La intuición natural y la habilidad experimental de Faraday hicieron avanzar enormemente el estudio de todos los fenómenos electromagnéticos. De él es, precisamente, el concepto de campo que tanto juego ha dado a la física.

                             Charla de Faraday                                             Ley de Faraday-Henry-Lenz

Sin embargo, para desarrollar una teoría consistente del electromagnetismo se necesitaba un científico distinto: Faraday era hábil experimentador con enorme intuición, pero no sabía expresar matemáticamente lo que descubría, y se limitaba a contarlo. No hubo que esperar mucho, ni salir de Gran Bretaña para que un científico adecuado, un escocés de nombre James Clerk Maxwell (1.831 – 1.879), hiciera acto de presencia.

“Maxwell ideó las ecuaciones que llevan su nombre. Éstas se definen como las relaciones fundamentales entre las perturbaciones eléctricas y magnéticas, que simultáneamente permiten describir la propagación de las ondas electromagnéticas, las cuales, de acuerdo con su teoría, tienen el mismo carácter que las ondas lumínicas.

Las ecuaciones de Maxwell son un conjunto de varias ecuaciones que aparecieron de manera separada en el año 1861 en el ensayo Sobre las líneas de fuerza físicas.

Aplicación del modelo de vórtices Cabe decir que originalmente Maxwell concibió diversas ecuaciones, pero no fue hasta el año 1884 cuando Oliver Heaviside, junto con Willard Gibbs, agrupó esas ecuaciones (la mayoría de las cuales no eran originales sino recuperadas por Maxwell mediante el uso de su modelo de vórtices de las líneas de fuerza de Faraday) y las reformuló con la notación vectorial actual.

Así, se pasó de las ecuaciones de Maxwell a las que actualmente son conocidas como las «ecuaciones de Maxwell”

Maxwell desarrolló las matemáticas para expresar una teoría del magnetismo-electricidad (o al revés) que sentó las bases físicas de aquel fenómeno y contestaba a todas las preguntas de los dos aspectos de aquella misma cosa, el electromagnetismo. En sus ecuaciones vectoriales estaban todos los experimentos de Faraday, que le escribió una carta pidiéndole que le explicara, con palabras sencillas, aquellos números y letras que no podía entender.

Pero además, Maxwell también contribuyó a la física estadística y fue el primer director del Laboratorio Cavendish, unido de manera indisoluble a la física de los siglos XIX y XX (y también al de biología molecular) con sede en Cambridge.

Su conjunto de ecuaciones de, o en, derivadas parciales rigen el comportamiento de un medio (el campo electromagnético) que él supuso “transportaba” las fuerzas eléctricas y magnéticas; ecuaciones que hoy se denominan “de Maxwell”. Con su teoría de campo electromagnético, o electrodinámica, Maxwell logró, además, unir electricidad, magnetismo y óptica. Las dos primeras, como manifestaciones de un mismo substrato físico, electromagnético, que se comporta como una onda, y la luz, que es ella misma, una onda electromagnética, lo que, en su tiempo, resultó sorprendente.

Más de ciento treinta años después, todavía se podía o se puede apreciar la excitación que sintió Maxwell cuando escribió en el artículo Sobre las líneas físicas de la fuerza, 1.861 – 62, en el que presentó esta idea: “Difícilmente podemos evitar la inferencia de que la luz consiste de ondulaciones transversales del mismo medio que es la causa de los fenómenos eléctricos y magnéticos.

Todo aquello fue posible gracias a las bases sentadas por otros y a los trabajos de Faraday como experimentador infatigable, que publicaba sus resultados en artículos y los divulgaba en conferencias en la sede de la Royal Institution londinense. Todos estos artículos y conferencias fueron finalmente publicados en el libro que llamaron Philosophical transactions de la Royal Society, y Experimental researches in chemistry and physics (Richard Taylor y William Francis, Londres, 1.859; dos grandes científicos unidos por la historia de la ciencia que nos abrieron puertas cerradas que nos dejaron entrar al futuro).

Repasando hechos pasados, no puedo dejar de pensar en nuestra presencia aquí, y, me pregunto con frecuencia sobre la maravillosa secuencia de nuestra aparición en este planeta azul.

Los átomos y moléculas de las que estamos formados, es probable que sean comunes a organismos de cualquier otro lugar del universo. Pero la manera específica en que estas moléculas se juntan y las formas específicas y fisiológicas de los organismos terrestres pueden ser sumamente diferentes de lo que es corriente en nuestro planeta, a consecuencia de sus diferentes historias evolutivas.

Cuando tratamos de considerar cuáles han de ser las estrellas a estudiar y examinar buscando posibles señales de radio dirigidas a nosotros desde planetas lejanos, generalmente se presta más atención a estrellas semejantes a nuestro Sol, alegando, con razón, que la búsqueda e investigación deben iniciarse con un tipo de estrella en la que sepamos con certeza que hay vida (la estrella que tiene un sistema planetario y que en uno de sus planetas ha surgido la vida, la única conocida, es nuestro Sol). De esta manera, se buscan signos de vida inteligente en estrellas como (y parecidas a) la nuestra. El proyecto Ozma fue el primer intento para buscar señales de radio en las estrellas Tau Ceti y Épsilon Eridani, ambas estrellas con masa, radio, edad y composición muy parecidas a las de nuestro Sol.

Pero limitar la búsqueda a una exclusividad de este tipo de estrellas sería un error. Hay estrellas con menos masa y luminosidad que la de nuestro Sol que tienen existencias más antiguas, y por tanto evolucionadas en un mayor grado. Estas estrellas diminutas o “enanas” K y M pueden tener miles de millones de años más que el Sol.

Las estrellas tipo K pueden ser la clave para hallar vida extraterrestre

Las estrellas enanas M son buenas candidatas para hallar vida en sus sistemas

Si suponemos que cuanto más larga sea la vida de un planeta, más inteligentes serán (por evolución) los organismos que en él se han desarrollado, entonces debemos dirigir nuestra atención a las estrellas no sólo G, sino también a las K y M, evitando el impulso ególatra de que la única vida existente en el universo, por fuerza, será como la nuestra. ¡Un error enorme!

Es verdad que este tipo de estrellas con planetas a su alrededor, podría objetarse que son mundos más fríos que la Tierra, y que la vida en ellos es menos probable. Claro que este diagnóstico parte de un error muy común en nosotros; pensamos en un tipo de vida similar o muy parecido al nuestro, y además, al ser las estrellas más pequeñas, generan una fuerza de gravedad menor y los planetas están mucho más cerca del Sol que los de nuestro sistemas solar, con lo cual, puede que la cercanía equilibrase la balanza y no los haga tan fríos como creemos. En realidad, en el cosmos existen muchas más estrellas K y M que estrellas G.

Carl Sagan, enamorado de todos estos problemas del universo, nunca descartaba nada. Decía que la mayor parte de la vida surge en los planetas y allí reside. Sin embargo, se preguntaba:

“¿Acaso pudieran existir organismos que habitan en las profundidades del espacio interestelar, superficies o interiores de estrellas, o incluso otros objetos cósmicos incluso más exóticos?”

Es tan difícil responder a esa pregunta como a tantas otras que, con nuestra actual ignorancia, es imposible dar respuesta. Si evolucionamos hasta seres de pura energía, podríamos estar en cualquier parte del universo.

Los seres vivos tal y como los conocemos, necesitan de la materia para reproducirse y, por lógica, se deben asentar en aquellos lugares que, estando presente la energía, puedan reproducirse en un tiempo prudencial y adecuado a la especie de que se trate, y acorde con la complejidad del individuo que está surgiendo a la vida.

                En tan inmenso Universo cualquier cosa que podamos imaginar podría ser posible

Claro que no podríamos negar y sí imaginar organismo desarrollándose en planetas con atmósferas que lentamente vayan alejándose en el espacio, permitiendo que los organismos se adapten gradualmente a unas condiciones cada vez más duras, hasta llegar a la adaptación total de un medio interestelar. Seres así podrían vivir casi en cualquier parte del universo.

Lo más probable, sin descartar nada, será una especie diferente de organismo interestelar mucho más posible: seres inteligentes de planetas parecidos al nuestro, pero que han trasladado su campo de actividad al volumen mucho más vasto del espacio interestelar.

                                    La convivencia entre seres humanos y artificiales será inevitable

                                     Ellos jugarán un gran papel en nuestro futuro Espacial

Los seres, en nuestro lejano futuro tecnológico, deberán poseer capacidades que hoy en día ni siquiera podemos imaginar. Es verdad que el hombre moderno (nosotros), es casi idéntico al hombre de hace 50.000 años. Sin embargo, cuando pasen algunos millones de años, todo será distinto. Aparecerán nuevas formas humanas evolucionadas por pequeñas y paulatinas mutaciones encaminadas a sobrevivir en otros medios.

No puedo dudar de que tales sociedades futuras deberán dominar la materia y la energía de las estrellas y de las galaxias, y tendrán la sabiduría suficiente para explotar la radiación y la energía de los agujeros negros para ponerla a su servicio.

Descubren el antepasado perdido del primer animal que caminó

Pensemos en el largo viaje que unos organismos hicieron para evolucionar del mar a la tierra firme. Ahora esos organismos que tienen su origen en las profundidades marinas, sólo se sientes “en casa” en la tierra, su nuevo medio conquistado a través de mil peripecias y peligros. De la misma manera, en el futuro, dejaremos la tierra firme para habitar en enormes ciudades volantes por las profundidades del universo, e innumerables mundos serán poblados con sociedades nuevas que llenarán de ruidos el ahora silencioso universo.

¡Quién sabe!

El tercero, escondido tras la montaña trata de salir.  ?Cómo sería vivir aquí?

Las maravillas del universo son inagotables, y muy lentamente tenemos acceso a ellas. Hay lugares con tres soles de distintos colores: amarillo (como el nuestro), azul y verde, o blanco y rojo. Hay dos que casi se están tocando, sólo los separa una ligera y brillante materia cósmica que parece pura luz. Hay un mundo que tiene miles de lunas, y no muy lejos de él brilla un Sol que no es mayor que nuestro planeta Tierra. He podido ver un núcleo atómico de 3.000 m de diámetro que gira 160 veces por segundo. Hay soles que se desplazan por el universo a velocidades enormes y bacterias que escapan de las galaxias y vagan por el cosmos hasta encontrar un planeta donde instalarse. Las nubes de gas y polvo inundan los espacios entre las galaxias, y después de girar durante miles de millones de años, se juntan y forman nuevas galaxias de estrellas y planetas.

También, quién sabe, pueden existir lugares fuera de nuestro universo (algunos científicos así lo creen).

Para nosotros, insignificantes criaturas de una grandeza enorme, el universo resulta pavoroso. Pero también fascinante y maravilloso. ¡Qué paradoja!

                       ¿Cómo puede algo dar miedo y placer o fascinación al mismo tiempo?

Pues así es. Nos produce miedo su enormidad y nuestra ignorancia. Nos produce placer lo que vamos descubriendo y fascinación los misterios que encierra y a los que nuestra curiosidad y osadía no resiste la necesidad de desvelar.

No parece que nuestra evolución sea debida a senderos evolutivos predeterminados que conducían infaliblemente, desde formas simples, a lo que somos, al hombre; más bien, la evolución procede de un modo convulsivo, sin un plan determinado, y la mayor parte de formas de vida conducen a callejones sin salida en la evolución. Así se han extinguido tantas, y continuarán extinguiéndose. Esperemos que no estemos en la lista.

En realidad, somos el producto de una larga serie de accidentes biológicos. En la perspectiva cósmica no tememos razones de pero para pensar que seamos los primeros, que seremos los últimos o los mejores.

Sin embargo, esa seria de accidentes biológicos, ¿fueron fortuitos? Ya me gustaría poder responder a esta pregunta.

                        En realidad estamos conectados con el Universo del que formamos parte

A lo que sí puedo responder es al hecho innegable de que, en lo más profundo de nuestro ser habita un ente superior, algo grande capaz de lo más sublime. ¿Puede algo así surgir de la nada?

Me gustaría estar en ese tiempo futuro en el que la ciencia es tan avanzada que tiene como reliquias antiguas teorías como la relatividad, la mecánica cuántica y la teoría de supercuerdas. ¿Qué maravillas no tendrán entonces?

emilio silvera

[?]

Miramos la historia y nos maravillamos de lo que nuestros antepasados pudieron llegar a conseguir en todas las áreas del saber humano. Se dice con frecuencia que, la Astronomía fue la Ciencia más antigua de todas, ya que, las maravillas del cielo siempre llamaron nuestra atención y despertaron nuestra inmensa curiosidad. Los sucesos que podían observar aquellos seres del pasado, eran fuente de miedo y de mágico asombro que, su ignorancia condujo hasta la divinidad.

Pero el tiempo pasaba, ellos seguían observando y aprendiendo de los hechos que se sucedían una y otra vez y, llegaron a comprender algunas de las cosas que, frecuentemente pasaban. Algunas vez he sentido la tentación de decir que la astronomía del Viejo Mundo estaba más adelantada que la del Nuevo Mundo porque llegaron a introducir el uso de instrumentos en la ciencia de observación de las estrellas. Por supuesto, no había telescopios -esta innovación se debe a Occidente-, pero los astrónomos chinos e islámicos sí que inventaron unos elaborados artilugios de metal para observaciones que realizaron con el propósito de hacer el mapa de los cielos.

                             El mapa celeste de Dunhuang y carta celeste

Los astrónomos chinos, bajo la protección y administración del gobierno, escrutaban el cielo permanentemente y se convirtieron en los observadores más precisos y persistentes de toda la antigüedad. De hecho, las únicas referencias a algunos fenómenos celestes acontecidos entre los siglos V y X de nuestra era que han llegado a nuestros días proceden de crónicas astronómicas chinas.

Según una estadística reciente se conservan registros de más de diez mil eventos astronómicos entre ellos 270 sobre manchas solares, 300 sobre auroras boreales, 300 sobre meteoritos, 1.600 sobre eclipses de sol, 1.100 sobre eclipses de Luna, 200 sobre ocultaciones lunares, 100 sobre novas y supernovas, 400 sobre lluvias de meteoros y 4.900 sobre meteoros. Además existen cientos de documentos sobre los movimientos de la Luna y los planetas. El descubrimiento en 1967 del púlsar de la Nebulosa del Cangrejo,  relacionada con la nova de 1054 que aparece en los registros chinos, despertó el interés por esta documentación astronómica.

La gran cantidad de observaciones que recopilaron y sus métodos matemáticos fueron unas contribuciones cruciales para el posterior florecimiento de la astronomía entre los hindúes y los musulmanes, así como entre los griegos.

El zigurat era una especie de templo construido por los asirios, babilonios y sumerios, pueblos de la Antigua Mesopotamia. Esta construcción tenía el formato de una pirámide, pero con la presencia de especies de escalones. Los zigurats tenían de 3 a 6 pisos. Eran construidos de piedra o de ladrillos cocidos al sol. La entrada se hacía a través de la cima del templo, ya que el acceso era a través de una rampa en forma de espiral, construida en las paredes externas del zigurat.

En la limpia atmósfera de Mesopotamia, la Astrología tomó una forma parecida a la de nuestros tiempos. Hace mas de cinco mil años que los sacerdotes-astrólogos de Babilonia se ocuparon en conocer el cielo e identificar a todas las estrellas visibles del firmamento, para ello construyeron observatorios en la llanura que se denominaban zigurats. Existen este tipo de monumentos que datan desde el 2600 a.C. como el que se muestra en la imagen. Aparecen unas tablillas de la Biblioteca de Nínive que tratan de astronomía y astrología babilónicas y caldeas. También registraron en paso del cometa Halley en el año 164 a C.

Durante más de dos mil años los esfuerzos de los astrónomos de Mesopotamia quedaron olvidados bajo las ruinas de palacios y zigurats en lo que hoy en día es principalmente Irak. Todo lo que se sabía del tema procedía de unos pocos pasajes de la Biblia y de las informaciones dadas por algunos escritores griegos. Pero esas informaciones eran sumamente seductoras. El erudito romano Plinio el Viejo, por ejemplo, escribiò que los babilonios dieron cuenta de susn observaciones de las estrellas en las inscripciones que estuvieron realizando sobre tablillas de barro cocido con previsiones para 720.000 años, un número que duplicó varios siglos más tarde un filósofo griego, Simplicius, llegando a la asombrosa cifra de 1.440.000 años.

A mediados del siglo XIX, los arqueólogos comenzaron a desenterrar en Mesopotamia miles de estas tablillas con inscripciones con escritura cuneiforme. se calcula que cien años más tarde había medio millón de estas tablillas repartidas por los museos de todo el mundo.

En el emplazamiento de la antigua ciudad de Sippar, situada al suroeste en las cercanías de Bagdad, los arqueólogos que realizaban excavaciones allí descubrieron una biblioteca de los últimos tiempos del imperio babilónico en los que se escondían una enorme cantidad de anotaciones astronómicas y ejercicios matemáticos.

 La escritura cuneiforme es el más antiguo sistema de escritura conocido hasta la fecha. Su soporte son tabletas de arcilla y ocasionalmente tabletas de metal y piedra, y su origen está en la antigua Mesopotamia. Se llama cuneiforme porque para trasladarla a la arcilla húmeda utilizaban unas cañas biseladas en forma de cuña.

Los textos traducidos, aunque sólo son una pequeña parte de los descubrimientos, revelan la presencia en Mesopotamia de una astronomía que se remonta al menos hasta el siglo XVIII a. C., fueron los primeros en catalogar las estrellas más brillantes, esbozaron un conjunto rudimentario de constelaciones del zodiaco, reseñaron los movimientos de los cinco planetas visibles (Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno) e hicieron el mapa de los movimientos del Sol y de la Luna con respecto a las constelaciones. Dieron a estas unos nombres que en algunos casos aún nos resultan familiares -Escorpio, Tauro, Leo.

El disco sumerio clasificado como K8538 es una prueba más del avanzado conocimiento astronómico de los sumerios. Es posible que los sumerios fueran el primer pueblo del mundo en desarrollar un calendario basado enteramente en la recurrencia de las fases completas, o sinódicas, de la Luna y también el primero que utilizó los períodos sinódicos de la Luna como la base del año de doce meses, es decir, 360 días.

A partir de restos de cimentaciones, se ha querido reconstruir una de las ciudades de babilonia en su época de mayor esplendor y, el resultado ha sido el que arriba podéis contemplar, aunque no fiable del todo, sí que nos habla de avanzados conocimientos para la época. Desde el principio, los babilonios supieron resolver problemas geométricos elementales de una manera algebraica. Optaron por explicar los movimientos de los cuerpos celestes de un modo básicamente temporal, lo contrario de lo que hicieron los griegos, que optaron por la explicación espacial, es decir, geométrica. De esta manera, las notaciones babilónicas -la algebraica y la del valor según la posición- se convirtieron en el fundamento de una astronomía teórica de carácter matemático. Esta astronomía reducía al mínimo los datos empíricos. trató unos fenómenos celestes bastante complicados, descubriendo unas funciones matemáticas sencillas cuya combinaciòn describe éstos fenómenos con inteligencia y elegancia.

                                                   Páginas del Almagesto de Ptolomeo.

(h. 90-h. 168) Astrónomo y geógrafo griego. Su principal obra es el Almagesto, en la que expone su concepción geocéntrica del Universo. El sistema ptolemaico entronca con la tradición aristotélica, fue utilizado por astrónomos árabes y medievales y solo perdió vigencia con la aceptación de las teorías heliocéntricas propuestas por Copérnico.

La influencia babilónica en la astronomía griega, tal como se refleja en el Almagesto, incluía los nombres de muchas constelaciones; el sistema de referencia zodiacal; el grado como unidad básica para la medición de ángulos; observaciones, especialmente de eclipses, que se remontan hasta el comienzo del reinado de Nabonasar en el año 747 a. C., y varios parámetros fundamentales, incluido el valor correspondiente al mes sinódico medio.

Desde que existe sobre la Tierra, el ser humano siempre ha mirado al cielo y, ¿Qué duda nos puede caber? las observaciones astronómicas fueron anteriores a la escritura. El cielo, las estrellas, el espacio la luz… ¡qué maravillas! Los seres humanos se integraron con los sucesos del firmamento en una visión más amplia que los hacía partícipe de acontecimientos mágicos y maravillosos que ocurrían lejos, en las alturas de un espacio inalcanzable pero que, fomentó una firme configuración del cerebro que adquirió nuevas pautas y un sistema de organización que nos llevó más allá de la Tierra al querer saber de los acontecimientos celestes que nos llevó, a nuestro origen, nos transportó hasta las estrellas lejanas que sí, pudimos visitar con nuestras mentes imaginativas que poco a poco, fueron descubriendo los secretos que el Universo escondía.

emilio silvera

[?]

 

Calderas de Yellowstone

 

“…en alguna pequeña charca caliente, tendrían la oportunidad de hacer el trabajo y organizarse en sistemas vivos…” Eso comentaba Darwin sobre lo que podría ocurrir en la Naturaleza.

 

 

Hasta que supimos que existían otros sistemas planetarios en nuestra Galaxia, ni siquiera se podía considerar esta posibilidad como una prueba de que la vida planetaria fuera algo común en la Vía Láctea. Pero ahora se sabe que más de cien estrellas de nuestra zona de la galaxia tienen planetas que describen órbitas alrededor de ellas. Casi todos los planetas descubiertos hasta ahora son gigantes de gas, como Júpiter y Saturno (como era de esperar, los planetas grandes se descubrieron primero, por ser más fáciles de detectar que los planetas pequeños), sin embargo es difícil no conjeturar que, allí, junto a estos planetas, posiblemente estarán también sus hermanos planetarios más pequeños que, como la Tierra, pudieran tener condiciones para generar la vida en cualquiera de sus millones de formas.

En algún comentario anterior, ya nos referimos a los elementos más abundantes del Universo: Carbono, Hidrógeno, Oxígeno y Nitrógeno (CHON).

Lee Smolin, de la Universidad de Waterloo,  Ontario, ha investigado la relación existente entre, por una parte, las estrellas que convierten unos elementos más sencillos en algo como el CHON y arroja esos materiales al espacio, y, por otra parte, las nubes de gas y polvo que hay en éste, que se contrae para formar nuevas estrellas.

Nuestro hogar dentro del espacio, la Vía Láctea, es una entre los cientos de miles de millones de estructuras similares dispersas por todo el Universo visible, y parece ser una más, con todas las características típicas – de tipo medio en cuanto a tamaño, composición química, etc.- La Vía Láctea tiene forma de disco plano, con alrededor de cien mil años luz de diámetro, y está formada por doscientos mil millones de estrellas que describen órbitas en torno al centro del disco.

El Sol, en realidad, sólo es importante para nosotros al ser el cuerpo central de nuestro Sistema Solar, y con mucho, la estrella más cercana al planeta Tierra y la única que se puede estudiar con todo lujo de detalles. Se clasifica como una estrella G2V: una estrella amarilla con una temperatura efectiva de 5.770 K (tipo espectral G2) y una enana de la secuencia principal (clase de luminosidad V). Los detalles de su composición son sobradamente sabidos por todos y cabe destacar su abundancia de hidrógeno – 71% en masa- y de helio el 27% y elementos más pesados hasta completarlo. Por lo tanto, nuestro Sol no destaca por nada entre esa multitud de de cientos de miles de millones de estrellas.

Recorre su órbita a una distancia del centro que viene a ser más o menos dos tercios del diámetro. En el centro de la Galaxia las estrellas forman una protuberancia, de tal modo que desde el exterior daría la sensación de estar viendo un enorme huevo frito, en el que la protuberancia sería la yema. Sin embargo, el modo en que este disco gira revela que todo el material brillante (materia bariónica) que compone la parte visible de la Vía Láctea queda sujeto por el tirón gravitatorio de una materia invisible que no brilla ni emite radiación y que viene a ser más o menos diez veces mayor que la materia visible de la Galaxia y que muchos suponen que está diseminada en un halo situado alrededor de ella, extendiéndose mucho más allá del borde del disco de estrellas brillantes.

                                      Si realmente existe… ¿Dónde está?

Descubrir qué es realmente esta materia oscura (yo prefiero llamarla no luminosa o materia escondida) constituye un tema de crucial interés para los astrónomos, pero no entraremos ahora en eso, ya que, para lo que estamos tratando, no tiene importancia. Muchas galaxias en forma de disco se caracterizan por una especie de serpentinas que se alejan en espiral desde su centro, lo que hace que se les aplique el nombre de galaxias espirales. Es fácil estudiar las pautas que siguen los llamados “brazos espirales”, porque las galaxias se encuentran relativamente cerca unas de otras, si comparamos estas distancias con sus tamaños.

Andrómeda, la galaxia espiral más cercana comparable a la Vía Láctea, se encuentra con respecto a nosotros a una distancia de poco más de dos millones de años luz; parece una gran distancia, pero la galaxia de Andrómeda es tan grande (un poco mayor que la Vía Láctea) que, incluso a esa distancia, vista desde la Tierra cubre un trozo de cielo del tamaño de la Luna, y puede observarse a simple vista en una noche despejada y sin luz lunar, si nos situamos lejos de las ciudades y de otras fuentes de emisión de luz.

Los brazos espirales, que son una característica tan llamativa en galaxias como la nuestra, son visibles porque están bordeados por estrellas calientes de gran masa que relucen con mucho brillo. Esto significa que también son estrellas jóvenes, ya que no hay estrellas viejas que tengan gran cantidad de masa.

No hay misterio alguno en cuanto al modo en que mantienen esa forma espiral. Se debe exclusivamente a un fenómeno de retroalimentación. c Las nubes gigantescas a partir de las cuales se forman las estrellas pueden contener hasta un millón de veces la masa del Sol cuando empieza a contraerse gravitatoriamente para formar estrellas. Cada nube que se contrae produce, no una sola estrella de gran tamaño, sino todo un conglomerado de estrellas, así como muchas estrellas menores. Cuando las estrellas brillantes emiten luz, la energía de esta luz estelar (especialmente en la parte ultravioleta del espectro) forma una burbuja dentro de la nube, y tiende a frenar la formación de más estrellas. Sin embargo, una vez que las estrellas de gran masa han recorrido sus ciclos vitales y han explotado, sembrando además el material interestelar con elementos de distintos tipos, la onda expansiva ejerce presión sobre las nubes interestelares cercanas y hace que éstas comiencen a contraerse.

Las ondas procedentes de distintas supernovas, al entrecruzarse unas con otras, actúan mutuamente para barrer el material interestelar y formar nuevas nubes de gas y polvo que se contraen produciendo más estrellas y supernovas, en un ejemplo clásico de interacción que se mantiene por sí sola en la que intervienen una absorción de energía (procedentes de las supernovas) y una retroalimentación.

Si la nube es demasiado densa, su parte interna se contraerá gravitatoriamente de manera rápida, formando unas pocas estrellas grandes que recorren sus ciclos vitales rápidamente y revientan la nube en pedazos antes de que puedan formarse muchas estrellas. Esto significa que la generación siguiente de estrellas nace de una nube más delgada, porque ha habido pocas supernovas que barrieran material formando pedazos densos. Si la nube es tan delgada que su densidad queda por debajo de la densidad óptima, nacerán muchas estrellas, y habrá gran cantidad de explosiones supernovas, lo cual producirá gran número de ondas de choque que barrerán el material interestelar, acumulándolo en nubes más densas.

De esta manera, por ambas partes, las retroalimentaciones operan para mantener un equilibrio aproximadamente constante entre la densidad de las nubes y el número de supernovas (y estrellas de tipo Sol) que se producen en cada generación. La propia pauta espiral resulta del hecho de que la galaxia realiza movimiento de rotación y está sometida al tirón gravitatorio que crea la fuerza de marea proveniente de esa materia no luminosa.

Claro que, la materia interestelar es variada. Existen nubes de gas y polvo fríos, que son ricas en interesantes moléculas y se llaman nubes moleculares gigantes; a partir de estas nubes se forman nuevas estrellas (y planetas). Hay nubes de lo que consideraríamos gas “normal”, formadas por átomos y moléculas de sustancias tales como el hidrógeno, y quizá tan caliente como una habitación cerrada durante toda la noche y con la temperatura de dos cuerpos dormidos y emitiendo calor. Además, hay regiones que se han calentado hasta temperaturas extremas mediante la energía procedente de explosiones estelares, de tal modo que los electrones han sido arrancados de sus átomos para formar un plasma cargado de electricidad.

También existe una amplia variedad de densidades dentro del medio interestelar. En la modalidad más ligera, la materia que está entre las estrellas es tan escasa que sólo hay un átomo por cada mil centímetros cúbicos de espacio: en la modalidad más densa, las nubes que están a punto de producir nuevas estrellas y nuevos planetas contienen un millón de átomos por centímetro cúbico. Sin embargo, esto es algo muy diluido si se compara con el aire que respiramos, donde cada centímetro cúbico contiene más de diez trillones de moléculas, pero incluso una diferencia de mil millones de veces  en densidad sigue siendo un contraste espectacular.

La cuestión es que, unos pocos investigadores destacaron allá por 1.990 en que todos estos aspectos –composición, temperatura y densidad- en el medio interestelar dista mucho de ser uniforme. Por decirlo de otra manera más firme, no está en equilibrio, y parece que lo que lo mantiene lejos del equilibrio son unos pocos de procesos asociados con la generación de las pautas espirales.

Esto significa que la Vía Láctea (como otras galaxias espirales) es una zona de reducción de la entropía. Es un sistema auto-organizador al que mantienen lejos del equilibrio, por una parte, un flujo de energía que atraviesa el sistema y, por otra, como ya se va viendo, la retroalimentación. En este sentido, nuestra Galaxia supera el test de Lovelock para la vida, y además prestigiosos astrofísicos han argumentado que las galaxias deben ser consideradas como sistemas vivos.

Creo que llevan toda la razón.

emilio silvera

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Desde la propugnación de Einstein de la existencia de agujeros negros en la teoría de la relatividad general, físicos teóricos han propuesto distintos modelos de estructuras para varios tipo de ellos. Estos tipos varían según la información que el agujero negro retenga de los entes cósmicos que generaron su origen o de las propiedades de su anterior vida como masiva estrella.

El Modelo Kerr de agujero negro, simplificado con el objetivo de intentar lograr una mejor comprensión. En rotación alrededor del eje de rotación del agujero negro, cada región afecta a la materia y a la luz de forma diferente. La esfera fotónica exterior, por ejemplo, es un área donde la luz se ve arrastrada a una órbita inestable. La ergoesfera ofrece una última oportunidad para el escape de aquellos objetos que se muevan a velocidades muy próximas a la de la luz. Cualquier cosa que atraviesa el horizonte de sucesos, sin embargo, cae irremediablemente hacia la singularidad en la forma de un disco.

Por definición todos los agujeros negros tienen la misma estructura básica, o sea, sin excepciones poseen masa; sin embargo, teóricamente se conciben diferentes tipos de agujeros. En su forma más simple, conocida como agujero negro de Schwarzschild ( en honor al astrónomo alemán Karl Schwarzschild), la masa es la única propiedad de dicho objeto, y toda ella se encuentra concentrada en un único punto de densidad infinita denominado singularidad. Pero para un agujero negro de origen estelar, de las características que distinguen a una estrella -masa, luminosidad, color, composición química, rotación y carga eléctrica- aparte de la masa, éstos retienen las propiedades de rotación y carga eléctrica. Para otros agujeros negros con distinto origen se han desarrollado otros modelos de estructura con distintas combinaciones de las tres propiedades. Una definición simple y general para describir la estructura de un agujero negro es aquella a la cual se le asignan tres propiedades: masa, momento angular y carga eléctrica.

Debido a la manera en la que los agujeros negros se forman, en el universo real uno de estos objetos con carga eléctrica neta es un fenómeno bastante improbable, ya que masas muy masivas con un exceso de carga positiva o negativa, rápidamente se neutralizaría con la atracción de la carga opuesta. La forma de la materia en un agujero negro no se conoce, en parte porque está oculta para el observador externo, y en parte porque, en teoría, la materia continuaría su proceso colapsante hasta llegar a tener un radio cero, un punto en que matemáticamente se le conoce como «singularidad de densidad infinita», algo con lo que no tenemos experiencia aquí en la Tierra.

Roy Kerr, neozelandés, científico de la Universidad de Texas, quién, en 1963, halló una solución matemática exacta a la ecuación de Einstein que describía un agujero negro en rotación. Este notable hallazgo trascendía la anterior solución de Schwarzschild de la que ya hemos hablado alguna vez, que describía sólo masas que no se hallaban en estado de rotación. Los trabajos matemáticos de Kerr pudieron demostrar que era imposible que escapara energía de un agujero negro en rotación. Al salir energía, la rotación disminuye. Se trata de un agujero negro que tiene tanta masa como rotación. La física que se deriva del movimiento de rotación del agujero alrededor de un eje, da lugar a una singularidad que no se concentra en un punto como en el modelo de Schwarzschild, sino que toma la forma de un anillo. Además, en su movimiento de rotación, el agujero negro arrastra el espacio-tiempo consigo, en un fenómeno conocido como arrastre del sistema de referencia. Las regiones que rodean a esta singularidad anular se dividen en dominios de diferentes características. Las regiones más externas, conocidas como las esferas fotónicas e interiores, son zonas donde la luz, incidiendo con el ángulo adecuado, pasa a describir una órbita en torno al agujero negro. En la región denominada ergoesfera, cuya frontera exterior recibe el nombre de límite estático, ningún objeto puede permanecer en reposo ya que, tal como dicta el fenómeno del arrastre del sistema de referencia, el propio espacio-tiempo se encuentra en movimiento entorno a la singularidad. En el interior de la ergoesfera es todavía posible, al menos teóricamente, escapar de la atracción gravitatoria del agujero negro, pero una vez que un objeto atraviesa la frontera que delimita el horizonte de sucesos, toda posibilidad de evasión queda coartada, incluso el escape de la luz.

Los agujeros negros surgen en forma natural de las teorías físicas con las cuales se está trabajando en la actualidad. Ya hemos señalado que los agujeros negros tienen masa y que esta se encuentra afectada para generar una poderosa fuerza gravitatoria. Esta fuerza gravitacional, por su intensidad, debería afectar a los objetos cercanos. Los astrofísicos teóricos elaboran modelos para estimar cuál sería el comportamiento estructural de un agujero negro cuando este se encuentra inserto dentro de la mecánica de un sistema binario, o sea, acompañado por una estrella. Existen evidencias observacionales conseguidas a través de detecciones de emisiones de rayos X, cuyas características no se encuentran amparadas dentro de series tipificadas como comunes. Se han localizado ya más de un millar de fuentes emisoras de rayos X en el cielo. Proporcionan claves transcendentales sobre la naturaleza del universo.

Muchas de estas fuentes de rayos X son púlsares, fáciles de identificar por la regularidad que muestran en sus pulsaciones generadas por la rotación de la estrella de neutrones. Se ha determinado la posición de cerca de una docena de estos púlsares de rayos X con tanta precisión que los astrónomos ópticos pueden dirigir sus telescopios al punto indicado e identificar a la compañera visible. Los astrónomos a veces detectan que la intensidad de los rayos X y de las radioondas que emiten estos púlsares se incrementan en un factor superior a mil. Se cree que cuando ello ocurre se debe a que el «punto caliente» de la estrella de neutrones (su polo magnético sur o norte, donde cae más abundantemente la materia en el interior de la estrella) se encuentra orientado hacia la Tierra y recibimos el impacto directo del haz de rayos X y de radio-ondas.

Cualquier cosa que traspase las fronteras del horizonte de sucesos está condenada a ser aplastada y absorbida hacia las profundidades por los efectos de la inmensa fuerza gravitatoria de un agujero negro. Ni la luz visible o los rayos X o cualquier otra forma de radiación electromagnética en forma de partículas puede eludir el destino de ser atrapada por la inconmensurable fuerza gravitatoria que actúa en esa área del agujero.

Gases y partículas que se encuentran arremolinadas cerca de un agujero negro se aceleran y forman un aplanado disco. Rozaduras ocasionadas por colisiones entre las partículas hace que se calienten a temperaturas extremas. Antes que las partículas traspasen la frontera del horizonte de sucesos, su temperatura alcanza cientos de millones de grados, produciéndose violentas emisiones de rayos X.

Hay otras fuentes de rayos X que no se ajustan a tipificaciones claras. Ello ocurre en sistemas binarios cuando una de las compañeras es una estrella enana blanca, de neutrones o un agujero negro. El objeto más denso que órbita cerca de una estrella compañera común, absorbe materia de esta última y, como consecuencia de ello, hay violentas emisiones de rayos X. Según algunos modelos teóricos, que se manejan para explicar esas emisiones de rayos X, contemplan a un agujero negro cuya fuerza gravitacional que se debe dar en sus cercanías debería ser muy intensa, y podría tener efectos notables en su entorno. El agujero negro debería arrancar material desde la estrella compañera el cual sería alojado alrededor del agujero formando un «disco de acreción» similar al disco de anillos que rodea al planeta Saturno. Al ser atraído el material de acreción hacia las “fauces” del agujero negro, éste se tendería a aplastar y a calentarse a temperaturas altísimas y, cuando se va colando por la garganta del agujero, emitiría violentísimas emisiones de rayos X. El primer ejemplo de la posible existencia de un agujero negro fue descubierto precisamente por ese efecto gravitatorio en una estrella acompañante.

A la fecha, los teóricos han seguido profundizando en el estudio de los agujeros negros. Gran parte de esos trabajos los inspira Stephen Hawking, un brillante físico inglés de la Universidad de Cambridge. Se puede decir que una gran parte de su talento, Hawking lo ha destinado a la investigación de los agujeros negros. Él, e independientemente Jacob Bekenstein, físico teórico israelí, descubrieron una sorprendente relación entre los agujeros negros y la entropía, o sea, una relación de una propiedad termodinámica con una consecuencia de la teoría de la gravitación.

Para encontrarle el sentido a la relación que hemos enunciado, podemos explicarlo señalando que la entropía está referida como una medida del desorden de los sistemas físicos. Los sistemas ordenados, como el cristal con sus átomos claramente dispuestos, tienen poca o casi nada de entropía, mientras que los muy desordenados como los gases, en que los átomos se desplazan en forma indisciplinada y aleatoria de una lado para otro, tienen bastante. Según la segunda ley de la termodinámica, la entropía de un sistema físico cerrado no decrece : las cosas pueden pasar a estar más desordenadas, pero jamás menos. Una consecuencia de lo anterior es que la información sobre la estructura detallada de un sistema físico tiende siempre a dañarse; de hecho, la pérdida de tal información (adecuadamente definida) en un sistema físico es exactamente proporcional al incremento de su entropía. De lo anterior se deduce el encuentro para la relación entre agujeros negros y entropía.

Ahora bien, para comprender la relación entre agujero negro y entropía podemos señalar que se ha logrado estimar que todo lo que cae en las “fauces” de un agujero negro se pierde para siempre, no existen formas para que un observador situado en los entornos del agujero pueda recuperar algo de los que cae dentro de él. La información, en particular, se perderá hasta la eternidad al caer los objetos físicos en el agujero negro y su pérdida incrementa la entropía del agujero.

Hawking y Bekenstein demostraron que la entropía en un agujero negro era proporcional al área de su horizonte de sucesos. Lo anterior implica entonces que, de acuerdo a la segunda ley de la termodinámica que nos indica que la entropía sólo se incrementa o se mantiene constante, los agujeros negros estarían aumentando permanentemente la extensión de su superficie y, en consecuencia, ser cada vez mayores, sin que existan medios para librarse de la presencia de ellos. Pero esa conclusión no es exacta. Curiosamente, si un agujero negro carece de perturbaciones al final termina desvanecido por emisiones de radiación. Pero ¿cómo se puede entender ello?

Hawking (la ecuación de arriba es suya), estudiando la termodinámica de los agujeros negros, en sus cálculos llegó a la conclusión que la temperatura de estos agujeros era inversamente proporcional a su radio, considerando para ello el hecho de que todo objeto con temperatura ha de irradiar, tal como se observa en el carbón encendido que emite luz roja. Pero toda la estructura conceptual del agujero negro se sostiene en el hecho de que nada puede escapar de él, ni siquiera la radiación. Se plantea, pues, una paradoja: ¿Cómo podían irradiar los agujeros negros?

Hawking lo resolvió en 1974, descubriendo los medios por los cuales los agujeros negros irradian una cantidad precisa determinada por una temperatura directamente proporcional a su gravedad superficial e inversamente proporcional a su masa, o sea, igual como lo hacen cualquier objeto con un cuerpo cálido.

La síntesis de la argumentación dada por Hawking para sostener lo anterior puede describirse de la siguiente manera: Reafirma que toda la radiación situada dentro del horizonte de sucesos (la superficie del agujero) no puede escapar, no obstante lo que queda inmediatamente fuera del límite, sí puede hacerlo. Hawking señala que el potente campo gravitatorio que limita con la superficie del agujero puede crear espontáneamente una partícula y su correspondiente antipartícula. Las teorías del campo cuántico de las partículas elementales establecen precisamente asimiles procesos de creación que han sido reiteradamente comprobados en experimentos de laboratorio. Según Hawking, una partícula del par creado cae en el agujero negro (se pierde para siempre), mientras la otra escapa y puede aniquilarse con otra partícula en su fuga, convirtiéndose en radiación pura. A la radiación que fluye desde un agujero negro se le ha denominado «radiación de Hawking».

Desde que Hawking demostró matemáticamente de que los agujeros negros pueden efectuar emisiones térmicas ha sido confirmada por otros investigadores con distintos enfoques. Describimos aquí uno de los tantos modos que se usan para comprender esa emisión. La mecánica cuántica implica que el conjunto del espacio se halla ocupado por pares de partículas y antipartículas« virtuales» que se materializan constantemente en parejas, separándose e integrándose para aniquilarse entre sí. Se denominan virtuales a estas partículas porque, a diferencia de las «reales», no pueden ser observadas directamente mediante un detector de partículas. Sin embargo, se pueden medir sus efectos indirectos y su existencia ha quedado confirmada por un pequeño desplazamiento, el cual lo conocemos como «corrimiento de Lamb», que originan en el espectro luminoso de átomos de hidrógeno excitados. En presencia de un agujero negro, un miembro de un par de partículas virtuales puede caer en el agujero, dejando al otro miembro sin pareja con la que aniquilarse. La partícula o antipartícula abandonada puede caer en el agujero negro tras su pareja, pero también es posible que escape al infinito donde aparece como radiación emitida por el agujero negro.

Otro modo de examinar el proceso consiste en considerar al miembro de la pareja de partículas que cae en el agujero negro, que podría ser la antipartícula, como una partícula que en realidad retrocede en el tiempo. Así cabe observar la antipartícula que cae en el agujero negro como una partícula que emerge de éste pero retrocede en el tiempo. Cuando la partícula llega al punto en que se materializó originariamente el par partícula-antipartícula, es dispersada por el campo gravitatorio y en consecuencia avanza en el tiempo.

Es la mecánica cuántica la que al fin otorga la posibilidad que una partícula pueda escapar de la parte interior de las fauces de un agujero negro, lo que no permite las posibilidades que otorga la mecánica clásica, como ocurre también en situaciones que se dan en la física atómica y nuclear en que sólo las posibilidades de la mecánica cuántica permite a partículas saltar alguna barreras.

Finalmente, señalemos que la radiación que se calcula para grandes agujeros negros que pueden formarse desde estrellas colapsadas es prácticamente insignificante. Pero los mini agujeros negros deberían ser muy “calientes”, e irradian su masa rápidamente, en un espectacular estallido de radiación de Hawking. Mini agujeros negros que pudieron formarse cuando el Big Bang podrían estar ahora estallando por ahí, pero no ha sido posible lograr ubicarlos. Quizás hoy solamente existan agujeros negros grandes y super-masivos y los muy pequeños ya hayan desaparecido sin dejar huellas apreciables, salvo la posible emisión, desde lugares relativamente cercanos de donde se hallaba, de intensas radiaciones de rayos gamma con una energía de unos 100 millones de eV. Lo último se debe a que se estima que, a medida que un agujero negro emite partículas, va disminuyendo su masa y tamaño constantemente. Esto facilita el escape de más partículas y así la emisión proseguirá a un ritmo siempre creciente hasta que el agujero negro acabe por esfumarse. En el largo plazo, cada agujero negro que esté cohabitando en el universo se extinguirá de ese modo. Pero en lo que se refiere a agujeros negros medianos, el tiempo será desde luego muy largo: uno que tenga la masa del Sol durará aproximadamente unos 1066 años. Por otro lado, los agujeros negros supermasivos también terminarían desapareciendo debido a las mismas causales que se han descrito para los otros tamaños de agujeros, pero el tiempo de vida que podrían tener por lo menos para mí es, prácticamente, inconmensurable.

Texto extraído de Astrocosmo

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