Llamaradas en el Sol

“Recreación de una de estas llamaradas. Los investigadores sugieren que gracias a ellas se produjeron reacciones claves en la química del origen de la vida – NASA/Goddard Space Flight Center/Genna Duberstein2G.L.S.

Un estudio realizado por científicos de la NASA sugiere que fueron estas potentes tormentas solares las que consiguieron calentar el clima de la Tierra e iniciar las reacciones químicas clave en el origen de la vida.

Se podría decir que las estrellas también pasan por una difícil adolescencia. En el mundo de los astros, esta etapa de inmadurez se traduce en tener un «brillo» más dubitativo y menos intenso, pero también en sufrir furiosas erupciones de masa coronal, unas repentinas explosiones que resultan en la salida al espacio de gigantescos volúmenes de combustible estelar y que tienen la capacidad de arrasar planetas enteros o al menos de complicar mucho la meteorología espacial. Por suerte para los pequeños planetas, al menos las estrellas que se parecen al Sol tienden a estabilizarse con el paso del tiempo.”

¿Cómo sabemos las cosas que pensamos que sabemos? Sin duda alguna, lo pensamos porque se ha investigado, observado, estudiado y experimentado para saberlo y, a pesar de ello… ¡No es seguro que todo lo que creemos que sabemos sea cierto!

               Dentro del infinitesimal núcleo de los átomos suceden muchas cosas

La segunda imagen que arriba podéis ver:

“Un equipo internacional liderado por investigadores de la Universidad de Santiago de Compostela (USC) con la participación del Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-UV), ha conseguido sintetizar y estudiar núcleos atómicos que sólo se producen en las estrellas cuyas propiedades son claves para entender los procesos de formación de los elementos más pesados que el hierro en el Universo, lo que se conoce como ‘proceso r‘ de nucleosíntesis estelar. Los investigadores han conseguido sintetizar en el laboratorio de física nuclear GSI (Darmstadt, Alemania) 65 núcleos pesados ricos en neutrones que no se conocían con anterioridad, midiendo además la vida media de 12 de ellos. Los resultados, publicados en Physical Review Letters, indican que las vidas medias de estos núcleos son más cortas de lo previsto, lo cual muestra que el ‘proceso r’ de nucleosíntesis estelar es más rápido de lo que se creía. Esto afectaría a las predicciones que explican las abundancias de elementos pesados de la tabla periódica en el Universo.

En este experimento se aceleraron más de 40×1012 núcleos de plomo estable que se hacían incidir sobre una lámina de berilio para arrancarles algunos de los protones que constituyen estos núcleos, y de esa forma producir núcleos de elementos atómicos más ligeros pero con un mayor número de neutrones que sus correspondientes núcleos estables.”

¿A qué se refieren los científicos cuando dicen que ellos “conocen” lo que hay dentro del un átomo, por ejemplo, o lo que pasó en los tres primeros minutos de vida del Universo?

Tuvieron que pasar 200 millones de años para que aparecieran las primeras estrellas

Se refieren a que tienen lo que ellos denominan un modelo del átomo, o del universo temprano, o lo que sea en que ellos estén interesados, y que este modelo encaja con el resultado de sus experimentos, o sus observaciones del mundo. Este tipo de modelo científico no es una representación física de la cosa real, del mismo modo que un modelo de avión representa un avión de tamaño natural, sino que es una imagen mental que se describe mediante un grupo de ecuaciones matemáticas.

El aire que respiramos se compone de una mezcla de nitrógeno y oxígeno, el más importante para los seres vivos, pero también contiene gases nobles como el argón, neón, criptón o helio además de dióxido de carbono y vapor de agua.

Además, también está presente en el ambiente:

Los átomos y las moléculas que componen el aire que respiramos, por ejemplo, se pueden describir en términos de un modelo en el que imaginamos cada partícula como si fuera una pequeña esfera perfectamente elástica (una diminuta bola de billar), con todas las pequeñas esferas rebotando unas contra las otras y contra las paredes del recipiente.

Ésa es la imagen mental, pero es sólo la mitad del modelo; lo que lo hace un modelo científico es describir el modo como se mueven las esferas y rebotan unas contra otras mediante un grupo de leyes físicas, escritas en términos de ecuaciones matemáticas. En este caso, estas son esencialmente las leyes del movimiento descubiertas por Isaac Newton hacen más de 300 años.

Utilizando estas leyes matemáticas es posible predecir, por ejemplo, qué le pasará a la presión ejercida por un gas si se aplasta hasta la mitad de su volumen inicial. Si hacemos el experimento, el resultado que se obtiene encaja con la predicción del Modelo (en este caso la presión se doblará), lo que lo convierte en un buen modelo.

Naturalmente, no deberíamos sorprendernos de que el modelo estándar de un gas que lo describe en términos de pequeñas bolas que rebotan unas contra otras de acuerdo con las leyes de Newton haga esta predicción en concreto correcta, porque los experimentos fueron hechos primero, y el modelo fue diseñado o construido, para hacer encajar los resultados de esos experimentos.

El siguiente paso en el proceso científico es utilizar el modelo que se ha desarrollado desde las medidas efectuadas en un grupo de experimentos para hacer predicciones (predicciones precisas, matemáticas) sobre lo que le pasará al mismo sistema cuando se hacen experimentos diferentes. Si el modelo hacer predicciones “correctas” bajo nuevas circunstancias, demuestra que es un buen modelo; si fracasa al hacer las predicciones correctas, no se puede descartas completamente, porque todavía nos dice algo útil sobre los primeros experimentos; pero en el mejor de los casos tiene una aplicabilidad limitada.

De hecho, todos los modelos científicos tienen aplicabilidad limitada. Ninguno de ellos es “la verdad”. El modelo de un átomo como una pequeña esfera perfectamente elástica funciona bien en cálculos de cambio de presión de un gas bajo circunstancias diferentes, pero si queremos describir el modo en que el átomo emite o absorbe luz, necesitamos un modelo de átomo que al menos tenga dos componentes,  un núcleo central diminuto (que se puede considerar él mismo como una pequeña esfera perfectamente elástica para determinados fines) rodeado por una nube de electrones.

                    Simulación del Paseo Espacial

“Un modelo científico es una representación abstracta, conceptual, gráfica o visual (ver, por ejemplo: mapa conceptual), física de fenómenos, sistemas o procesos a fin de analizar, describir, explicar, simular (en general, explorar, controlar y predecir) esos fenómenos o procesos. Un modelo permite determinar un resultado final a partir de unos datos de entrada. Se considera que la creación de un modelo es una parte esencial de toda actividad científica.

Ejemplo de un modelo científico. Un esquema de los procesos químicos y de transporte relacionados con la composición atmosféricas.”

Los modelos científicos son representaciones de la realidad, no la realidad en sí misma, y no importa lo bien que funcionen o lo precisas que sean sus predicciones bajo circunstancias apropiadas, siempre se considerarán aproximaciones y ayudas a la imaginación, más que la verdad absoluta. Cuando un científico afirma, por ejemplo, que el núcleo de un átomo está compuesto por partículas denominadas protones y neutrones (nucleones) lo que en realidad debería decir es que el núcleo de un átomo se comporta, bajo determinadas circunstancias, como si estuviera formado de protones y neutrones. Los mejores científicos toman el “como si” como se lee, pero entienden que sus modelos son, efectivamente, sólo modelos; científicos menores a menudo olvidan esta diferencia crucial.

Los científicos menos y muchos no-científicos, tienen otra idea equivocada. A menudo piensan que el papel de los científicos hoy en día es llevar a cabo experimentos que probarán la exactitud de un modelo con una precisión cada vez mayor –hacia posiciones con más y más decimales- ¡En absoluto! La razón para llevar a cabo experimentos que demuestren predicciones previas no comprobadas es descubrir (como decía Feynman) donde fallan los modelos.

Encontrar defectos en sus modelos es la esperanza abrigada por los mejores científicos, porque esos defectos –cosas que los modelos no pueden predecir o explicar en detalle- destacarán los lugares donde necesitamos una nueva comprensión, con modelos mejores, para progresar…

El arquetipo ejemplo de esto es la Gravedad. La ley de la gravedad de Newton se consideró la pieza clave de la física durante más de doscientos años, desde la década de 1680 hasta comienzos del siglo XX. Pero había unas pocas, aparentemente insignificantes, cosas que el modelo newtoniano no podía explicar (o predecir), referente a la órbita del planeta Mercurio y al modo como la luz se curva cuando pasa cerca del Sol.

El modelo de la Gravedad  de Einstein, basado en su teoría general de la relatividad, explica lo mismo que el modelo de Newton, pero también explica los detalles sutiles de órbitas planetarias y curvatura de la luz. En ese sentido, es un modelo mejor y más completo que el anterior, y hace predicciones correctas (en particular, sobre el Universo en general) que el viejo modelo no hace. Pero el modelo de Newton todavía es todo lo que se necesita si se está calculando el vuelo de una sonda espacial desde la Tierra hasta la Luna. Se podrían hacer los mismos cálculos empleando la relatividad general, pero sería más tedioso por su complejidad y daría la misma respuesta, así que, en muchos casos donde no existe la complejidad, se utiliza el modelo más sencillo de Newton.

Así que, amigos, los modelos (todos los modelos) han sido y serán buenos en su momento y, también, como ocurrió con el de la Gravedad, vendrán otros nuevos que los superarán y servirán mejor y de manera más profunda en el conocimiento de las cosas que traten, llegando así un poco más lejos en nuestros conocimientos sobre la Naturaleza, ya que, a medida que observamos el Universo, nuestras mentes se abren al saber del mundo que nos rodea y cada vez, podemos comprender mejor lo que realmente ocurre en él.

          No siempre sabemos lo que estamos viendo, tampoco calificar los fenómenos observados

Nuestras percepciones del Universo son, la mayoría de las veces, equivocadas, y nos formamos una idea de lo que allí está o de lo que allí ocurre que, en la realidad, es otra muy diferente. Y, eso, es así debido a que nuestros conocimientos son muy limitados sobre las cosas, y, está aconsejado por ideas preconcebidas que, muchas veces, entorpece la comprensión de esa realidad que incansables buscamos.

Cuando se consiguen describir de manera exitosa las cosas que ocurren en la Naturaleza, como es el caso de la Relatividad, tanto especial como General, a los físicos, les encanta definirlos como “modelo estándar”. El modelo de los gases de las bolas de billar (que también es conocido como teoría cinética, ya que trata de partículas en movimiento) es un modelo estándar. Pero cuando los físicos hablan de “el modelo estándar”, se están refiriendo a uno de los grandes triunfos de la ciencia del siglo XX.

Así ocurre con los modelos que describen la Mecánica Cuántica y la Relatividad, son Modelos Hitos en la Historia de la Ciencia de la Humanidad. Ambos modelos han sido explicado aquí, en mis comentarios muchas veces y, además, no es este el motivo del presente trabajo que, se circunscribe a explicar lo que es un modelo científico y como funciona, al mismo tiempo de cómo se valora su validez que, en realidad, nunca será definitiva, que es lo que ocurre con nuestros conocimientos.

La Naturaleza, hasta en sus cosas más sencillas… ¡Es maravillosa!

Así que, dicho todo lo anterior, podemos llegar a una conclusión que estaría bien y nos acercaría a la realidad: Lo que sabemos es lo que creemos saber del mundo que nos rodea, y, no es, de ninguna manera, lo que deberíamos saber si nos estamos refiriendo a la realidad de lo que es el Universo y de lo que su Naturaleza finalmente significa y nos quiere decir, para llegar a ese final de comprensión, se necesitarán muchos modelos que se irán desechando por otros que vendrán, y, de esa manera, la Humanidad se acercará a esa realidad que tanto persigue.

Y además…

 Podemos detectar la colisión de dos estrellas de neutrones

“Imágenes de rayos X y ópticas de XT2. Estas imágenes muestran la ubicación de un evento, descubierto por Chandra, que probablemente señala la fusión de dos estrellas de neutrones. A diferencia de otras fusiones de estrellas de neutrones, ésta no se observó como una explosión de rayos gamma. Se incluye un amplio campo de visión que muestra una imagen óptica del Hubble de una parte del campo Sur del Campo Profundo de Chandra, y un campo de visión más pequeño que muestra la imagen de Chandra enfocada solo en la fuente denominada XT2. Una brillante ráfaga de rayos X en XT2 podría brindar a los astrónomos una nueva perspectiva de cómo se construyen las estrellas de neutrones (objetos estelares densos empaquetados principalmente con neutrones). Crédito: Rayos X: NASA / CXC / Uni. de Ciencia y Tecnología de China / Y. Xue et al; Óptico: NASA / STScI.”

emilio silvera

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Glosario letras I – J

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AGUJEROS NEGROS GIGANTES

La idea de que Agujeros negros gigantes podían activar los cuásares y las radio-galaxias fue concebida por Edwin Salpeter y Yakov Borisovich Zel´dovich en 1964. Esta idea era una aplicación obvia del descubrimiento de dichos personajes de que las corrientes de gas, cayendo hacia un agujero negro, colisionarían y radiarían.

Una descripción más completa y realista de la caída de corriente de gas hacia un agujero negro fue imaginada en 1969 por Donald Lynden-Bell, un astrofísico británico en Cambridge. Él argumentó convincentemente, que tras la colisión de las corrientes de gas, estas se fundirían, y entonces las fuerzas centrífugas las harían moverse en espiral dando muchas vueltas en torno al agujero antes de caer dentro; y a medida que se movieran en espiral, formarían un objeto en forma de disco, muy parecidos a los anillos que rodean el planeta Saturno: Un disco de Acreción lo llamó Lynden-Bell puesto que el agujero está acreciendo (todos hemos visto la recreación de figuras de agujeros negros con su disco de acreción).

En Cygnus X-1, en el centro galáctico, tenemos un Agujero Negro modesto que, sin embargo, nos envía sus ondas electromagnéticas de rayos X. En el disco de acreción, las corrientes de gas adyacentes rozarán entre sí, y la intensa fricción de dicho roce calentará el disco a altas temperaturas.

En los años ochenta, los astrofísicos advirtieron que el objeto emisor de luz brillante en el centro de 3C273, el objeto de un tamaño de 1 mes-luz o menor, era probablemente el disco de acreción calentado por la fricción de Lynden-Bell.

Normalmente pensamos que la fricción es una pobre fuente de calor. Sin embargo, puesto que la energía gravitatoria es enorme, mucho mayor que la energía nuclear, la fricción puede realizar fácilmente la tarea de calentar el disco y hacer que brille con un brillo 100 veces mayor que la galaxia más luminosa.

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Estamos en la periferia, a 30.000 años luz del centro galáctico

Nuestra Vía Láctea tiene ya una edad de, aproximadamente, diez mil millones de años, y el Sol tarda unos 250 millones de años en describir una órbita completa alrededor del centro. Los procesos de intercambio de materia y energía entre nubes interestelares y estrellas pueden parecer lentos según la escala humana del Tiempo, pero sin embargo son rápidos según la escala de la propia galaxia.

Otro aspecto clave es que las estrellas tienen distinto tamaño – o, lo que es más importante, distintas masas -. Cuanto más grande es una estrella (cuanto más cantidad de masa tiene), mayor es su cantidad de reserva de combustible nuclear que ha de consumir (convirtiendo hidrógeno en helio, por ejemplo) por medio de la fusión nuclear con el fin de mantener su forma, resistiendo su propio peso que genera una fuerza de Gravedad que trata de aplastarla.

Diagrama Hertzsprung-Russell de pulsación. Las enanas M están localizadas en la parte inferior de la línea diagonal de secuencia principal, en color anaranjado-rojizo. Las ubicaciones de las diferentes clases de estrellas pulsantes están indicadas con elipses rayadas. Fuente: Lars Peter Rasmussen.

“Se suele pensar que las estrellas están allá arriba en el firmamento, inmóviles, quemando su combustible nuclear de forma confortable y silenciosa, pero la realidad que hemos descubierto a través de su observación es bastante diferente. Las estrellas “respiran”, se “contorsionan” y “retuercen” de diversas formas, alterando su radio y temperatura superficial, lo que produce cambios periódicos en su luminosidad y velocidad en su superficie, que detectamos con nuestros telescopios e instrumentos. Estos efectos se conocen con el nombre técnico de pulsaciones, u oscilaciones, y la técnica que intenta extraer toda la información posible de estas estrellas pulsantes se conoce como astro-sismología o, en el caso específico de nuestro Sol, helio-sismología. La nomenclatura responde a las técnicas utilizadas, análogas a las de la sismología terrestre, que extraen información de las ondas sísmicas propagándose en el interior de nuestro planeta para derivar la composición y estratificación de la Tierra. La astro-sismología analiza las frecuencias de oscilación de la luz procedente de las estrellas, que son la huella dactilar de la composición química y estructura del interior estelar, así como de otros parámetros físicos fundamentales, como su masa, densidad y edad.”

   Por Cristina Rodríguez López (IAA-CSIC)

    Curvas de luz de estrellas variables en el cúmulo de estrellas M1. Fuente: Lee Jae Woo et al.

Esto hace que la estrella sea muy brillante (secuencia principal), pero también que esté sometida a una combustión temprana. Aunque el Sol tiene una esperanza de vida de unos diez mil millones de años en esta fase estable (ya lleva aproximadamente la mitad), una estrella que tenga el doble de su masa sólo podrá mantenerse durante la cuarta parte de ese tiempo, y una estrella que tenga 30 veces la masa del Sol vivirá sólo unos diez millones de años, luciendo un brillo igual a 30.000 soles, pero consumiendo su combustible nuclear con una voracidad impresionante.

Llegado a ese punto, la estrella se colapsará hacia adentro, implosiona bajo la gravedad de su propio peso, ya que, roto el equilibrio que la mantenía estable entre esas dos fuerzas antagónicas de la fusión nuclear y la gravedad, finalizada la primera, la estrella quedará a merced de la segunda que, literalmente la aplastará y comprimirá liberando una enorme de energía gravitatoria, y, la estrella explotará convirtiéndose en una supernova.

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Merece la pena intentarlo. Acercar a todos el Universo no es una labor fácil. Sin embargo, esa es la empresa que se ha propuesto el Nodo español del Año Internacional de la Astronomía 2009, a cuyo frente está la Doctora en Astrofísica Montserrat Villar. La tarea es compleja y el despliegue de medios y personas descomunal. Pero se intentará. Muchas personas, como yo mismo, por amor al Universo y las materias y disciplinas que lo estudian, ponemos nuestro pequeño esfuerzo a disposición de tan ingente empresa y, entre todos, de seguro que se conseguirá.

               Las moléculas de la vida que se crean a partir de elementos creados en las estrellas

Veamos hoy otros aspectos del Universo que nos acoge y de las cosas que en él suceden para que la Humanidad pueda continuar su camino hacia el futuro lejano situado en las estrellas de donde un día, muy lejano en el pasado, fueron fabricados los elementos complejos que nos conforman.

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