En la imagen se reproducen las ondas gravitatorias emitidas por una estrella durante su colapso. En las ecuaciones de Einstein se descubre el misterioso proceso que ocurre en las estrellas al final de sus vidas y de como se convierten en agujeros negros.

¿Qué sería de la cosmología actual sin la ecuación de Einstein de la Relatividad General? Es la ecuación de Einstein donde el tensor energía-momento mide el contenido de materia-energía, mientras que es el Tensor de curvatura de Riemann contraído nos dice la cantidad de curvatura presente en el hiperespacio. La cosmología estaría 100 años atrás sin esta ecuación.

Los físicos teóricos realizan un trabajo impagable. Con imaginación desbordante efectúan continuamente especulaciones matemáticas referidas a las ideas que bullen en sus mentes. Claro que, de tener éxito, no sería la primera vez que descubrimientos teóricos en la ciencia física terminan dando en el clavo y dejando al descubierto de manera espectacular lo que realmente ocurre en la naturaleza. Los ejemplos son muchos:

Alguna vez se dijo que, los físicos teóricos son seres superiores porque viven en las nubes. Ahí tenemos a Feynmann inmerso en su mundo de ecuaciones que quieren profundizar en el “universo” cuántico de las partículas subatómicas que se encuentran en las entrañas de la materia.

• Planck, con su cuanto de acción, h, que trajo la mecánica cuántica.
• Einstein, con sus dos versiones de la relatividad que nos descubrió un universo donde la velocidad estaba limitada a la de la luz, donde la energía estaba escondida, quieta y callada, en forma de masa, y donde el espacio y el tiempo se curva y distorsiona cuando están presentes grandes objetos estelares. Además, nos dijo la manera de conseguir que el tiempo transcurriera más lentamente y nos avisó de la existencia de agujeros negros.
• Heisemberg nos abrió los ojos hacia el hecho de que nunca podríamos saberlo todo al mismo tiempo, su Principio de Incertidumbre dejó al descubierto nuestras limitaciones.
• Schrödinger, con su función de onda probabilística, que por medio de una ecuación matemática nos ayuda a encontrar la situación de una partícula.
• P. Dirac, el físico teórico y matemático que predijo la existencia de la antimateria. Poco después de publicar su idea, descubrieron el positrón.

Así podríamos continuar elaborando una lista interminable de logros científicos que comenzaron con simples especulaciones deducidos de la observación sumada a la imaginación. Son muchas las cuestiones en las que, los físicos teóricos nos llevan a viajes alucinantes.

Esto es precisión en la medida: El electrón es una esfera perfecta, más o menos una parte en un billón. El resultado procede del último experimento en una larga lista para estudiar la forma de la partícula fundamental que porta la carga eléctrica.

Otros postulan que un electrón no es un “punto” sin estructura interna y de dimensión cero, sino una cuerda minúscula que vibra en un espacio-tiempo de más de cuatro dimensiones. Un punto no puede hacer nada más que moverse en un espacio tridimensional. De acuerdo con esta teoría a nivel “microscópico” se percibiría que el electrón no es en realidad un punto, sino una cuerda en forma de lazo. Una cuerda puede hacer algo además de moverse, puede oscilar de diferentes maneras. Si oscila de cierta manera, entonces, macroscópicamente veríamos un electrón; pero si oscila de otra manera, entonces veríamos un fotón, o un quark, o cualquier otra partícula del modelo estándar. Esta teoría, ampliada con otras como la de las supercuerdas o la Teoría M pretenden alejarse de la concepción del punto-partícula.

Actualmente, la teoría de cuerdas es la más considerada para tener una teoría unificada o Teoría del todo, es decir, una teoría capaz de describir todos los fenómenos ocurridos en la naturaleza debido a las cuatro fuerzas fundamentales: la fuerza gravitacional, la fuerza electromagnética y las fuerzas de interacción nuclear fuerte y débil.

El espacio-tiempo en el que se mueven las cuerdas y p-branas de la teoría no sería el espacio-tiempo ordinario de 4 dimensiones sino un espacio de tipo Kaluza-Klein, al que a las cuatro dimensiones convencionales se añaden 6 dimensiones compactificadas en forma de variedad de Calabi-Yau. Por tanto convencionalmente en la teoría de cuerdas existe 1 dimensión temporal, 3 dimensiones espaciales ordinarias y 6 dimensiones compactificadas e inobservables en la práctica.

La inobservabilidad de las dimensiones adicionales está ligada al hecho de que éstas están compactificadas, y sólo son relevantes a escalas tan pequeñas como la longitud de Planck. Igualmente con la precisión de medida convencional las cuerdas cerradas con una longitud similar a la longitud de Planck se asemejan a partículas puntuales.

Uno de los problemas ligados a las supercuerdas y que más resalta es el que tiene que ver con la propia pequeñez de las cuerdas, esos infinitesimales objetos vibrantes. Mientras más pequeño es algo, más difícil es de ver. Estas cuerdas son tan pequeñas que nuestra actual tecnología no es suficiente para bajar a esa escala microscópica para permitirnos experimentar en esas dimensiones; la energía necesaria para ello, no está a nuestro alcance en el mundo actual. Esa es la frustración de sus creadores y adeptos; no pueden demostrarla o ver si están equivocados. En la ciencia, no basta con sólo una bonita teoría bien elaborada y de fascinante presencia; hay que ir más allá, experimentar y comprobar con certeza lo que nos está diciendo.

             ¿Existen en nuestro Universo dimensiones ocultas?

La teoría es avanzada y tiene problemas que se encuentran dentro de los enunciados de sus propios conceptos. Para desarrollar su formulación es necesario aplicar al menos diez dimensiones y, en algunos casos, se ha llegado hasta un número de veintiséis: sólo vemos tres dimensiones de espacio y una de tiempo, el resto de dimensiones adicionales están enroscadas en el límite de Planck e invisibles para nosotros, ya que en el Big Bang, las dimensiones que podemos ver se expandieron, mientras que las otras permanecieron compactadas. Hay numerosas explicaciones que tratan de decirnos el motivo de que estas dimensiones permanecieran en su estado primitivo, pero ninguna parece muy convincente.

            ¿Sabremos alguna vez comprender la verdadera naturaleza del Universo?

Sin embargo, y a pesar de tantos inconvenientes, cada día que pasa la teoría M tiene más amigos. Parece la única candidata seria a que algún día se convierta en la teoría de Todo. En ella encontramos todas las fuerzas, explica todas las partículas y la materia, la relatividad, la mecánica cuántica y también la luz; están allí presentes, perfectamente encajadas en una perfecta simetría y sin que surjan infinitos sin sentido como ocurre con otras teorías. Es la esperanza de muchos, la llave que necesitamos para abrir la puerta hacia el futuro.

En el universo en que vivimos, nada desaparece; con el tiempo se cumplen los ciclos, todas las cosas y se convierten en otras distintas, es un proceso irreversible. Nada se destruye, simplemente cambia y, de esa manera, la materia “inerte” llega a convertirse en materia evolucionada hasta el punto de adquirir “vida” y ser consciente. Todo comienza en lugares como el que abajo podeis contemplar. Ahí se forman y nacen las estrellas que, más tarde, durante la secuencia principal y también al final de sus vidas, crean materiales complejos y rregresan a su origen de Nebulosas, mientras la mayor parte del material que la conforma, queda convertida (dependiendo de su masa) en una enana blanca, estrella de neutrones o agujero negro.

Las Nebulosas como estas donde el gas hidrógeno es el protagonista al hacer posible el nacimiento de nuevas estrellas mediante la compleja unión del gas con nubes de polvo creando intensas zonas de radiación ultravioleta que ionizan toda la región circundante, todo ello, forma una amalgama con la rojiza emisión nebular excitada por la energética radiación de las estrellas nuevas que inciden en las oscuras nubes de polvo haciéndolas radiantes hasta formar una azulada nebulosa de reflexión.

En lo concerniente a cambios y transformaciones, el que más me ha llamado siempre la atención es el de las estrellas que se forman a partir de gas y polvo cósmico. Nubes enormes de gas y polvo se van juntando. Sus moléculas cada vez más apretadas se rozan, se ionizan y se calientan hasta que en el núcleo central de esa bola de gas caliente, la temperatura alcanza millones de grados. La enorme temperatura hace posible la fusión de los protones y, en ese instante, nace la estrella que brillará durante miles de millones de años y dará luz y calor. Su ciclo de vida estará supeditado a su masa. Si la estrella es supermasiva, varias masas solares, su vida será más corta, ya que consumirá el combustible nuclear de fusión (hidrógeno, helio, litio, oxígeno, etc) con más voracidad que una estrella mediana como nuestro Sol, de vida más duradera.

              Sería asombroso el que pudiéramos contemplar como se forman las estrellas

Una estrella, como todo en el universo, está sostenida por el equilibrio de dos fuerzas contrapuestas; en este caso, la fuerza que tiende a expandir la estrella (la energía termonuclear de la fusión) y la fuerza que tiende a contraerla (la fuerza gravitatoria de su propia masa). Cuando finalmente el proceso de fusión se detiene por agotamiento del combustible de fusión, la estrella pierde la fuerza de expansión y queda a merced de la fuerza de gravedad; se hunde bajo el peso de su propia masa, se contrae más y más, y en el caso de estrellas súper masivas, se convierten en una singularidad, una masa que se ha comprimido a tal extremo que acaba poseyendo una fuerza de gravedad de una magnitud difícil de imaginar para el común de los mortales.

Para hacernos una idea y entender algo mejor la fuerza de gravedad que puede generar la singularidad de un agujero negro (que es el destino final las estrellas súper masivas), pongamos el ejemplo de un objeto más cercano, el planeta Tierra.

La Tierra, un objeto minúsculo en comparación con esos objetos súper masivos estelares, genera una fuerza de gravedad que, para escapar de ella, una nave o cohete espacial tiene que salir disparado desde la superficie terrestre a una velocidad de 11,18 km/s; el sol exige 617’3 km/s. Es lo que se conoce como velocidad de escape, que es la velocidad mínima requerida para escapar de un campo gravitacional que, lógicamente, aumenta en función de la masa del objeto que la produce. El objeto que escapa puede ser una cosa cualquiera, desde una molécula de gas a una nave espacial. La velocidad de escape de un cuerpo está dada por , donde G es la constante gravitacional, M es la masa del cuerpo y R es la distancia del objeto que escapa del centro del cuerpo. Un objeto que se mueva con una velocidad menor que la de escape entra en una órbita elíptica; si se mueve a una velocidad exactamente igual a la de escape, sigue una órbita parabólica, y si el objeto supera la velocidad de escape, se mueve en una trayectoria hiperbólica y rompe la atadura en que la mantenía sujeto al planeta, la estrella o el objeto que emite la fuerza gravitatoria.

La mayor velocidad que es posible alcanzar en nuestro universo es la de la luz, c, velocidad que la luz alcanza en el vacío y que es de 299.792.458 metros por segundo.

Pues bien, es tal la fuerza de gravedad que genera un agujero negro que, ni la luz. puede escapar de allí; la singularidad la absorbe, la luz desaparece en su interior, de ahí su nombre, agujero negro, cuando la estrella supermasiva se contrae, llega a un punto que desaparece de nuestra vista. De acuerdo con la relatividad general, cabe la posibilidad de que una masa se comprima y reduzca sin límites su tamaño y se auto confine en un espacio infinitamente pequeño que encierre una densidad y una energía infinitos. Allí, el espacio y el tiempo dejan de existir.

Las singularidades ocurren en el Big Bang, en los agujeros negros y (si finalmente se produjera -que parece que no) en el Big Crunch (que se podría considerar como una reunión de todos los agujeros negros generados por el paso del tiempo en el universo y que nos llevaría a un final del que emergería un nuevo comienzo).

He leído en alguna parte, en relación a los agujeros negros, cosas como éstas: “…las condiciones únicas que se dan más allá del horizonte de sucesos (el punto de no retorno pasado el cual nada, ni siquiera la luz, puede escapar de su gravedad) de ciertos agujeros negros hace posible, en teoría, la existencia de vida y que ésta evolucione hasta dar lugar a civilizaciones avanzadas.” Bueno, sabemos poco pero, que dentro del agujero negro pueda existir y evolucionar la vida…es muy dudoso.

Las singularidades de los agujeros negros están rodeados por una circunferencia invisible a su alrededor que marca el límite de su influencia. El objeto que traspasa ese límite es atraído, irremisiblemente, hacia la singularidad que lo engulle, sea una estrella, una nube de gas o cualquier otro objeto cósmico que ose traspasar la línea que se conoce como horizonte de sucesos del agujero negro.

Un gran agujero negro tragándose una estrella fue observado por primera vez con un telescopio de la Nasa, en la constelación del Dragón, a cuatro mil millones de años luz de la Tierra.

“El objeto fue llamado Swift J164449.3+57345. Fenómenos como este suceden cada 100 millones de años y son conocidos como “chorros relativísticos”, que pueden tener una dimensión de cientos de años luz.” Está claro que, cuando se escribe sobre estos temas, muchos son los que se toman licencias literarias que nada tienen que ver con la realidad, ya que, no tenemos forma de saber con qué frecuencia se producen estos fenómenos que, según creo, son más cotidianos y habituales de lo que algunos puedan pensar.

            Karl Schwarzschild.

La existencia de los agujeros negros fue deducida por Schwarzschild, en el año 1.916, a partir de las ecuaciones de Einstein de la relatividad general. Este astrónomo alemán predijo su existencia, pero el nombre de agujero negro se debe a Wehleer.

Así, el conocimiento de la singularidad está dado por las matemáticas de Einstein y más tarde por la observación de las señales que la presencia del agujero generan. Es una fuente emisora de rayos X que se producen al engullir materia que traspasa el horizonte de sucesos y es atrapada hacia la singularidad, donde desaparece para siempre sumándose a la masa del agujero cada vez mayor.

En el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, ha sido detectado un enorme agujero negro, ya muy famoso, llamado Cygnus X-1.

¡Agujero Negro a la vista!

Usando un vasto conjunto de radiotelescopios, han realizado una medida directa de la distancia a Cygnus X-1, permitiéndoles concluir la masa de la estrella oscura que resulta ser tan grande que solo puede ser un A.N. También han descubierto que gira más rápido que la mayor parte de sus compañeros.

Fue identificado por primera vez como posible anfitrión de un agujero negro en 1971, Cygnus X-1 fue una de las primeras fuentes de rayos-X descubiertas por los astrónomos. Por fortuna, Cygnus X-1 emite ondas de radio y un equipo de estudiosos apuntaron al objeto con el conjunto de Líneas Muy Grandes (VLBA) que consta de diez radiotelescopios de 25 metros dispersos desde Nueva Inglaterra y las Islas Vírgenes a California y Hawai. Este enorme conjunto mide posiciones 100 veces mejor que el Telescopio Espacial Hubble.

Cygnus X-1 produjo resultados maravillosos y, el equipo pudo lograr una distancia de mucha precisión. La Paralaje indicó que Cygnus X-1 está a 6.050 años ñuz de la Tierra, con una incertidumbre de sólo 400 años-luz. A partir de esto, los astrónomos dudeucen que la estrella oscura es 14,8 veces más masiva que el Sol; la incertidumbre es sólo de una masa solar, por lo que el objeto está muy por encima de la linea divisoria de las estrellas de neutrones y los agujeros negros. La estrella Azul que la orbita es aún más masiva, con unas 19 masas solares.

Después de todo, la velocidad de la luz, la máxima del universo, no puede vencer la fuerza de gravedad del agujero negro que la tiene confinada para siempre. En nuestra galaxia, con cien mil años luz de diámetro y unos doscientos mil millones de estrellas, ¿cuántos agujeros negros habrá? Para mí, la cosa está clara: el tiempo es imparable, el reloj cósmico sigue y sigue andando sin que nada lo pare, miles o cientos de miles, millones y millones de estrellas súper masivas explotarán en brillantes supernovas para convertirse en temibles agujeros negros. Si eso es así como parece, llegará un momento que el número de agujeros negros en las galaxias será de tal magnitud que comenzarán a fusionarse unos con otros hasta que todo el universo se convierta en un inmenso agujero negro, una enorme singularidad, lo único que allí estará presente será: la gravedad. Así dice que era al principio, cuando surgió el Big bang.

Aquí tenemos una estrella supermasiva con más de 150 masas solares. Dentro de ese conglomerado de gas y polvo se esconde Eta Carinae que, eyecta material al Espacio Interestelar para no morir.

¡La Gravedad! Esa fuerza de la naturaleza que ahora está sola, no se puede juntar con las otras fuerzas que, como se ha dicho, tienen sus dominios en la mecánica cuántica, mientras que la gravitación residen en la inmensidad del cosmos; las unas ejercen su dominio en los confines microscópicos del átomo, mientras que la otra sólo aparece de manera significativa en presencia de grandes masas estelares. Allí, a su alrededor, se aposenta curvando el espacio y distorsionando el tiempo. La Gravedad es la que determina la geometría del Universo.

Esa reunión final de agujeros negros (si finalmente sucediera) sería la causa de que la Densidad Crítica sea superior a la ideal. La gravedad generada por el inmenso agujero negro que se irá formando en cada galaxia tendrá la consecuencia de parar la expansión actual del universo. Todas las galaxias que ahora están separándose las unas de las otras se irán frenando hasta parar y, despacio al principio pero más rápido después, comenzarán a recorrer el camino hacia atrás. Finalmente, toda la materia será encontrada en un punto común donde chocará violentamente formando una enorme bola de fuego, el Big Crunch. Otra singularidad inicial de la que surgirá, un nuevo Universo.

Algunos objetos del Universo pueden llegar a ser inmensos. Comparación de planetas en tamaños, tenemos aquí a la Tierra que supera a Venus, Marte, Mercurio y el pequeño Plutón.

Claro que, la inmensa Tierra nos está dando una imagen engañosa de su grandeza que, al ser comparadas con otros objetos planetarios, no queda bien parada. Aquí vemos a la tierra diminuta al lado de neptuno, Urano, Saturno y la gigante Júpiter…

Si hablamos del Sol, nuestra estrella, y lo comparamos con el tamaño de la Tierra,podemos ver que incluso Júpiter, el gigante gaseoso, resulta ser minúsculo al lado de la estrella.

Pero no ya nuestro Sol, una simple estrella mediana, sino que, el mismo Sirius, esa estrella blanca enorme y luminosa, se nos queda pequeña al compararla con Pollux o Arcturus, no digamos en qué se nos queda nuestro Sol ante estas gigantescas estrellas pero, hay mucho más.

Si miramos la imagen de abajo, ya no se ve donde quedó el Sol,el mismo arcturus parece rídiculo al lado de las grandes Rigel y Aldebaran, y, si nos detenemos en Betelgeuse o Antares, nos podemos marear ¡Qué enormidades!

Antes de comentar el muestrario de estrellas de arriba, hablábamos del posible Big Crunch y el final del Universo pero, antes de que eso llegue, tendremos que resolver el primer problema: la muerte del Sol. Los científicos se han preguntado a veces qué sucederá eventualmente a los átomos de nuestros cuerpos mucho tiempo después de que hayamos muerto. La posibilidad más probable es que nuestras moléculas vuelvan al Sol. En trabajos anteriores he explicado el destino del Sol: se agotará su combustible de hidrógeno y fusionará helio; se hinchará en gigante roja y su órbita es probable que sobrepase la Tierra y la calcine; las moléculas que hoy constituyen nuestros cuerpos serán consumidas por la atmósfera solar. Bueno, eso será si aún estamos aquí y no hemos sido capaces de escapar a otros mundos.

El final de nuestro Sol cuando finalice su ciclo en la secuencia principal, será convertirse primera en gigante roja, expulsar material que formará nebulosa planetaria y, finalmente, se contraerá hasta que se degeneren los electrones y frene su implosión, quedando como una enana blanca masiva de alta radiación ultravioleta que se irá apagando con el paso del tiempo.

Carl Sagan pinta el cuadro siguiente:

Dentro de algunos miles de millones de años, el pequeño Sol que vemos en el recuadro abajo a la izquierda, se transformará en la Gigante roja de la imagen, Engullirá Mercurio y Venus y propçbablemente la Tierra, antes las temperaturas subirán tanto que los océanos se evaporarán, y, la vida, tal como la conocemos… ¡Desaparecerá! Antes de que eso llegue… ¡Habrá que buscar nuevos alojamientos en otros mundos!

“Dentro de miles de millones de años a partir de ahora, habrá un último día perfecto en la Tierra… Las capas de hielo Ártica y Antártica se fundirán, inundando las costas del mundo. Las altas temperaturas oceánicas liberarán más vapor de agua al aire, incrementando la nubosidad y escondiendo a la Tierra de la luz solar retrasando el final. Pero la evolución solar es inexorable. Finalmente los océanos hervirán, la atmósfera se evaporará en el espacio y nuestro planeta será destruido por una catástrofe de proporciones que ni podemos imaginar.”

En una escala de tiempo de varios miles de millones de años, debemos enfrentarnos al hecho de que la Vía Láctea, en la que vivimos, morirá. Más exactamente, vivimos en el brazo espiral Orión de la Vía Láctea. Cuando miramos al cielo nocturno y nos sentimos reducidos, empequeñecidos por la inmensidad de las luces celestes que puntúan en el cielo, estamos mirando realmente una minúscula porción de las estrellas localizadas en el brazo de Orión. El resto de los 200 mil millones de estrellas de la Vía Láctea están tan lejanas que apenas pueden ser vistas como una cinta lechosa que cruza el cielo nocturno.

Por aquí andamos nosotros, una región relativamente tranquila y preciosa. En el Brazo espiral de Orión a 30.000 a.l. del Centro Galáctico

Aproximadamente a dos millones de años luz de la Vía Láctea está nuestra galaxia vecina más cercana, la gran galaxia Andrómeda, casi dos veces mayor que nuestra galaxia. Las dos galaxias se están aproximando a 125 km/s, y chocarán en un periodo de 5 a 10.000 millones de años. Como ha dicho el astrónomo Lars Hernquist de la Universidad de California en Santa Cruz, esta colisión será “parecida a un asalto. Nuestra galaxia será literalmente consumida y destruida”.

Así las cosas, no parece que la Humanidad del futuro lo tenga nada fácil. Primero tendrá que escapar, dentro de unos 4.000 millones de años del gigante rojo en que se convertirá el Sol que calcinará al planeta Tierra. Segundo, en unos 10.000 millones de años, la escapada tendrá que ser aún más lejana; la destrucción será de la propia galaxia que se fusionará con otra mayor sembrando el caos cósmico del que difícilmente se podría escapar quedándonos aquí. Por último, el final anunciado, aunque para más largo tiempo, es el del propio universo que, por congelación o fuego, tiene los eones contados.

emilio silvera

Un pulsar es una fuente de radio desde la que recibimos señales altamente regulares.  Han sido catalogados más de 1000 púlsares desde que se descubrió el primero en 1.967.  Como antes dije, son estrellas de neutrones que están en rápida rotación y cuyo diámetro ronda 20-30 Km.  Estan altamente magnetizadas (alrededor de 10⁸ tesla), con el eje magnético inclinado con respecto al eje de rotación.  La emisión de radio se cree que surge por la aceleración de partículas cargadas por encima de los polos magnéticos.  A medida que rota la estrella, un haz de ondas de radio barre la Tierra, siendo entonces observado el pulso, de forma similar a la luz de un faro.  Los períodos de los pulsos son típicamente de 1 s, pero varían desde los 1’56 ms (púlsares de milisegundo) hasta los 4’35.  Los periodos de los pulsos se alargan gradualmente a medida que las estrellas de neutrones pierden energía rotacional, aunque unos pocos púlsares jóvenes son propensos a súbitas perturbaciones conocidas como ráfagas.

Se han descubierto algunos púlsares binarios

Las medidas precisas de tiempos en los púlsares han revelado la existencia de púlsares binarios, y un pulsar, PSR1257+12, se ha demostrado que está acompañado por objetos de masa planetaria. Han sido detectados destellos ópticos procedentes de unos pocos púlsares, notablemente los púlsares del Cangrejo y Vela.

La mayoría de los púlsares se piensa que se crean en explosiones de supernova por el colapso del núcleo de una estrella supergigantes ( Como en el caso de los agujeros negros pero en estrellas menos masivas ), aunque en la actualidad hay considerables evidencias de que al menos algunos de ellos se originan a partir de enanas blancas que han colapsado en estrella de neutrones después de una acreción de masa de una estrella compañera, formando lo que se conoce como pulsar reciclada.

La gran mayoría de púlsares conocidos se encuentran en la Vía Láctea y están concentrados en el plano galáctico.  Se estima que hay unos 100.000 púlsares en la Galaxia. Las observaciones de la dispersión interestelar y del efecto Faraday en los púlsares suministran información sobre la distribución de electrones libres y de los campos magnéticos de la Vía Láctea.

Hasta donde podemos saber, estos objetos y otros más exóticos aún, están presentes en todas las galaxias del Universo que, como tantas veces se ha dicho aquí, son universos en miniatura en los que podemos encontrar todo aquello de lo que está conformado el Cosmos. La materia y las fuerzas fundamentales, el espaciotiempo, las constantes universales y… ¡La vida!

emilio silvera

Lo cierto es que no podemos contestar a esa pregunta con propiedad. Sabemos lo que son los seres vivos e incluso, es posible que existan algunas especies que estando vivas ni lo podamos saber ni las podemos detectar. Sabemos de los materiales que son necesarios para que la vida esté presente en nuestro Universo y, en éstas mismas páginas hemos expuestos amplios trabajos sobre el tema de la vida, su posible origen, de cómo se “fabrican” los materiales necesarios para su existencia en las estrellas… Se podría decir, sin andar muy lejos de la verdad, que la vida, es la materia evolucionada hasta el nivel de la consciencia

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Los meteoritos, como se ha podido demostrar en muchos estudios realizados sobre una diversidad de ellos, son portadores de aminoácidos necesarios para la vida. Recordemos aquí, por ejemplo:

“El meteorito Murchison recibe su nombre de la localidad de Murchison, Victoria en Australia. Los Fragmentos del meteorito que cayeron sobre el pueblo el 28 de septiembre de 1969. El meteorito, una condrita carbonácea tipo II (CM2) contenía aminoácidos comunes como la glicina, alanina y ácido glutámico, pero también algunos poco comunes como la isovalina y pseudoleucina. El informe incial estableció que los aminoácidos eran racémicos, apoyando la teoría de que su fuente era extraterrestre. Se aisló también una mezcla compleja de alcanos que era similar a la encontrada en el experimento de Miller y Urey. La Serina y la treonina se consideran habitualmente como contaminantes terrestres y estos compuestos se encontraban notablemente ausentes en las muestras.”

 

 

Fragmento del meteorito Murchison y partículas individuales aisladas (se muestran en el tubo de ensayo).

“Más investigaciones encontraron que algunos aminoácidos estaban presentes en exceso enantiomérico. La homoquiralidad se considera una propiedad biológica única. Se ponían en entredicho algunas afirmaciones sobre la base de que los aminoácidos que entran en las proteínas no eran racémicos en el meteorito, mientras que el resto si lo eran. En 1997 las investigaciones mostraron que los enantiómeros individuales de Murchison estaban enriquecidos con el isótopo ¹⁵N del nitrógeno en comparación con sus correspondientes terrestres, lo que confirmaba una fuente extraterrestre del exceso del enantiómero L-enantiomer en el sistema solar. A la lista de materiales orgánicos identificados en el material del meteorito se le añadió el poliol en 2001″

 

Par de granos del meteorito Murchison.

“Abundando en la idea de que la homoquiralidad (la existencia de solo aminoácidos de la serie L y azúcares de la serie D) fue provocada por la deposición de moléculas quirales de los meteoritos, la investigación demostró en 2005 que los aminoácidos como la L–prolina es capaz de catalizar la formación de azúcares quirales. La catálisis es no lineal, lo que significa que la prolina en un exceso enantiomérico del 20% produce una alosa con un exceso enantiomérico del 55% comenzando con el benziloxiacetaldeido en una reacción secuencial de tipo aldólica en un disolvente como el DMF. En otras palabras una pequeña cantidad de aminoácidos quirales podrían explicar la evolución de los azúcares de serie D.”

 

 

 

Muchos de los meteoritos hallados en la Tierra y venidos del espacio exterior traen muestras de la materia necesaria para la vida

 

Imagen: Fotografía de uno de los fragmentos del meteorito. Las muestras fueron recuperadas para su análisis en un estudio financiado por la NASA | H. Siegfried Via ABC.  La teoría de la Panspermia ,que defiende la aparición de la Vida en la Tierra como consecuencia de la llegada a nuestro planeta procedente del espacio exterior de las primeras formas de vida, tiene otra prueba a su . No es la primera vez que se descubren aminoácidos en un meteorito. Anteriormente, científicos del centro Goddard de Astrobiología los habían encontrado en las muestras del cometa Wild-2 y en varios meteoritos ricos en carbono.

Aunque parezca amorfo y feo en algunas de sus formas y estados, el Carbono puede llegar a conformar las cosas más bellas, tales como… ¡La Vida! Que no es otra cosa que el estado más evolucionado de la materia que mezclada en la debida proporción hace funcionar la química que, con la ayuda de la radiación estelar hace posible el surgir de células vivas replicantes.

Cada cosa viviente está hecha de carbono. Está en nuestra atmósfera, en la corteza de la tierra y en los cuerpos de las plantas y animales. respiramos, exhalamos dióxido de carbono. Cuando las plantas respiran, toman el dióxido de carbono. Sin carbono, la vida no podría darse. El carbono es el bloque básico todas las formas de vida en la Tierra. Afortunadamente, es también uno de los elementos más abundantes en nuestro planeta. Al igual que toda la materia, el carbono ni se crea ni se destruye, por lo que todos los organismos vivos deben encontrar una manera de volver a utilizar continuamente el suministro finito que se encuentra disponible.

El carbono es el elemento químico que sustenta toda la vida en la Tierra. En la naturaleza existen 92 elementos químicos en natural. Es decir, 92 tipos distintos de átomos. Son las pequeñas piezas que se combinan entre sí para formar toda la materia conocida. Los átomos se combinan para formar moléculas, y las moléculas se unen para formar la materia. Todo lo que vemos a nuestro alrededor se forma con sólo esos 92 elementos. Incluidos nosotros mismos.

El 95% del cuerpo de los seres vivos se compone por sólo cuatro elementos: carbono, oxígeno, hidrógeno y nitrógeno. De ellos, el carbono es el más importante. Sin él, no podría formarse el ADN. Las proteínas, glúcidos, vitaminas y grasas son compuestos de carbono.

El carbono es un elemento muy abundante en el Cosmos. Los átomos de carbono se unen entre sí formando largas cadenas que sirven de base para construir otras moléculas más complejas. facilidad para enlazar moléculas es lo que permitió la evolución hasta los organismos vivos. En la tierra primitiva se dio una excelente combinación de grandes cantidades de carbono y agua, que fueron determinantes para el origen de la vida. El carbono es la base química de la vida en presencia de agua que, en el Universo, también está por todas partes.

También aquí, donde se forman los pensamientos y los sentimientos, el Carbono está presente. Los hidratos de carbono  son una parte necesaria  para cualquier persona sana , ya que aportan el combustible  que el cuerpo necesita  para su actividad  física. El cerebro necesita los lípidos y otros jugos que lo mantienen “engrasado” y a punto.

El Carbono es un elemento esencial para muchas cosas, y, podríamos destacar, sin temor a equivocarnos que, la vida, es la más importante de entre todas ellas. En cualquier parte que queramos mirar  nos dirán, del Carbono, cosas como éstas:

“El carbono es un elemento notable por varias razones. Sus formas alotrópicas incluyen, sorprendentemente, una de las sustancias más blandas (el grafito) y la más dura (el diamante) y, el punto de vista económico, uno de los materiales más baratos (carbón) y uno de los más caros (diamante). Más aún, presenta una gran afinidad para enlazarse químicamente con otros átomos pequeños, incluyendo otros átomos de carbono con los que puede formar largas cadenas, y su pequeño radio atómico le permite formar enlaces múltiples. Así, con el oxígeno el dióxido de carbono, vital para el crecimiento de las plantas (ver ciclo del carbono); con el hidrógeno numerosos compuestos denominados genéricamente hidrocarburos, esenciales para la industria y el transporte en la forma de combustibles fósiles; y combinado con oxígeno e hidrógeno forma gran variedad de compuestos como, por ejemplo, los ácidos grasos, esenciales para la vida, y los ésteres que dan sabor a las frutas; además es vector, a través del ciclo carbono-nitrógeno, de parte de la energía producida por el Sol.”

 

“El carbono y los cuatro átomos de hidrógeno forman los vértices de una figura tridimensional conocida como tetraedro, la cual tiene cuatro caras triangulares; debido a esto, se dice que el metano tiene una geometría tetraédrica.”

Hacia 1860, varios químicos sugirieron que la asimetría óptica de los compuestos orgánicos debía surgir a partir de la estructura tetraédrica del átomo de Carbono.  A finales del siglo XIX, la teoría correcta fue formulada de manera independiente, por dos  químicos que, de manera simultánea, dieron con la clave al sugerir que, el átomo de Carbono de un compuesto carbonado se encuentra situado en el centro de esa estructura tetraédrica, unido mediante enlaces químicos a otros cuatro átomos, situados en uno de los vértices del tetraedro. El átomo de Carbono puede albergar 8 electrones en su corteza, tiene solamente cuatro; por tanto, por decirlo de manera sencilla, dispone de cuatro plazas vacantes que pueden ser ocupadas por electrones de las cortezas de otros cuatro átomos.

La teoría que es correcta, fue expuesta por el joven francés Joseph Achille  Le Bel, y el otro, el joven neerlandés llamado Jacobus Henricus van´t Hoff, ambos razonaron que tal estructura tetraédrica será asimétrica y no superponible a su imagen especular.

Los bioquímicos, es decir, los químicos que estudian los procesos de los seres vivos, no pueden imaginar de vida alguno (excepto, tal vez, alguna forma inactiva muy elemental) que no requiera decenas de miles de clases distintas de tejidos, cada uno de ellos diseñado para llevar a cabo una labor altamente especializada. Pensemos, por ejemplo, en la complejidad de un ojo, que no es más que uno de los muchos órganos del cuerpo.

El ojo tiene que sintetizar compuestos determinados para poder constituir cada una de sus partes: el cristalino, los músculos que permiten cambiar la de éste último, los que abren y cierran las pupilas, las capas de la córnea, los líquidos que llenan las distintas vavidades, la retina, el coroides, la esclerótica, el nervio óptico de los vasos sanguíneos… Cada una de ellas necesita sustancias enormemente complejas que, además, deben poseer las propiedades adecuadas para hacer exactamente lo que se supone que hacen.

Miles de millones de tales tejidos especializados son esenciales para las formas vivientes de la Tierra. Es imposible imaginar que la evolución de éstos haya podido realizarse sin la ayuda del Carbono, un elemento que sobrepasa a los demás en su capacidad de formar una variedad casi ilimitada de compuestos, uno de ellos con propiedades específicas.

El compuesto más simple es el metano, un átomo de carbono con cuatro de hidrógeno (valencia = 1), pero también puede darse la unión carbono-carbono, formando cadenas de distintos tipos, ya que pueden darse enlaces simples, dobles o triples. Cuando el resto de enlaces de estas cadenas son con hidrógeno, se habla de hidrocarburos, que pueden ser:

saturados: con enlaces covalentes simples, alcalinos.

insaturados, con dobles enlaces covalentes (alquenos) o triples (alquinos).

aromáticos: estructura cíclica.

La gran cantidad que existe de compuestos orgánicos tiene su explicación en las características del átomo de carbono, que tiene cuatro electrones en su capa de valencia: según la regla del octeto necesita ocho para completarla, por lo que cuatro enlaces (valencia = 4) con otros átomos formando un tetraedro, una pirámide de base triangular.

Los compuestos de Carbono conocidos superan en más del doble al conjunto de los restantes compuestos conocidos. Los tejidos de cualquier ser que vive sobre la superficie de la Tierra, un virus microscópico hasta un elefante, están constituidos por sustancias que contienen Carbono.  Algunos bioquímicos van incluso más allá al definir la propia vida como una más de las complejas propiedades de los compuestos de Carbono.

¿Cómo se las arregla éste elemento tan versátil y adaptable?

El Carbono es la base de todas las formas de vida conocidas

  Los seres vivos están formados principalmente por C carbono, H hidrógeno, O oxígeno y N nitrógeno, y, en menor medida, contienen también S azufre y P fósforo junto con algunos halógenos y metales. De ahí que los compuestos de carbono se conozcan con el de compuestos orgánicos (o de los seres vivos). Pero…, cuidado, también hay muchos otros compuestos de carbono que no forman de los seres vivos. La parte de la Química que estudia los compuestos del carbono es la Química Orgánica o Química del Carbono, pues este elemento es común a todos los compuestos orgánicos.

En la pregunta que hacíamos más arriba, sólo podemos dar una respuesta: Es que el Carbono es un gran “combinador”: debido a que su corteza dispone de espacio para cuatro electrones más, se puede enlazar a otros átomos de Carbono y formar cadenas de longitud indefinida, de manera que eslabón de la misma (cada átomo de carbono) tiene dos ramas, por así decirlo, a las que se pueden unir otros átomos o grupos de átomos, como los colgantes de un brazalete.

                      Muchas de estas moléculas están presentes en las Nebulosas

La cadena puede ser sencilla o compleja y ramificarse en distintas direcciones, pueden tener los extremos sueltos o bien unidos formando lazos cerrados o anillos. Si dos moléculas tienen exactamente el mismo de átomos de los mismos tipos, pero difieren en la forma en que están dispuestos, se dice que son isómeros.

En la isomería los átomos se distribuyen de distinta para cada isómero …

Hidrocarburos

Son compuestos orgánicos formados únicamente por “átomos de carbono e hidrógeno”. La estructura molecular consiste en un armazón de átomos de carbono a los que se unen los átomos de hidrógeno. También son los compuestos orgánicos más simples y pueden ser considerados como las sustancias principales de las que se derivan todos los demás compuestos orgánicos. Los hidrocarburos se clasifican en dos grupos principales, de cadena abierta y cíclicos. En los compuestos de cadena abierta que contienen más de un átomo de carbono, los átomos de carbono están unidos entre sí formando una cadena lineal que tener una o más ramificaciones. En los compuestos cíclicos, los átomos de carbono forman uno o más anillos cerrados. Los dos grupos principales se subdividen según su comportamiento químico en saturados e insaturados.

                       El Carbono y el Hidrógeno son fundamentales la Vida

Aquí, por ser un tema apasionante, hemos comentado en más de una ocasión, la importancia del Carbono para la vida y, también hemos tratado ya la cuestión de si puede existir vida en algún planeta sin la presencia de compuestos de Carbono. Por supuesto, nadie sabe contestar esa pregunta pero, muchos bioquímicos piensan que la auto duplicación y la mutación son demasiado complejas para que puedan producirse por medio de algún de moléculas que dejen de lado la gran variedad y flexibilidad de los compuestos de Carbono.

El Carbono, es un elemento de posibilidades maravillosas y, hasta tal punto es así, que la vida en nuestro planeta, está presente gracias a ese fantástico elemento que, posiblemente, sea el actor principal en todas las formas de vida que puedan existir en el Universo, dado que, como he dicho tantas veces, lo que pasa aquí, también pasará allí: Todas las leyes del Universo funcionan de la misma manera en Galaxia y en cualquier otra, en este mundo y, también en cualquier otro mundo que, como el nuestro, reúna las posibilidades necesarias para el surgir de la vida.

“La naturaleza tiende a moverse por el camino más espontáneo, aunque ese camino no sea el más simple. Si en el universo fuera posible la síntesis espontánea de seres vivientes hechos con Silicio, la tierra los tendría. Es tan directo.

Los inventores de la vida basada en el Silicio deben solucionar numerosos rompecabezas antes de decir incoherencias. El disparate más grande de esta… alucinación… es que si hubiera seres vivos sintetizados con Silicio, sus procesos serían tan diferentes de los procesos realizados por los seres vivos hechos con Carbono que no habría una manera de saber acerca de su existencia, ni usando lo mejor de nuestros métodos de detección de actividad metabólica.”

Se han imaginado y recreado posibles formas de vida basadas en el Silicio en planetas de alta temperatura

Las bioquímicas hipotéticas son especulaciones sobre los distintos tipos de bioquímicas que podría revestir una vida extraterrestre exótica en formas que difieren radicalmente de las conocidas sobre la Tierra, con distintos grados de plausibilidad. En estas bioquímicas hipotéticas comúnmente se emplean elementos distintos del carbono construir las estructuras moleculares primarias y/o se produce en solventes distintos del agua. Las presentaciones de la vida extraterrestre basadas en estas bioquímicas alternativas son comunes en la ciencia ficción.

El Silicio es el elemento más próximo al Carbono en cuanto a su capacidad de combinarse consigo mismo y con otros elementos formar muchos compuestos diferentes, pero sus cadenas son relativamente cortas e inestables en comparación con las de los hidrocarburos (compuestos de carbono que contienen hidrógeno). El Boro es otro elemento que se cita a veces como posible base para una vida sin Carbono, pero sus propiedades hacen que sea todavía peor candidato que el Silicio.

  Solo podemos imaginar lo que pueda estar presente en otros mundos

Claro que, si todo eso es así (como parece que es), creo que la Vida en el Universo (al menos en su mayor representación), también, como en la Tierra, estará basada en el Carbono. Lo cual, no quita la posibilidad, por extraña que ésta pueda parecer de que, otras formas de vida desconocidas nosotros puedan estar pululando por ahí fuera. En lo que llevamos vivido, en lo que la Ciencia nos ha mostrado, en las inmensas y asombrosas maravillas que hemos podido con la Mecánica Cuántica y con las leyes cosmológicas que rigen en el Universo, hemos podido aprender una cosa: ¡Nunca digas que no! Todo lo que podamos imaginar… podría ser una realidad por asombroso que nos pueda parecer.

Por ejemplo:

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Los plásticos no provenientes del petróleo solo satisfacen el 1% de la producción mundial de materiales. Pero en un futuro habrá sofás hechos de residuos de langostas e instrumentos musicales de cáscaras de naranja. ¿Serán los Bioplásticos los materiales del futuro?

 

 

 

 

En otros trabajos hemos hablado de los materiales del futuro y… ¡mira por donde! también el actor principal es el carbono que está presente en los fullerenos y en el grafeno que dan unas posibilidades increíbles para las nuevas técnicas de la electrónica, comunicaciones, y otros menesteres de las actividades huamnas que nos llevarán hacia un futuro de incalculable riqueza tecnológica.

La tercera alotrópica del carbono después del grafito y del diamante, es el carbono en una sola capa, formando bien esferas o cuerpos con volumen como los fullerenos y los nanotubos, o láminas bidimensionales como el grafeno. El grafeno es una lámina de átomos de carbono de un átomo de espesor. Es un candidato muy prometedor para la nanoelectrónica que viene, debido a sus interesantísimas propiedades electrónicas, además de ser transparente, flexible y barato. Los electrones se mueven en el grafeno unas 2000 veces más rápido que en el silicio, lo que posibilita que como transistor se pueda apagar y encender más rápido.

Tenemos que pensar que todo lo que existe, sea animado o inanimado, se trate del cerebro de un insecto, de las conexiones de nuestro cerebro o de los nanotubos de carbono, todo sin excepción, está formado por la misma cosa: Quarks y Leptones que, combinados en la debida proporción, conforman la materia presente en todo el Universo y que es poseedora de la energía que está presente por todas partes en sus distintas manifestaciones.

De todas las maneras y, aunque mirando objetivamente la realidad, seámos nosotros los que prevalecemos sobre todos los demás, no debemos presumir demasiado por ello, dado que, la diferencia entre nosotros y algunos objetos y seres de la Tierra…, no es tan grande. Seamos humildes y sencillos, reconozcamos nuestras debilidades y comprendamos que, en definitiva, sólo somos una parte más, de la Naturaleza grandiosa que define al Universo.

Organismo	Hombre	Alfalfa	Bacteria
Carbono	19,37 %	11,34 %	12,14 %
Hidrógeno	9,31 %	8,72 %	9,94 %
Nitrógeno	5,14 %	0,83 %	3,04 %
Oxígeno	61,81 %	77,90 %	73,68 %
Fósforo	0,63 %	0,71 %	0,60 %
Azufre	0,64 %	0,10 %	0,32 %
CHNOPS/ TOTAL	97,90 %	99,60 %	99,72 %

 

Podríamos pensar que la vida es la forma más evolucionada de la materia. Claro que, para llegar a ese nivel máximo de la vida, tendría que estar presente la consciencia.

 

¡El Carbono! Un elemento esencial la vida… y mucho más.

emilio silvera

  Una breve reseña de Eta Carinae

Una estrella supermasiva que eyecta material al espacio para evitar su muerte

Las fuerzas que podemos sentir en la vida cotidiana, es decir, la Gravedad y el Electromagnetismo, aumentan con la cercanía: así, más cerca está un clavo de un imán o una manzana del suelo, más se verán atraídos. Por el contrario, la interacción Fuerte disminuye cuanto más cerca y juntas están las partículas en el interior de los átomos, aumentando cuando las partículas se alejan las unas de las otras.

El descubrimiento de extraña propiedad, llamada libertad asintótica, supuso toda una revolución teórica en los 70 (se publicó en 1.973), pero ya plenamente respaldada por los experimentos en los aceleradores de partículas, aconsejó, a la Academia, conceder 30 años más tarde, el Premio Nobel de Física a sus autores.

David Gross, David Politzer y Frank Wilczek se ganaron el Premio Nobel de Física de 2004 por su “descubrimiento de la libertad asintótica en la teoría de la interacción fuerte”. Un premio a la física teórica, y a la labor que se realizó para intentar disponer de un modelo estándar que permitiera entender las interacciones. En el caso de la cromodinámica cuántica, la teoría que formaliza la interacción nuclear fuerte, los quarks y los gluones, las partículas que juegan en interacción, tienen una libertad de movimiento muy extraña. Quedan confinadas a los pequeñísimos tamaños del núcleo atómico porque la “fuerza” que los une les impide alejarse. Y, sin embargo, cuanto más se acercan, tienen mayor libertad, es decir la “fuerza” se debilita. El estudio de estos tres físicos en los años 70 permitió plantear este problema dentro de una teoría matemática muy hábil, que además dio paso a una serie de experimentaciones que confirmaron esta “libertad asintótica” de los quarks y los gluones.

Tanto Wilczek como Politzer eran aun aspirantes a doctores en 1.973, publicaron su descubrimiento en Physical Review letters.  Junto a su informe, la misma revista incluyó el trabajo de David Gross, que unido al de los dos estudiantes ha dado lugar a la celebrada teoría de la Cromodinámica Cuántica (QCD).

Los quarks vienen en seis diferentes ‘sabores’ y poseen una carga de color

Siguiendo una arraigada costumbre de la Física de partículas, los investigadores emplearon nombres comunes y desenfadados señalar sus nuevos descubrimientos y llamaron “colores” a las intrincadas propiedades de los quarks.

Por ello, su teoría es conocida en la actualidad por el de Cromodinámica (cromo significa “color” en griego), a pesar de que no tienen nada que ver con lo que entendemos y llamamos color en nuestra vida cotidiana, sino con el modo en que los componentes del núcleo atómico permanecen unidos.  En este sentido, resulta mucho más intuitiva, aunque no menos divertida, la denominación de las partículas que hacen posible la interacción fuerte, llamadas gluones (glue es “pegamento” en inglés).

Al igual que en la teoría electromagnética, las partículas pueden tener carga positiva o negativa, los componentes más diminutos del núcleo atómico pueden ser rojos, verdes o azules.

Además, de manera análoga a las cargas opuestas se atraen en el mundo de la electricidad y el magnetismo, también los quarks de distinto color se agrupan en tripletes para formar protones y neutrones del núcleo atómico.

Pero estas no son las únicas similitudes, ni siquiera las más profundas, que existen las distintas fuerzas que rigen el Universo. De hecho, los científicos esperan que, en última instancia, todas las interacciones conocidas sean en realidad la manifestación variada de una sola fuerza que rige y gobierna todo el cosmos.

La distancia entre los extremos que podemos medir entre esos dos mundos: El de la mecánica cuántica, ese “universo que existe en el núcleo de los átomos y todo lo que allí sucede, y esas inmensas llaneras estelares que existen entre galaxias.

Según la Academia Sueca, el premiado a estos tres Físicos, “constituyó un paso importante dentro del esfuerzo para alcanzar la descripción unificada de todas las fuerzas de la Naturaleza”.  Lo que llamamos teoría del todo.

Según Frank Wiczek, que pertenece al Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT), su descubrimiento “reivindica la idea de que es posible comprender a la Naturaleza racionalmente”.  El físico también recordó que “fue una labor arraigada en el trabajo experimental, más que en la intuición”.

Sabemos que los quarks (hasta el ) son las partículas más elementales del núcleo atómico donde forman protones y neutrones.  La interacción fuerte los quarks que forman el protón es tan intensa que los mantiene permanentemente confinados en su interior, en una región ínfima. Y, allí, la fuerza crece con la distancia, si los quarks tratan de separarse, la fuerza aumenta (confinamiento de los quarks), si los quarks están juntos los unos a los otros, la fuerza decrece (libertad asintótica de los quarks).  Nadie ha sido capaz de arrancar un quark libre fuera del protón.

Cuanto más pequeño es el objeto que deseamos encontrar, mayor será la energía que tendremos que emplear para llegar tan lejos en el “mundo” de lo muy pequeño,.

Con aceleradores de partículas a muy altas energías, es posible investigar el comportamiento de los quarks a distancias muchos más pequeñas que el tamaño del protón.

Así, el acreedor al Nobel demostró que la fuerza nuclear fuerte actúa un muelle de acero, si lo estiramos (los quarks se separan), la fuerza aumenta, si lo dejamos en reposo, en su natural, los anillos juntos (los quarks unidos), la fuerza es pequeña.

Así que la Cromodinámica Cuántica (QCD) describe rigurosamente la interacción fuerte entre los quarks y, en el desarrollo de teoría, como se ha dicho, jugaron un papel fundamental los tres ganadores del Nobel de Física de 2004.

Trabajos y estudios realizados en el acelerador LEP del CER durante la década de los 90 hicieron posible medir con mucha precisión la intensidad de la interacción fuerte en las desintegraciones de las partículas z y t, es decir a energías de 91 y 1,8 Gev, los resultados obtenidos están en perfecto acuerdo con las de ACD, proporcionando una verificación muy significativa de libertad asintótica.

En los aceleradores de partículas se lanzan haces de partículas en direcciones opuestas y cuando alcanzan velocidades cercanas a la de la luz, se los hace colisionar para que se destruyan y “ver” lo que contienen esas partículas en sus entrañas, de qué están formadas para saber, secretos que la Naturaleza, celosamente esconde.

Mini Big Bang a 100 metros bajo tierra

Simular el nacimiento del Universo no resulta nada sencillo.  Primero hay que excavar un túnel subterráneo de 100 m. de profundidad, en cuyo interior se debe construir un anillo metálico de 27 kilómetros enfriado por imanes superconductores cuya función es mantener una temperatura bastante fresca, nada que 271 grados bajo cero.

Corte de un cuadripolo del LHC. Crédito: CERN

A continuación, hay que añadir a la ecuación dos puñados de protones, lanzados al vacío de este tubo subterráneo en direcciones opuestas, y a una velocidad inimaginable que prácticamente debe rozar la velocidad de c. la velocidad de la luz en el vacío.  Es solo entonces cuando los múltiples colisiones de partículas que se produzcan en el interior del anillo producirán que existían inmediatamente después del Big Bang, ese descomunal estallido cósmico que dio el pistoletazo de salida para el surgimiento de nuestro mundo y de la vida inteligente a partir de materia inerte creada y evolucionada después en las estrellas.

En el corazón de la cordillera del Jura, justo en la frontera entre Francia y Suiza, el Centro Europeo de Investigaciones Nucleares (CERN), se construyó la maravilla que supuso una obra científica faraónica (su coste de muchos miles de millones de dolores y 15 años que, sin duda alguna, merecieron la pena para poder saber). Alrededor de ésta inmensa máquina, unos 10.000 investigadores de 500 instituciones académicas y empresas tratan de descubrir las claves de la Naturaleza, saber sobre los ladrillos fundamentales de la materia, atisbar sobre la existencia o no de la “materia oscura”, y en fin, conocer mejor nuestro Universo desde este lugar situado en las profundidades de la Tierra.

                      ¿Quién diría mirando la imagen lo que debajo de la superficie se esconde?

Cuando de nuevo se ponga en marcha el LHC y se utilicen mayores energías que las que hicieron falta para descubrir el Bosón de Higgs ¿Qué oodremos encontrar? El Gran Acelerador de Hadrones LHC, nos tiene guardadas muchas sorpresas y, espero que ninguna de ellas, resulte desagradable ni perjudicial para la Humanidad, toda vez que, algunas veces parecemos niños jugando con fuerzas que… ¡No siempre podemos comprender!

Las partículas que se inyectan en su interior colisionan aproximadamente seiscientos millones de veces por segundo, desencadenando la mayor cantidad de energía jamás observada en las de un laboratorio, aunque aun estará muy alejada de la energía necesaria para comprobar la existencia de las cuerdas vibrantes.  Pero eso sí, nos dejará ver otras partículas nuevas hasta ahora esquivas, pertenecientes al grupo más elemental de los componentes de la materia. A medida que se aumenta la energía van apareciendo nuevos componentes antes desconocidos.

El LHC produce tantos que necesitarán una pila de CDs de 20 km. de altura para almacenar tanta información generada por los experimentos y, una legión de físicos para estudiar los resultados que serán fascinantes. El que se lleva a cabo en el CERN constituye una contribución muy importante al conocimiento de la Humanidad para comprender el mundo que nos rodea. La pregunta clave: ¿De qué se compone la materia de nuestro Universo? Y ¿cómo llegó a convertirse en lo que es? ¿Qué sustancia cósmica era la que primero hizo acto de presencia y que daría lugar al Universo que conocemos?

Es increíble el logro de conocimientos y tecnologías que el hombre tiene conquistados a principios del siglo XXI, este mismo artilugio al que llaman acelerador LHC, es la mejor prueba de ello: Por ejemplo, los sistemas criogénicos que deben mantener ese inimaginable frío de 271 grados bajo cero o los campos electromagnéticos que deben que la aceleración de los haces de partículas recorran los 27 km del anillo subterráneo a un 99,99% de la velocidad de la luz, es ya en sí mismo increíble.

Todo resultó como estaba previsto por los científicos, y, cada segundo, un protón dio 11.245 vueltas al anillo del LHC.  Teniendo en que cada haz de estas partículas tienen una duración de 10 horas, recorren un total de 10.000 millones de kilómetros (suficiente para llegar a Neptuno y volver).

La energía requerida por el haz de protones al por el acelerador es el equivalente a un coche viajando a 1 .600 km/h por el carril rápido de una autopista imposible, o la cantidad de energía almacenada en los imanes superconductores que mantendrán la temperatura a-271° sería suficiente para derretir 50 toneladas de cobre.

El

LHC está dividido en 8 sectores de 3,3 km cada uno. El Bosón de Higgs ha sido el tesoro más preciado encontrado hasta el momento. Una partícula que predicía el Modelo Estándar de la Física de Partículas y del que no existian evidencias hasta que este acelerador mágico la encontró.  Se supone que este “ladrillo” fundamental del cosmos (cuyo proviene del físico escocés que propuso su existencia en 1.964, Peter Higgs) es crucial comprender cómo la materia adquiere su masa.

Creo que me he extendido demasiado en un simple comentario que trataba de hacer sobre esta obra de nuestros científicos que tratan de saber, sobre misterios que la Naturaleza esconde y nuestra curiosidad trata de desvelar. Cuando me introduzco en temas de Física se me va el santo al cielo, pero estamos tratando -en realidad- sobre nosotros y la manera en que evolucionamos para adquirir los conocimientos que necesitaremos algún día lejano aún en el futuro, si nuestra especie aún sigue aquí, para escapar del inexorable futuro del planeta y de nuestra propia estrella.

emilio silvera