Nada podemos hacer cuando la Tierra despierta de un largo sueño y se despereza para que todo vuelva a la normalidad. Son los cambios de la Naturaleza del planeta que nos acoge y que necesita reciclarse destruyendo para que todo siga igual. Podríamos decir que es la destrucción de la creación.

No hemos podido descubrir la manera de prevenir ciertos sucesos desastrosos para nosotros, ni la más avanzada tecnología que nos transporta hacia lugares ignotos entre las estrellas, ni tampoco los grandes aceleradores de partículas que nos permiten visitar el “universo” de lo muy pequeño, nada nos permite poder prevenir con la debida antelación, estos eventos naturales.

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Claro que el Universo tiene memoria, todas estas imágenes nos hablan de lo que pasó

Preguntamos si el Universo tiene memoria… No existe ningún libro escrito que nos responda a la pregunta, lo que sabemos, son teorías obtenidas de lo que hemos podido observar, de experimentos realizados, de la experiencia de los antiguos, de todo lo que el ser humano aprendió a lo largo y ancho de su andadura por el mundo, siempre mirando hacia las estrellas que parecían decirles alguna cosa que, aún hoy, no han llegado a comprender. Sin embargo… Al estudiar los diferentes objetos cosmológicos, al seguir las pautas de las transformaciones que se producen con el paso del tiempo, al comprobar los resultados de los fenómenos que se producen… Hemos llegado a comprender que ahí, residen las huellas (memoria), de todo lo que ha venido pasando desde que el Universo comenzó su andadura.

El James Webb fotografía el Universo de hace más de 13.000 millones de años. Ahí está la memoria el Universo que nos cuenta lo que pasó.

Sí, el Universo tiene memoria y, lo que hay que hacer es estar atento y oír lo que trata de decirnos

                        Paul Davis y William Unruth

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En estas nubes se fraguan los mundos merced a la dinámica del universo que lo hace cambiante y evolutivo. Nada permanece y todo se transforma. Las cosas ocurren de cierta manera que puede ser prevista al aplicar esas fuerzas y esas constantes que hacen de nuestro “mundo” lo que podemos observar y, de esa manera, porque esas constantes universales son como las conocemos, la vida está presente y, si la carga del electrón o la masa del protón cambiara aunque solo fuese una diezmillonésima, ya la vida no sería posible tal como la conocemos.

La Constante de Estructura Fina

“Es difícil formular cualquier teoría firme sobre las etapas primitivas del universo porque no sabemos si hc/e² es constante o varía proporcionalmente a log(t). Si hc/e² fuera un entero tendría que ser una constante, pero los experimentadores dicen que no es un entero, de modo que bien podría estar variando. Si realmente varía, la química de las etapas primitivas sería completamente diferente, y la radiactividad también estaría afectada. Cuando empecé a trabajar sobre la gravedad esperaba encontrar alguna conexión ella y los neutrinos, pero esto ha fracasado.”

 

Extraños mundos que pudieran ser

Está muy claro que nuestro Universo es como es debido a una serie de parámetros que poco a poco hemos ido identificando y hemos denominado Constantes de la Naturaleza. Esta colección de números misteriosos son los culpables, los responsables, de que nuestro Universo sea tal como lo conocemos y que, a pesar de la concatenación de movimientos caóticamente impredecibles de los átomos y las moléculas, nuestra experiencia es la de un mundo estable y que posee una profunda consistencia y continuidad.

En mecánica cuántica, el comportamiento de un electrón en un átomo se describe por un orbital, que es una distribución de probabilidad más que una órbita. En la figura, el sombreado indica la probabilidad relativa de «encontrar» el electrón en punto cuando se tiene la energía correspondiente a los números cuánticos dados. Pensemos (como digo antes), que si la carga del electrón variara, aunque sólo fuese una diezmillonésima , los átomos no se podrían constituir, las moléculas consecuentemente tampoco y, por ende, ni la materia… ¡Tampoco nosotros estaríamos aquí! ¡Es tan importante el electrón!

Sí, nosotros también hemos llegado a saber que con el paso del tiempo aumenta la entropía y las cosas cambian. Sin embargo algunas cosas no cambian, continúan siempre igual, sin que nada les afecte. Ésas precisamente, son las constantes de la naturaleza que desde mediados del siglo XIX, comenzó a llamar la atención de físicos como George Johnstone Stoney (1.826-1.911, Irlanda).

Parece, según todas las trazas, que el universo, nuestro universo, alberga la vida inteligente porque las constantes de la naturaleza son las que aquí están presentes; cualquier ligera variación en alguna de éstas constantes habría impedido que surgiera la vida en el planeta que habitamos. El universo con las constantes ligeramente diferentes habría nacido muerto, no se hubieran formado las estrellas ni se habrían unido los quarks para construir nucleones (protones y neutrones) que formarán los núcleos que al ser rodeados por los electrones construyeron los átomos, que se juntaron para formar las células que unidas dieron lugar a la materia. Esos universos con las constantes de la naturaleza distintas a las nuestras estarían privados del potencial y de los elementos necesarios para desarrollar y sostener el tipo de complejidad organizada que nosotros llamamos vida.

Nadie ha sabido responder a la pregunta de si las constantes de la naturaleza son realmente constantes o llegará un momento en que comience su transformación. Hay que tener en cuenta que para nosotros la escala del tiempo que podríamos considerar muy grande, en la escala de Tiempo del Universo podría ser ínfima. El universo, por lo que sabemos, tiene 13.500 millones de años. Antes que nosotros, el reinado sobre el planeta correspondía a los dinosaurios, amos y señores durante 150 millones de años, hace ahora de ello 65 millones de años. Mucho después, hace apenas 2 millones de años, aparecieron nuestros antepasados directos, que después de una serie de cambios evolutivos desembocó en lo que somos hoy.

Representación artística del aspecto que debió tener  unos 770 millones después del Big Bang el quásar más distante descubierto hasta la fecha. La Imagen la proporcionó ESO/M. Kornmesser

Ahora, unos investigadores de los institutos tecnológicos de Massachusetts (MIT) y California (Caltech), y de la Universidad de California en San Diego, han oteado el pasado remoto del universo, retrocediendo hasta la época de las primeras estrellas y galaxias, y han encontrado materia que no posee vestigios apreciables de elementos pesados. Para realizar esta medición crucial, el equipo analizó la luz del quásar más distante conocido, un núcleo galáctico a más de 13.000 millones de años-luz de la Tierra.

Estas observaciones del quásar brindan una imagen de nuestro universo tal como era durante su infancia, solo 750 millones de años después de producirse la explosión inicial que creó al universo. El análisis del espectro de la luz del quásar no ha aportado evidencias de elementos pesados en la nube gaseosa circundante, un hallazgo que sugiere que el quásar data de una era cercana al nacimiento de las primeras estrellas del universo.

Todo ello pudo suceder como consecuencia de que unos 500 millones de años después del Big Bang se formaron las primeras estrellas que, a su vez, dieron lugar a las primeras galaxias. El material primario del universo fue el hidrógeno, el más sencillo y simple de los elementos que componen la tabla periódica. Hoy día, 13.500 millones de años después, continúa siendo el material más abundante del universo junto al helio.

Para hacer posible el resurgir de la vida, hacían falta materiales mucho más complejos que el hidrógeno. Éste era demasiado simple y había que fabricar otros materiales que, como el carbono, el hidrógeno pesado, el nitrógeno, oxígeno, etc, hicieran posible las combinaciones necesarias de materiales diferentes y complejos que al ser bombardeados por radiación ultravioleta y rayos gammas provenientes del espacio, dieran lugar a la primera célula orgánica que sería la semilla de la vida.

¿Quién, entonces, fabricó esos materiales complejos si en el universo no había nadie?

Buena pregunta. Para contestar tengo que exponer aquí algunas características de lo que es una estrella, de cómo se puede formar, como puede ser y cuál será su destino final. Veamos:

                       El nacimiento de una protoestrella

Lo que conocemos como estrella es una bola de gas luminosa que, durante una etapa de su vida, produce energía por la fusión nuclear del hidrógeno en helio. El término estrella, por tanto, no sólo incluye estrellas como el Sol, que están en la actualidad quemando hidrógeno, sino también protoestrellas, aún en formación y no lo suficientemente calientes como para que dicha combustión nuclear haya comenzado, y también varios tipos de objetos más evolucionados como estrellas gigantes y supergigantes, que están quemando otros combustibles nucleares, o las enanas blancas y las estrellas nucleares, que están formadas por combustible nuclear gastado.

Las estrellas se forman a partir de enormes nubes de gas y polvo que a veces tienen hasta años-luz de diámetro. Las moléculas de polvo unidas a las de los gases se rozan y se ionizan, se calientan y la nube comienza a girar lentamente. El enorme conglomerado poco a poco se va juntando y la temperatura aumenta. Tal enormidad de materia crea una fuerza gravitatoria que hace contraerse la nube sobre sí misma. Su diámetro y su temperatura en el núcleo es tal que se produce la fusión de los protones de hidrógeno, que se transforman en un material más complejo, el helio, y ése es el momento en que nace la estrella que, a partir de ahí, puede estar miles de millones de años brillando y produciendo energía termonuclear.

Con la imagen de arriba como ilustración, hace algún tiempo que se publicó la noticia en la página web de la ESO, se muestra la masa determinada de una estrella que supera el límite anterior (152-150 masas solares) por un factor de 2, usando una combinación de datos obtenidos en el observatorio Paranal y con el telescopio espacial Hubble. Se trata de la estrella R136a1 en el centro de la nebulosa “Tarántula” en la Gran Nube de Magallanes. Esto es muy interesante, porque hasta ahora se creyó que cualquier estrella mayor que 150 masas solares se desintegra por el efecto de la presión de radiación que supera a la gravedad. En realidad, también R136a1 está desintegrándose, teniendo ahora “sólo” 260 masas solares, después de una vida corta de 1,5 millones de años. Pero los autores calculan que reunió, cuándo nació, un total de 320 masas solares.

Mucho tiempo ha pasado que esta imagen era el presente, y, sin embargo, para el Universo supone una ínfima fracción marcada por el Tic Tac cósmico de las estrellas y galaxias que conforman la materia de la que provenimos. Es un gran misterio para nosotros que sean las estrellas las que fabrican los materiales que, más tarde, llegan a conformar a seres vivos que, en algunos caso, tienen consciencia.

“La ciencia no puede resolver el misterio final de la Naturaleza.  Y esto se debe a que, en el último análisis, nosotros somos del misterio que estamos tratando de resolver”.

Max Planck

De acuerdo con su perspectiva universal, en 1.899 Planck propuso que se construyeran unidades naturales de masa, longitud y tiempo a partir de las constantes más fundamentales de la naturaleza: la constante de gravitación G, la velocidad de la luz c y la constante de acción h, que ahora lleva el de Planck. La constante de Planck determina la mínima unidad de cambio posible en que pueda alterarse la energía, y que llamó “cuanto”. Las unidades de Planck son las únicas combinaciones de dichas constantes que pueden formarse en dimensiones de masa, longitud, tiempo y temperatura. Se conocen las Unidades de Planck.

Planck con sus unidades nos llevo al extremo de lo pequeño

Estas formulaciones con la masa, la longitud, el tiempo y la temperatura de Planck incorporan la G (constante de gravitación), la h (la constante de Planck) y la c, la velocidad de la luz. La de la temperatura incorpora además, la K de los grados Kelvin.

“Estas cantidades conservarán su significado natural mientras la Ley de Gravitación y la de Propagación de la luz en el vacío y los dos principios de la termodinámica sigan siendo válidos; por lo tanto, siempre deben encontrarse iguales sean medidas por las inteligencias más diversas con los métodos más diversos.”

Las estrellas viven el tiempo que sus masas le permiten. Una estrella masiva devora tanto material nuclear que sólo puede realizar la fusión durante un tiempo corto de unos millones de años en el mejor de los casos. Son las estrellas enanas rojas las que más tiempo de vida pueden tener al fusionar el hidrógeno de manera lenta en “pequeñas proporciones. Incluso nuestro Sol, que fusiona 4.654.600 Tn cada segundo de Hidrógeno en 4.654.000 Tn de Helio, llegará a durar 10.000 millones de años.

Salvo excepciones raras como la más arriba comentada de la estrella R136a1 en el centro de la nebulosa “Tarántula” en la Gran Nube de Magallanes. La masa máxima de las estrellas para que sean estables puede rondar las 120 masas solares, es decir, ser 120 veces mayor que nuestro Sol y por encima de este límite sería destruida por la enorme potencia de su propia radiación. La masa mínima para poder ser una estrella se fija en 0’08 masas solares; por debajo de ella, los objetos no serían lo suficientemente calientes en sus núcleos como para que comience la combustión del hidrógeno y se convertirían en enanas marrones. Las luminosidades de las estrellas varían desde alrededor de medio millón de veces la luminosidad del Sol para las más calientes hasta menos de la milésima de la del Sol para las enanas más débiles. Aunque las estrellas más prominentes visibles a simple vista son más luminosas que el Sol, la mayoría de las estrellas son en realidad más débiles que éste y, por tanto, imperceptibles a simple vista.

   Dependiendo de la temperatura  de la estrella y de los materiales que contiene…

Como he dicho antes, el brillo de las estrellas (la luz y el calor) es el resultado de la conversión de masa en energía (E=mc²) por medio de reacciones nucleares. Las enormes temperaturas de millones de grados de su núcleo hace posible que los protones de los átomos de hidrógeno se fusionen y se conviertan en átomos de helio.

Por cada kilogramo de hidrógeno quemado de esta manera se convierten en energía aproximadamente siete gramos de masa. Las reacciones nucleares no sólo aportan la luz y el calor de las estrellas, sino que también producen elementos pesados más complejos que el hidrógeno y el helio que, posteriormente, son distribuidos por el universo cuando al final la estrella explota en súper NOVA, lanzando sus capas exteriores al espacio que de esta forma, deja “sembrado” de estos materiales el “vacío” estelar.

Las estrellas pueden clasificarse de muchas maneras. Una manera es mediante su etapa evolutiva: en pre-secuencia principal, secuencia principal, gigante, supergigante, enana blanca, estrella de neutrones y agujeros negros. Éstas últimas son la consecuencia del final de sus vidas como tales estrellas, convirtiéndose en objetos estelares de una u otra clase en función de sus masas originales. Estrellas como nuestro Sol, al agotar el combustible nuclear se transforman en gigantes rojas, explotan en Novas y finalmente quedan como enanas blancas. Si la masa es mayor serán estrellas de neutrones y, si aún son mayores, su final está en agujeros negros.

Lo cierto amigos, es que si la masa del protón o la carga del electrón, variaran aunque solo fuera una diezmillonésima parte… ¡No estaríamos aquí!

Emilio Silvera V.

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Tenemos que concluir que no siempre hablamos de lo que sabemos

El universo de las partículas es fascinante. Cuando las partículas primarias chocan con átomos y moléculas en el aire, aplastan sus núcleos y producen toda clase de partículas secundarias. En esta radiación secundaria (aún muy energética) la que detectamos cerca de la Tierra, por los globos enviados a la atmósfera superior, han registrado la radiación primaria.

El físico estadounidense Robert Andrews Millikan, que recogió una gran cantidad de información acerca de esta radiación (y que le dio el nombre de rayos cósmicos), decidió que debería haber una clase de radiación electromagnética. Su poder de penetración era tal que, parte del mismo, atravesaba muchos centímetros de plomo. Para Millikan, esto sugería que la radiación se parecía a la de los penetrantes rayos gamma, pero con una longitud de onda más corta.

Las partículas cósmicas primarias, cuando entran en nuestra atmósfera, llevan consigo unas energías fantásticas, muy elevadas. En general, cuanto más pesado es el núcleo, más raro resulta entre las partículas cósmicas. Núcleos tan complejos como los que forman los átomos de hierro se detectaron con rapidez; en 1.968, otros núcleos como el del uranio. Los núcleos de uranio constituyen sólo una partícula entre 10 millones. También se incluirán aquí electrones de muy elevada energía.

Ahora bien, la siguiente partícula inédita (después del neutrón) se descubrió en los rayos cósmicos. A decir verdad, cierto físico teórico había predicho ya este descubrimiento. Paul Adrien Dirac había aducido, fundándose en un análisis matemático de las propiedades inherentes a las partículas subatómicas, que cada partícula debería tener su antipartícula (los científicos desean no sólo que la naturaleza sea simple, sino también simétrica). Así pues, debería haber un antielectrón, salvo por su carga que sería positiva y no negativa, idéntico al electrón; y un antiprotón, con carga negativa en vez de positiva.

En 1.930, cuando Dirac expuso su teoría, no llamó demasiado la atención en el mundo de la ciencia. Pero, fiel a la cita, dos años después apareció el antielectrón. Por entonces, el físico americano Carl David Anderson trabajaba con Millikan en un intento por averiguar si los rayos cósmicos eran radiación electromagnética o partículas. Por aquellas fechas, casi todo el mundo estaba dispuesto a aceptar las pruebas presentadas por Compton, según las cuales, se trataría de partículas cargadas; pero Millikan no acababa de darse por satisfecho con tal solución.

                    Una buena fuente de producción de electrones y positrones

Abandonado a sus propios medios, el positrón es tan estable como el electrón (¿y por qué no habría de serlo si el idéntico al electrón, excepto en su carga eléctrica?). Además, su existencia puede ser indefinida. Ahora bien, en realidad no queda abandonado nunca a sus propios medios, ya que se mueve en un universo repleto de electrones. Apenas inicia su veloz carrera (cuya duración ronda la millonésima de segundo), se encuentra ya con uno.

¿Qué decir del Neutrón?

Particularmente creo que, si el neutrón tiene masa, si la masa es energía (E = mc²), y si la energía es electricidad y magnetismo (según Maxwell), el magnetismo del neutrón no es tan extraño, sino que es un aspecto de lo que en realidad es materia. La materia es la luz, la energía, el magnetismo, en  definitiva, la fuerza que reina en el universo y que está presente de una u otra forma en todas partes (aunque no podamos verla).

El protón, lejos de ser una simple “esfera”, es una partícula subatómica fundamental para la materia, compuesta por partículas más pequeñas llamadas quarks, y que posee una carga eléctrica positiva que determina la identidad de un elemento químico. Aunque es estable y reside en el núcleo del átomo, su comportamiento cuántico, tamaño y estructura interna siguen siendo objeto de estudio, haciendo del protón un objeto de fascinación para la física moderna. 

Los protones no son elementales; están compuestos por dos quarks “arriba” y un quark “abajo”, unidos por la fuerza nuclear fuerte mediada por gluones. No se trata de una esfera sólida, sino de un objeto cuántico complejo, descrito por una función de onda que representa un “nebulosa de posibilidades”. 

Podríamos seguir enumerando todo lo que creemos que sabemos y, desde luego (no siempre hablamos teniendo conocimiento pleno de las cosas),  está más que demostrado que, nuestros conocimientos son limitados y, nuestra ignorancia… ¡Infinita!

Emilio Silvera V.

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¡Descubre el cosmos! 

GW Orionis: Un sistema estelar con anillos titulados
Ilustración de animación Crédito: ESO

“Explicación: El sistema estelar triple GW Orionis parece demostrar que los planetas pueden formarse y orbitar en múltiples planos. En contraste, todos los planetas y lunas de nuestro Sistema Solar orbitan casi en el mismo plano . El pintoresco sistema tiene tres estrellas prominentes, un disco deformado y anillos internos inclinados de gas y arena. La animación de las funciones caracteriza el GW Ori sistema a partir de observaciones con el Observatorio Europeo del Sur ‘s VLT y ALMA telescopios en Chile . La primera parte del video ilustrativo muestra una gran vista de todo el sistema desde una órbita distante, mientras que la segunda secuencia lo lleva dentro de los anillos inclinados para resolver las tres estrellas co-orbitantes centrales . Las simulaciones por computadora indican que múltiples estrellas en sistemas como GW Ori podrían deformar y romper discos en anillos formadores de exoplanetas no alineados .”

 

No siempre podemos explicar los objetos que hemos podido captar con los telescopios, no pocos de ellos están situados en una región de niebla misteriosa que, en realidad, es la niebla en la que están inmersos nuestros cerebros y que nosotros llamamos ignorancia.

Emilio Silvera V.

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