como el supercúmulo de Vega, ese conjunto de galaxias está atrayendo hacia sí a todo nuestro grupo local, que se dirige hacia él a la nada desdeñable velocidad de 50 km. por segundo. Muy rápido a escala humana, pero muy lento en términos galácticos. Si la velocidad no varía, en efecto, llegaremos allí dentro de unos cinco billones de años.

¡Fisica! Siempre la Física

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física    ~    Comentarios Comments (0)

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A String of 'Cosmic Pearls' Surrounds an Exploding Star

Todo el Universo conocido nos ofrece una imagen con una ingente cantidad de objetos que se nos presentan en diferentes formas y maneras: Estrellas y mundos, quásares, estrellas de neutrones, magnñetares, enanas blancas y rojas, de neutrones (y no sabemos si también de Quarks), Explosiones Supernovas que dan lugar a extraños objetos y a regar el espacio interestelar con inmensas nebulosas que están cargadas de los materiales “fabricado” en los núcleos de las estrellas y también, en esas mismas explosiones. Y, cuando las estrellas sin muy masivas y llegan al final de sus días, agotado el combustible nuclear de fusión, se convierten en singularidades rodeadas de un horizonte de sucesos… ¡Un agujero negro!.

 

El Hubble nos llevó los confines del Universo profundo para ver viejas  galaxias de 13.000 millones de años de edad, y, cercanas al del Universo primitivo. C on la nueva generación de Telescopios espaciales, podremos contemplar el Universo aún no existían estrellas y, la materia, se estaba formando.

La Escala del Universo

 Se cree que cuando el universo se expandió y se enfrió a unos 3000 ºK, se volvió transparente a la radiación, que es la que observamos en la actualidad, mucho más fría y diluida, como radiación térmica de microondas. El descubrimiento del fondo de microondas en 1.956 puso fin a una larga batalla entre el Big Bang y su rival, la teoría del universo estacionario de Fred Hoyle y otros, que no podía explicar la forma de cuerpo negro del fondo de microondas. Es irónico que el término Big Bang tuviera inicialmente un sentido burlesco y fue acuñado por Hoyle, contrario a la teoría del universo inflacionario que se inventó el término “¡La Gran Explosión!” para burlarse de la teoría.

 

 

Como nunca dejaremos a aprender cosas nuevas, de desvelar secretos de la Naturaleza, de seguir investigando en busca de “otras verdades”, de elaborar nuevos modelos y nuevas Teorías que nos acerquen, cada vez más a la realidad del mundo (ese es, de momento, nuestro cometido), estamos abocados a tratar de saber lo que no sabemos y que, no pocas veces, creemos que sabemos. Ya lo dijo Popper:

 

Cuanto más profundizo en el saber de las cosas, más consciente soy de lo poco que sé. Mis conocimientos son limitados, mi ignorancia, es infinita“.

 

Lo que nos lleva a la versión moderna de aquel “Sólo se que no se nada” de Sócrates.

 

 

 

Las sustancias formadas por una sola clase de átomos se llaman elementos químicos. La palabra “átomo” procede del griego ατομος, que significa “indivisible” y el uso de la palabra “elemento” sugiere que se ha llegado a los ladrillos básicos con los que está formada la materia. De hecho, esta es la imagen que se tenía a mediados del siglo XIX cuando se acuñaron estos términos. Sin embargo, hoy sabemos que todo esto es falso, que los átomos se pueden dividir y que, de esta manera, los elementos han dejado de ser verdaderamente elementales. Los físicos continúan con esta nomenclatura aunque sea formalmente incorrecta, ya que, la costumbre, como dicen los juristas, no pocas veces rigen la jerga de las leyes.

La revolución de la mecánica cuántica empieza a materializarse, y el qubit es el principal protagonista. Siendo la unidad mínima de información de extraño mundo, permitirá procesar toda la información existente en segundos.” El futuro que nos aguarda es inimaginable y cada día que pasa aparecen nuevos logros tecnológicos que nos sitúan en otro mundo, otra sociedad, otras nuevas formas de vivir y de comprender.

                                Sí, son los electrones los que dan al átomo su forma esférica

A todo esto y hablando de los átomos, por fuerza, nos tenemos que acordar del electrón que da al átomo su esférica. Son partículas cargadas eléctricamente que se mueven alegremente alrededor del núcleo. El electrón es muy ligero: su masa es solamente 1/1.836 de la del núcleo más ligero (el hidrógeno). La carga eléctrica del electrón es de signo opuesto a la del núcleo, de manera que los electrones están fuertemente atraídos el núcleo y se repelen mutuamente. Si la carga eléctrica total de los electrones en un átomo iguala a la del núcleo, lo que generalmente se necesitan varios electrones, se dice que el átomo está en equilibrio o que es eléctricamente neutro.

átomos ultrafríos

Un experimento realizado por científicos del Centro de Viena para la Ciencia y Tecnología Cuánticas ha demostrado que, en el mundo cuántico, la transición hacia el equilibrio térmico es más interesante y más complicada de lo que se pensaba.

Según destaca el , publicado en ‘Science’, entre un ordenado inicial y un estado final estadísticamente mixto, puede emerger un “cuasi-estacionario estado intermedio”. Este estado intermedio ya exhibe algunas propiedades como el equilibrio, pero parte de las características del estado inicial permanecen visibles durante un período de tiempo muy largo.

El fenómeno se denomina “pre-termalización” y desempeña un papel importante en diversos procesos de no equilibrio en la física cuántica. Podría, por ejemplo, ayudarnos a comprender el estado del universo temprano.

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La fuerza a la que obedecen los electrones, la denominada fuerza electrostática o de Coulomb, es matemáticamente bastante sencilla y, sin embargo, los electrones son los responsables de las importantes propiedades de los “enlaces químicos”. Esto se debe a que las leyes de movimiento de los electrones están regidas completamente por la “mecánica cuántica”, teoría que se completó a principios del siglo XX. Es una teoría paradójica y difícil de entender y explicar, pero al mismo tiempo es muy interesante, fantástica y revolucionaria. uno se introduce en las maravillas de la mecánica cuántica es como si hiciera un viaje a un universo que está situado fuera de este mundo nuestro, ya que, las cosas que allí se ven, desdicen todo lo que dicta nuestro sentido común de cómo tiene que ser el mundo que nos rodea.

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Sincronización perfecta, ¡es una sinfonía!

No solamente los electrones, sino también los núcleos atómicos y los átomos en su conjunto obedecen y se rigen por la mecánica cuántica. La Física del siglo XX empezó exactamente en el año 1900, cuando el físico alemán Max Planck, escribió un artículo de ocho páginas y allí propuso una posible solución a un problema que había intrigando a los físicos durante años. Es el problema de la luz que emiten los cuerpos calentados a una cierta temperatura, y también la radiación infrarroja emitida, con menos intensidad, por los objetos más fríos.

Estaban bien aceptados entonces que esta radiación tenía un origen electromagnético y que se conocían las leyes de la naturaleza que regían estas ondas electromagnéticas. También se conocían las leyes para el frío y el calor, la así llamada “termodinámica”, o al menos eso parecía. Pero si usamos las leyes de la termodinámica para calcular la intensidad de la radiación, el resultado no tiene ningún sentido. Los cálculos nos dicen que se emitiría una cantidad infinita de radiación en el ultravioleta más lejano, y, luego, esto no es lo que sucede. Lo que se observa es que la intensidad de la radiación muestra un pico a una cierta longitud de onda característica, y que la intensidad disminuye tanto para las longitudes mayores como para las longitudes menores. Esta longitud característica es inversamente proporcional a la temperatura absoluta del objeto radiante (la temperatura absoluta se define por una escala de temperatura que empieza a 273 ºC bajo cero). Cuando a 1.000 ºC un objeto se pone al “rojo vivo”, el objeto está radiando en la zona de luz visible.

El espectro electromagnético se extiende la radiación de menor longitud de onda, como los rayos gamma y los rayos X, pasando por la luz ultravioleta, la luz visible y los rayos infrarrojos, hasta las ondas electromagnéticas de mayor longitud de onda, como son las ondas de radio. Se cree que el límite la longitud de onda más pequeña posible es la longitud de Planck mientras que el límite máximo sería el tamaño del Universo.

Lo que Planck propuso fue simplemente que la radiación sólo podía ser emitida en de un tamaño dado. La cantidad de energía de uno de esos paquetes, o cuantos, es inversamente proporcional a la longitud de la onda y, por lo tanto, proporcional a la frecuencia de la radiación emitida. La sencilla fórmula es:

E = h \nu \,\!

 

donde h es la constante de Planck (cuyo valor es 6,626 × 10−34 J·s). Sólo los fotones con una frecuencia alta (por encima de un valor umbral específico) podían provocar la corriente de electrones. Por ejemplo, la luz azul emitía unos fotones con una energía suficiente para arrancar los electrones del metal, mientras que la luz roja no. Una luz más intensa por encima del umbral mínimo puede arrancar más electrones, pero ninguna cantidad de luz por debajo del mismo podrá arrancar uno solo, por muy intenso que sea su brillo.

             El esquema del Efecto fotoeléctrico nos muestra como la luz arranca electrones de la placa.

Poco tiempo después, en 1905, Einstein formuló esta teoría de una forma mucho más tajante: el sugirió que los objetos calientes no son los únicos que emiten radiación en de energía, sino que toda la radiación consiste en múltiplos de los paquetes de energía de Planck. El príncipe francés Louis-Victor de Broglie, dándole otra vuelta a la teoría, propuso que no sólo cualquier cosa que oscila tiene una energía, sino que cualquier cosa con energía se debe comportar como una “onda” que se extiende en una cierta región del espacio, y que la frecuencia, v, de la oscilación verifica la ecuación de Planck. Por lo tanto, los cuantos asociados con los rayos de luz deberían verse como una clase de partículas elementales: el fotón. Todas las demás clases de partículas llevan asociadas diferentes ondas oscilatorias de campos de fuerza.

Imagen ilustrativa de la dualidad onda-partícula, en el cual se ver cómo un mismo fenómeno puede tener dos percepciones distintas. Estas son las cosas que hacen de la mecánica cuántica un “mundo” extraño.

El curioso comportamiento de los electrones en el interior del átomo, descubierto y explicado por el famoso físico danés Niels Bohr, se pudo atribuir a las ondas de De Broglie. Poco después, en 1926, Erwin Schrödinger descubrió escribir la teoría ondulatoria de Debroglie con ecuaciones matemáticas exactas. La precisión con la cual se podían realizar cálculos era asombrosa, y pronto quedó claro que el comportamiento de todos los objetos pequeños estaban exactamente determinados por la recién descubiertas “ecuaciones de onda cuánticas”.

Pocas dudas nos pueden caber a estas alturas de que la mecánica cuántica (de Planck) y, la Relatividad –tanto especial general- (de Einstein), además de ser las dos teorías más importantes de la Física de nuestro tiempo, funcionan de tal forma que uno, cuando profundiza en sus predicciones y las compara con lo que ocurre en el Universo, no por menos que, asombrarse, al comprobar como unas mentes humanas han sido capaces de llegar a estos profundos pensamientos que nos acerca a la realidad de la Naturaleza, al mismo tiempo que nos aleja de nuestra propia realidad.

Sí, están ahí pero, en realidad, no sabemos, a ciencia cierta, ni cómo se formaron las galaxias

¿Qué encontraremos cuando sea posible verificar la Teoría de cuerdas? ¿Qué hay más allá de los Quarks? ¿Sabremos alguna vez lo que es una singularidad? ¿Será verdad la existencia de esa materia oscura de la que tanto se habla? ¿Podremos al fín, encontrar esa fuente de energía que tanto necesita la Humanidad para dar ese segundo paso el futuro? ¿Tendremos, acaso, algún destino que no sea el de la irremisible extinción?

¡Preguntas! Preguntas y más preguntas que no podemos contestar. Es desesperante estar inmersos en  inmenso océano de ignorancia. ¿Cuándo sabremos? El el epitafio que Hilbert ordenó esculpir en su Tumba, nos lo prometía: “Tenemos que saber, sabremos”. Si, ¿pero cuándo?

Lo cierto es que, las reglas de la mecánica cuántica tienen que ser aplicadas si queremos describir estadísticamente un sistema de partículas que obedece a reglas de ésta teoría en vez de las de la mecánica clásica.  En estadística cuantica, los estados de energía se considera que están cuantizados.  La estadística de Bose-Einstein se aplica si cualquier de partículas puede ocupar un estado cuántico dado. Dichas partículas (como dije antes) son los bosones que, tienden a juntarse.

         Los bosones tienen un angular n h / 2p, donde n es cero o un entero y h es la constante de Planckbosones idénticos, la función de ondas es siempre simétrica.  Si solo una partícula puede ocupar un cuántico, tenemos que aplicar la estadística Fermi-Dirac y las partículas (como también antes dije) son los fermiones que tienen momento angular (n+½) h/2p y cualquier función de ondas de fermiones idénticos es siempre antisimétrica.

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La mejor teoría explicar el mundo subatómico nació en 1928 cuando el teórico Paul Dirac combinó la mecánica cuántica con la relatividad especial para explicar el comportamiento del electrón. El resultado fue la mecánica cuántica relativista, que se transformó en un ingrediente primario en la teoría cuántica de campos. Con unas pocas suposiciones y ajustes, la teoría cuántica de campos ha probado ser suficientemente poderosa para formar la base del modelo estándar de las partículas y las fuerzas que rigen el universo.

La relación el espín y la estadística de las partículas está demostrada por el teorema espín-estadística. En un espacio de dos dimensiones es posible que existan partículas (o cuasipartículas) con estadística intermedia entre bosones y fermiones.  Estas partículas se conocen con el de aiones; para aniones idénticos la función de ondas no es simétrica (un cambio de fase de+1) o antisimétrica (un cambio de fase de -1), sino que interpola continuamente entre +1 y -1.  Los aniones pueden ser importantes en el análisis del efecto Hall cuántico fraccional y han sido sugeridos como un mecanismo para la superconductividad de alta temperatura.

Debido al principio de exclusión de Pauli no es imposible que dos fermiones ocupen el mismo espacio cuántico (al contrario de lo que ocurre con los bosones). Y, precisamente por eso, se degeneran electrones y neutrones dando lugar a la formación de estrellas enanas blancas y de neutrones que, encuentran la estabilidad frenando la fuerza de gravedad.

La condensación de Bose-Einstein es de importancia fundamental explicar el fenómeno de la superfluidez. A temperaturas muy bajas (del orden de 2×10-7k) se formar un condensado de Bose-Einstein, en el que varios miles de átomos forman una única entidad (un superátomo). efecto ha sido observado con átomos de rubidio y litio. Este efecto (condensación Bose-Einstein), ya habréis podido suponer, es llamado así en honor al físico Satyendra Naht Bose (1.894-1.974) y de Albert Einstein.

condensado-bose-einstein

Más reciente es la obtención del Condensado de Bose-Einstein (BEC); en este caso las bases teóricas se postularon en la década de los 20 en manos de Satyendra Nath Bose y Albert Einstein. El primero describe ciertas reglas para determinar si dos fotones deberían considerarse idénticos o diferentes (Estadísticas de Bose) y Einstein aplica dichas reglas a los átomos intentando averiguar como se comportarían. Así, halla los efectos de que a muy bajas temperaturas los átomos están al mismo nivel cuántico produciendo fenómenos como la superfluidez o la superconductividad.

Distribución de momentos que confirma la existencia de un estado de agregación de la materia, el condensado de Bose-Einstein. obtenidos en un gas de átomos de rubidio, la coloración indica la cantidad de átomos a cada velocidad, con el rojo indicando la menor y el blanco indicando la mayor. Las áreas blancas y celestes indican las menores velocidades. A la izquierda se observa el diagrama inmediato anterior al condensado de Bose-Einstein y al centro el inmediato posterior. A la derecha se observa el diagrama luego de cierta evaporación, con la sustancia cercana a un condensado de Bose-Einstein puro. El pico no es infinitamente angosto debido al Principio de indeterminación de Heisenberg: dado que los átomos están confinados en una región del espacio, su distribución de velocidades posee necesariamente un cierto ancho mínimo. La distribución de la izquierda es para T > Tc (sobre 400 nanokelvins (nK)), la central para T < Tc (sobre 200 nK) y la de la derecha para T << Tc (sobre 50 nK).

               El puntito blanco del centro es la enana blanca

Las estrellas enanas blancas, de neutrones y los púlsares existen, precisamente, por el principio de exclusión de Pauli que, degenera electrones y neutrones cuando las estrellas masivas, al final de su existencia, explotan como Supernovas y´su masa  se contraen sobre sí misma más y más. Si la estrella es demasiado masiva, entonces ni ese principio de exclusión puede frenar a la Gravedad y se convierte en un Agujero negro.

         Así que, el principio de exclusión de Pauli tiene aplicación no sólo a los electrones, sino también a los fermiones; pero no a los bosones.  Si nos fijamos en todo lo que estamos hablando aquí, nos daremos de que la mecánica cu´çantica es extraña y siendo fácil comprender como forma un campo magnético la partícula cargada que gira, no resulta tan fácil saber por qué ha de hacer lo mismo un neutrón descargado.

        Lo cierto es que ocurre así. La prueba directa más evidente de ello es que cuando un rayo de neutrones incide sobre un hierro magnetizado, no se comporta de la misma que lo haría si el hierro no estuviese magnetizado.  El magnetismo del neutrón sigue siendo un misterio; los físicos sospechan que contiene cargas positivas y negativas equivalentes a cero, aunque por alguna razón desconocida, lograr crear un campo magnético cuando gira la partícula.

emilio silvera