La supervivencia del universo depende de las reservas de gas. Los astrónomos han podido descubrir el mecanismo que está acabando con ellas.

 

Recreación artística del mecanismo de Ram-pressure stripping en la galaxia NGC4921 ICRAR, NASA, ESA, the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

El caso

Nuestro universo se apaga. Por supuesto, su sombrío y gélido final no llegará hasta dentro de muchos miles de millones de años, sin embargo el camino hacia la oscuridad ya está en marcha y se puede constatar en la luz, cada vez más roja y antigua, que nos llega de las galaxias.

“Las galaxias son sistemas que van reciclando gas”, explica Miguel Santander, investigador en el Grupo de Astrofísica molecular del ICMM, “ese gas se acumula, se va condensando y finalmente forma estrellas. Pasa el tiempo y cuando esos soles mueren, devuelven gran parte del gas al medio, que una vez más se utiliza para formar nuevas estrellas, y así sucesivamente… mientras haya reservas de gas, las galaxias seguirán formando estrellas pero cuando se agoten esas reservas de gas, dejarán de formar estrellas y entonces podemos decir que son galaxias muertas”

 

Entonces, ¿se puede decir que las galaxias también mueren?

“No es un término científico, pero sí. Los astrofísicos decimos coloquialmente que una galaxia ha muerto cuando ha perdido la capacidad de formar nuevas estrellas”, aclara el investigador. “La galaxia pasa entonces a tener colores más apagados, al no surgir nuevos repuestos, las estrellas que tiene cada vez serán más viejas y su luz irá pasando del azul, al amarillo, al rojo… galaxias dominadas por antiguas estrellas rojas, que paulatinamente se irán apagando y que ya no serán reemplazadas por otras más jóvenes”.

 

Las pistas

Los astrofísicos saben desde hace años que la formación estelar en el universo primitivo, (hace 10.000 millones de años o más), era mucho mayor que hoy en día. Las galaxias que vemos cercanas, que son más jóvenes y actuales, presentan mucha menos formación estelar que las galaxias lejanas. Esto nos lleva a la triste conclusión de que el universo se está apagando progresivamente y hasta ahora no sabíamos exactamente por qué las galaxias actuales tenían menos capacidad para generar nuevas estrellas.

“Conocemos varios mecanismos que impiden formar nuevas estrellas”, explica Miguel Santander. “Por ejemplo, un gas cuanto más frío está, más se condensa. Así, una posibilidad para impedir que una galaxia forme nuevas estrellas sería calentar el gas… Lo calientas, aumenta la presión y entonces se opone a la acción de la gravedad que hace que ese gas se condense y forme nuevas estrellas”. Sin embargo, en un universo cada vez más frío esta posibilidad no parece una buena pista.

También existen colisiones de galaxias en las que una de ellas se queda con el gas de la otra. Aquí tenemos otro posible fenómeno que puede apagar una galaxia. Pero tampoco parece ser el caso que nos ocupa puesto que nuestras galaxias víctimas no presentan “signos de colisión”.

Así pues, si planteamos el asunto como un caso de detectives, debemos concluir que ha de existir algún otro mecanismo que esté robando el gas frío de las galaxias, impidiendo que formen nuevas estrellas, y haciendo por tanto que, tarde o temprano, terminen como galaxias muertas.

Las víctimas

La imagen superior corresponde a una de las víctimas. Se trata de la galaxia ESO 137-001 y se está desplazando hacia el centro de un gigantesco cúmulo galáctico conocido como Norma Cluster o Abell 3627.

En su viaje interestelar hacia el centro del cúmulo está pasando de un medio con pocas partículas a otro medio mucho más denso. Esa diferencia de densidad hace que las partículas más ligeras, como el gas frío, se escapen de la galaxia y formen largas colas, igual que lo haría un cometa.

“Se les conoce como galaxias medusa (Jellyfish galaxies) y para ver más claramente a qué nos referimos, en la imagen se ha coloreado artificialmente de azul el gas que van perdiendo en su viaje hacia el centro del cúmulo”. Casi podríamos decir que la galaxia se desangra lenta y sigilosamente, dejando atrás el gas frío que necesita para formar estrellas.

El sospechoso

Bajo el sugerente título de Galaxy murder mistery investigadores del International Centre for Radio Astronomy Research (ICRAR) en Australia han publicado esta semana una posible solución al enigma que está apagando estas galaxias. Y precisamente en Australia se encuentra el investigador español, Ángel R. López-Sánchez, astrofísico multifrecuencia en el Australian Astronomical Observatory y la Universidad de Macquarie (Sídney), quien finalmente nos desvela el misterio: “El gran sospechoso es un mecanismo conocido como Ram-pressure stripping... que traducido sería algo así como expulsión de gas por la presión de arrastre”.

Cada galaxia se mueve por el espacio y se siente atraída gravitatoriamente por los objetos masivos que encuentra a su paso, tales como grandes cúmulos u otras galaxias. Cuando esa galaxia, que originariamente se estaba moviendo en un medio que casi era vacío, se aproxima a estos cúmulos muy masivos, empieza a desplazarse en un medio que es más denso.

“Es entonces, cuando la galaxia se adentra en un medio más denso, pierde sus componentes más livianos, en este caso el gas frío, mediante este mecanismo de Ram-pressure stripping, y al decir adiós a esas reservas de gas, pierde también la capacidad de formar nuevas estrellas”, señala López-Sánchez.

“Este fenómeno de Ram-pressure stripping se había comprobado en numerosos cúmulos de galaxias”, indica el astrofísico, “teníamos constancia de que ocurría en estas gigantescas agrupaciones en donde las galaxias que estaban más próximas al centro suelen tener mucho menos gas que las galaxias que están en las regiones más exteriores. Al desplazarse dentro del cúmulo, las galaxias que se adentran en un medio más denso ven como el gas frío se queda atrás”.

 

Hasta ahora sabíamos que este mecanismo afectaba a galaxias que se desplazaban en grandes cúmulos con más de 100 galaxias, en los que además existen grandes cantidades de materia oscura que también influían gravitatoriamente en su desplazamiento.

Sin embargo, el artículo publicado por los investigadores de ICRAR amplía el modus operandi de nuestro asesino, no solo a grandes cúmulos galácticos sino también a pequeñas galaxias fuera de esas regiones. El estudio ha utilizado métodos estadísticos con miles de galaxias y han encontrado que la pérdida de gas frío es mayoritaria.

La solución

El estudio ha utilizado datos en óptico del cartografiado SLOAN (que tiene datos de millones de galaxias) y con el que han analizado el color y magnitud de las galaxias. En paralelo, y es lo que tiene un valor extra, han usado también datos en radio del cartografiado ALFALFA, realizado por el gran telescopio de Arecibo. “Con estos dos tipos de datos (óptico y radio) han analizado más de 10.000 galaxias diferentes y han podido correlacionar estadísticamente dónde se encuentra la galaxia, qué ritmo de formación estelar tiene, qué color tiene (lo que además nos indica la edad de la galaxia) y qué cantidad de gas posee” aclara López-Sánchez. “De esta manera a cada galaxia de SLOAN le dan un valor de hidrógeno (el gas frío más común para formar estrellas) extraído del cartografiado ALFALFA”.

¿Qué han encontrado? La solución es que un alto porcentaje de las galaxias analizadas están perdiendo gas. Son galaxias que aún están formando estrellas, sí, pero que apenas tienen gas frío para continuar renovándose. El mecanismo de Ram-pressure stripping las está “asfixiando“, haciendo que el combustible necesario para renovar sus estrellas se escape fuera de ellas y consiguiendo que, lenta y sigilosamente, se conviertan en galaxias muertas.

« Desde la materia inerte… ¡Hasta los pensamientos!

Podríamos hablar del viaje de la luz, desde que surgió a partir del Big Bang (si fue ese el comienzo de todo), y suponiendo que ya tengamos los aparatos tecnológicos precisos para poder leer, los mensajes que la misma luz lleva escritos de lo que allí, en aquellos comienzos, pudo pasar. La Luz que es emitida por los cuerpos celestes y que nos trae su memoria que están recogidas en el interior de las partículas elementales que son las que dan forma a todos los objetos grandes constituídos en moléculas. Es realmente un canto a la Luz, a su compleja estructura que no hemos llegado a comprender. La luz nos trae mensajes y recuerdos de los orígines en remanentes de estrellas supermasivas que dieron lugar a la creación de otras estrellas y sistemas planetarios y, ¿quién sabe? si también formas de vida.

Lo cierto es que, el Universo, como un todo, nos presenta y manifiesta correlacions bien afinadas que desafían cualquier explicación del sentido común y, desde luego, no es que nuestro sentido común no sea el más común de los sentidos, se trata simplemente de que, no llega a captar la esencia verdadera de lo que el Universo nos quiere transmitir.

Decir Universo es decirlo todo,

Inmensas galaxias cuajadas de soles,

Donde orbitan los mundos,

Donde, de la vida, surgen los crisoles.

Todo es fuerza y energía,

Inmersas en un espacio-tiempo,

Transiciones de fases que guían,

Grandes acontecimientos.

La Memoria del Universo,

La Huella que deja el Tiempo,

Quedan gravados los sucesos,

Que descubren el conocimiento.

Sí, el Universo es mucho más que simples estrellas o las galaxias que las acogen, el Universo es también el Tiempo y el Espacio, son Universo las interacciones fundamentales que hace que nuestros mundos sean tal como los conocemos y, gracias a la variedad, la diversidad, las fuerzas y las constantes que en él están presentes, podemos decir que, los muchos mundos que son, algún día lejano en el futuro, nos darán la oportunidad de conocernos, nosotros los humanos de la Tierra y otros seres de más allá de nuestras fronteras que ahora, por imposibilidades físicas y tecnológicas, no podemos hacer una realidad.

¿Fue en los océanos donde grandes fumarolas emiten elementos primordiales, o, llegó del Espacio en esporas escondidas en un cometa?

El primer signo de vida en nuestro planeta data de 3,850 millones de años. Son simples formas fósiles encontradas en Groenlandia Sí, también eso de arriba es Universo. Cuando se creó la vida, surgieron unos seres que, evolucionados, llegaron a ser conscientes de su ser y pudieron desarrollar ideas y pensamientos y…también sentimientos que nos llevan de manera directa, mediante fuerzas irresistibles de la Naturaleza, a crear Entropía Negativa para compensar la que acompaña al Tiempo y que tanto daño hace en las cosas vivas o inertes.

Hemos realizado muchos estudios y llegado a muchas conclusiones que, finalmente, resultaron prematuras. Las mediciones actuales, por ejemplo, del fondo cósmico nos indican que, aun cuando toda la materia del Universo se hubiera originado en el (supuesto) big bang, sin embargo, el espacio-tiempo es plano: el universo se equilibraría con precisión entre la expansión y la contracción. Y, sin embargo, ¡las galaxias se están expandiéndo! Quizá después de todo, existe una constante cosmológica o fuerza similar no descubierta que es el que mantiene el cosmos en estado de expansión.

Los cosmólogos dudan del vacío cuántico y no creen que sea el origen de las energías extrañas representadas representadas por estas constantes. El espacio está lleno de partículas virtuales, en constante variación. La energía de las partículas virtuales concuerdan con los efectos que le atribuyen, incluso cuando tienen una existencia tan breve que no se puede medir. Se cree que esta energía, la “constante cosmológica positiva” es la responsable de la expansión acelerada de las galaxias. Esta suposición que no es nueva, es una más de las muchas que circulan por el mundo científico de la cosmología en el que, los “expertos” cosmólogos, andan locos por averiguar de qué se trata todo esto que no llegan a comprender.

 El problema del horizonte. La coherencia que presentan las relaciones numéricas se ve reforzada por la evidencia de la observación. Ésta última da lugar al llamado “problema del horizonte” : el problema de la uniformidad en la gran escala del Cosmos en todos los puntos del horizonte visto desde la Tierra. Este problema empezó a destacarse tanto en relación a la radiación del fondo del Universo, como en relación a la evolución de sus galaxias.

                                                                            La radiación cósmica de fondo

“Nuestro universo parece ser completamente uniforme. Si miramos a través del espacio desde un extremo del universo visible hacia el otro, se verá que la radiación de fondo de microondas que llena el cosmos presenta la misma temperatura en todas partes.”

 

Esto podría no parecer muy sorprendente, hasta que se considera que los dos bordes están separados por casi 28 mil millones de años luz y que nuestro universo tiene apenas algo menos de 14 mil millones de años de edad.

“Nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz, de modo que no hay forma en que la radiación pueda haber viajado entre los dos horizontes para igualar los puntos calientes y los fríos creados en el Big Bang y dejar así el equilibrio termal que hoy vemos.”

 

Está claro que el problema del Horizonte se les ha ido de las manos a los Cosmólogos que no lo saben explicar y, para ello, tratan de hilvanar extrañas historias y exóticas teorías que, de ninguna manera nos satisfacen.

Como suele pasar siempre que mentes pequeñas quieren explicar cosas muy grandes, que no llegan a comprender, se limitan a inventar teorías y hacen conjeturas que, más o menos puedan estar acordes con la realidad que debería ser. El desarrollo de la cosmología física está lleno de enigmas que no podemos explicar y de anomalías que las teorías actuales tratan de desarrollar de la manera más coherente posible y, algunas se acercan y otras, quedan lejos de ser, ni siquiera admisibles por fantásticas e increíbles. Claro que, por otra parte… ¿Qué haríamos sin imaginación?

Lo dicho tantas veces…¡Nuestra ignorancia! Es infinita y, nuestros conocimientos muy limitados pero… ¡Tenemos que saber!

emilio silvera

Ahora, hablaremos de la vida media de las partículas elementales (algunas no tanto). Cuando hablamos del tiempo de vida de una partícula nos estamos refiriendo al tiempo de vida media, una partícula que no sea absolutamente estable tiene, en cada momento de su vida, la misma probabilidad de desintegrarse. Algunas partículas viven más que otras, pero la vida media es una característica de cada familia de partículas.

También podríamos utilizar el concepto de “semivida”. Si tenemos un gran número de partículas idénticas, la semivida es el tiempo que tardan en desintegrarse la mitad de ese grupo de partículas. La semivida es 0,693 veces la vida media.

Si miramos una tabla de las partículas más conocidas y familiares (fotón, electrón muón tau, la serie de neutrinos, los mesones con sus piones, kaones, etc., y, los Hadrones bariones como el protón, neutrón, lambda, sigma, psi y omega, en la que nos expliquen sus propiedades de masa, carga, espín, vida media (en segundos) y sus principales maneras de desintegración, veríamos como difieren las unas de las otras.

Algunas partículas tienen una vida media mucho más larga que otras. De hecho, la vida media difiere enormemente. Un neutrón por ejemplo, vive 10¹³ veces más que una partícula Sigma⁺, y ésta tiene una vida 10⁹ veces más larga que la partícula sigma cero. Pero si uno se da cuenta de que la escala de tiempo “natural” para una partícula elemental (que es el tiempo que tarda su estado mecánico-cuántico, o función de ondas, en evolucionar u oscilar) es aproximadamente 10ˉ²⁴ segundos, se puede decir con seguridad que todas las partículas son bastantes estables. En la jerga profesional de los físicos dicen que son “partículas estables”.

¿Cómo se determina la vida media de una partícula? Las partículas de vida larga, tales como el neutrón y el muón, tienen que ser capturadas, preferiblemente en grandes cantidades, y después se mide electrónicamente su desintegración. Las partículas comprendidas entre 10ˉ¹⁰ y 10ˉ⁸ segundos solían registrarse con una cámara de burbujas, pero actualmente se utiliza con más frecuencia la cámara de chispas. Una partícula que se mueve a través de una cámara de burbujas deja un rastro de pequeñas burbujas que puede ser fotografiado. La Cámara de chispas contiene varios grupos de de un gran número de alambres finos entrecruzados entre los que se aplica un alto voltaje. Una partícula cargada que pasa cerca de los cables produce una serie de descargas (chispas) que son registradas electrónicamente. La ventaja de esta técnica respecto a la cámara de burbujas es que la señal se puede enviar directamente a una computadora que la registra de manera muy exacta.

Una partícula eléctricamente neutra nunca deja una traza directamente, pero si sufre algún tipo de interacción que involucre partículas cargadas (bien porque colisionen con un átomo en el detector o porque se desintegren en otras partículas), entonces desde luego que pueden ser registradas. Además, realmente se coloca el aparato entre los polos de un fuerte imán. Esto hace que la trayectoria de las partículas se curve y de aquí se puede medir la velocidad de las partículas. Sin embargo, como la curva también depende de la masa de la partícula, es conveniente a veces medir también la velocidad de una forma diferente.

Una colisión entre un protón y un anti-protón registrada mediante una cámara de chispas del experimento UA5 del CERN.

En un experimento de altas energías, la mayoría de las partículas no se mueven mucho más despacio que la velocidad de la luz. Durante su corta vida pueden llegar a viajar algunos centímetros y a partir de la longitud media de sus trazas se puede calcular su vida. Aunque las vidas comprendidas entre 10ˉ¹³ y 10ˉ²⁰ segundos son muy difíciles de medir directamente, se pueden determinar indirectamente midiendo las fuerzas por las que las partículas se pueden transformar en otras. Estas fuerzas son las responsables de la desintegración y, por lo tanto, conociéndolas se puede calcular la vida de las partículas, Así, con una pericia ilimitada los experimentadores han desarrollado todo un arsenal de técnicas para deducir hasta donde sea posible todas las propiedades de las partículas. En algunos de estos procedimientos ha sido extremadamente difícil alcanzar una precisión alta. Y, los datos y números que actualmente tenemos de cada una de las partículas conocidas, son los resultados acumulados durante muchísimos años de medidas  experimentales y de esa manera, se puede presentar una información que, si se valorara en horas de trabajo y coste de los proyectos, alcanzaría un precio descomunal pero, esa era, la única manera de ir conociendo las propiedades de los pequeños componentes de la materia.

Que la mayoría de las partículas tenga una vida media de 10ˉ⁸ segundos significa que son ¡extremadamente estables! La función de onda interna oscila más de 10²² veces/segundo. Este es el “latido natural de su corazón” con el cual se compara su vida. Estas ondas cuánticas pueden oscilar 10ˉ⁸ x 10²², que es 1¹⁴ o 100.000.000.000.000 veces antes de desintegrarse de una u otra manera. Podemos decir con toda la seguridad que la interacción responsable de tal desintegración es extremadamente débil.

Se habla de ondas cuánticas y también, de ondas gravitacionales. Las primeras han sido localizadas y las segundas estaban siendo perseguidas desde hace algún tiempo con algunos proyectos como LIGO, hasta que, al fin, parece que las han encontrado.

Aunque la vida de un neutrón sea mucho más larga (en promedio un cuarto de hora), su desintegración también se puede atribuir a la interacción débil. A propósito, algunos núcleos atómicos radiactivos también se desintegran por interacción débil, pero pueden necesitar millones e incluso miles de millones de años para ello. Esta amplia variación de vidas medias se puede explicar considerando la cantidad de energía que se libera en la desintegración. La energía se almacena en las masas de las partículas según  la bien conocida fórmula de Einstein E = Mc². Una desintegración sólo puede tener lugar si la masa total de todos los productos resultantes es menor que la masa de la partícula original. La diferencia entre ambas masas se invierte en energía de movimiento. Si la diferencia es grande, el proceso puede producirse muy rápidamente, pero a menudo la diferencia es tan pequeña que la desintegración puede durar minutos o incluso millones de años. Así, lo que determina la velocidad con la que las partículas se desintegran no es sólo la intensidad de la fuerza, sino también la cantidad de energía disponible.

Si no existiera la interacción débil, la mayoría de las partículas serían perfectamente estables. Sin embargo, la interacción por la que se desintegran las partículas π°, η y Σ° es la electromagnética. Se observará que estas partículas tienen una vida media mucho más corta, aparentemente, la interacción electromagnética es mucho más fuerte que la interacción débil.

Durante la década de 1950 y 1960 aparecieron tal enjambre de partículas que dio lugar a esa famosa anécdota de Fermi cuando dijo: “Si llego a adivinar esto me hubiera dedicado a la botánica.”

Si la vida de una partícula  es tan corta como 10ˉ²³ segundos, el proceso de desintegración tiene un efecto en la energía necesaria para producir las partículas ante de que se desintegre. Para explicar esto, comparemos la partícula con un diapasón que vibra en un determinado modo. Si la “fuerza de fricción” que tiende a eliminar este modo de vibración es fuerte, ésta puede afectar a la forma en la que el diapasón oscila, porque la altura, o la frecuencia de oscilación, está peor definida. Para una partícula elemental, esta frecuencia corresponde a su energía. El diapasón resonará con menor precisión; se ensancha su curva de resonancia. Dado que para esas partículas extremadamente inestable se miden curvas parecidas, a medida se las denomina resonancias. Sus vidas medias se pueden deducir directamente de la forma de sus curvas de resonancia.

Bariones Delta. Un ejemplo típico de una resonancia es la delta (∆), de la cual hay cuatro especies ∆ˉ, ∆⁰, ∆⁺ y ∆⁺⁺(esta última tiene doble carga eléctrica). Las masas de las deltas son casi iguales 1.230 MeV. Se desintegran por la interacción fuerte en un protón o un neutrón y un pión.

Existen tanto resonancias mesónicas como bariónicas . Las resonancias deltas son bariónicas. Las resonancias deltas son bariónicas. (También están las resonancias mesónicas rho, P).

También se desintegran los mesones π. De qué modo las resonancias pueden captarse también en semejantes sistemas lo mostraremos en el ejemplo de la resonancia en el sistema mesón π — hiperón Λ⁰.

Las resonancias parecen ser solamente una especie de versión excitada de los Hadrones estable. Son réplicas que rotan más rápidamente de lo normal o que vibran de diferente manera. Análogamente a lo que sucede cuando golpeamos un gong, que emite sonido mientras pierde energía hasta que finalmente cesa de vibrar, una resonancia termina su existencia emitiendo piones, según se transforma en una forma más estable de materia.

Por ejemplo, la desintegración de una resonancia ∆ (delta) que se desintegra por una interacción fuerte en un protón o neutrón y un pión, por ejemplo:

∆⁺⁺→р + π⁺;  ∆⁰→р + πˉ; o п+π⁰

En la desintegración de un neutrón, el exceso de energía-masa es sólo 0,7 MeV, que se puede invertir en poner en movimiento un protón, un electrón y un neutrino. Un Núcleo radiactivo generalmente tiene mucha menos energía a su disposición.

El estudio de los componentes de la materia tiene una larga historia en su haber, y, muchos son los logros conseguidos y muchos más los que nos quedan por conseguir, ya que, nuestros conocimientos de la masa y de la energía (aunque nos parezca lo contrario), son aún bastante limitados, nos queda mucho por descubrir antes de que podamos decir que dominamos la materia y sabemos de todos sus componentes. Antes de que eso llegue, tendremos que conocer, en profundidad, el verdadero origen de la Luz que esconde muchos secretos que tendremos que desvelar.

Los científicos del CERN, el mayor laboratorio de física de partículas del mundo, anunciaron hace algún tiempo ya que, en uno de sus experimentos están presentes los indicios del descubrimiento de una nueva partícula jamás observada hasta el momento, llamada pentaquark.   Esta nueva partícula tiene la peculiaridad de que está compuesta por cinco quarks a diferencia de las partículas de materia ordinaria como protones y neutrones que están compuestas tan sólo por tres.

    Una “bolsa” de 5 quarks

      Modelo “mesón+barión”

Esperemos que con los futuros experimentos del LHC y de los grandes Aceleradores de partículas del futuro,  se nos aclaren algo las cosas y podamos avanzar en el perfeccionamiento del Modelo Estándar de la Física de Partículas que, como todos sabemos es un Modelo incompleto que no contiene a todas las fuerzas de la Naturaleza y, cerca de una veintena de sus parámetros son aleatorios y no han sido explicados.(Bueno, ahora son 19 después del descubrimiento del Bosón de Higgs).

Sin embargo, a mí particularmente me quedan muchas dudas al respecto.

emilio silvera