La antenas del Very Large Array (VLA), en EE UU. Cordon Press

Un equipo de astrónomos ha conseguido localizar el origen de unas potentes señales de radio que llevan años intrigando a muchos expertos. Se trata de un fenómeno conocido como estallido rápido de radio (FRB en inglés), que libera en unas fracciones de segundo tanta energía como el Sol en varios días.

     Radiotelescopio Parkes, en Australia

En 2007, David Narkevic, un estudiante de física y ciencias políticas en la Universidad de Virginia Occidental (EE UU), fue el primero en descubrir una de estas señales entre los datos recogidos seis años antes por el radiotelescopio Parkes, en Australia. Desde entonces se han detectado otros estallidos similares. Todos duran apenas milisegundos, por lo que ha sido muy difícil aclarar de dónde vienen y qué los produce. Esta incertidumbre ha dado lugar a todo tipo de teorías sobre su origen, desde algunas fundadas como que se trata de cataclismos como el colapso de estrellas de neutrones o la evaporación de agujeros negros, a otras menos probables, como que sean mensajes de civilizaciones alienígenas, ya que algunas parecen seguir una lógica matemática.

“Si nuestros ojos fueran sensibles a las ondas de radio, veríamos iluminarse el cielo [por estas señales] unas dos veces por minuto”, escribe el astrónomo de la Universidad Radboud Heino Falcke hoy en Nature, que le ha dedicado su portada esta semana a este descubrimiento. La dispersión de estas señales de radio a su paso por el espacio indica que los FRB vienen de fuera de la Vía Láctea y que, antes de alcanzar la Tierra, viajan por el universo durante miles de millones de años , lo que los convierte en las señales de radio “más distantes y brillantes, del universo conocido”, resalta Falcke.

Los FRB “han sido objeto de un gran misterio” durante los últimos 10 años que parece una “historia de detectives”, reconoce Joe Lazio, científico del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA. Lazio es uno de los 25 astrónomos que acaban de escribir el último capítulo de la saga al estudiar el FRB más enigmático de todos. Se detectó por primera vez en 2012 y, al contrario que el resto de las señales conocidas, que solo se producen una sola vez, esta se ha repetido en varias ocasiones, pero sin un patrón claro. La existencia de este tipo de estallido cuestiona la teoría de que su origen esté en eventos destructivos que suceden una sola vez.

El equipo de Lazio usó la red de telescopios VLA de EE UU para intentar captar de nuevo la señal descubierta en 2012. Después de detectarla recurrieron a la red de telescopios europea VLBI y una similar en EE UU para situar su origen con más precisión que ningún otro estudio anterior. Sus resultados, publicados hoy en Nature y en Astrophysical Journal Letters, muestran que la fuente de estos estallidos está en una galaxia enana y poco brillante, nada parecido a un gran cataclismo cósmico

“Gracias al espectro medido con los telescopios Gemini [instrumentos ópticos], hemos comprobado que esta galaxia” está “a unos 3.000 millones de años luz de nosotros”, resalta Shami Chatterjee, astrónomo de la Universidad Cornell (EE UU) y coautor de los estudios. “Esto supone que estos estallidos son excepcionalmente potentes, y que han atravesado el medio intergaláctico durante 3.000 millones de años”, añade.

Los investigadores aún no saben qué objeto dentro de esta galaxia está produciendo las señales. “Posiblemente se trata de un fenómeno asociado con un núcleo de galaxia activo o, más probablemente, los enormes pulsos emitidos por un magnetar, una estrella de neutrones joven con un campo magnético extraordinario”, explica Chatterjee. En cualquier caso, “es enormemente improbable que se trate de señales artificiales”, añade. Su objetivo ahora es aclarar el origen exacto de los estallidos analizados y buscar una nueva fuente de FRB repetidos que ayude a zanjar las preguntas sobre el origen de estos fenómenos.

Fuente: El Pais

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Si preguntamos por el significado del Big Bang, la expansión del universo, cómo nacen y mueren las estrellas, qué es una singularidad, a qué se refiere la libertad asintótica de los quarks, qué son los nucleones, qué significan las constantes universales, qué es la mecánica quántica, el modelo estándar, la relatividad general, el significado de E = mc², el principio de incertidumbre, la función de onda de Schrödinger, la exclusión de Pauli, el cuanto de acción, h, o el límite, la energía o tiempo de Planck…, cualquiera de estas cuestiones, todas tan importantes, serán desconocidas para el 99’99% de los encuestados. ¡Una auténtica calamidad!

Esa es la penosa realidad en la que estamos inmersos. Esas personas desconocedoras de las preguntas que antes enumeramos, sí podrían contestar, en cambio, sobre cualquier tema que se les plantee sobre cuestiones mundanas e intrascendentes, de los “famosos” que siempre andan en la TV y las revistas de chismes (una autñéntica lástima que deja al descubierto la ignorancia de esas mayorías). Ninguna pregunta contestarán sobre, por ejemplo, una estrella supermasiva.

“Las estrellas supermasivas, de unas 30 veces la masa del Sol (pueden sobrepasar las 120 masas solares, si son más masivas su propia radiación las destruye), acaban su vida bien mediante una explosión como supernova o directamente mediante un colapso gravitatorio. Ambos procesos conducen teóricamente a la formación de agujeros negros, pero hasta hace relativamente bien poco tiempo no se tenían pruebas de ninguno de ellos. En el artículo que se publicó en Nature (“Evidence of a Supernova Origin for the Black Hole in GRO J1655-40”), astrónomos del IAC y de la Universidad de California, en Berkeley, presentaron los resultados de un estudio sobre la composición química de la estrella que orbita en torno al agujero negro del sistema GRO J1655-44 (Nova Scorpii 1994). Esta estrella muestra un alto contenido atmosférico de oxígeno, magnesio, silicio y azufre, diez veces superior al del Sol. Estos elementos químicos se originan en reacciones nucleares que tienen lugar en el interior de estrellas muy masivas al alcanzar temperaturas de miles de millones de grados y se expulsan al medio circundante si la estrella termina su vida explotando como supernova. En este proceso, además de enriquecer el entorno con nuevos productos químicos, se espera que tenga lugar la formación de una estrella de neutrones o de un agujero negro.”

Ahí podemos observar a una estrella muy joven, de dos o tres millones de años que, en un futuro lejano será una gran Supernova. Los procesos que podríamos observar al final de la vida de una estrella gigante… ¡Son fascinantes!

En esta imagen del telescopio espacial Hubble se pueden apreciar a la estrella Eta Carinæ y los restos de erupciones antiguas que forman la nebulosa del Homúnculo alrededor de la estrella. La nebulosa fue creada por una erupción de η Car cuya luz alcanzó la Tierra en 1843. Eta Carinae aparece como un parche blanco en el centro de la imagen, donde los dos lóbulos de la nebulosa Homúnculo convergen.

Eta Carinae (abreviado: η Carinae o η Car) es una estrella del tipo variable luminosa azul hipermasiva, situada en la constelación de la Quilla. Su masa oscila entre 100 y 150 veces la masa del Sol, lo que la convierte en una de las estrellas más masivas conocidas en nuestra Galaxia y sólo tiene una edad de unos tres millones de años.  Asimismo, posee una altísima luminosidad, de alrededor de cuatro millones de veces la del Sol; debido a la gran cantidad de polvo existente a su alrededor, Eta Carinae irradia el 99 % de su luminosidad en la parte infrarroja del espectro, lo que la convierte en el objeto más brillante del cielo en el intervalo de longitudes de onda entre 10 y 20 μm.

    Cuando agotan su combustible nuclear de fusión implosionan

Lo cierto es que para las estrellas supermasivas, cuando llegan al final de su ciclo y dejan de brillar por agotamiento de su combustible nuclear, en ese preciso instante, el tiempo se agota para ella. Cuando una estrella pierde el equilibrio existente entre la energía termonuclear (que tiende a expandir la estrella) y la fuerza de gravedad (que tiende a comprimirla), al quedar sin oposición esta última, la estrella supermasiva se contrae aplastada bajo su propia masa. Queda comprimida hasta tal nivel que llega un momento que desaparece, para convertirse en un agujero negro, una singularidad, donde dejan de existir el “tiempo” y el espacio. A su alrededor nace un horizonte de sucesos, que si se traspasa se es engullido por la enorme gravedad del agujero negro.

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.

El tiempo, de esta manera, deja de existir en estas regiones del universo que conocemos como singularidad. El mismo Big Bang surgió (dicen) de una singularidad de energía y densidad infinitas que, al explotar, se expandió y creó el tiempo, el espacio y la materia.

Estructura a gran escala de la distribución de luz en el universo.

El universo es inimaginablemente inmenso. Y buena parte de él es vacío, o vacíos, para ser más precisos. Efectivamente, cuando se considera el universo a gran escala, en la que unas decenas de millones de años luz no son nada, se observa que las galaxias se agrupan formando murallas, como la Gran Muralla de Hércules-Corona Boreal (la estructura más grande del universo que sepamos), filamentos y supercúmulos separados entre sí por vastísimas regiones llenas de prácticamente nada, conocidas como vacíos cósmicos.

Vacíos cósmicos

Como contraposición a estas enormes densidades de las enanas blancas, estrellas de neutrones y agujeros negros, existen regiones del espacio que contienen menos galaxias que el promedio o incluso ninguna galaxia; a estas regiones las conocemos como vacío cósmico. Han sido detectados vacíos con menos de una décima de la densidad promedio del universo en escalas de hasta 200 millones de años luz en exploraciones a gran escala. Estas regiones son a menudo esféricas. El primer gran vacío en ser detectado fue el de Boötes en 1.981; tiene un radio de unos 180 millones de años luz y su centro se encuentra aproximadamente a 500 millones de años luz de la Vía Láctea. La existencia de grandes vacíos no es sorprendente, dada la existencia de cúmulos de galaxias y supercúmulos a escalas muy grandes.

El Gran Vacío, Vacío Boötes o Vacío del Boyero es una región enorme y casi esférica del espacio, que contiene muy pocas galaxias. Se encuentra ubicado en las inmediaciones de la Constelación del Boyero o Boötes. Tiene unos 250 millones de años luz de diámetro. El centro del Vacío Boötes esta a aproximadamente 700 millones de años luz de la Tierra.

El telescopio XMM-Newtton de la Agencia Espacial Europea (ESA) ha captado la imagen de dos estrellas de neutrones completamente diferentes, en etapas diferentes de sus vidas.

Mientras que en estas regiones (como el vacío de Boötes) la materia es muy escasa, en una sola estrella de neutrones, si pudiéramos retirar 1 cm³ de su masa, obtendríamos una cantidad de materia increíble. Su densidad es de 10¹⁷ Kg/m³; los electrones y los protones están tan juntos que se combinan y forman neutrones que se degeneran haciendo estable la estrella de ese nombre que, después del agujero negro, es el objeto estelar más denso del universo (si no existen estrellas de Quarks, en cuyo caso, serían las segundas más densas).

EL ESPACIO LIBRE DE RIEMANN Riemann se ocupó de los espacios curvos, cuyas características se muestran en la figura inferior.

UNA VIDA CORTA PERO PROVECHOSA

Bernhard Riemann, al igual que su maestro, llegó a ser director del Observatorio de Göttingen desde el año 1859 al 1866, fecha en que murió. Hizo importantes contribuciones en muchos campos, incluyendo la topología, la teoría de las funciones, y la física matemática

Es interesante ver cómo a través de las matemáticas y la geometría, han sabido los humanos encontrar la forma de medir el mundo y encontrar las formas del universo. Pasando por Arquímedes, Pitágoras, Tales de Mileto, Empédocles, Demócrito de Abdera, Anaximandro, Galileo, Newton, Gauss o Riemann (entre otros), siempre hemos tratado de buscar las respuestas de las cosas por medio de las matemáticas.

La respuesta tan esperada en astronomía es el que alguien responda a la pregunta siguiente: ¿Qué es y donde está la energía y la materia oscura?

Sí, sabemos que su presencia puede ser inferida por sus efectos sobre los movimientos de las estrellas y galaxias, aunque no puede ser observada directamente debido a que emite poca o ninguna radiación. Se piensa que algo más del 90% de la masa del universo se encuentra en alguna forma de materia oscura. Existen evidencias de materia oscura en las galaxias espirales en sus curvas de rotación. La existencia de materia oscura en los cúmulos ricos de galaxias puede ser deducida por el movimiento de las galaxias constituyentes.

Una parte de esta materia oscura puede encontrarse en forma de estrellas poco masivas u objetos con masa del orden de la de Júpiter; dicha materia normal se describe como bariónica (los bariones son los protones, neutrones y otras partículas formadoras de materia que podemos ver).  Por otra parte, también puede existir materia oscura en el espacio entre galaxias, ese espacio que llamamos vacío y que en realidad está abarrotado de partículas virtuales que aparecen sin saber de dónde y en manos de una millonésima de segundo desaparece sin que sepamos a dónde, y que podría hacer aumentar la densidad media del universo hasta la densidad crítica requerida para invertir la expansión actual.

Si la teoría del Big Bang es correcta, como parece que lo es, debe de existir una gran proporción de materia oscura en forma no bariónica (que no podemos ver), quizás axiones, fotinos o neutrinos masivos, supervivientes de las etapas tempranas del Big Bang y, ¿por qué no?, también podríamos suponer que la materia oscura que tanto nos preocupa pudiera estar encerrada dentro de las singularidades de tantos y tantos agujeros negros que se han debido formar a lo largo de los 13.500 millones de años que es la edad del universo.

Los agujeros negros, cuya existencia se dedujo por Schwarzschild en 1.916 a partir de las ecuaciones de campo de Einstein de la relatividad general, son objetos supermasivos, invisibles a nuestra vista (de ahí su nombre) del que no escapa ni la luz; tal es la fuerza gravitatoria que generan que incluso engullen la materia de sus vecinas, objetos estelares como estrellas que osan traspasar el cinturón de seguridad que llamamos horizonte de sucesos.

Pues bien, si en el universo existen innumerables agujeros negros, ¿”por qué no creer que sean uno de los candidatos más firmes para que sea la buscada “materia oscura”?.

Para mí particularmente, sin descartar absolutamente nada de lo anterior (cualquier teoría podría ser la cierta), la denominada materia oscura podría estar situada en la quinta dimensión, y nos llegan sus efectos a través de fluctuaciones del “vacío”, que de alguna manera deja pasar a los gravitones que transportan la fuerza gravitacional que emite dicha materia y sus efectos se dejan sentir en nuestro universo, haciendo que las galaxias se alejen las unas de las otras a mayor velocidad de la que tendrían si el universo estuviera poblado sólo de la materia bariónica que nos rodea. Por otra parte, no hay que descartar como candidato a lo que tomamos como  “Materia oscura” , la fuerza gravitatoria que proviene de un universo vecino que está tirtando del nuestro.

                            No sabemos tanto como para descartar la existencia de universos vecinos

Claro que mi pensamiento es eso, una teoría más de las muchas que circulan. No se puede  dogmatizar hablando de estas cuestiones sobre las que no se tienen la menor certeza. La cuestión es que, si atendemos a la expansión de Hubble, tampoco podemos explicar las formación de las galaxias, ya que, dicha expansión lo habría impedido, a no ser que, allí, existiera una fuerza invisible que sujetó a la materia el tiempo necesario para que se formaran las estrellas y las galaxias: la materia oscura. Si fue así, quiere eso decir que, la materia oscura fue la primera que hizo acto de presencia en nuestro Universo.

De todas las maneras, incluso la denominación dada: “materia oscura”, delata nuestra ignorancia.

Mientras tanto, dejamos que el “tiempo” transcurra y como en todo lo demás, finalmente, alguien nos dará la respuesta.

Poder aprovechar las inmensas energías de los agujeros negros

Para que tengamos todas las respuestas que necesitamos para viajar a las estrellas, tener energía infinita obtenida de agujeros negros, lograr el traslado de materia viva a lugares distantes, dominar toda una galaxia, etc, tendrán que transcurrir algunos eones* de tiempo.

Hace menos de un siglo no existían televisores, teléfonos móviles, faxes, ni aceleradores de partículas. En los últimos cien años hemos avanzado de una manera que sería el asombro de nuestros antepasados.

¿Qué maravillas tendremos dentro de cincuenta años? ¿Qué adelantos científicos se habrán alcanzado?

Dejando a un lado, a los primeros descubridores, como Ptolomeo, Copérnico, Galileo, Kepler y otros muchos de tiempos pasados, tenemos que atender a lo siguiente:

La primera revolución de la física se produjo en 1.905, cuando Albert Einstein con su relatividad especial nos ayudo en nuestra comprensión de las leyes que gobiernan el universo. Esa primera revolución nos fue dada en dos pasos: 1905 la teoría de la relatividad especial y en 1.915, diez años después, la teoría de la relatividad general. Al final de su trabajo relativista, Einstein concluyó que el espacio y el tiempo están distorsionados por la materia y la energía, y que esta distorsión es la responsable de la gravedad que nos mantiene en la superficie de la Tierra, la misma que mantiene unidos los planetas del Sistema Solar girando alrededor del Sol y también la que hace posible la existencia de las galaxias.

Nos dio un conjunto de ecuaciones a partir de los cuales se puede deducir la distorsión del tiempo y del espacio alrededor de objetos cósmicos que pueblan el universo y que crean esta distorsión en función de su masa.  Se han cumplido 100 años desde entonces y miles de físicos han tratado de extraer las predicciones encerradas en las ecuaciones de Einstein (sin olvidar a Riemann) sobre la distorsión del espaciotiempo.

Un agujero negro es lo definitivo en distorsión espaciotemporal, según las ecuaciones de Einstein: está hecho única y exclusivamente a partir de dicha distorsión. Su enorme distorsión está causada por una inmensa cantidad de energía compactada: energía que reside no en la materia, sino en la propia distorsión. La distorsión genera más distorsión sin la ayuda de la materia. Esta es la esencia del agujero negro.

Si tuviéramos un agujero negro del tamaño de la calabaza más grande del mundo, de unos 10 metros de circunferencia, entonces conociendo las leyes de la geometría de Euclides se podría esperar que su diámetro fuera de 10 m / π = 3’14159…, o aproximadamente 3 metros. Pero el diámetro del agujero es mucho mayor que 3 metros, quizá algo más próximo a 300 metros. ¿Cómo puede ser esto? Muy simple: las leyes de Euclides fallan en espacios muy distorsionados.

Amigos de la Astronomía, mañana continuaremos con otros temas interesantes sobre el Universo y los fenómenos en el presente. Es un deseo del Nodo español para el Año Internacional de la Astronomía en 2009, en España (AIA-IYA2009), acercar el Universo a todos.

emilio silvera

* Eón: periodo de 10⁹ años, es decir, 1.000 millones de años.

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Una nueva galaxia de tipo infrecuente, localizada a 359 millones de años luz

 

Su nombre es PGC 1000714 y está a unos 359 millones de años luz de la Tierra. Es del tipo Hoag, al que pertenecen solo el 0,1% de las galaxias conocidas, según la descripción de los astrónomos.

La galaxias de tipo Hoag tienen un núcleo circular rodeado por un anillo circular y sin nada visible que conecte ambas partes, mientras que la mayor parte de las observadas son como la Vía Láctea, de forma espiral.

Científicos de la Universidad de Minesota Duluth y del Museo de Ciencias Naturales de Carolina del Norte han dado una primera descripción de esta galaxia con un núcleo elíptico bien definido rodeado de dos anillos circulares.

Fuente: El Español.

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La materia en forma de plasma está presente por todo el Universo, las estrellas, los remanentes de supernovas, en púlsares y magnétares, en las estrellas, en las explosiones…

El Plasma, ese otro estado de la Materia (el cuarto dicen) que, según sabemos, resulta ser el más abundante del Universo. Todos desde pequeños aprendimos aquellos tres estados de la amteria que cantábamos en el patio del centro educativo durante el recreo, donde todos a una gritábamos como papagayos: “Sólido, líquido y gaseoso”. Nada nos decían del Plasma, ese estado que, en realidad, cubre el 99% del estado de la materia en nuestro Universo (bueno, hablamos de la materia conocida, esa que llamamos bariónica y está formada por átomos de Quarks y Leptones).

Según la energía de us partículas, los plasmas (como digo) constituyen el cuarto estado de agregación de la materia, tras los sólidos, liquidos y gases. Parqa cambiar de uno al otro, es necesario que se le aporte energía que aumente la temperatura. Si aumentamos de manera conasiderable la temperatura de un gas, sus átomos o moléculas adquieren energía suficiente para ionizarse al chocar entre sí. de modo que a ~ 20.000 K muchos gases presentan una ionización elevada. Sin embargo, átomos y moléculas pueden ionizarse también por impacto electrónico, obsorción de fotones, reacciones químicas o nucleares y otros procesos.

Aquí podemos contemplar una enorme región ionizada en la Nebulosa del Pelícano. Estrellas nuevas emiten potente radiación ultravioleta que ataca el espesor de la Nebulosa molecular y hace que, el gas se ionice fuertemente creando una luminosidad que “viste” de azul claro todo el contorno que circunda el radio de acción de las estrellas.

Un plasma es un gas muy ionizado, con igual número de cargas positivas y negativas.Las cargas otorgan al Plasma un comportamiento colectivo, por las fuerzas de largo alcance existente entre ellas. En un gas, cada partícula, independientemente de las demás, sigue una trayectoria rectilinea, hasta chocar con otra o con las grandes paredes que la confinan. En un plasma, las cargas se desvían atraídas o repelidas por otras cargas o campos electromagnéticos externos, ejecutando trayectorias curvilineas entre choque y choque. Los gases son buenos aislantes eléctricos, y los plasmas, buenos conductores.

En la Tierra, los plasmas no suelen existir en la naturaleza, salvo en los relámpagos, que son trayectorias estrechas a lo largo de las cuales las moléculas de aire están ionizadas aproximadamente en un 20%, y en algunas zonas de las llamas. Los electrones libres de un metal también pueden ser considerados como un plasma. La mayor parte del Universo está formado por materia en estado de plasma. La ionización está causada por las elevadas temperaturas, como ocurre en el Sol y las demás estrellas, o por la radiación, como sucede en los gases interestelares o en las capas superiores de la atmósfera (ver trabajo más abajo), donde produce el fenómeno denominado aurora.

Así que, aunque escasos en la Tierra, el Plasma constituye la materia conocida más abundante del Universo, más del 99%. Abarcan desde altísimos valores de presión y temperatura, como en los núcleos estelares, hasta otros asombrosamente bajos en ciertas regiones del espacio. Uno de sus mayores atractivos es que emiten luz visible, con espectros bien definidos, particulares en cada especie. Algunos objetos radiantes, como un filamento incandescente, con espectro continuo similar al cuerpo negro, o ciertas reacciones químicas productoras de especies excitadas, no son plasmas, sin embargo, lo son la mayoría de los cuerpos luminosos.

                                        Bombilla de incandescencia

Los Plasmas se clasifican según la energía media (o temperatura) de sus partículas pesadas (iones y especies neutras). Un primer tipo son los Plasmas calientes, prácticamente ionizados en su totalidad, y con sus electrones en equilibrio térmico con las partículas más pesadas. Su caso extremo son los Plasmas de Fusión, que alcanzan hasta 10⁸ K, lo que permite a los núcleos chocar entre sí, superándo las enormes fuerzas repulsivas internucleares, y lñograr su fusión. Puede producirse a presiones desde 10¹⁷ Pa, como en los núcleos estelares, hasta un Pa, como en los reactores experimentales de fusión.

Los reactores de fusión nuclear prácticos están ahora un poco más cerca de la realidad gracias a nuevos experimentos con el reactor experimental Alcator C-Mod del MIT. Este reactor es, de entre todos los de fusión nuclear ubicados en universidades, el de mayor rendimiento en el mundo.

Los nuevos experimentos han revelado un conjunto de parámetros de funcionamiento del reactor, lo que se denomina “modo” de operación, que podría proporcionar una solución a un viejo problema de funcionamiento: cómo mantener el calor firmemente confinado en el gas caliente cargado (llamado plasma) dentro del reactor, y a la vez permitir que las partículas contaminantes, las cuales pueden interferir en la reacción de fusión, escapen y puedan ser retiradas de la cámara.

Otros Plasmas son los llamados térmicos, con e ~lectrones y especies pesadas en equilibrio, pero a menor temperatura ~ 10³ – 10⁴ K, y grados de ionización intermedios, son por ejemplo los rayos de las tormentas o las descargas en arcos usadas en iluminación o para soldadura, que ocurren entre 10⁵ y ~ 10² Pa. Otro tipo de Plasma muy diferente es el de los Plasmas fríos, que suelen darse a bajas presiones ( < 10² Pa), y presentan grados de ionización mucho menores ~ 10^-4 – 10^-6. En ellos, los electrones pueden alcanzar temperaturas ~ 10⁵ K, mientras iones y neutros se hallan a temperatura ambiente. Algunos ejemplos son las lámparas de bajo consumo y los Plasmas generados en multitud de reactores industriales para producción de películas delgadas y tratamientos superficiales.

El Observatorio Espacial Herschel de la ESA ha puesto de manifiesto las moléculas orgánicas que son la llave para la vida en la Nebulosa de Orión, una de las regiones más espectaculares de formación estelar en nuestra Vía Láctea. Este detallado espectro, obtenido con el Instrumento Heterodino para el Infrarrojo Lejano (Heterodyne Instrument for the Far Infrared, HIFI) es una primera ilustración del enorme potencial de Herschel-HIFI para desvelar los mecanismos de formación de moléculas orgánicas en el espacio. Y, para que todo eso sea posible, los Plasmas tienen que andar muy cerca.

En los Plasmas calientes de precursores moleculares, cuanto mayor es la ionización del gas, más elevado es el grado de disociación molecular, hasta poder constar solo de electrones y especies atómicas neutras o cargadas; en cambio, los Plasmas fríos procedentes de especies moleculares contienen gran proporción de moléculas y una pequeña parte de iones y radicales, que son justamente quienes proporcionan al Plasma su característica más importante: su altísima reactividad química, pese a la baja temperatura.

En la Naturaleza existen Plasmas fríos moleculares, por ejemplo, en ciertas regiones de las nubes interestelares y en las ionosfera de la Tierra y otros planetas o satélites. Pero también son producidos actualmente por el ser humano en gran variedad para investigación y multitud de aplicaciones.

En un número de la Revista Española de Física dedicado al vacío, el tema resulta muy apropiado pues no pudieron generarse Plasmas estables en descargas eléctricas hasta no disponer de la tecnología necesaria para mantener presiones suficientemente bajas; y en el Universo, aparecen Plasmas fríos hasta presiones de 10 ⁻ ¹⁰ Pascales, inalcanzable por el hombre.

Lo que ocurre en las Nubes moleculares es tan fantástico que, llegan a conseguir los elementos necesarios para la vida prebiótica que, tras los parámetros adecuados dan lugar al surgir de la vida.

El papel de las moléculas en Astronomía se ha convertido en un área importante desde el descubrimiento de las primeras especies poliatómicas en el medio interestelar. Durante más de 30 años, han sido descubiertas más de 150 especies moleculares en el medio interestelar y gracias al análisis espectral de la radiación. Muchas resultan muy exóticas para estándares terrestres (iones, radicales) pero buena parte de estas pueden reproducirse en Plasma de Laboratorio. Aparte del interés intrínseco y riqueza de procesos químicos que implican, estas especies influyen en la aparición de nuevas estrellas por su capacidad de absorber y radiar la energía resultante del colapso gravitatorio, y de facilitar la neutralización global de cargas, mucho más eficientemente que los átomos.

Su formación en el espacio comienza con la eyección de materia al medio interestelar por estrellas en sus últimas fases de evolución y la transformación de éstas por radiación ultravioleta, rayos cósmicos y colisiones; acabando con su incorporación a nuevas estrellas y Sistemas planetarios, en un proceso cíclico de miles de millones de años.

En las explosiones supernovas se producen importantes transformaciones en la materia que, de simple se transforma en compleja y dan lugar a todas esas nuevas especies de moléculas que nutren los nuevos mundos.

El H₂ y otras moléculas diatómicas homonucleares carecen de espectro rotacional. Detectando las débiles emisiones cuadrupolares del H₂ en infrarrojo, se ha estimado una proporción de H₂ frente a H abrumadoramente alto ( ~ 10⁴) en Nubes Interestelares con densidades típicas de ~ 10⁴ partículas /cm³; pero dada la insuficiente asociación radiativa del H para formar H₂, ya mencionada, el H₂ debe producirse en las superficies de granos de polvo interestelar de Carbono y Silicio, con diámetros ~ 1 nm — μm, relativamente abundantes en estas nubes.

Experimentos muy recientes de desorción programada sobre silicatos ultrafríos, demuestran que tal recombinación ocurren realmente vía el mecanismo de Langmuir-Hinshelwood, si bien los modelos que expliquen las concentraciones de H₂ aún deben ser mejorados.

Por otro lado, ciertas regiones de las nubes en etapas libres de condensación estelar presentan grados de ionización ~ 10^-8 – 10^-7 a temperaturas de ~ 10 K. La ionización inicial corresponde principalmente al H₂ para formar H₂ ⁺, que reacciona eficientemente con H₂, dando H₃ ⁺ + H (k = 2• 10^-9 cm³ • s^-1.

El H₃, de estructura triangular, no reacciona con H₂ y resulta por ello muy “estable” y abundante en esas regiones de Nebulosas intelestelares, donde ha sido detectado mediante sus absorciones infrarrojas caracterizadas por primera vez en 1980 en descargas de H₂ en Laboratorio.

La constelación de Orión contiene mucho más de lo que se puede ver, ahí están presentes los elementos que como el H₂ que venimos mencionando, tras procesos complejos y naturales llegan a conseguir otras formaciones y dan lugar a la parición de moléculas significativas como el H₂O o HCN y una gran variedad de Hidrocarburos, que podrían contribuir a explicar en un futuro próximo, hasta el origen de la vida.

La detección por espectroscopia infrarroja de COH⁺ y N₂H⁺, formados en reacciones con H₃ ⁺ a partir de CO y N₂, permite estimar la proporción de N₂/CO existente en esas regiones, ya que el N₂ no emite infrarrojos. Descargas de H₂ a baja presión con trazas de las otras especies en Laboratorio conducen casi instantáneamente a la aprición de tales iones y moléculas, y su caracterización puede contribuir a la comprensión de este tipo de procesos.

Así amigos míos, hemos llegado a conocer (al menos en parte), algunos de los procesos asombrosos que se producen continuamente en el Espacio Interestelar, en esa Nebulosas que, captadas por el Hubble u otros telescopios, miramos asombrados maravilándonos de sus colores que, en realidad, llevan mensajes que nos están diciendo el por qué se producen y que elementos son los causantes de que brillen deslumbrantes cuando la radiación estelar choca de lleno en esas nubes en la que nacen las estrellas y los nuevos mundos…y, si me apurais un poco, también la vida.

emilio silvera

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Todo dependerá de cual sea el de la densidad de materia en el Universo

      La Densidad crítica está referida a la densidad media de materia requerida para que la Gravedad detenga la expansión de nuestro Universo. Así que si la densidad es baja se expandirá para siempre, mientras que una densidad muy alta colapsará finalmente. Si tiene exactamente la densidad crítica ideal, de alrededor de 10-29 g/cm³, es descrito por el modelo de Einstein-de Sitter, que se encuentra en la línea divisoria de estos dos extremos. La densidad media de materia que puede ser observada directamente en nuestro Universo representa sólo el 20% del valor crítico. Puede haber, sin embargo, una gran cantidad de materia oscura que elevaría la densidad hasta el valor crítico. Las teorías de universo inflacionario predicen que la densidad presente debería ser muy aproximada a la densidad crítica; estas teorías requieren la existencia de materia oscura.

Hasta hace poco tiempo, los cosmólogos creían que en futuro de el Universo dependía de la densidad de su masa-energía y admitían dos posibles destinos: 1. El Big Chill 2. El Big Crunch. Pero el (posible) descubrimiento de la energía oscura fue el responsable de la aceleración de la expación y ha planteado otro escenario posible para el destino de el Universo : 3. El Big Rip

          Conforme a lo antes dicho, la densidad media de materia está referida al hecho de distribuir de manera uniforme toda la materia contenida en las galaxias a lo largo de todo el Universo. Aunque las estrellas y los planetas son más densos que el agua (alrededor de 1 g/cm3), la densidad media cosmológica es extremadamente baja, como se dijo antes, unos 10^-29  g/cm3, o 10-5 átomos/cm³, ya que el Universo está formado casi exclusivamente de espacios “vacíos”, virtualmente vacíos, entre las Galaxias. La densidad media es la que determinará si el Universo se expandirá o no para siempre.

          En presencia de grandes masas de materia, tales como planetas, estrellas y Galaxias, está presente el fenómeno descrito por Einstein en su teoría de la relatividad general, la curvatura del espacio-tiempo, eso que conocemos como Gravedad, una fuerza de atracción que actúa entre todos los cuerpos y cuya intensidad depende de las masas y de las distancias que los separan; la fuerza gravitacional disminuye con el cuadrado. La Gravitación es la más débil de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. Isaac Newton formuló las leyes de la atracción gravitacional y mostró que un cuerpo se comporta gravitacionalmente como si toda su masa estuviera concentrada en su centro de Gravedad. Así, pues, la fuerza gravitacional actúa a lo largo de la línea que une los centros de Gravedad de las dos masas (como la Tierra y la Luna, por ejemplo).

          En la teoría de la relatividad general, la gravitación se interpreta como una distorsión del espacio que se forma alrededor de la masa que provoca dicha distorsión, cuya importancia iría en función de la importancia de la masa que distorsiona el espacio que, en el caso de estrellas con gran volumen y densidad, tendrán una importancia considerable, igualmente, la fuerza de Gravedad de planetas, satélites y grandes objetos cosmológicos, es importante.

          Esta fuerza es la responsable de tener cohexionado a todo el Universo, de hacer posible que existan las Galaxias, los sistemas solares y que, nosotros mismos, tengamos bien asentados los pies a la superficie de nuestro planeta Tierra, cuya gravedad, tira de nosotros para que así sea.

          No obstante, a escala atómica la fuerza gravitacional resulta ser unos 1040 veces más débil que la fuerza de atracción electromagnética, muy potente en el ámbito de la mecánica cuántica donde las masas de las partículas son tan enormemente pequeñas que la gravedad es despreciable.

          La Gravitación cuántica es la teoría en la que las interacciones gravitacionales entre los cuerpos son descritas por el intercambio de partículas elementales hipotéticas denominadas gravitones. El Gravitón es el cuanto del campo gravitacional. Los gravitones no han sido observados, aunque se presume que existen por analogía a los fotones de luz.

          La teoría cuántica es un ejemplo de talento que debemos al Físico alemán Max Planck (1.858-1.947) que, en el año 1.900 para explicar la emisión de radiación de cuerpo negro de cuerpos calientes, dijo que la energía se emite en cuantos, cada uno de los cuales tiene una energía igual a hv, donde h es la constante de Planck (E=hv o ħ=h/2л) y v es la frecuencia de la radiación. Esta teoría condujo a la teoría moderna de la interacción entre materia y radiación conocida como mecánica cuántica, que generaliza y reemplaza a la mecánica clásica y a la teoría electromagnética de Maxwell. En la teoría cuántica no relativista se supone que las partículas no son creadas ni destruidas, que se mueven despacio con respecto a la velocidad de la luz y que tienen una masa que no cambia con la velocidad. Estas suposiciones se aplican a los fenómenos atómicos y moleculares y a algunos aspectos de la física nuclear. La teoría cuántica relativista se aplica a partículas que viajan cerca de la velocidad de la luz, como por ejemplo, el fotón.

          Por haberlo mencionado antes me veo obligado a explicar brevemente el significado de “cuerpo negro”. Que está referido a un cuerpo hipotético que absorbe toda la radiación que incide sobre él. Tiene, por tanto, una absorbancia y una emisividad de 1. Mientras que un auténtico cuerpo negro es un concepto imaginario, un pequeño agujero en la pared de un recinto a temperatura uniforme es la mejor aproximación que se puede tener de él en la práctica.

          La radiación de cuerpo negro es la radiación electromagnética emitida por un cuerpo negro. Se extiende sobre todo el rango de longitudes de onda y la distribución de energía sobre este rango tiene una forma característica con un máximo en una cierta longitud de onda, desplazándose a longitudes de onda más cortas al aumento de temperaturas (ley de desplazamiento de Wien).

Según la teoría del Big Bang, el Universo se originó en una singularidad espaciotemporal de densidad infinita matemáticamente paradójica. El universo se ha expandido desde entonces, por lo que los objetos astrofísicos se han alejado unos respecto de los otros. Es decir, lo que se ha expandido ha sido el espacio, con lo cual, no se viola el principio de la relatividad de la velocidad de la luz, toda vez que, los objetos, nunca pudieron sobrepasar dicha velocidad.

El universo es la totalidad del espacio y del tiempo, de todas las formas de la materia, la energía y el impulso, las leyes y constantes físicas que las gobiernan. Sin embargo, el término también se utiliza en sentidos contextuales ligeramente diferentes y alude a conceptos como Cosmos, Mundo o Naturaleza.

El Universo es todo lo que podemos tocar, sentir, percibir, medir o detectar. Abarca los cosas vivas, los planetas, las estrellas, las galaxias, las nubes de polvo, la luz e incluso el tiempo. Antes de que naciera el Universo, no existían el tiempo, el espacio ni la materia. Esto es lo que podemos deducir sobre el Universo en cualquier lugar que podamos mirar y, ciertamente, es difícil hacerse una idea a que todo esto, pudiera ser de esta manera. Que a partir de un punto de “infinita densidad y energía surgieran tantas cosas… ¡Es difícil de creer! Sin embargo, es la mejor versión que tenemos. ¡Ah! También los pensamientos son fruto de ese Universo dinámico que, hizo evolucionar la materia hasta la conciencia!

Observaciones astronómicas indican que el universo tiene una edad de entre 13 730 y 13 810 millones de años y por lo menos 93 000 millones de años luz de extensión. El evento que dio inicio al universo se denomina Big Bang. Se denomina Big-Bang a la singularidad que creó el universo. Después del Big Bang, el universo comenzó a expandirse para llegar a su condición actual, y continúa haciéndolo.

Debido a que, según la teoría de la relatividad especial, la materia no puede moverse a una velocidad superior a la velocidad de la luz, puede parecer paradójico que dos objetos del universo puedan haberse separado 93 mil millones de años luz en un tiempo de únicamente 13 mil millones de años; sin embargo, esta separación no entra en conflicto con la teoría de la relatividad general, ya que ésta sólo afecta al movimiento en el espacio, pero no al espacio mismo, que puede extenderse a un ritmo superior, no limitado por la velocidad de la luz. Por lo tanto, dos galaxias pueden separarse una de la otra más rápidamente que la velocidad de la luz si es el espacio entre ellas el que se dilata.

Lo cierto es, amigos míos, que hablamos de todo esto con los datos que hemos podido ir recopilando de las observaciones y, como nuestros aparatos tecnológicos no son perfectos, nada nos puede asegurar de que, todo ésto, sea tal como creemos que es. Tanto el comienzo como el final del Universo, están inmersos en una espesa neblina de ignorancia que, para salir del paso nos hace construir Modelos de lo que podría ser.

emilio silvera

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