martes, 26 de noviembre del 2024 Fecha
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¡Viajes en el Tiempo! ¿Otro sueño?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física    ~    Comentarios Comments (31)

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¿Viajar en el Tiempo?

Cuando teorizamos sobre esta posibilidad, son millones de escenarios los que acuden a nuestras mentes, y, desde organizar safaris a la era Mesozoica para capturar grandes dinosaurios, hasta eliminar a los grandes criminales de la Historia, o, hacernos presentes entre aquellas Civilizaciones del pasado para comprobar in situ como vivían y se desenvolvían en su quehacer cotidiano y, en fin, sea con interés científico o con ese otro egoísta que sólo pensaría en un enriquecimiento fácil, la idea de viajar en el Tiempo ha sido y lo sigue siendo un motor que pone en marcha nuestra imaginación, pero, ¿sería posible?

Thorne, Guth y Freund nos dirían que la escala de energía para investigar estas anomalías en el espacio que podríamos llamar Agujeros de Gusano está mucho más allá que cualquier cosa disponible en la Tierra. Freund nos recuerda que la energía necesaria para explorar la décima dimensión es mil billones de veces mayor que la energía que puede producirse en nuestros mayores colisionadores de átomos.

Retorcer el espacio-tiempo en nudos requiere energía a una escala que no estará disponible en los próximos siglos o incluso milenios –si lo está alguna vez. Incluso si todas las naciones del mundo se unieran para construir una máquina que pudiera sondear el hiperespacio, fracasarían en última instancia. Y, como apunta Guth, las temperaturas necesarias para crear un universo bebé en el laboratorio son de mil billones de billones de grados, excesivamente lejos de cualquier cosa a nuestra disposición. De hecho, dicha temperatura es mucho mayor que cualquiera encontrada en el interior de una estrella. Así, aunque es posible que las leyes de Einstein y las leyes de la teoría cuántica pudieran permitir el viaje en el tiempo, esto no está dentro de las capacidades de los seres terrestres como nosotros, que apenas podemos escapar del débil campo gravitatorio de nuestro planeta. Aunque podemos maravillarnos de las implicaciones de la investigación en agujeros de gusano, el actualizar su potencial está estrictamente reservado (al menos de momento) para hipotéticas civilizaciones extraterrestres avanzadas.

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El univeros misterioso de las partículas

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

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¿Qué no será capaz de inventar el hombre para descubrir los misterios de la naturaleza?

File:Experimento-de-Rutherford.png

Ha pasado mucho tiempo desde que Rutherford identificara la primera partícula nuclear (la partícula alfa). El camino ha sido largo y muy duro, con muchos intentos fallidos antes de ir consiguiendo los triunfos (los únicos que suenan), y muchos han sido los nombres que contribuyeron para conseguir llegar al conocimiento del átomo y del núcleo que actualmente tenemos; los electrones circulando alrededor del núcleo, en sus diferentes niveles, con un núcleo compuesto de protones y neutrones que, a su vez, son constituidos por los quarks allí confinados por los gluones, las partículas mediadoras de la fuerza nuclear fuerte. Pero, ¿qué habrá más allá de los quarks?, ¿las supercuerdas vibrantes? Algún día se sabrá.

Partículas elementales


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.

http://www.iar.unlp.edu.ar/divulgacion/images/difu19-image001.jpg

Otros, sobre todo el físico norteamericano Holly Compton, no estaban de acuerdo en que los rayos cósmicos fuesen partículas. Había un medio para investigar este asunto; si se trataba de partículas cargadas, deberían ser rechazadas por el campo magnético de la Tierra al aproximarse a nuestro planeta desde el espacio exterior. Compton estudió las mediciones de la radiación cósmica en varias latitudes y descubrió que en realidad se curvaban con el campo magnético: era más débil cera del ecuador magnético y más fuerte cerca de los polos, donde las líneas de fuerza magnética se hundían más en la Tierra.

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.

http://www.iar.unlp.edu.ar/divulgacion/images/difu19-image002.jpg

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.

Anderson se propuso averiguar si los rayos cósmicos que penetraban en una cámara de ionización se curvaban bajo la acción de un potente campo magnético. Al objeto de frenar dichos rayos lo suficiente como para detectar la curvatura, si la había, puso en la cámara una barrera de plomo de 6’35 mm de espesor. Descubrió que, cuando cruzaba el plomo, la radiación cósmica trazaba una estela curva a través de la cámara; y descubrió algo más. A su paso por el plomo, los rayos cósmicos energéticos arrancaban partículas de los átomos de plomo. Una de esas partículas dejó una estela similar a la del electrón. ¡Allí estaba, pues, el antielectrón de Dirac! Anderson le dio el nombre de positrón. Tenemos aquí un ejemplo de radiación secundaria producida por rayos cósmicos. Pero aún había más, pues en 1.963 se descubrió que los positrones figuraban también entre las radiaciones primarias.

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.

Así, durante un momento relampagueante quedaron asociados el electrón y el positrón; ambas partículas girarán en torno a un centro de fuerza común. En 1.945, el físico americano Arthur Edwed Ruark sugirió que se diera el nombre de positronio a este sistema de dos partículas, y en 1.951, el físico americano de origen austriaco Martin Deutsch consiguió detectarlo guiándose por los rayos gamma característicos del conjunto.

Pero no nos confundamos, aunque se forme un sistema positronio, su existencia durará, como máximo, una diezmillonésima de segundo. El encuentro del electrón-positrón provoca un aniquilamiento mutuo; sólo queda energía en forma de radiación gamma. Ocurre pues, tal como había sugerido Einstein: la materia puede convertirse en energía y viceversa. Por cierto, que Anderson consiguió detectar muy pronto el fenómeno inverso: desaparición súbita de rayos gamma para dar origen a una pareja electrón-positrón. Este fenómeno se llama producción en pareja. Anderson compartió con Hess el premio Nobel de Física de 1.936.

Poco después, los Joliot-Curie detectaron el positrón por otros medios, y al hacerlo así realizaron, de paso, un importante descubrimiento. Al bombardear los átomos de aluminio con partículas alfa, descubrieron que con tal sistema no sólo se obtenían protones, sino también positrones. Cuando suspendieron el bombardeo, el aluminio siguió emitiendo positrones, emisión que sólo con el tiempo se debilitó. Aparentemente habían creado, sin proponérselo, una nueva sustancia radiactiva. He aquí la interpretación de lo ocurrido según los Joliot-Curie: cuando un núcleo de aluminio absorbe una partícula alfa, la adición de los dos protones transforma el aluminio (número atómico 13) en fósforo (número atómico 15). Puesto que las partículas alfa contienen cuatro nucleones en total, el número masivo se eleva 4 unidades, es decir, del aluminio 27 al fósforo 31. Ahora bien, si al reaccionar se expulsa un protón de ese núcleo, la reducción en una unidad de sus números atómicos y masivos hará surgir otro elemento, o sea, el silicio 30.

Puesto que la partícula alfa es el núcleo del helio, y un protón es el núcleo del hidrógeno, podemos escribir la siguiente ecuación de esta reacción nuclear:

aluminio 27 + helio 4 = silicio 30 + hidrógeno 1

Nótese que los números másicos se equilibran:

27 + 4 = 30 + 1

Adentrarse en el universo de las partículas que componen los elementos de la tabla periódica, y en definitiva, la materia conocida, es verdaderamente fantástico.

Tan pronto como los Joliot-Curie crearon el primer isótopo radiactivo artificial, los físicos se lanzaron en tropel a producir tribus enteras de ellas. En realidad, las variedades radiactivas de cada elemento en la tabla periódica son producto de laboratorio. En la moderna tabla periódica, cada elemento es una familia con miembros estables e inestables, algunos procedentes de la naturaleza, otros sólo del laboratorio. Por ejemplo, el hidrógeno presenta tres variedades: en primer lugar, el corriente, que tienen un solo protón. En 1.932, el químico Harold Urey logró aislar el segundo. Lo consiguió sometiendo a lenta evaporación una gran cantidad de agua, de acuerdo con la teoría de que los residuos representarían una concentración de la forma más pesada del hidrógeno que se conocía, y, en efecto, cuando se examinaron al espectroscopio las últimas gotas de agua no evaporadas, se descubrió en el espectro una leve línea cuya posición matemática revelaba la presencia de hidrógeno pesado.

El núcleo de hidrógeno pesado está constituido por un protón y un neutrón. Como tiene un número másico de 2, el isótopo es hidrógeno. Urey llamó a este átomo deuterio (de la voz griega deutoros, “segundo”), y el núcleo deuterón. Una molécula de agua que contenga deuterio se denomina agua pesada, que tiene puntos de ebullición y congelación superiores al agua ordinaria, ya que la masa del deuterio es dos veces mayor que la del hidrógeno corriente. Mientras que ésta hierve a 100º C y se congela a 0º C, el agua pesada hierve a 101’42º C y se congela a 3’79º C. El punto de ebullición del deuterio es de -23’7º K, frente a los 20’4º K del hidrógeno corriente. El deuterio se presenta en la naturaleza en la proporción de una parte por cada 6.000 partes de hidrógeno corriente. En 1.934 se otorgó a Urey el premio Nobel de Química por su descubrimiento del deuterio.

El deuterio resultó ser una partícula muy valiosa para bombardear los núcleos. En 1.934, el físico australiano Marcus Lawrence Edwin Oliphant y el austriaco P. Harteck atacaron el deuterio con deuterones y produjeron una tercera forma de hidrógeno, constituido por un protón y dos neutrones. La reacción se planteó así:

hidrógeno 2 + hidrógeno 2 = hidrógeno 3 + hidrógeno 1

Este nuevo hidrógeno superpesado se denominó tritio (del griego tritos, “tercero”); su ebullición a 25º K y su fusión a 20’5º K.

Nunca han importado muchos los peligros que tengamos que correr para buscar las respuestas de lo profundamente escondido en la Naturaleza

Como es mi costumbre, me desvío del tema y sin poderlo evitar, mis ideas (que parecen tener vida propia), cogen los caminos más diversos. Basta con que se cruce en el camino del trabajo que realizo un fugaz recuerdo; lo sigo y me lleva a destinos distintos de los que me propuse al comenzar. Así, en este caso, me pasé a la química, que también me gusta mucho y está directamente relacionada con la física; de hecho son hermanas: la madre, las matemáticas, la única que finalmente lo podrá explicar todo.

emilio silvera

Pequeñas Galaxias y Materia Oscura

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Así etán las cosas    ~    Comentarios Comments (0)

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Analizando la luz de las galaxias pequeñas y de brillo débil que orbitan a la Vía Láctea, un equipo de científicos cree haber descubierto la masa mínima para las galaxias en el universo: 10 millones de veces la masa del Sol. Esta masa podría ser el “bloque de construcción” más pequeño conocido de la sustancia misteriosa e invisible denominada materia oscura. Las estrellas que se forman dentro de estos bloques se agrupan y se convierten en galaxias.

             ¿Filametos de materia oscura? ¿Dónde?

Los científicos saben muy poco sobre las propiedades microscópicas de la “materia oscura” aunque constituye aproximadamente las cinco sextas partes de toda la materia en el universo (bueno, al menos eso es lo que se creen antes de haberlo demostrado).

Conociendo esta masa mínima de las galaxias, los científicos pueden entender mejor cómo se comporta la materia oscura, lo cual es esencial para llegar a comprender algún día cómo llegó a existir nuestro universo y con él la vida tal como la conocemos.

Pequeña Nube de Magallanes

                                                       Pequeña de Magallenes que orbita la Vía Láctea y un día se fundirá con ella.

Louis Strigari, de la Universidad de California en Irvine, es el autor principal de este estudio. La materia oscura gobierna el crecimiento de las estructuras del universo. Sin ella no existirían las galaxias como nuestra propia Vía Láctea. Los científicos saben cómo la gravedad de la materia oscura atrae a la materia normal y produce la formación de las galaxias. También sospechan que con el tiempo las galaxias pequeñas se unen para crear otras más grandes como nuestra Vía Láctea.

Las galaxias más pequeñas conocidas, denominadas galaxias enanas, varían muchísimo en su brillo, desde 1.000 veces a 10 millones de veces la luminosidad del Sol. Se sabe que por lo menos 22 de estas galaxias enanas orbitan la Vía Láctea. Los autores del nuevo estudio examinaron 18 de ellas con la meta de calcular sus masas.

Archivo:I Zwicky 18a.jpg

Los investigadores esperaban que las masas variaran, siendo las galaxias más luminosas las más pesadas, y las menos luminosas las menos pesadas. Pero sorprendentemente todas las galaxias enanas han resultado tener la misma masa, 10 millones de veces la del Sol.

Como las galaxias enanas están formadas fundamentalmente por materia oscura” (la proporción de materia oscura con respecto a materia normal  es en ellas tan grande como 10.000 a 1), el descubrimiento de la masa mínima revela una propiedad fundamental de la materia oscura.  (?)

Los científicos creen que pueden existir aglomeraciones de materia oscura que no contengan ninguna estrella. Las únicas aglomeraciones de materia oscura que se pueden descubrir actualmente son las que brillan por la presencia de estrellas en ellas. (?)

Archivo:NGC 1705.jpg

                     NGC 1705 es una galaxia enana irregular en la constelación de  a 17 millones de años-luz de distancia de la Tierra.

Los astrónomos esperan averiguar cosas sobre las propiedades microscópicas de la materia oscura cuando el LHC (Large Hadron Collider) en Suiza esté operativo  y a pleno rendimiento en 2.015.  En esta máquina, los científicos esperan crear, por primera vez en el laboratorio, una partícula de materia oscura. (Por ilusiones que no quede).

Los equipos de Astrónomos y Astrofísicos que realizan y llevan a cabo interesantes proyectos encaminados a descubrir cuestiones que ahora se nos escapan, son muy abundantes, y, si no tenemos más noticias de ellos es por el simple hecho de que, salen a la luz cuando hacen algún descubrimiento interesante que venga a aportar algo nuevo más allá de lo que ya conocíamos.

De todas las manerasa creo que, muchas de estas noticias están basadas en “licencias literarias” que la euforia de los científicos que realizan el trabajo convierte en un “descubrimiento” imaginario.

emilio silvera

Hay que recorrer un largo camino para saber… ¡Un poco!

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en La muerte de las estrellas    ~    Comentarios Comments (0)

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Verdaderamente si pudiéramos contemplar de cerca, el comportamiento de una estrella cuando llega el final de su vida, veríamos como es, especialmente intrigante las transiciones de fase de una estrella en implosión observada desde un sistema de referencia externo estático, es decir, vista por observadores exteriores a la estrella que permanecen siempre en la misma circunferencia fija en lugar de moverse hacia adentro con la materia de la estrella en implosión. La estrella, vista desde un sistema externo estático, empieza su implosión en la forma en que uno esperaría.

La presión interna de la fusión se ha terminado y la estrella se contrae por la fuerza de la Gravedad que genera su propia materia. Según sea la estrella de masiva, su final está abocado a enana blanca (si es como nuestro Sol), a estrella de neutrones (si tiene más de dos masas solares) y en agujero negro las más masivas.

Al igual que una pesada piedra arrojada desde las alturas, la superficie de la estrella cae hacia abajo (se contrae hacia adentro), lentamente al principio y luego cada vez más rápidamente. Si las leyes de gravedad de Newton hubieran sido correctas, esta aceleración de la implosión continuaría inexorablemente hasta que la estrella, libre de cualquier presión interna, fuera aplastada en un punto de alta velocidad. Pero no era así según las fórmulas relativistas que aplicaron Oppenheimer y Snyder. En lugar de ello, a medida que la estrella se acerca a su circunferencia crítica su contracción se frena hasta hacerse a paso lento. Cuanto más pequeña se hace la estrella, más lentamente implosiona, hasta que se congela exactamente en la circunferencia crítica y, dependiendo de su masa, explosiona como supernova para formar una inmensa nebulosa o, se tranforma en nebulosa planetaria, más pequeña.

             Los fenómenos que se pueden observar cuando las estrellas mueren son fascinantes

En la escena que antes explicabámos, por mucho tiempo que nos quedemos esperando y comtemplando el suceso, si uno está en reposo fuera de la estrella (es decir, en reposo en el sistema de referencia externo estático), uno nunca podrá ver que la estrella implosiona a través de la circunferencia crítica. Ese fue el mensaje inequívoco que Oppenheimer y Snyder nos enviaron. Para poder ver eso, habría que estar dentro de la estrella, instalado en la materia que está sufriendo la contracción y, no sabemos porque eso es así.

¿Se debe esta “congelación” de la implosión a alguna fuerza inesperada de la relatividad general en el interior de la estrella? No, en absoluto, advirtieron Oppenheimer y Snyder. Más bien se debe a la dilatación gravitatoria del tiempo (el frenado del flujo del tiempo) cerca de la circunferencia crítica. Tal como lo ven los observadores estáticos, el tiempo en la superficie de la estrella en implosión debe fluir cada  vez más lentamente cuando la estrella se aproxima a la circunferencia crítica; y, consiguientemente, cualquier cosa que ocurre sobre o en el interior de la estrella, incluyendo su implosión, debe aparecer como si el movimiento se frenara poco a poco hasta congelarse.

Por extraño que esto pueda parecer, aún había otra predicción más extrañas de las fórmulas de Oppenheimer y Snyder: si bien es cierto que vista por observadores externos estáticos la implosión se congela en la circunferencia crítica, no se congela en absoluto vista por los observadores que se mueven hacia adentro con la superficie de la estrella. Si la estrella tiene una masa de algunas masas solares y empieza con un tamaño aproximado al del Sol, entonces vista desde su propia superficie implosiona hacia la circunferencia crítica en aproximadamente una hora, y luego sigue implosionando más allá de la criticalidad hacia circunferencias más pequeñas.

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Hace 30 años un astrónomo amateur obervó la implosión  de una estrella 20 veces el tamaño del Sol a 50 millones de años luz. Este acontecimiento alertó a científicos de todo el mundo, que después de 30 años observando este acontecimiento con sofisticados telescopios de rayos x han anunciado que se trata de un agujero negro, el más joven del que se tiene registro. El proceso de formación de un agujero negro pone en marcha una dinámica gravitacional tal que toda la materia en la cercanía de este objeto cósmico colapsa a su interior, como el desagüe de un lavabo, y ni siquiera la luz puede escapar.

Allá por el año 1939, cuando Oppenheimer y Snyder descubrieron estas cosas, los físicos ya se habían acostumbrados al hecho de que el tiempo es relativo; el flujo del tiempo es diferente medido en diferentes sistemas de referencia que se mueven de diferentes formas a través del Universo. Claro que, nunca antes había encontrado nadie una diferencia tan extrema entre sistemas de referencia. Que la implosión se congele para siempre medida en el sistema externo estático, pero continúe avanzando rápidamente superando al punto de congelación medida en el sistema desde la superficie de la estrella era extraordinariamente difícil de comprender. Nadie que estudiara las matemáticas de Oppenheimer y Snyder se sentía cómodo con semejante distorsión extrema del tiempo. Pero ahí estaba, en sus fórmulas. Algunos podían agitar sus brazos con explicaciones heurísticas, pero ninguna explicación parecía muy satisfactoria. No sería completamente entendido hasta finales de los cincuenta.

Fue Wheeler el que discrepó del trabajo de Oppenheimer y Snyder, alegando, con toda la razón que, cuando ellos habían realizado su trabajo, habría sido imposible calcular los detalles de la implosión con una presión realista (presión térmica, presión de degeneración y presión producida por la fuerza nuclear), y con reacciones nucleares, ondas de choque, calor, radiación y expulsión de masa. Sin embargo, los trabajos desde las armas nucleares de los veinte años posteriores proporcionaron justamente las herramientas necesarias. También a partir de ese momento se pudieron captar imágenes que vinieron a corroborar todos estos fenómenos presentes en la muerte de una estrella masiva.

Presión, reacciones nucleares, ondas de choque, calor radiación y expulsión de masa eran todas ellas características fundamentales de una bomba de hidrógeno; sin ellas, una bomba no explosionaría. A finales de los años cincuenta, Stirling Colgate quedó fascinado por el problema de la implosión estelar. Con el apoyo de Edward Teller, y en colaboración con Richard White y posteriormente Michael May, Colgate se propuso simular semejante implosión en un ordenador. Sin embargo, cometieron un error, mantuvieron algunas de las simplificaciones de Oppenheimer al insistir desde el principio en que la estrella fuera esférica y sin rotación, y, aunque tuvieron en cuenta todos los argumentos que preocupaban a Wheeler, aquello no quedó perfeccionado hasta después de varios años de esfuerzo y, a comienzo de los años sesenta ya estaban funcionando correctamente.

Un día a principio de los años sesenta, John Wheeler entró corriendo en la clase de relatividad de la Universidad de Princeton. Llegaba un poco tarde, pero sonreía con placer. Acababa de regresar de una visita a Livermore donde había visto los resultados de las simulaciones recientes de Colgate y su equipo. Con excitación en su voz dibujó en la pizarra un diagrama tras otro explicando lo que sus amigos de Livermore habían aprendido.

Cuando  la estrella en implosión tenía una masa pequeña, desencadenaba una implosión de supernova y formaba una estrella de neutrones precisamente en la forma que Fritz Wicky había especulado treinta años antes. Sin embargo, si la estrella original era más masiva lo que allí se producía (aparte de la explosión supernova) era un agujero negro notablemente similar al altamente simplificado  modelo que veinticinco años  calcularon Oppenheimer y Snyder. Vista desde fuera, la implosión se frenaba y se quedaba congelada en la circunferencia crítica, pero vista por alguien en la superficie de la estrella, la implosión no se congelaba en absoluto. La superficie de la estrella se contraía a través de la circunferencia crítica y seguía hacia adentro sin vacilación.

Lo cierto fue que allí, por primera vez, se consiguió simular por ordenador la implosión que debía producir agujeros negros. Está claro que la historia de todo esto es mucho más larga y contiene muchos más detalles que me he saltado para no hacer largo el trabajo que, en realidad, sólo persigue explicar a ustedes de la manera más simple posible, lo costoso que es obtener los conocimientos que no llegan (casi nunca) a través de ideas luminosas, sino que, son el resultado del duro trabajo de muchos.

Hoy, sabemos mucho más de cómo finaliza sus días una estrella y, dependiendo de su masa, podemos decir de manera precisa que clase de Nebulosa formará, que clase de explosión (si la hay) se producirá, y, finalmente, si el resultado de todo ello será una estrella enana blanca que encuentra su estabilidad final por medio del Principio de exclusión de Pauli (en mecánica cuántica) que se aplica a los fermiones pero no a los Bosones (son fermiones los quarks, electrones, protones y neutrones), en virtud del cual dos partículas idénticas en un sistema, como los electrones en un átomo o quarks en un hadrón (protón o neutrón, por ejemplo), no pueden poseer un conjunto idéntico de números cuánticos.

En el Universo podemos contemplar maravillas que ni imaginar podemos.

La estrella azul cerca del centro de esta imagen es Zeta Ophiuchi. Cuando se ve en luz visible aparece como una estrella roja relativamente débil rodeada de otras estrellas tenues y sin polvo. Sin embargo, en esta imagen infrarroja tomada con campo amplio por el Explorador Infrared Survey de la NASA, o WISE, un punto de vista completamente diferente emerge. Zeta Ophiuchi es en realidad una muy masiva y caliente estrella azul, brillante que traza su camino a través de una gran nune de polvo y gas interestelar.

Una estrella masiva alejándose de su antiguo compañero se manifiesta haciendo un imponente surco a través de polvo espacial, como si se tratase de la proa de un barco. La estrella, llamada Zeta Ophiuchi, es enorme, con una masa de cerca de 20 veces la de nuestro Sol. En esta imagen, en los que se ha traducido la luz infrarroja a colores visibles que vemos con nuestros ojos, la estrella aparece como el punto azul en el interior del arco de choque. Zeta Ophiuchi orbitó una vez alrededor de una estrella aún más grande. Pero cuando la estrella explotó en una supernova, Zeta Ophiuchi se disparó como una bala. Viaja a la friolera velocidad de 24 kilómetros por segundo arrastrando con ella un conglomerado de polvo que distorsiona la región por la que pasa.

Mientras la estrella se mueve través del espacio, sus poderosos vientos empujan el gas y el polvo a lo largo de su camino en lo que se llama un arco de choque. El material en el arco de choque está tan comprimido que brilla con luz infrarroja que  WISE puede captar. El efecto es similar a lo que ocurre cuando un barco cobra velocidad a través del agua, impulsando una ola delante de él. Esta onda de choque queda completamente oculta a la luz visible. Las imágenes infrarrojas como esta son importantes para arrojar nueva luz sobre lo que ocurre en situaciones similares.

El Principio de Exclusión de Pauli: o, por qué no implosionamos

Pero, siguiendo con el tema de las implosiones de las estrellas, ¿cuál es la razón por la que la materia no se colapsa, totalmente, sobre sí misma? El mismo principio que impide que las estrellas de neutrones y las estrellas enanas blancas implosionen totalmente y que, llegado un momento, en las primeras se degeneran los neutrones y en las segundas los electrones, y, de esa manera, se frena la compresión que producía la gravedad y quedan estabilizadas gracias a un principio natural que hace que la materia normal sea en su mayor parte espacio vacío también permite la existencia de los seres vivos. El nombre técnico es: El Principio de Exclusión de Pauli y dice que dos fermiones (un tipo de partículas fundamentales) idénticos y con la misma orientación no pueden ocupar simultáneamente el mismo lugar en el espacio. Por el contrario, los bosones (otro tipo de partículas, el fotón, por ejemplo) no se comportan así, tal y como se ha demostrado recientemente por medio de la creación en el laboratorio de los condensados de Bose-Einstein.

Pero, estábamos diciendo: “…no pueden poseer un conjunto idéntico de números cuánticos.” A partir de ese principio, sabemos que, cuando una estrella como nuestro Sol deja de fusionar Hidrógeno en Helio que hace que la estrella deje de expandirse y quede a merced de la Gravedad, ésta implosionará bajo el peso de su propia masa, es decir, se contraerá sobre sí misma por la fuerza gravitatoria pero, llegará un momento en el cual, los electrones, debido a ese principio de exclusión de Pauli que les impide estar juntos, se degeneran y se moverán de manera aleatoria con velocidades relativista hasta el punto de ser capaces de frenar la fuerza provocada por la gravedad, y, de esa manera, quedará estabilizada finalmente una estrella enana blanca.

Si la estrella original es más masiva, la degeneración de los electrones no será suficiente para frenar la fuerza gravitatoria y, los electrones se fusionaran con los protones para convertirse en neutrones que, bajo el mismo principio de exclusión sufrirán la degeneración que frenará la fuerza de gravedad quedando entonces una estrella de neutrones. Por último, si la estrella es, aún más masiva, ni la degeneración de los neutrones será suficiente para frenar la inmensa fuerza gravitatoria generada por la masa de la estrella que, continuará la implosión contrayéndose cada vez más hasta desaparecer de nuestra vista convertida en un agujero negro.

¿Qué forma adoptará, qué transición de fase se produce en la materia dentro de una Singularidad?

¡Resulta todo tan complejo!

emilio silvera

¡Nebulosas! Mucho más que polvo y gas

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

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Por lo general, la gente contempla las imágenes de las Nebulosas que nos muestran captadas por el Hubble y otros telescopios constridos por nuestra imaginativa especie que ha podido llegar, hasta donde su cuerpo no puede, valiéndose de ingenios que, con sus “ojos” artificiales, pueden ir mucho más lejos que nosotros lo hacemos con los nuestros, de limitado alcance. Las Nebulosas llaman mucho la atención de los que la miran debido a sus hermosas figuras y a los variados y sugestivos colores con las que son representadas en función de los elementos que las conforman. Las hay de todo tipo y, a partir de ellas, se forman nuevas estrellas y nuevos mundos. Son el producto del material que arrojan las estrellas al espacio interestelar cuando van a morir, o, cuando llegado ese momento fatídico, explotan como supernovas regando inmensas regiones con esos materiales que antes eran parte de la estrella.

NGC 6992: filamentos de la Nebulosa del Velo

                                                                Aquí podemos ver los filamentos de la Nebulosa del Velo, NGC 6992

En la imagen podemos contemplar los restos de una estrella de nuestra Galaxia que hace ahora unos 7.500 años se convirtió en Supernova y nos dejó en el espacio interestelar lo que ahora podemos contemplar que, también es conocida como Lazo del Cisne. Aquellos que vivían en tiempos pasados, cuando el acontecimiento tuvo lugar, pudieron contemplar un brillo en el cielo que pudo durar muchos días. En el presente, muy atenuado podemos admirar el remanente con la ayuda de telescopios enfocando en dirección a la Constelación del Cisne. La imagen es debida al Telescopio Isaac Newton situado en el Observatorio Roque de los Muchachos, en las Islas Canarias.

Estas Nebulosas filamentarias son grupos de nubes de gas y polvo alargadas con una estructura en forma de finos hilos vistos desde la Tierra. Muchas estructuras filamentarias pueden realmente,  ser hojas vistas de perfil en vez de hikos. Las Nebulosas filamentarias más conocidas como está del Velo, son todas remanentes de Supernova. Aunque estos filamentos tienen temperaturas de 10 000 K, son en realidad las partes más finas del remanente, pudiendo alcanzar otras partes de ella temperaturas superiores a un millón de K.

 

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

File:Carina Nebula.jpg

La imagen de arriba es una perspectiva de la Nebulosa Carina captada por el Very Large Telescope del Observatorio Austral Europeo. Nos muestra de manera inequívoca un rico lugar de nacimientos de nuevas estrellas que muy jóvenes, con energías inmensas, radian en el ultravioleta ionizando regiones extensas de la nebulosa que nos muestran espectaculares colores y arabescas figuras. Situada en las profundidades del espacio, a más de 7.500 años-luz de nuestro planeta en la Constelación de Carina. En el lugar se crean estrellas masivas y, una de ellas, fue nombrada hace unos días en este mismo lugar, Eta Carinae que fue hace años una de las estrellas más brillantes del cielo y ahora, está a punto de explotar como Supernmova. El lugar que arriba contemplamos sirve de Laboratorio sin igual para los astrónomos que estudian el nacimiento de nuevas estrellas en un violento océano de inmensas energías que no podríamos reproducir en la Tierra.

Para hacer posible escenas como esta se requiere la elaboración de un combinado de cientos de imágenes individuales que, como en este caso, dan lugar a obtener un mosaico infrarrojo muy detallado de la Nebulosa que desembocan en lo que arriba podemos ver. Miles de estrellas masivas y también, otras más débiles y pequeñas que en otras tomas no se podían captar y permanecían invisibles. La propia Eta Carinae aparece deslumbrante en la parte inferior izquierda que destaca de las demás con su resplandor. Rodeada por nubes de gas que brillan bajo el ataque violento de la radiación ultravioleta.

 

 

La Nebulosa de emisión  NGC 6559, nos muestra ricas zonas de creación de estrellas

Es la clásica nube luminosa de gas y polvo en el espacio que brilla con luz propia. La luz puede ser generada de varias maneras. Generalmente el gas brilla porque está expuesto a una fuente de radiación ultravioleta, algunos ejemplos son las regiones H II y las Nebulosas Planetarias, que son ionizadas por estrellas centrales. El gas también puede brillar porque se ionizó en una colisión violenta con otra nube de gas, como en los objetos Herbig-Haro. Finalmente, parte de la luz de los remanentes de Supernova como el primero aquí mostrado arriba, está producido por el proceso de  radiación sincrotrón, en el que las partículas cargadas se mueven en espiral alrededor de un campo magnético interestelar.

Cosmic Tornado HH 49 50

 

El objeto Herbig-Haro que arriba podemos ver es como un tornado cósmico en el que se presiente la energía

Herbig -Haro objetos (HH ) son pequeñas manchas de nebulosidad asociados a las estrellas recién nacidas , y se forman cuando los chorros estrechos de gas eyectados por estrellas jóvenes chocan con las nubes de gas y polvo en las inmediaciones , a velocidades de varios cientos de kilómetros por segundo. Objetos Herbig -Haro son muy abundantes en regiones de formación estelar , y varios se ven a menudo en torno a una sola estrella , alineado con su eje de rotación .

File:HST HH47 image.jpg

Objetos HH son fenómenos transitorios , con una duración no superior a unos pocos miles de años . Pueden evolucionar visiblemente en escalas de tiempo astronómicas muy cortos , ya que se mueven rápidamente lejos de su estrella madre en las nubes de gas del espacio interestelar ( medio interestelar o ISM). Observaciones del Telescopio Espacial Hubble han revelado la compleja evolución de los objetos HH en el período de unos pocos años , como partes de la nebulosa se ​​desvanecen , mientras que otros se iluminan a medida que chocan con el material grumoso del medio interestelar .

File:HH1 and HH2 imaged by WFPC2.jpg

Los objetos fueron observados por primera vez en el siglo 19 por Sherburne Wesley Burnham , pero no fueron reconocidos como un tipo distinto de nebulosa de emisión hasta la década de 1940 . Los primeros astrónomos para estudiar en detalle fueron George Herbig y Guillermo Haro, tras de los cuales han sido nombrados . Herbig Haro y trabajaban de forma independiente en los estudios de formación estelar cuando por primera vez analizados los objetos , y reconocieron que eran un subproducto del proceso de formación de estrellas.

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

Brillante nube de gas y polvo luminoso que rodea a una estrella altamente evolucionada. Una nebulosa planetaria se forma cuando una gigante roja eyecta sus capas exteriores a velocidades de unos 10 km/s. El gas eyectado es entonces ionizado por la luz ultravioleta procedente del núcleo caliente de la estrella. A medida que pierde materia este núcleo queda progresivamente expuesto, convirtiéndose finalmente en una enana blanca (lo que pasará con nuestro Sol). Las nebulosas planetarias tienen típicamente 0,5 a.l. de diámetro, y la cantidad de material eyectado es de 0,1 masas solares o algo más.

Debido a la altísima temperatura del núcleo, el gas de la nebulosa está muy ionizado. La Nebulosa Planetaria dura unos 100.000 años, tiempo durante el cual una fracción apreciable de la masa de la estrella es devuelta al espacio interestelar. Las nebulosas planetarias se llaman así porque a los antiguos observadores les recordaba un planetario. De hecho, las formas detalladas de las nebulosas planetarias reveladas por los modernos telescopios cubren muchos tipos diferentes, incluyendo las que tienen forma de anillos (como la Nebulosa Anular), forma de pesas, o irregular. Algunas nebulosas planetarias presentan ansae, unas pequeñas extensiones a cada lado de la estrella central, que se piensa que son producidas por eyección a alta velocidad de material de un flujo bipolar.

 

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                                                                         Una bella imagen de la Nebulosa Carina tomada por el Hubble

Situada en la Constelación Carina (la quilla), en castellano Quilla es una constelación 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).

Cuando los antiguos miraban los cielos, dejaban volar su imaginación para inventar historias que contadas por los poetas se convertían en leuyendas. Los Argonautas  en el poema de Apolonio de Rodas,  fueron los compañeros que fueron con Jasón  en la expedición cuyo objetivo era hallar el vellocino de oro,  el nombre proviene del la navío Argo.

Pelías se convirtió en rey de Yolco tras destronar a Esón, este temeroso de que su hijo Jasón, quien era el heredero al trono, fuera asesinado lo envió a la cueva del centauro Quirón en donde recibió instrucción hasta que regreso a Yolco para reclamar su derecho al trono.

En su viaje a Yolco Jason perdió una de sus sandalias y al presentarse ante Pelías este recordó un antiguo oráculo que advertía sobre alguien con una sola sandalia que bajaría del monte para destronarlo y matarlo. Pelias accedió a devolver el trono a Jasón pero le exigió que cumpliera un supuesto pedido de regresar a su origen el vellocino de oro.

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Jasón aceptó el encargo y ordenó a Argos la fabricación de una nave, esta embarcación tenía el don del habla y de la profecía. Después conformó la tripulación con los jóvenes más valientes de aquellos tiempos.

Los Argonautas partieron de la costa de Págasas, a su paso por la isla de Limnnos, habitada por mujeres, se unieron con ellas con la idea de que concibieran hijos varones; pasaron por Samotracia llegando a la tierra de los Doliones, donde su rey Cícico los acogieron, al partir los vientos los llevaron de nuevo a la costa en donde por error se enfrentaron a sus antiguos anfitriones resultando muertos el rey Cícico y su corte; En las costas de Mísia, las ninfas se apoderaron de Hilas, Hércules y Polifemo abandonaron el barco para ir en su ayuda y el viaje siguió sin ellos; Al pasar por la tierra del adivino ciego Fineo, lo libraron de las Harpías, y él en agradecimiento les dio la clave para evitar rocas Cianeas que destruían cualquier nave que se atreviera a pasar entre ellas.

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Después de estas y otras aventuras la expedición llegó al reino de Eetes. Jasón realizó una visita al monarca y le solicito la entrega del Vellocino de oro, el rey para entregárselo le pidió a cambio que domara los toros con pezuñas de bronce y que arara el campo y sembrara dientes de dragón que le entregaría.

Medea hija de Eetes, quien enamorada de Jasón se ofreció a ayudarle siempre y cuando Jasón la desposara. Le entregó un ungüento mágico para que lo aplicara en su cuerpo y escudo con lo que quedaría protegido contra el fuego y el hierro. Le advirtió que al sembrar los dientes del dragón se convertirían en soldados que lo asesinarían. Le indicó que lanzara piedras sin ser visto y de este modo los confundiría haciendo que se pelearan y mataran entre ellos.

Desde siempre, cuando hemos contemplado las maravillas que nos ofrece la Naturaleza, el Universo, no hemos podido explicarlo y, una de las maneras que encontramos para contar lo que veíamos, era dejar volar nuestra imaginación para crear relatos que en aquellos lejanos parajes habían sucedido.

Jasón realizó estas tareas con éxito, pero Eetes incumplió su promesa, entonces Jasón, ayudado por Medea, durmió al dragón guardián, se apoderó del vellocino de oro y se fugaron. Cuando el rey Eetes descubrió la fuga y el hurto del vellocino de oro, se lanzó en su búsqueda. Medea, para retrasarlo, dio muerte a su hermano Apsirto, y lanzó al mar uno a uno sus miembros. Eetes, perdió en la persecución recogiendo las partes del cuerpo de su amado hijo.

De regreso, a su paso por la isla de las sirenas los argonautas fueron protegidos de sus cantos por Orfeo, músico de Tracia, con su melodiosa lira y voz; llegaron a Creta, en donde enfrentaron al gigante Talo con la ayuda, de los hechizos de Medea. Al llegar a Yolco, trayendo consigo el vellocino de oro, Jasón se enteró que Pelias, había asesinado a todos sus parientes y que además se negaba a entregarle el trono. Medea convenció a las hijas del rey a que le ayudaran a eliminarlo prometiéndoles la eterna juventud. Jasón asumió el trono y con Medea reinaron en Yolco, años más tarde concibieron un vástago, confiándole su educación al Centauro Quirón.

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Pero bajemos de nuevo a la Tierra y, desde ella, contemplemos la hermosa y bella imagen de la Nebulosa planetaria que conocemos como “Ojo de Gato” que está clasificada como NGC 6543, situada a 3.000 años-luz de nuestro Sol, en Draco. La compleja forma de sus bucles de gas lanzados por la estrella central hace ahora unos mil años produce una apariencia fantástica de increible belleza que nos muestra un cuadro magistral que solo podría ser pintado por los pinceles mágicos de la Naturaleza.

emilio silvera