La energía oscura reprime el crecimiento del universo

martes 16 de diciembre de 2008
La energía oscura reprime el crecimiento del universo
Tags: Cosmología, Energía y materia oscura

Tiempo estimado de lectura: 4 min. 34 seg.

Por primera vez, los astrónomos han visto claramente los efectos de la "energía oscura" en los cúmulos de galaxias, usando el observatorio Chandra.
Al rastrear cómo la energía oscura ha reprimido el crecimiento de los cúmulos y combinando con estudios previos, los científicos obtuvieron las mejores pistas hasta ahora sobre qué es la energía oscura y cuál podría ser el destino del universo.


El trabajo, que llevó años en completarse, es independiente a otros métodos de investigación de energía oscura, como las supernovas. Estos nuevos resultados proveen entonces una prueba crucial sobre esta misteriosa fuerza.

Los científicos piensan que la energía oscura es una forma de gravedad repulsiva que ahora domina el universo, aunque no saben realmente qué es. Se trata de uno de los mayores problemas actuales de la ciencia. Algunas posibilidades incluyen la constante cosmológica, que es equivalente a la energía del espacio vacío. Otras veces se sugiere una modificación a la relatividad general en grandes escalas.

Para decidir entre estas y otras opciones, es necesario contar con nuevas formas de buscar la energía oscura. Para eso observaron cómo la aceleración cósmica afecta el crecimiento de los cúmulos galácticos en el tiempo.

"Este resultado podría ser descrito como 'detenido el desarrollo del universo'", dice Alexey Vikhlinin del Observatorio Smithsonian, quien lideró la investigación. "Lo que sea que está forzando la aceleración del universo a ser más veloz, también está forzando la detención de su crecimiento".

Los resultados muestran que el incremento en masa de los cúmulos galácticos en el tiempo se alinea con un universo dominado por la energía oscura. Es más difícil para objetos como los cúmulos galácticos crecer cuando el espacio está estirado, como causa esta oscura energía. Vikhlinin y su equipo ven claramente este efecto en sus datos. Los resultados son consistentes con aquellos de mediciones de distancias, revelando que la relatividad general se aplica, como se esperaba, en grandes escalas.

"Por años, los científicos han querido empezar a testear cómo trabaja la gravedad en grandes escalas y ahora, hemos finalmente podido", indica William Forman, co-autor del estudio.

Una importante pregunta es: ¿podemos descartar la posibilidad de que el universo "observado" esté libre de energía oscura?
Para investigar esto, podríamos inventar un hipotético universo que tenga las mismas propiedades que el actual, pero sin energía oscura, y por lo tanto, sin aceleración de la expansión.
Sería un universo de baja densidad (sin energía oscura) representado por la línea azul del gráfico que se muestra a continuación.



Puede el comportamiento de este universo ser distinguible de el universo observado? En efecto, podríamos "mirar hacia atrás en el tiempo" a cúmulos distantes y detectar los efectos de la energía oscura?
La respuesta de Vikhlinin y otros en su estudio es un concluyente "sí". El actual observado universo acelerado se estaba expandiendo más lentamente en el pasado que un universo con la misma baja densidad actual pero sin energía oscura. Usando una analogía automovilística: si estás pasando a un auto que va lento y vos sabes que vas más rápido, significa que hace unos segundos, estabas detrás del auto lento. Una expansión más lenta significa mayor crecimiento en el pasado en un universo acelerado con energía oscura y eso es exactamente lo que surge de los datos.

Al combinar con otras pistas -supernovas, el estudio del fondo de radiación de microondas y la distribución de las galaxias, estos nuevos resultados dan a los científicos un mayor entendimiento de las propiedades de la energía oscura.

El estudio fortalece la evidencia de que esta clase de energía es la constante cosmológica. Aunque muchos piensan que es la explicación más probable, trabajos teóricos sugieren que debería ser 10 a la 120 veces mayor que lo observado. Es por eso que se están explorando alternativas a la relatividad general, como por ejemplo, hipótesis que involucran dimensiones escondidas.

Qué es la Constante cosmológica
Una constante es un valor que no varía y fue introducida por Albert Einstein en su teoría para lograr que el universo que las ecuaciones describían fuese estático. Ocurre que Einstein descubrió que su teoría predecía un universo en expansión. La idea era revolucionaria para la época, ya que se pensaba, todavía, que el universo debía ser estático. Por esta razón el físico alemán decidió agregar esta constante a su teoría para que coincidiese con el "zeitgeist" o visión de la época. Pero más tarde, finalmente se descubrió que el universo no era estático y que sí se expandía, con lo cual la constante fue descatada. Einstein llegó a declarar que la introducción de dicha constante fue el «peor error de su carrera».
A pesar de esto, recientemente se ha "resucitado" aquella constante ya que podría explicar las observaciones sobre que la expansión del universo se está acelerando, al contrario de lo que se pensaba: que el universo debía estar deteniendo lentamente su expansión y así, con el tiempo, dominara la gravedad.
El interés recobró interés ya que ciertas teorías (teorías cuánticas de campos) predicen una densidad de energía de vacío que se puede comportar, a todos los efectos, como una constante cosmológica.

"Poniendo todos estos datos juntos nos da la mayor evidencia a la fecha de que la energía oscura es la constante cosmológica, o, en otras palabras, que 'nada pesa algo'. Es necesario realizar más pruebas, pero hasta ahora, la teoría de Einstein se ve mejor que nunca", señala Vikhlinin.

Los resultados tienen consecuencias sobre cuál sería el destino del universo. Si la energía oscura es explicada por la constante cosmológica, la expansión del universo continuará acelerándose, y la Vía Láctea y su vecina galaxia Andrómeda, nunca se fusionarán con el cúmulo de Virgo. En ese caso, dentro de unos 100 mil millones de años, todas las galaxias desaparecerán de la vista de la Vía Láctea, y finalmente, se desintegraría el llamado Grupo Local.

El trabajo será publicado en dos documentos separados en la edición del 10 de febrero 2009 de The Astrophysical Journal.



La composición de imagen a la izquierda es del cúmulo de galaxias Abell 85, localizado a 740 millones de años luz de la Tierra. La emisión púrpura es gas muy caliente detectado por el Observatorio de rayos-X Chandra y los otros colores muestran galaxias en una imagen óptica del Sloan Digital Sky Survey. El cúmulo es uno de los 86 observados por Chandra para rastrear cómo la energía oscura ha ralentizado el crecimiento de estas masivas estructuras en los últimos 7 mil millones de años.
La ilustración a la derecha muestra imágenes de una simulación de Volker Springel, representando el crecimiento de la estructura cósmica cuando el Universo era todavía 0.9 mil millones, 3.2 mil millones y 13.7 mil millones de años de edad (ahora). Esto muestra cómo el universo ha evolucionado de un estado suave a uno conteniendo una vasta estructura.



Links relacionadosFuentes y links relacionados


* Dark Energy Found Stifling Growth in Universe

* Chandra: Dark Energy Found Stifling Growth in Universe

POSIBLE, QUE EL BIG BANG NO FUESE EL INICIO DEL TIEMPO Y EL ESPACIO

Boletín UNAM-DGCS-351

Ciudad Universitaria

Alejandro Corichi Rodríguez Gil

Pie de fotos al final del boletín

POSIBLE, QUE EL BIG BANG NO FUESE EL INICIO DEL TIEMPO Y EL ESPACIO

· Antes de ese fenómeno podrían haber existido otras fases del cosmos, revelan ecuaciones del experto de la Unidad Morelia del Instituto de Matemáticas de la UNAM, Alejandro Corichi Rodríguez Gil

· Se trataría del Big Bounce o “gran rebote”, un universo en contracción que en lugar de llegar a un colapso final o Big Crunch, brincó y comenzó a expandirse de nuevo

· Los resultados han sido dados a conocer en la revista Physical Review Letters, la de mayor prestigio en el área de la Física a escala mundial

· El estudio lo hizo en colaboración con el integrante del Instituto Perimeter de Física Teórica en Canadá, Parampreet Singh

La teoría del Big Bang sobre el origen del Universo podría cambiar radicalmente, pues resultados de estudios recientes del especialista de la Unidad Morelia del Instituto de Matemáticas de la UNAM, Alejandro Corichi Rodríguez Gil, sugieren que antes de esa "gran explosión" existieron otras fases del cosmos.

El universitario –en colaboración con el integrante del Instituto Perimeter de Física Teórica en Canadá, Parampreet Singh–, resolvió las ecuaciones que señalan que ese fenómeno podría no haber sido el inicio del tiempo y del espacio, sino que antes pudieron existir uno u otros ciclos.

Se trataría del Big Bounce o “gran rebote”, es decir, un universo en contracción que, en lugar de llegar a un colapso final o Big Crunch, brincó y comenzó a expandirse de nuevo. Los resultados han sido publicados en la revista Physical Review Letters, considerada la de mayor prestigio en Física del mundo.

Según la teoría de la Relatividad General, planteada por Albert Einstein en 1915, se vive en un universo dinámico y en expansión que se originó en un punto hace 14 mil millones de años, explicó el científico.

No obstante, refirió el doctor en Física Teórica por la Universidad Estatal de Pennsylvania, Estados Unidos, en ese sitio, diferentes parámetros físicos, como la temperatura, la densidad o la energía, “se fueron al infinito”. Si se hiciera un viaje hacia el pasado, a los inicios del cosmos, se vería cómo la temperatura creció y todo fue cada vez más denso hasta llegar a serlo indefinidamente.

En ese instante, argumentó, la Relatividad dejó de funcionar y, por ello, se requiere el desarrollo de una nueva teoría que resuelva esos infinitos y posibilite saber qué pasó: sería la gravedad cuántica, que trata de conjuntar la Relatividad General de Einstein y la teoría cuántica –que describe lo que pasa en los átomos y en su núcleo–. Una propuesta reciente es en específico, la Cosmología Cuántica de Lazos (LQC, por sus siglas en inglés).

Ésta última supone que el universo es homogéneo y que, para describirlo, basta con concentrarse en una porción suficientemente grande de él, al describir el estado actual del universo, que contenga millones y millones de galaxias, porque ese "fragmento cósmico" será parecido a cualquier otro del mismo tamaño pero en otro lugar, indicó.

La teoría también hace que las ecuaciones se simplifiquen tanto, que se pueden resolver de manera exacta. "Eso permitió avanzar y hacer preguntas que antes no se planteaban; por eso, este modelo da soluciones precisas, sin 'infinitos'", dijo Corichi.

La LQC se basa en la Gravedad Cuántica de Lazos (LQG), y se retoman algunos preceptos de la Relatividad General; en particular, el hecho de que el campo gravitatorio debe verse como una manifestación de la geometría del espacio-tiempo, puntualizó.

Así como la mecánica cuántica describe los átomos, la LQG especifica la geometría misma del espacio y del tiempo en la llamada "escala de Planck", cien mil billones de veces más pequeña que el núcleo atómico, refirió.

Si existiera un microscopio tan potente que permitiera ver esos pequeñísimos tamaños, no se observarían objetos con ancho, largo y profundidad, en tres dimensiones, sino de una sola dimensión o “lazos”, una especie de "espagueti". Si se hiciera un viaje al pasado, al origen del tiempo y del espacio, se podría acercarse a tales escalas.

Con estos trabajos, Corichi Rodríguez Gil y Parampreet Singh confirman la idea del Big Bounce, planteada hace dos años por científicos de la Universidad Estatal de Pennsylvania, quienes, sin embargo, no pudieron resolver de manera exacta lo que el investigador de la UNAM y su colega han logrado con las ecuaciones: demostrar que lo que pudo existir fue un "rebote cósmico".

Existen otras teorías referentes a un universo "cíclico", aclaró Corichi, es decir, que se expande, se contrae, rebota y se vuelve a ensanchar, como los modelos Ekpyroticos o de ‘pre-Big Bang’, cercanos a la teoría de cuerdas. Empero, no "curan" los infinitos, que siguen existiendo al momento del rebote. "La cosmología cuántica de lazos, tiene la gran virtud de que la evolución está perfectamente comportada en cualquier momento".

Los resultados establecen que no sólo existiría un Bounce, sino que antes del Big Bang el universo sería similar al actual, se comportaría igual y serían válidas las leyes físicas como se conocen, sería como un gemelo del actual, pero no idéntico. El trabajo de Corichi y Singh demuestra que, a través del rebote y después de éste, se preserva intacta la evolución.

Además, no choca con la sugerencia de que el cosmos está en expansión acelerada. "Se va a extender eternamente y cada vez más rápido, como algunos de los escenarios proponen. Entonces el universo es de segunda generación, primero pasó por una contracción, luego por el rebote y ahora se está acelerando y lo hará para siempre", expuso.

Con esa evolución será posible saber con exactitud qué pasó antes del Big Bang. Se “está en buenas posibilidades de incrementar el nivel de sofisticación de los modelos que se desarrollan para que pronto se tengan respuestas concretas”, sostuvo.

Mientras tanto, la reacción de la comunidad científica que trabaja en la gravedad cuántica de lazos, es positiva al artículo Quantum Bounce and Cosmic Recall en la publicación referida, aparecida en abril del presente año.

Pero los retos no paran. Ahora es necesario observar si la teoría de la gravitación cuántica puede definir lo ocurrido en el Big Bang, por ejemplo. "Los físicos y cosmólogos del mundo están pendientes de estos avances", finalizó Corichi.

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FOTO 01

Antes del Big Bang, podrían haber existido otras fases del cosmos, según se desprende de las ecuaciones realizadas por el experto de la UNAM, Alejandro Corichi Rodríguez Gil.

FOTO 02.

Los trabajos de los expertos del IM de la UNAM, Alejandro Corichi Rodríguez, y del Instituto Perimeter de Física Teórica en Canadá, Parampreet Singh, podrían cambiar las teorías del origen del universo.

Evidencia de lo observado

Nueva técnica para pesar la masa de los agujeros negros gigantes

Gracias al Chandra, han pesado el que ocupa el centro de la Galaxia NGC 4649.



Los astrofísicos disponen ahora de una nueva técnica para medir la masa de los agujeros negros supermasivos inactivos en la cercanía de nuestro cúmulo de galaxias. Gracias al satélite Chandra, han pesado el que ocupa el centro de la Galaxia NGC 4649.

Hace más de 40 años, los agujeros negros fueron considerados por la mayoría de los astrofísicos y de los físicos teóricos como objetos casi metafísicos. En aquella época, a menos que se formara parte de uno de los tres grupos que trabajaban en la astrofísica y la cosmología relativista, y de ser un protegido de John Wheeler, Yakov Zeldovitch y Denis Sciama, no era bueno para la carrera de un joven investigador embarcarse en trabajos sobre objetos tan esotéricos, en el límite de las consecuencias de las ecuaciones de Einstein.

En la actualidad, los agujeros negros están por todas partes y posiblemente incluso también a nivel de las partículas elementales. Su existencia está muy bien establecida al nivel del centro de las galaxias donde constituyen la única explicación razonable a las observaciones concernientes a los núcleos activos de las galaxias, por ejemplo los famosos cuásares. ¡Hasta nuestra propia Galaxia posee uno.!

Esta imagen artística representa un agujero negro supermasivo en el centro de una galaxia.© Nasa/NRAO (pulsar sobre la imagen para ampliarla)

En cambio, como la mayoría de los agujeros negros galácticos de algunos miles de millones de años solamente, éste es mucho menos activo de lo que debió serlo al principio de su historia, cuando los cuásares fueron abundantes y alimentados por gas fresco proveniente de las frecuentes colisiones galácticas.

La técnica principal de que disponían hasta ahora los astrónomos para pesar los agujeros negros supermasivos en el corazón de las galaxias, e incluso simplemente para detectarlos y demostrar su existencia, era medir las velocidades de las estrellas en órbita alrededor de ellos. La técnica se imponía por otra parte, para los agujeros negros galácticos actuales, mucho menos activos que en el pasado y quienes, por consiguiente, no irradian mucho más.

Una radiación cuyo perfil de temperatura depende de la masa central.

Hace aproximadamente diez años, los astrofísicos Fabrizio Brighenti, de la Universidad de Bolonia (Italia) y William Mathews, de la Universidad de Santa Cruz (California) hicieron una notable predicción. El medio interestelar en ciertas galaxias es rico en gas. Cuando éste es muy caliente y tiene equilibrio hidrostático* dentro de una vasta región alrededor de un agujero negro, irradia en el espectro de los rayos X. La intensidad producida no es espectacular pero es lo bastante elevada para que un satélite como el Chandra pueda poner fácilmente en evidencia tal zona de algunos miles de años luz de diámetro alrededor del agujero negro central.

Imagen compuesta a partir de los datos del Chandra en rayos X (en morado) y del Hubble (azul) de la galaxia elíptica gigante NGC 4649, situada a 51 millones de años luz. En el centro, el pico en rayos X que indica el agujero negro central.© NASA (pulsar sobre la imagen para ampliarla)

Entonces, según el cálculo de los astrofísicos, el perfil de temperatura del gas alrededor de este último debería mostrar un pico fácilmente observable, en función de la masa del agujero negro. Es lo que un equipo de astrónomos dirigido por Philip Humphrey de la Universidad de California, en Irvine, acaba de descubrir en la galaxia NGC 4649. La masa determinada es enorme ya que se trata de al menos 3 400 millones de masas solares, uno de los valores más grandes conocidos. Este valor está de acuerdo con las estimaciones obtenidas con la ayuda de las mediciones de las velocidades de las estrellas alrededor del agujero negro central de NGC 4649.

Los astrónomos están seguros que disponen no sólo de una nueva técnica para determinar la masa de los agujeros negros galácticos, lo que consolida los estudios hechos al respecto, si no también de un nuevo sistema para detectar estos agujeros negros cuando se agazapan discretamente en el corazón de las galaxias.


Para saber más.

El equilibrio hidrostático se produce en un fluido en el que las fuerzas del gradiente vertical de presión y la gravedad están en equilibrio. En un fluido hidrostático no hay aceleración vertical neta.

El equilibrio hidrostático explica por qué la atmósfera terrestre no se colapsa sobre una fina capa en la superficie por efecto de la gravedad, o cómo los neumáticos de un coche o de una bicicleta pueden soportar el peso del vehículo gracias a la presión del gas en el interior.

En el caso de una estrella, existe un equilibrio entre la fuerza de gravedad que actúa atrayendo el gas estelar hacia el centro y comprimiéndolo, y la variación radial de presión que actúa en sentido contrario intentando expandir el sistema. En condiciones normales la estrella está en equilibrio y adopta una forma esférica estable. En una estrella la presión tiene dos partes, una hidrostática y otra producida por la presión de radiación. La presión que sostiene a las estrellas es fruto de la liberación de energía en el centro de estas por medio de reacciones de fusión nuclear.



Crédito de las imágenes: NASA. Nasa/NRAO.

Agradecimientos: Wikipedia.



Traducido para Astroseti.org por Xavier Civit




Un Universo por descubrir

Filtros polarizados para estudiar cuasares

Filtros polarizados para estudiar cuasares

Tiempo estimado de lectura: 2 min. 10 seg.

Por primera vez, un equipo internacional de investigadores encontró una forma de ver discos de acreción alrededor de agujeros negros.
Un agujero negro y su brillante disco de acreción forman un cuásar, la poderosa fuente de luz en el centro de algunas galaxias. Usando un filtro polarizado, el equipo aisló la luz emitida por el disco de acreción de la luz producida por otra materia en la vecindad del agujero negro.


De acuerdo a Robert Antonucci, el proceso físico que los astrónomos encuentran más atractiva para explicar la fuente de energía de los cuásares involucra materia cayendo hacia un agujero negro supermasivo, espiralando en un disco al acercarse al horizonte de eventos, la superficie que marca el límite de los agujeros negros. En el proceso, la fricción causa que la materia se caliente y produzca luz en todas las longitudes de onda del espectro, incluyendo infrarroja, visible y ultravioleta. Finalmente, la materia cae al agujero negro, aumentando la masa de éste.

"Si es cierto, podemos predecir de las leyes de la física cómo debería ser el espectro electromagnético de un cuásar", dice Antonucci. Pero probar esta predicción ha sido imposible hasta ahora porque los astrónomos no han sido capaces de distinguir entre la luz emanada del disco de acreción y las nubes de gas ionizado en el área del agujero negro.

Al agregar un filtro polarizado al Telescopio Infrarrojo del Reino Unido (UKIRT) en Mauna Kea, Hawaii, el equipo liderado por Makoto Kishimoto, astrónomo del Instituto Max-Plank en Alemania pudo eliminar la luz indeseada y medir el espectro del disco de acreción. Al hacerlo, demostraron que el espectro concuerda con lo previamente predicho. Los investigadores usaron además los datos recogidos del analizador de polarización del Very Large Telescope en Chile.


El esquema muestra cómo funciona la observación de polarización. El objeto arriba a la izquierda es uno de los cuásares observados. Se piensa que la luz se origina de un disco de acreción alrededor de un agujero negro con una fuerte contaminación de nubes de gas y polvo, como se muestra en el panel superior derecho. Al poner un filtro de polarización, estas nubes se suprimen de la vista, ya que su luz no está polarizada, permitiendo observar sólo la luz que sí lo está.

Lo que hace posible que el filtro funcione es que la luz directa no está polarizada - es decir, que no tiene preferencia en cuanto a alineamiento direccional de su campo eléctrico. El disco de acreción emana luz directa, así como las partículas de polvo y el gas ionizado. Sin embargo, una pequeña cantidad de luz del disco de acreción, que es la luz que los investigadores quieren estudiar, refleja el gas localizado muy cerca del agujero negro. Esta luz está polarizada.

Esto es posible gracias al instrumento IRPOL (polarímetro infrarrojo) construido por la Universidad Hertfordshire, en el UKIRT.

"Estudiar el espectro de un objeto como un cuásar provee a los astrónomos con una increíble cantidad de información valiosa acerca de sus propiedades y procesos. Nuestro entendimiento de los procesos físicos en el disco es todavía pobre, pero ahora al menos estamos confiados en el panorama general", añadió Antonucci.

El hallazgo es publicado en la edición del 24 de julio de Nature.

Buscando problemas

11 de Marzo de 2008 Distinción internacional para un investigador de Exactas

Buscando problemas

Daniel de Florián, último ganador del premio Giambiagi, fue invitado por la American Physical Society para participar de un acontecimiento que convoca a un selecto grupo de físicos de todo el mundo. En una charla con el Cable, el estudioso de las partículas elementales revela sus inquietudes acerca del esperado descubrimiento del mítico bosón de Higgs.

Por Gabriel Stekolschik Una austríaca, un israelí y el argentino Daniel de Florián son los tres físicos invitados este año por la American Physical Society para dar una conferencia en el marco de la denominada The Beller Lectureship, un evento instituido por esa Sociedad para promover la participación de científicos extranjeros en las reuniones que efectúa anualmente. Nominado por la División de Física Nuclear de esa institución, el científico de la Facultad es el elegido para el acontecimiento, que se desarrollará durante el próximo mes de abril en la ciudad de Saint Louis, en los Estados Unidos. Dedicado a la física teórica, una de sus líneas de trabajo es la búsqueda del bosón de Higgs, una partícula cuya existencia se postula con el fin de que pueda “cerrar” el actual modelo estándar de la física de partículas: “El problema es que la teoría tiene ciertos problemas para explicar por qué las partículas tienen masa. Ahí entra en juego el bosón de Higgs, que sería algo así como una partícula que se acopla e interactúa con todas las demás, y a partir de esa interacción les genera su masa. Sin su presencia no tenemos una forma de entender cómo es que partículas como el electrón o los quarks poseen masa”, explica. “Es la partícula más buscada desde hace 20 ó 30 años”, afirma. Para confirmar esa predicción teórica, la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) está finalizando la construcción del acelerador de partículas más grande del mundo, el Large Hadron Collider (LHC). - ¿Existe el bosón de Higgs? - Tenemos buenas razones desde el punto de vista teórico par pensar que existe. Y la confirmación o no de su existencia se va a producir a partir de que empiece a funcionar el LHC a finales de este año, en el lapso de unos cuatro o cinco años. - ¿Anticipás que en cuatro o cinco años lo encuentran? - O se encuentra, o se va a poder decir que no existe. No hay ninguna posibilidad de ambigüedad una vez que esto esté funcionando. - ¿Que sucedería si no lo encuentran? - Digamos que si lo único nuevo que se encuentra es el bosón de Higgs estaríamos en un problema. Porque nuestro experimento estaría en perfecto acuerdo con la teoría, y eso es una cosa fea a esta altura, porque sabemos que la teoría actual no es definitiva, que tiene que haber algo superador. - No quieren encontrar lo que están buscando... - Queremos encontrar lo que estamos buscando, y encontrar más cosas. Eso sería interesante. O no encontrar ninguna. Pero lo peor que podría pasar es que encontremos solo el bosón de Higgs. Porque sabemos que tiene que haber más cosas, y si no aparecen, eso estaría indicando que esas otras cosas estarían en energías más distantes de las que podemos alcanzar hoy en día, lo que significaría que, por muchas décadas, no seríamos capaces de realizar experimentos que tengan resultados nuevos. Entonces, hay expectativas de observar más cosas además del Higgs, lo que pasa es que el Higgs es el elemento que está faltando. Hay como una desesperación por verlo. -¿Se puede equiparar este momento de tanta expectativa con otro momento en la historia de la física? - Yo creo que, gracias a la historia, los físicos hemos aprendido a ser humildes respecto de nuestras ideas. A fines del siglo XIX, el electromagnetismo y la mecánica clásica funcionaban bien, y había apenas un par de problemas por resolver. Y ese par de problemas se resolvió nada menos que con la relatividad y la mecánica cuántica. O sea, cuando casi todo parecía resuelto hubo que hacer modificaciones drásticas. -¿Tanta expectativa podría producir alguna decepción? - Si la decepción es porque no se encuentra el bosón de Higgs es una decepción alegre en todo caso. Porque significaría que tenemos que pensar algo distinto. Para mi la decepción más grande es que se encuentre sólo eso. Yo creo que sería una decepción para toda la comunidad. -¿Y cuál es tu expectativa? - Si tuviera que apostar, diría que el bosón de Higgs se va a encontrar y que, probablemente, va a tener las propiedades que se predicen. Y también creo que van a aparecer cosas nuevas. Más que expectativas, tengo el deseo de que no sólo aparezcan cosas nuevas sino, también, inesperadas. O sea, que no sean siquiera las que predicen otras teorías alternativas, sino algo completamente diferente. Yo creo que eso sí sería una verdadera revolución. -¿No te preocupa que aparezca algo inesperado que presente un problema que lleve muchos años resolver y que no llegues a conocer el momento de su solución? - Yo no creo que exista una teoría final que resuelva todo. Para mí en física, como en cualquier ciencia natural, lo que uno va haciendo es tratar de aproximarse cada vez más a la naturaleza, pero sin poder describirla exactamente. Tanto desde el punto de vista de las partículas como de las ideas en general. Siempre es una descripción aproximada de lo que es la naturaleza en sí. Probablemente nunca sepamos cómo es. -¿Sólo Dios sabe? - Dios no existe.

Fuente: El Cable Nro. 677

Filman por primera vez la trayectoria de los electrones en átomos y moléculas

Filman por primera vez la trayectoria de los electrones en átomos y moléculas

Un flash láser ajustable a la escala del attosegundo ha permitido la proeza

Un flash láser ajustable a la escala del attosegundo ha permitido a un equipo internacional de científicos e ingenieros filmar la trayectoria de los electrones en los átomos y las moléculas, toda una proeza si se tiene en cuenta que un electrón necesita 140 attosegundos para dar una vuelta alrededor del núcleo de un átomo y que un attesegundo es la trillonésima parte de un segundo. El sistema empleado para este resultado es también una poderosa herramienta para numerosos laboratorios de todo el mundo en los campos de la química, las nanociencias y la nanoelectrónica. Por Vanessa Marsh.

Un equipo internacional de científicos ha descubierto como “fotografiar” la evolución de las nubes electrónicas tanto en un sólido como en una reacción química, así como en la electrónica molecular, según informan en un artículo aparecido en la revista Nature Physics.

Lo han conseguido usando un láser ajustable a la escala del attosegundo para filmar la trayectoria de los electrones en los átomos y las moléculas, más concretamente los orbitales atómicos o moleculares. Los orbitales moleculares son los orbitales (funciones matemáticas) que describen los estados que pueden tener los electrones en las moléculas. Los orbitales moleculares se construyen por combinación lineal de orbitales atómicos.

El láser permite producir flashes de luz de una gran brevedad y es a través de estos flashes que se puede seguir el movimiento de los electrones, que se efectúan en unos cientos de attosegundos. Un attosegundo tiene una duración de 10^-18 segundos (corresponde a la trillonésima parte de un segundo). Un electrón necesita 140 attosegundos para dar una vuelta alrededor del núcleo de un átomo.

Aunque, tal como explica el CNRS en un comunicado, ya en 2003 un equipo de científicos había demostrado la posibilidad de producir impulsos luminosos de 130 attosegundos haciendo interactuar un láser con un chorro de átomos, sin embargo no se había podido establecer un mecanismo que permitiera controlar el impulso luminoso, su duración e intensidad, ya que los pulsos de attosegundos son demasiado débiles para tomar imágenes claras.

Es posible

Lo que han conseguido ahora estos científicos es demostrar que se puede dar forma y controlar los impulsos ultracortos sustituyendo el chorro de átomos por un chorro de moléculas lineales, como por ejemplo gas carbónico.

Más concretamente, lo que han hecho es utilizar un primer láser para alinear las moléculas de gas, de tal manera que se pudiera controlar su orientación respecto al campo eléctrico de un segundo láser excitador. Este sistema es el que permite producir impulsos láseres a los que se les puede dar forma a voluntad, así como posicionarlos en el tiempo con una precisión extrema.

Este flash láser ajustable a la escala de attosegundos es el instrumento indispensable para la realización de “fotografías” de los orbitales electrónicos y sus posicionamientos, pero según sus creadores, es también una poderosa herramienta para numerosos laboratorios de todo el mundo en los campos de la química, las nanociencias y la nanoelectrónica.

Virtudes de los láseres

En un artículo publicado por el Saclay Institute of Matter and Radiation, los artífices de esta investigación explican que los láseres cubren una amplia gama de longitudes de onda y que los impulsos láser ofrecen una resolución temporal que permite observar las etapas de una reacción química.

Los impulsos láser ultra rápidos alcanzan hoy la gama de centenas de attosegundos, que es el tiempo asociado al movimiento de los átomos y los electrones. Aunque las investigaciones son en la actualidad intensas en este campo, la competencia es fuerte para conseguir un láser de frecuencia cada vez más elevada y una duración cada vez más corta.

Recientes experiencias, dicen estos autores, han verificado que es posible controlar y dar forma los impulsos de attosegundos, así como que cuando un láser infrarrojo intenso se focaliza en un chorro de gas atómico, induce dinámicas electrónicas ultrarrápidas a una escala de tiempo de subfemtosegundo. Un femtosegundo equivale a la milbillonésima parte de un segundo y es la fracción de tiempo más pequeña medida hasta ahora.

Láseres ultrabreves

Gracias a estos descubrimientos, añaden, es posible emitir flashes de luz muy breves que cubren una amplia gama espectral. La duración de estos flashes puede alcanzar los 100 attosegundos, lo que permite los impulsos lumínicos más breves jamás realizados, y que han sido la base del resultado de este equipo internacional.

Aunque las posibilidades de controlar los impulsos generados por los átomos han sido hasta ahora limitados, estos autores explican que han podido comprobar que la generación de impulsos de pequeñas moléculas biatómicas (las que están formadas por dos átomos del mismo elemento químico) permite controlar la emisión láser en attosegundos porque provocan interferencias cuánticas que modulan la emisión en attosegundos.

Controlando la alineación de las moléculas con la ayuda de un primer láser menos intenso, es posible dar forma a los impulsos attosegundos emitidos, señalan estos autores. Estos impulsos podrían permitir en el futuro, añaden, efectuar un control coherente de los procesos atómicos y moleculares ultrarrápidos.

Los investigadores de este equipo proceden del Institut rayonnement matière de Saclay (CEA Iramis), con el que han colaborado cinco laboratorios de Inglaterra, Polonia y Francia.

Precedente sueco

Puede decirse que este resultado es el siguiente paso de un experimento anterior. El pasado febrero, un equipo sueco había conseguido por vez primera fotografiar un electrón, tal como informaron en un artículo aparecido en la Physical Review Letters. Hasta ese momento no se había podido fotografiar un electrón debido a que su extrema velocidad produce imágenes borrosas.

Para conseguir estas fotografías de electrones, este equipo se valió asimismo de destellos extremadamente cortos procedentes de una intensa luz láser. De esta forma descubrieron también, con la ayuda de un segundo láser, que se podía guiar el movimiento del electrón. Así pudieron captar una colisión entre un electrón y un átomo en una película.

Primero la fotografía de un electrón, luego de nubes electrónicas en movimiento… La capacidad de penetrar en los niveles más remotos de la materia crece a pasos agigantados en los laboratorios.

miércoles 09 Julio 2008

Vanessa Marsh

Comentario los pinguinos10

Muy importante, este tipo de investigación nos coloca en mejor condición para entender la dimensión y el concepto del tiempo y su relación relativista del espacio/tiempo ajustado a la longitud de onda.

Si observamos la espuma cuántica y sus claros/oscuros verdes vemos 6 ondas, desde el borde al centro, para arriba y para abajo y seguramente una dirección cuantificada del electrón que la imagen no indica, pero seguro gira de manera regular en una dirección. Entonces si esto es así hay concordancia con la teoría.

Tres dimensiones del E/T . Mientras que el electrón juega sus 9 estados de posibilidades en condiciones favorables de cuantización para llegar a 32 x 2 interacciones = 64 numero cuántico. Coincidente con 64 nodos completándose su recorrido de un espiral equi-angular de 85 grados que partió del centro desplegando 16 rayos espiras igualando el factor escalar.

64 nodos cuánticos dividido 6 ondas globales da un resultado igual a 10.666666 que si lo divido por las 2 interacciones locales nos da la mitad del resultado 5.3333333 efecto de un resultado continuo, coincidente con el concepto del movimiento continuo de Einstein del E/T

Ahora bien, Entonces estoy en condiciones de coincidir con Lee Smolin y entre otros que el concepto E/T 64 es discreto de movimiento continuo ligado a los 9 estados del electron, equivalente al tiempo perpetuo, este existió siempre y no muere nunca, pues el cero es abstracción de condición humana para ordenarnos.

64 discreto E/T dividido por 5.3333333 del movimiento continuo da una resultado, igualando a 12 de los 12 niveles de Energía de un átomo.

En tanto que 1.33 E de conservación x 4 partículas es igual a 5.3333333 continuo del movimiento.

64 E/T dividido por 4 partículas es igual a 16 factor escalar, equivalente a la densidad por compresión del E/T curvado en el vacío.

Pues 64 E/T discreto dividido por las (3) tres dimensiones con dirección cuantificada, va a tener un efecto, por lo tanto un resultado, este resultado es 21.33333 densidad del vació fondo del espiral, allí en el centro donde en la observación se ve blanca, la mal llamada materia oscura.

64 E/T discreto dividido por 9 estados del electrón equivalente ala tiempo perpetuo, nos da un resultado que dividido por el 100 por ciento del sistema arribamos al resultado de la densidad del hidrógeno 0.071

12 niveles de energía para una partícula masa, para dos interacciones locales igual a 24 equivalente a ala gravedad en el vacío.

32 posibilidades cuantificadas dividida 12 niveles E por 2 interacciones es igual a 1.3333 E

1.333333 E de conservación x 0.75 Energía relativista, igual a 1 equivalente al Hidrógeno.

1.33333 E de conservación por la condición de vació 0.25 vacío al centro observado = 0.33 E partícula

Por lo tanto, 1.3333 E de conservación dividido por la condición del vacío es igual a 5.333 continuo.

1/300 relación velocidad de luz en el vacío 16, es igual a 48

300.000 velocidad de la luz, menos el diferencia de la velocidad de la onda por masa 252000, nos da un retraso en la longitud de onda de 48.000 Km/s

Equivalente a la asociación entre lo local y lo global, respondiendo de modo relativista para un ajustado observador local que mira el universo macro desde adentro y la partícula micro desde afuera, coincidente con las dos miradas de las ondas arriba y abajo.

64 E/T DISCRETO DIVIDIDO 48 retraso longitud onda por gravedad igual a 1.33333333 multiplicado por 9 posibilidades del electrón equivalente al tiempo perpetuo es igual a12 niveles de Energía.

Otra prueba para la Relatividad General

viernes 4 de julio de 2008

Otra prueba para la Relatividad General

Gracias a una configuración cósmica única, los astrónomos han medido un efecto predicho por la Teoría General de la Relatividad de Albert Einstein en la extremadamente fuerte gravedad de un par de estrellas de neutrones.


Científicos de la Universidad McGill usaron el Telescopio Robert Byrd en Green Bank para realizar un estudio de cuatro años de un sistema de estrellas distinto de lo conocido en el universo. El sistema es un par de estrellas de neutrones que se ven como púlsares que emiten ondas de radio.

"De los 1700 púlsares conocidos, éste es el único caso en que dos púlsares orbitan alrededor de cada uno", dice Rene Breton, de McGill. Además, el plano orbital de las estrellas está alineado casi perfectamente con su línea de visión a la Tierra. Esto causa que la señal de uno sea bloqueada o eclipsada al orbitar al otro.

"Esos eclipses son la clave para realizar las mediciones que nunca antes pudieron hacerse", dice Breton.

La teoría de 1915 de Einstein predice que en un sistema cerrado de dos objetos muy masivos, como las estrellas de neutrones, el tirón gravitacional de uno de los objetos debería causar un leve "bamboleo" o precesión, en el otro.

Estudios en otros púlsares en sistemas binarios han indicado que esto ocurre, pero no se pudieron realizar mediciones precisas de la cantidad de este movimiento.

Los eclipses permitieron a los astrónomos determinar la geometría del sistema binario y rastrear los cambios en la orientación del eje de rotación de uno de ellos.

El par de púlsares está a 1700 años luz de la Tierra. La distancia promedio entre los dos es de sólo el doble de la distancia de la Tierra a la Luna. Los dos se orbitan mutuamente en menos de dos horas y media.

"Un sistema como este, con dos objetos muy masivos muy cercanos el uno del otro, es precisamente el tipo de extremo 'laboratorio cósmico' necesario para poner a prueba la predicción de Einstein", dice Victoria Kaspi, líder del grupo de McGill.

"No es correcto decir que ahora hemos 'probado' la Relatividad General", dice Breton cautamente. "Sin embargo, hasta ahora, la teoría de Einstein ha pasado todas las pruebas que se han realizado, incluída la nuestra".

El trabajo fue publicado en la edición de Science del 4 de julio.


Fuentes y links relacionados

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In Unique Stellar Laboratory, Einstein's Theory Passes Strict, New Test

Relativistic Spin Precession in the Double Pulsar
Rene P. Breton, Victoria M. Kaspi, et al.
Science 4 July 2008: Vol. 321. No. 5885, pp. 104 - 107
DOI: 10.1126/science.1159295

La Información Puede Escapar de los Agujeros Negros

Astrofísica
Muestran Cómo la Información Puede Escapar de los Agujeros Negros
4 de Julio de 2008.

Físicos de la Universidad Estatal de Pensilvania han propuesto un mecanismo por el que sería posible que se recuperase la información de los agujeros negros, esas regiones del espacio donde la gravedad es tan fuerte que, según la teoría de la relatividad general de Einstein, ni siquiera la luz puede escapar. Los resultados del equipo sientan las bases para acabar un debate de décadas de duración iniciado por el renombrado físico Stephen Hawking.
Menéame

En los años setenta, Stephen Hawking mostró que los agujeros negros se evaporan por procesos cuánticos; sin embargo, él afirmó que la información, como por ejemplo la identidad de la materia que es tragada por los agujeros negros, se pierde permanentemente. En su momento, la aseveración de Hawking amenazó con derribar la teoría de la mecánica cuántica, una de las más importantes de la física, dado que un principio fundamental de esa teoría es que la información no puede perderse.

La idea de Hawking fue generalmente aceptada por los físicos hasta finales de la década de 1990, cuando muchos empezaron a dudar de su veracidad. Incluso él renunció a la idea en el 2004. Sin embargo, hasta ahora nadie había podido proporcionar un mecanismo plausible de cómo la información podría escapar de un agujero negro. Un equipo de físicos dirigido por Abhay Ashtekar, director del Instituto para la Gravitación y el Cosmos de la Universidad Estatal de Pensilvania, ha descubierto ese mecanismo.
El análisis de Hawking sugirió que al final de la vida de un agujero negro, incluso después de que se ha evaporado por completo, se deja atrás una singularidad, o un borde final del espacio-tiempo, y esta singularidad actúa como un sumidero para la información, que se vuelve irrecuperable.

Pero Ashtekar y sus colaboradores Victor Taveras (de la Universidad Estatal de Pensilvania) y Madhavan Varadarajan (del Instituto Raman de Investigación, en la India), sugieren que las singularidades no existen en el mundo real. La información parece estar perdida porque sólo se tiene en cuenta una pequeña parte del espacio-tiempo en el ámbito de la mecánica cuántica. Una vez que se considera la gravedad cuántica, entonces el espacio-tiempo se hace mucho más grande y hay espacio para que la información reaparezca en el futuro distante en el otro lado de lo que se pensó inicialmente que era el fin del espacio-tiempo.

Según Ashtekar, el espacio-tiempo no es un continuo como han creído los físicos, sino que en realidad está formado por bloques individuales de construcción, de modo parecido a cómo un pedazo de tejido parece ser continuo pero de hecho está formado por hilos individuales entrelazados.

Información adicional en:

• PSU

La energía oscura es más densa en el Sistema Solar

La energía oscura es más densa en el Sistema Solar

Aunque las teorías acerca de la materia oscura son recientes, podemos decir que ya vamos entendiendo lo que constituye el 23% de nuestro Universo. Nuestra propia galaxia está envuelta por un halo de materia oscura que se añade a su masa

Un artículo reciente acerca de materia oscura cercana a nuestra casa, justo aquí en nuestro Sistema Solar, revela que es más densa y masiva que el halo galáctico.

La energía oscura es algo bastante raro. No emite luz, tiene masa e interactúa gravitatoriamente con la "materia normal", la materia de la que estamos compuestos nosotros, las estrellas y nuestro planeta. Al igual que la materia normal, se agrupa por atracción gravitacional; encontramos más materia oscura cerca de las galaxias que en los vastos espacios entre ellas.

La materia oscura no está lejos de la Vía Láctea, ni siquiera en otra parte del universo; simplemente está aquí, en nuestro Sistema Solar. En un artículo reciente publicado en el Physical Review D, Ethan Siegel y Xiaoying Xu de la Universidad de Arizona analizaron la distribución de la materia oscura en nuestro Sistema Solar, y hallaron que la masa de la materia oscura supera en 300 veces la media de la del halo galáctico, y la densidad es 16.000 veces más alta que la materia oscura de fondo.

A través de la historia del Sistema Solar, Xu y Siegel calculan que se han capturado 1,07 x 10^20 kg de materia oscura, o alrededor de 0,0018% de la masa de la Tierra. Para tener una idea de lo que representa este número, la masa de Ceres, el cuerpo más grande del cinturón de asteroides entre Marte y Júpiter, tiene sólo 9 veces esta cantidad.

Siegel y Xu calcularon cuánta materia oscura ha cogido el Sistema Solar en sus 4.500 millones de años modelando la composición del halo de materia oscura de fondo en la órbita del Sistema Solar alrededor de la galaxia, y calculando cuánta materia oscura quedaría atrapada en el Sistema Solar conforme se mueve a través del halo. De modo que hicieron los cálculos para el Sol y cada uno de los 8 planetas por separado, obteniendo las distribuciones de la materia del Sistema Solar, así como de la cantidad de masa total capturada.

La materia oscura no está distribuida uniformemente en el Sistema Solar. Algunos planetas tienen más materia oscura a su alrededor que otros, dependiendo de dónde estén. Abajo se muestra la densidad de distribución de la materia oscura en el Sistema Solar:

El primer pico es Mercurio, y el par siguiente se corresponde con Venus y la Tierra (Marte no aparece). El siguiente es Júpiter, seguido por una pequeña subida en Saturno, y finalmente Urano y Neptuno combinados crean el último "piquito".

¿Cómo interactúa la materia oscura local en el Sistema Solar? Bien, no tiene un gran efecto en las órbitas de los planetas, ni desacelera significativamente al Sistema Solar en su órbita alrededor del centro galáctico.

"Las órbitas planetarias, si hubiera suficiente materia oscura presente, precederían el perihelio más rápido que si no hubiera materia oscura. La cantidad de materia oscura permitida para estas observaciones es considerablemente mayor que el que he predicho. Los errores en las medidas de la presesión del perihelio están en unidades de centésimas de segundos de arco por siglo".

Incluso asumiendo el caso más extremo, el Sistema Solar capturaría 10^20 kg de materia oscura que desaceleraría al Sistema Solar 20 microsegundos en toda su vida, tal y como explica Ethan Siegel.

Y sintiéndolo mucho, el misterio de la anomalía de la Pioneer no va a ser resuelto gracias a esta revelación, así como la masa capturada de materia oscura no es suficiente para explicar los raros movimientos de la sonda.

El descubrimiento de una densidad y masa mayores de materia oscura en nuestra vecindad podría ayudar en el estudio y detección de la materia oscura.

"Nuestra determinación sobre la distribución de densidad y velocidad de la materia oscura local son de una gran importancia para experimentos de detección directa. Los cálculos más recientes llevados a cabo asumen que las proporciones de materia oscura en la localización del Sol se derivan directamente del halo galáctico. Por comparación, vemos que los experimentos terrestres deberían considerar un componente de materia oscura con una densidad 16.000 veces más alta que la densidad del halo de fondo", dijeron Xu y Siegel.

Fuente: AstroWeb. Aportado por Graciela Lorenzo Tillard

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pistas de un universo fractal

sábado 28 de junio de 2008

Mapa de galaxias da pistas de un universo fractal

¿Está ordenada la materia en el universo en un patrón fractal? Un nuevo estudio de casi un millón de galaxias sugiere que así es, aunque no hay teorías aceptadas para explicar porqué sería así.


Los cosmólogos están tratando de reconstruir la historia entera del universo, a través de algunas preciosas pistas sobre las que trabajar. Una de ellas es la distribución de la materia a través del espacio, que ha sido ordenada por 14 mil millones de años de competencia entre la gravedad y la expansión cósmica.

Hay mucho en juego: si hay un patrón en la distribución de la materia, éste codifica los secretos del universo, y la distribución de la materia se ha convertido en fuente de apasionados debates entre aquellos que dicen que la distribución es suave y homogénea y los que dicen que es jerárquicamente estructurada y agrupada, como un fractal.

Casi todos los físicos acuerdan que en escalas relativamente pequeñas la distribución es de tipo fractal: cientos de miles de millones de estrellas agrupadas juntas para formar galaxias, galaxias agrupadas para formar cúmulos, y cúmulos que forman supercúmulos.

El punto en discusión es lo que ocurre a grandes escalas. De acuerdo a los físicos, esta agrupación de muñecas rusas termina a grandes escalas y el universo se vuelve homogéneo.

Pero un pequeño grupo de físicos, que incluye a Francesco Sylos Labini del Centro Enrico Fermi en Roma y Luciano Pietronero de la Universidad de Roma, argumentan que los datos muestran lo opuesto: el universo continúa mostrándose fractal, tan lejos como nuestros telescopios pueden ver.

Mapas 3D
Los mejores datos para buscar la distribución de las galaxias viene del Sloan Digital Sky Survey (SDSS), que está construyendo el mayor mapa 3D del universo. Cuando se complete, mapeará las posiciones de casi un millón de galaxias y cuásares.

Cuando los datos del SDSS se publicaron en 2004, los físicos David Hogg de la Universidad de Nueva York y Daniel Eisenstein de la Unviersidad de Arizona, publicaron un análisis de 55.000 galaxias rojas luminosas, sugiriendo que el patrón fractal se suavizaba a escalas mayores a 200 millones de años luz.

Pero Sylos Labini y Pietronero no estaban convencidos. Ellos creían que la aparente suavidad era un ilusión causada por las débiles estadísticas:la homogeneidad parecía ocurrir a las mayores escalas que el sondeo era capaz de estudiar. Sólo un mapa mayor podría resolver el debate.

Ahora, el SDSS ya reveló su sexta ronda de datos, que determina la localización de cerca de 800.000 galaxias y 100.000 cuásares.

Grandes escalas
De acuerdo a su último paper, que ha sido enviado a Nature Physics, Sylos Labini y Pietronero, junto con los físicos Nikolay Vasilyev y Yurij Baryshev de la Universidad del San Petersburgo en Rusia, argumentan que los nuevos datos muestran que las galaxias exhiben un patrón explícitamente fractal hasta una escala de 100 millones de años luz.

Y dicen que si el universo se vuelve homogéneo en cierto punto, debe ser a una escala mayor que los 300 millons de años luz. Eso es así, porque, incluso a esa escala, continúan observando grandes fluctuaciones, un cúmulo aquí, un vacío allá, en la distribución de la materia.

La mayoría de los cosmólogos intrepreta esas fluctuaciones como si fueran no más significativas que pequeñas olas en la superficie del mar, pero Sylos Labini y sus colegas dicen que son más parecidas a tsunamis.

Sin modelo
El problema que instala la posible fractalidad del universo a gran escala es que socava el modelo estándar de la cosmología. De acuerdo a la aceptada historia de evolución cósmica, simplemente no ha habido suficiente tiempo desde el big bang, hace 14 mil millones de años, para que la gravedad construyera tan grandes estructuras.

Más aún, la sugerencia de que la distribución es homogénea ha permitido a los cosmólogos modelar el universo con bastante simplicidad usando la teoría general de la relatividad de Einstein, que relaciona la forma del espacio a la distribución de la materia.

Modelar un universo fractal con la relatividad general es posible en teoría, pero en realidad sería muy complicado. Eso dejaría a los cosmólogos sin un modelo que trabajar, como acróbatas sin red.

Radiación reliquia
Para apoyar la suposición de la homogeneidad, los cosmólogos apuntan a la suavidad del fondo de radiación de microondas (CMB), radiación reliquia del universo primitivo. El CMB es perfectamente uniforme hasta una parte en 100.000, sugiriendo que el universo temprano era casi homogéneo.

"La imagen estándar de un universo homogéneo a grandes escalas se sostiene muy bien al ser testeado con las observaciones de muy larga escala como aquellas que mapean la radiación del fondo cósmico, rayos-X y radio galaxias", dice el físico Neil Turok de la Universidad de Cambridge. Y agrega:"Si las observaciones de galaxias en sondeos ópticos no acuerdan, podría haber un número de posibles explicaciones, sin recurrir a un universo extremadamente no homogéneo, fractal".

¿Ilusión óptica?
Pero inferir la distribución de la materia del CMB no es siempre simple. Los mapas muestran una distribución 3D proyectada en una superficie 2D, y es posible para una distribución 3D agrupada, aparecer suave al ser proyectada en 2D. Lo mismo es cierto en el fondo de rayos-X, que aparece homogéneo en dos dimensiones. Finalmente, usar galaxias que son brillantes a longitudes de onda de radio también es problemático, ya que es difícil medir sus distancias con precisión suficiente para determinar sus posiciones en 3D.

¿Qué podría producir un patrón fractal en sondeos de galaxias como el Sloan? Parte del agrupamiento puede ser una especie de ilusión óptica conocida como el efecto de ojo de buey, dice Adrian Melott de la Universidad de Kansas.

Eso es porque las galaxias cercanas se acercan unas a otras debido a su mutua atracción gravitatoria, incluso con el universo expandiéndose. El movimiento puede realzar la aparente agrupación de materia en sondeos como Sloan, dado que esos sondeos dependen de mediciones de las velocidades de las galaxias para determinar su distancia a la Tierra.

La apuesta
Pero de acuerdo a su paper, el equipo de Sylos Labini dice que ese efecto es sólo relevante a muy pequeñas escalas, cerca de 16 millones de años luz y menos, y no tiene influencia en el agrupamiento a las grandes escalas en discusión.

Melott no está de acuerdo, ya que se magnificarían los agrupamientos a cualquier escala. Pero añade que el efecto sólo realza estructuras que ya existen.

¿Qué hay en juego si el universo fuera fractal a grandes escalas? Además de un replanteo radical de las leyes e historia del cosmos, los investigadores pusieron algo más terrenal en juego.

Más de una década atrás, Sylos Labini y Pietronero realizaron una apuesta con el físico Marc Davis de la Universidad de California. La apuesta, arbitrada por Turok, sostiene que si la distribución de materia fuera fractal más allá de escalas de aproximadamente 50 millones de años luz, Davis le debería a los físicos italianos una caja de vinos de California.Si fuera a la inversa, Davis recibiría una caja de vinos italianos, que algunos dirían es un mejor acuerdo.
Turok todavía tiene que declarar un ganador.




Fuentes y links relacionados

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Galaxy map hints at fractal universe, por Amanda Gefter en NewScientist.

The large scale inhomogeneity of the galaxy distribution
Francesco Sylos Labini, Nikolay L. Vasilyev, Luciano Pietronero, Yurij V. Baryshev
arXiv:0805.1132v1

La Creación de Cenosferas en el Impacto Asteroidal de Hace 65 Millones de Años

Geología
La Creación de Cenosferas en el Impacto Asteroidal de Hace 65 Millones de Años
16 de Junio de 2008.

El asteroide que se supone exterminó a los dinosaurios, golpeó la Tierra con tal fuerza que se produjo una licuación de carbono en las profundidades de la corteza terrestre. El carbono líquido subió vertiginosamente y formó minúsculas partículas de forma esférica, que, transportadas por el aire, acabaron cayendo por doquier en el planeta, según un estudio hecho por científicos de EE.UU., el Reino Unido, Italia y Nueva Zelanda.
Menéame

Las partículas, conocidas por los geólogos como cenosferas de carbono, no se pueden formar por medio de la combustión de materiales vegetales, lo cual contradice una hipótesis según la cual las partículas son los restos carbonizados de una Tierra incendiada. Si se confirma, el descubrimiento indicaría que las circunstancias medioambientales que acompañaron al evento de la extinción de hace 65 millones de años fueron un poco menos dramáticas que lo previamente estimado.

Los cenosferas de carbono se depositaron hace 65 millones de años al lado de una delgada capa de iridio, un elemento que se encuentra con mayor probabilidad en los asteroides del Sistema Solar que en la corteza terrestre. Como la capa de iridio, las cenosferas de carbono aparentemente son comunes. Se han encontrado en Canadá, España, Dinamarca y Nueva Zelanda.
Algunos geólogos habían pensado que todas las partículas de carbono resultado del impacto eran cenizas procedentes de los incendios forestales desencadenados a escala global, pero la presente investigación contradice fuertemente esa hipótesis.

En el nuevo estudio, los científicos concluyeron que las cenosferas pudieron crearse por un proceso diferente, la pulverización violenta de la corteza terrestre rica en carbono.

Los científicos examinaron muestras de rocas de ocho ubicaciones marinas en Nueva Zelanda, Italia, Dinamarca y España. También examinaron las partículas ricas en carbono de cinco emplazamientos no marinos en EE.UU. y Canadá. Por medio de subsiguientes análisis químicos y microscópicos, los investigadores concluyeron que las partículas eran cenosferas de carbono.

Los científicos también encontraron que cuanto más alejados del cráter de Chicxulub (el punto de impacto del asteroide) estaban los lugares de los que se tomaban las muestras, más pequeñas tendían a ser las cenosferas. Esa observación concuerda con la expectativa de que las partículas fueron producidas por el impacto del asteroide, ya que una vez que se arrojan por las alturas, las más pesadas deben caer más pronto (y viajar distancias más cortas) que las partículas más ligeras.

Información adicional en:

• Scitech News

Dudas sobre la formación de la tierra

Geofísica
Dudas Sobre una Teoría Muy Aceptada Acerca de la Formación de la Tierra
16 de Junio de 2008.

Un nuevo estudio pone en tela de juicio tres décadas de sabiduría convencional acerca de algunos procesos físicos que ayudaron a conformar la Tierra del modo en que la conocemos actualmente.
Menéame

Las conclusiones de este estudio desafían a la ampliamente aceptada teoría que sugiere que toda el agua, así como muchos elementos siderófilos, fueron añadidos al planeta en una fase ya avanzada de su formación. La agregación se llevó a cabo por el impacto de cometas, meteoritos u otros cuerpos.

Durante 30 años, esta hipótesis había sido el paradigma dominante para entender la historia temprana del planeta y el origen primordial de la propia especia humana. Con este nuevo estudio, los científicos sugieren que esta hipótesis puede no ser la única manera de explicar la presencia de ciertos elementos en la corteza y el manto terrestres.

Es un hecho conocido que la Tierra posee un núcleo rico en hierro que retiene aproximadamente una tercera parte de su masa total. Rodeando al núcleo hay un manto rocoso que equivale a casi las dos terceras partes restantes. La delgada corteza en la superficie completa la suma.

Según esa teoría ampliamente aceptada, la mayoría de los elementos siderófilos originales (tales como oro, platino, paladio e iridio, que se asocian rápidamente al hierro) habrían sido concentrados en el núcleo durante decenas de millones de años, siendo así retirados del manto y la corteza. De este modo, las cantidades de elementos siderófilos que observamos hoy, deberían haber sido suministradas después de la formación del núcleo, y por un bombardeo meteorítico subsiguiente. Éste habría traído también agua, carbono y otros materiales esenciales para la vida, los océanos y la atmósfera.
Para comprobar esta hipótesis, Munir Humayun, geoquímico del departamento de Ciencias Geológicas de la Universidad Estatal de Florida, y sus colegas de la NASA Kevin Righter y Lisa Danielson, realizaron una serie de experimentos en los cuales expusieron muestras de roca que contenían paladio, a condiciones extremas de presión y temperatura similares a las encontradas a más de 500 kilómetros de profundidad. Después, se midió la distribución de paladio en cada muestra.

A las mayores presiones y temperaturas se descubrió que el paladio tenía las mismas proporciones relativas entre roca y metal que las observadas en la naturaleza. En otras palabras, la distribución de paladio y otros elementos siderófilos en el manto terrestre puede explicarse por mecanismos distintos al del bombardeo meteorítico de millones de años.

Este trabajo tendrá consecuencias importantes sobre el modo en que los geólogos consideran la formación del núcleo, la relación manto-núcleo y el bombardeo meteorítico en la historia temprana de la Tierra. Podría también llevar a los biólogos a replantearse los orígenes de la vida en nuestro planeta.

Información adicional en:

• Florida SU

“Fotografiada” la energía oscura con gran detalle

Publicado por Kanijo el 24 May 2008 a las 05:18 pm

“Fotografiada” la energía oscura con gran detalle

Superhuecos de espacio vacío (azul) y supercúmulos de galaxias (rojo) estaban ligeramente más fríos o calientes, respectivamente, de lo esperado en los mapas del fondo de microondas cósmic debido a la energía oscura (Ilustración: Granett/Neyrinck/Szapudi/NASA/SDSS)

Algunos habían esperado que tal vez se tratara tal vez de sólo una ilusión. Pero parece que la energía oscura es real y ha venido para quedarse, dado que los astrónomos han “fotografiado” a la misteriosa entidad en acción.

En 1998, los astrónomos encontraron que las supernovas lejanas eran más tenues, y por lo tanto estaban más alejadas, de lo esperado. Esto sugirió que la expansión del universo estaba acelerándose – y se nombró a la “energía oscura” como el culpable.

Desde entonces, los astrónomos han fallado al tratar de explicar lo que realmente es la energía oscura – llevando a algunos a especular que podría no existir en absoluto. Algunos han afirmado que la desigual distribución de materia en el universo podría distorsionar nuestras medidas de la distancia a las supernovas, engañándonos y llevándonos a pensar que están más alejadas de lo que en realidad están.

Para encontrar una comprobación independiente de la existencia de la energía oscura, István Szapudi de la Universidad de Hawai en Honolulu, Estados Unidos, y sus colegas se giraron hacia el fondo de microondas cósmico (CMB) – los vestigios de radiación dejados por el Big Bang. Mapas detallados del CMB muestran puntos calientes y fríos que reflejan variaciones en la densidad de los inicios del universo.

Cuando se propuso la energía oscura, los astrónomos se dieron cuenta de que debería crear irregularidades de temperatura adicionales en el mapa.

Este efecto extra de la energía oscura se genera debido a que la temperatura de un fotón que vuela a toda velocidad cruzando l universo puede cambiar dependiendo de si ha pasado a través de una región de densa en materia o una escasa.

Pozo poco profundo

Un fotón gana energía cuando entra en una región densa con gravedad aumentada – tal como un cúmulo galáctico – como si estuviese cayendo en un pozo. Cuando abandona el cúmulo sale de nuevo del pozo gravitatorio y pierde energía.

En un universo sin energía oscura, la energía ganada y perdida durante el viaje sería igual y se cancelaría. Pero en la presencia de energía oscura, el universo se expande lo bastante rápido como para alargar el pozo gravitatorio mientras el fotón aún está dentro. Esto hace al pozo menos profundo y más fácil la salida del fotón.

Eso significa que un fotón que viaje a través de un cúmulo gana más energía de la que pierde, dándole un pequeño empujón energético de tal forma que crea un punto más caliente de lo que se esperaría en las imágenes del CMB. De forma similar, un fotón que haya pasado a través de un vacío dejaría un punto frío.

Es difícil detectar este efecto debido a que la energía oscura sólo da un ligero empujón a la temperatura, el cual es fácilmente encubierto por las variaciones normales de temperatura en el CMB, dice Szapudi.

Densidad extrema

Para sortear esto, su equipo observó regiones de densidad extremadamente alta y extremadamente baja, donde se esperaría ver los mayores efectos.

Usando datos de la Investigación Digital del Cielo Sloan, escogieron unos 3000 supercúmulos de galaxias y 500 “superhuecos” de espacio relativamente vacío, y encontraron que las regiones efectivamente coincidían con los puntos calientes y fríos del CMB.

Otros equipos han informado de signos de este efecto en el pasado, pero han estado abiertas a explicaciones alternativas, dice Szapudi. Por contra, sus cálculos sugieren que hay menos de una posibilidad entre 200 000 de que las coincidencias que vio su equipo se deban a otra cosa que no sea la energía oscura.

“Hemos mostrado la huella en el CMB de la energía oscura”, dice Szapudi. “En este sentido, hemos tomado una fotografía de la energía oscura”.

Las conclusiones deberían descartar cualquier idea de que la energía oscura es una ilusión, dice. “En realidad hemos atacado la cuestión de la energía oscura desde una forma distinta a partir de las medidas de supernovas. Es difícil argumentar que una ilusión pueda ser responsable de este efecto”.

Espacio curvado

Thomas Buchert de la Universidad de Lyon en Francia, uno de los físicos que sugirió que la energía oscura puede ser una ilusión, está impresionado por la minuciosidad del trabajo de Szapudi. “La gente ha debatido sobre este efecto, pero esta es la primera señal verdaderamente reveladora”, dice.

No obstante, Buchert no está listo para abandonar aún las alternativas a la energía oscura. Apunta que un efecto similar podría estar producido su el espacio estuviese significativamente curvado alrededor de los vacíos y cúmulos – algo que normalmente no se tiene en cuenta en los cálculos estándar.

También apunta que el equipo de Szapudi observó un efecto de temperatura que era mayor que el esperado de la energía oscura. “Esto podría ser una pista d que algo podría estar pasando que merece la pena ser investigado”, dice.

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Autor: Zeeya Merali
Fecha Original: 23 de mayo d 2008
Enlace Original

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Gravedad cuántica, continuando la revolución de Einstein

2008/04/26

Gravedad cuántica, continuando la revolución de Einstein

La llamada gravedad cuántica trata de fundir en una sola las dos teorías físicas más soberbias con las que contamos, la relatividad general y la mecánica cuántica, que en el estado actual de nuestro conocimiento parecen incompatibles. Su estudio, ahora mismo, es en algunos aspectos análogo a la física de hace cien años, cuando se creía en los átomos, pero se ignaraban los detalles de su estructura. A pesar de ello, Boltzmann, Einstein y otros pudieron comprender muchas cosas sobre la materia utilizando únicamente el hecho de que estaba compuesta por átomos. Sin conocer nada más que su tamaño aproximado fueron incluso capaces de realizar predicciones de efectos observables. De forma parecida se han podido derivar resultados importantes a partir de modelos sencillos basados en tres principios que suponemos básicos: que el espacio es "emergente", no fundamental, que la descripción más esencial debe ser "discreta" (no continua) y que esta descripción supone "causalidad" de una forma fundamental, es decir, que las relaciones causales pueden determinar la propia geometría del espacio-tiempo.

Cuando se dice que el espacio es emergente y no fundamental, se quiere decir que el continuo del espacio es una ilusión y que, del mismo modo que la materia está compuesta de átomos, el espacio emerge como una aproximación de alguna entidad formada por elementos esenciales discretos. Pero las ideas sobre el espacio o sobre el espacio-tiempo son mucho más radicales todavía. Desde la relatividad general sabemos que el espacio-tiempo no es la entidad absoluta e inamovible que siempre se había creído y que su esencia está ligada a la de la matería-energía, de manera que en las proximidades de una gran masa se deforma como una membrana lo haría por la acción de un peso. Esta geometría del espacio-tiempo, ligada a la materia-energía indica a los rayos de luz como propagarse (el camino más corto) pues nada puede viajar más rápido que la luz, y una vez conocemos cómo se propaga ésta, podemos determinar qué acontecimientos pueden haber causado otro acontecimiento concreto, de lo que se deduce que la geometría del espacio-tiempo contiene información de cuáles son los acontecimientos que pueden causar otros y de cuáles son estos últimos. Es lo que llamamos la estructura causal del espacio-tiempo.

En el ámbito de la gravedad cuántica se cree que en realidad ocurre al contrario de lo que parece, es decir que son las relaciones causales las que deben determinar la geometría del espacio-tiempo. Se cree que la propia causalidad es lo fundamental y significativo incluso a un nivel donde la noción del espacio haya desaparecido. La idea fundamental es que la geometría de espacio-tiempo está compuesta por una gran cantidad de bloques o ladrillos apilados, cada uno de los cuales representa un sencillo proceso causal. Las reglas que gobiernan cómo se apilan los bloques son sencillas y también una sencilla fórmula proporciona la probabilidad mecánico-cuántica para cada uno de estos modelos de un espacio-tiempo cuántico.

Una de las reglas que se imponen es que cada espacio-tiempo cuántico tiene que entenderse como una secuencia de espacios posibles que se suceden los unos a los otros, igual que los tic-tacs de un reloj universal. La coordenada temporal es arbitraria, igual que sucede en la relatividad general, pero el hecho de que la historia del mundo pueda ser vista como una sucesión de geometrías que se suceden las unas a las otras no lo es. Con esta restricción y unas sencillas reglas, ya se han conseguido pruebas de que el espacio-tiempo clásico emerge de un simple juego de construcción a partir de un mundo puramente cuántico fundamentado tan sólo en lo discreto y en la causalidad.



La gravedad cuántica supondrá la completa reformulación del espacio y del tiempo, y nos dará una nueva mirada sobre lo fundamental y lo accesorio en la propia esencia de las cosas.

Publicado por Salvador a las 1:44 AM

Más allá de los agujeros negros

2008/05/02

Más allá de los agujeros negros

Mediante la gravedad cuántica de bucles se ha podido ir más allá en los agujeros negros de lo que se ha llegado en otras teorías físicas. Proporciona cálculos que prueban que las singularidades en el interior de los agujeros negros se eliminan. El tiempo puede continuar más allá del punto en el que la relatividad general clásica predijo que debía terminar y parece que se dirige a unas regiones recién creadas del espacio-tiempo.

Siguiendo con la gravedad cuántica del post anterior, el físico hindú Abhay Ashtekar en 1986 reformuló de modo revolucionario la teoría general de la relatividad, sin introducir información adicional, mediante la mera reescritura de la teoría de Einstein según un nuevo conjunto de variables demostró que se podía derivar, con precisión, lo que es un espacio cuántico. Había nacido la llamada gravedad cuántica de bucles. Consiste en describir un campo haciendo referencia a sus líneas de campo, en ausencia de materia las líneas de campo pueden cerrarse sobre sí mismas formando un bucle. Mientras la teoría de cuerdas consiste en el desarrollo de este concepto en un contexto de fondo fijo de espacio y tiempo, la gravedad cuántica desarrolla una teoría totalmente independiente del fondo, pues las propias líneas del campo describen la geometría del espacio, la forma de secuencias cambiantes que va adoptando. Una vez que las líneas se transforman en mecánico-cuánticas ya no queda ninguna geometría clásica de fondo, la geometría cuántica resultante consiste en un cierto tipo de gráfico que evoluciona mediante cambios locales en su estructura.

El mayor desafío es explicar a partir de ideas tan abstractas cómo emerge el espacio-tiempo clásico. En los últimos años gracias a nuevos procedimientos de aproximación se ha demostrado que la teoría tiene estados cuánticos que describen universos donde la geometría, en una aproximación correcta, es clásica. Recientemente, también se ha descubierto que la gravedad cuántica de bucles predice que dos masas se atraerán la una a la otra exactamente del modo que especifica la ley de Newton.

Mediante la gravedad cuántica de bucles se ha podido ir más allá en los agujeros negros de lo que se ha llegado en otras teorías físicas. Proporciona cálculos que prueban que las singularidades en el interior de los agujeros negros se eliminan. El tiempo puede continuar más allá del punto en el que la relatividad general clásica predijo que debía terminar y parece que se dirige a unas regiones recién creadas del espacio-tiempo. La singularidad es sustituida por lo que se llama "salto del espacio-tiempo". Justo antes del salto se expande hacia el interior de una nueva región que antes no existía (agujeros blancos, tal como conjeturó John Archibald Wheeler). Aplicando cálculos similares al Universo primitivo se han encontrado pruebas de que la singularidad es eliminada antes del Big Bang, lo que significaría que el Universo ya existía antes. Por otra parte, la eliminación de la singularidad ofrece una respuesta natural a la paradoja de la pérdida de información en un agujero negro planteada por Hawking, la información no se pierde, sino que se traslada a una nueva región del espacio-tiempo.

Lo más importante de esta teoría es que es capaz de producir previsiones de observaciones reales que serán confirmadas o no por experimentos, como ha sucedido con la física desde siempre. Es la forma natural de avanzar paso a paso, pisando despacio pero firme para avanzar en la dirección correcta. En este sentido hace poco se han hecho predicciones precisas en relación con los efectos de la gravedad cuántica que podrían ser vistos en observaciones futuras del fondo cósmico de microondas.

Publicado por Salvador a las 11:27 AM

Nueva idea podría resolver el misterio de la información en los agujeros negros

Los físicos han aparecido con una nueva explicación de cómo podría escapar la información de un agujero negro, una idea que se debate desde los años 70.

Pero la nueva propuesta destroza el concepto mantenido desde hace mucho tiempo de espacio-tiempo continuo.

Hayas estado siguiendo los argumentos a lo largo del tiempo o no, ahora podría ser un buen momento para que te tomes una aspirina, dado que los libros de texto del espacio-tiempo continuo pueden tener que revisarse.

Primero, algunos conceptos básicos: Los agujeros negros son como desagües de cocina. La materia se supone que sólo va en una dirección, y entonces se marcha para siempre, perdida en el formidable tirón gravitatorio de una extraña distorsión del espacio-tiempo, o lo que los científicos llama espacio-tiempo. No tendrás que seguir escuchando más sobre Einstein, aunque todo esta está basado en su trabajo.

No obstante, en los años 70, Steven Hawking declaró que los agujeros negros tenían filtraciones. Finalmente, como una rueda que se pincha con un inaudible pffffft, todo lo que fue tragado sería devuelto. Pero, y este es un gran pero a lo que Hawking propuso, cualquier información que entrara en el agujero negro se perdería. Cualquier cosa filtrada, en otras palabras, no sería identificable como la materia correspondiente que entró.

¡Ups!

Pero a finales de los años 90, la idea de Hawking perdió apoyo. Entraba en demasiado conflicto con la mecánica cuántica, una exitosa teoría que dice que la información no puede perderse.

En 2004, Hawking renunció a su idea.

Aún no ha surgido una explicación viable, hasta ahora, tal vez, para cómo la información podría salir del agujero negro.

El esquema recientemente propuesto, en pocas palabras, dice que el espacio-tiempo es mayor de lo que se pensaba, por lo que hay espacio para que la información reaparezca.

“La información sólo parece perderse porque hemos estado observando una parte restringida del espacio-tiempo mecánico cuántico”, dijo Abhay Ashtekar de la Universidad Estatal de Pennsylvania, que es el padre de la idea. “Una vez que consideras la gravedad cuántica, entonces el espacio-tiempo se hace mucho más grande y hay suficiente espacio para que la información reaparezca en un futuro lejano en el otro extremo de lo que se pensaba al principio que era el final del espacio-tiempo”.

Aunque esto podría no explicar dónde están tus calcetines, trae algunos nuevos conceptos alucinantes que los teóricos tendrán que masticar.

Para empezar, Ashtekar cree que el espacio-tiempo no es un continuo, como hemos estado escuchando durante años. En lugar de esto, “está hecho de bloques básicos individuales”, de acuerdo con un comunicado publicado por la universidad. Es como un trozo de tela el cual, “aunque parece ser continuo está hecho de hilos individuales”.

¿Ahora qué?

El espacio-tiempo continuo ha sido invocado desde hace tiempo para comprender cómo las cosas se curvaban en presencia de la gravedad. Por ejemplo, la luz del Sol se tuerce ligeramente cuando pasa por la Tierra, cambiando de esta forma la sincronización y el origen percibido de la luz con respecto a un testigo muy alejado de nuestro Sistema Solar. El efecto en este ejemplo sería minúsculo, pero no imperceptible. Un estudio encontró que los satélites eran arrastrados aproximadamente 2 metros cada año debido a la gravedad de nuestro mundo, combinando su giro con el tejido cósmico.

La luz que viaja cerca de un agujero negro se curva tan drásticamente que es consumida, nunca más vuelve a verse (excepto el filtrado completo). Tal distorsión en el continuo espacio-tiempo, difícil de comprender, es la base para otras nociones exóticas como el viaje en el tiempo. Una persona que quiera ir a otra dimensión, dejando volar la imaginación, sólo necesitaría entrar en una realidad drásticamente curvada, llamada singularidad, y de alguna forma emerger sin daño en el otro lado.

“Una vez que nos dimos cuenta de que la idea de espacio-tiempo como un continuo es sólo una aproximación a la realidad, quedó claro que las singularidades eran meros artefactos de nuestros insistencia en describir el espacio-tiempo como un continuo”, dijo Ashtekar.

La alucinante propuesta se detallará en el ejemplar del 20 de mayo de la revista Physical Review Letters. La investigación fue patrocinada por la Fundación Nacional de Ciencia y la Facultad de Ciencias Eberly de la Universidad Estatal de Pennsylvania. Victor Taveras, estudiante graduado en el Departamento de Física, y Madhavan Varadarajan, profesor en el Instituto de Investigación Raman de la India, contribuyeron al trabajo.

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Autor: Robert Roy Britt
Fecha Original: 14 de mayo de 2008
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Video [1] La naturaleza de las cosas - Einstein cotidiano

Video 1 : http://www.youtube.com/watch?v=um4HTh0kBbU


2: http://www.youtube.com/watch?v=3Kc7UJkDs-4


3: http://www.youtube.com/watch?v=P4xhri1opnw


4: http://www.youtube.com/watch?v=07TOE3mz3Hs


5: http://www.youtube.com/watch?v=Ske5qyAEAtU

Astrofísica
Explorando el Misterio de la Energía Oscura Mediante un Telescopio Para Microondas
9 de Mayo de 2008.

Algo está expandiendo el universo a una velocidad asombrosa. ¿Qué es, y adónde nos llevará? Un equipo de científicos busca las respuestas a esas preguntas con el Telescopio del Polo Sur, que entró en servicio hace poco tiempo.
Menéame

El Polo Sur es un lugar difícil para vivir o trabajar. Pero en buena parte por las mismas razones, es uno de los mejores puntos del planeta para examinar el débil fondo cósmico de microondas (CMB, por sus siglas en inglés), la radiación dejada por el Big Bang. El Telescopio del Polo Sur para las microondas está estudiando el CMB para recoger pistas sobre el nacimiento, evolución y destino del universo.

El proyecto del Telescopio del Polo Sur, dirigido por investigadores del Instituto Kavli para la Física Cosmológica de la Universidad de Chicago, tiene como objetivo ayudar a resolver un misterio cosmológico en particular: el de la energía oscura. Sobre esta fuerza no se sabe mucho. Actúa contra la gravedad y parece haber acelerado la expansión del universo. A diferencia de la energía que conocemos (y medimos), la energía oscura no parece actuar a través de ninguna de las fuerzas fundamentales de la naturaleza y sí de forma opuesta a la gravedad. No puede descubrirse directamente, por ejemplo a través de la luz u otras manifestaciones de la fuerza electromagnética. La evidencia de la energía oscura es indirecta.

La existencia de la energía oscura fue planteada por primera vez en 1998 por científicos que buscaban explicar unos datos inesperados de supernovas distantes. Desde entonces, se han llevado a cabo investigaciones utilizando el Telescopio Espacial Hubble y otros instrumentos que han rastreado el impacto de la energía oscura hasta hace aproximadamente nueve mil millones de años, cuando el universo tenía unos cinco mil millones de años de edad y las galaxias empezaron a alejarse unas de otras a un ritmo más rápido.

Estudiando el CMB y lo que dice sobre la geometría del universo, los científicos estiman que la energía oscura constituye entre el 70 y el 75 por ciento de la masa y la energía totales y combinadas del universo. Esto es aproximadamente tres veces la cantidad de materia oscura que no puede ser descubierta por la luz u otra radiación electromagnética, pero que ejerce una poderosa atracción gravitatoria sobre las galaxias. Sólo alrededor del 4 por ciento del cosmos está formado por la materia ordinaria, la materia de que estamos hechos y que podemos ver.

Así, sea lo que sea la energía oscura, el caso es que su efecto es más fuerte que cualquier otra cosa a gran escala. También puede determinar el futuro del universo. Podría ganar en fuerza y acabar con él al diseminar toda la materia, incluso a los núcleos atómicos. Los cosmólogos llaman a esto "Big Rip" (o Gran Desgarrón). O podría debilitarse y permitir que la gravedad reconcentrase el universo, en un fenómeno denominado "Big Crunch" o Gran Trituración, produciendo algo con la densidad infinita a partir de lo cual se originó el Big Bang. O quizás simplemente permitirá que la expansión continúe de manera convencional, hasta que la mayoría de las estrellas y galaxias estén demasiado distantes para ser vistas.

scopio del Polo Sur para las microondas está examinando cúmulos de galaxias para tratar de saber qué papel desempeñó la energía oscura en su evolución. Si los científicos pueden averiguar cómo la densidad de las acumulaciones de materia cambió con el paso del tiempo, pueden hacerse una idea más precisa de si la energía oscura nos está llevando hacia un Big Rip, un Big Crunch o algo intermedio.

La actividad del Telescopio del Polo Sur para las microondas no terminará con esta inspección de cúmulos de galaxias. Otro proyecto en preparación usará el telescopio para escanear el CMB en busca de sutiles fluctuaciones en su polarización. Como la luz visible, la radiación de microondas procedente del Big Bang tiene ondas moviéndose en campos electromagnéticos a diferentes ángulos. Las observaciones con otro instrumento ubicado en el Polo Sur, el interferómetro DASI, han confirmado que el CMB está polarizado como se esperaba a raíz de las teorías más aceptadas sobre el Big Bang.

Los investigadores quieren ahora usar el telescopio de microondas, más sensible, para buscar variaciones minúsculas en la polarización del CMB que denoten la presencia de grandiosas ondas de gravedad.

Esas ondas descomunales se habrían generado en el "periodo de la inflación", cuando el universo tenía tan sólo entre 10 y 50 segundos de edad.

Un nuevo conjunto de sensores, capaz de detectar la polarización así como el calor, está siendo construido por la Universidad de Chicago y debería estar listo para su instalación en el Telescopio del Polo Sur para las microondas en el verano austral (el invierno boreal) de 2009-10.

Información adicional en:

• U. Chicago

El secreto de los blázares

Enviado por:14
06-May-2008

El secreto de los blázares

Aportada una nueva prueba de la existencia de agujeros negros supermasivos en el corazón de los núcleos activos de las galaxias.



Una nueva prueba de la existencia de agujeros negros supermasivos en el corazón de los núcleos activos de las galaxias acaba de ser aportada por un esperado estudio en alta resolución por VLBA, Very Long Baseline Array, (Línea de Base Muy Larga). Esta poderosa técnica de interferometría de ondas de radio permitió a los astrofísicos zambullirse dentro del chorro de partículas cargadas producido por un blazar*. La teoría encaja perfectamente con las observaciones.

El descubrimiento de los quásares a principios de los años 1960 marcó no sólo la vuelta a un primer plano de la relatividad general si no que también constituyó el principio del fin para el modelo de la cosmología estacionaria* de Hoyle y Bondi. Desde entonces, la astrofísica relativista iba a desarrollarse rápida y poderosamente bajo el impulso de gigantes en la materia como Chandrasekhar y Zeldovitch.

Para explicar la formidable energía irradiada por objetos que se encontraban en un volumen cuyo diámetro debía ser inferior a un año de luz, se requirió que intervinieran astros que generaban un campo de gravitación, recogido en la relatividad general de Einstein.


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Una simulación de un blazar con su chorro de partículas, su disco de acreción (en amarillo/azul) y su toro (anillo) de polvo (en rojo). Observe que en realidad el flujo de partículas que se aleja del agujero negro central es irregular, con paquetes de materia. © Wolfgang Steffen,Cosmovisión.

Si tiene dificultades para visionar el video, intente hacerlo desde aquí.


Según la teoría propuesta en 1977 por Blandford y Znajek, los cuásares debían obtener su fantástica energía de los procesos de acreción y de la magnetohidrodinámica relativista producidos por un agujero negro de Kerr* en rotación y del que la masa debía sobrepasar el millón de masas solares. Los poderosos chorros de partículas observados estarían alineados con el eje de rotación del agujero negro. Retorciendo las líneas de los campos magnéticos generadas por un efecto dinamo, esta rotación sería responsable de los procesos de aceleración y de expulsión de las partículas presentes en el chorro. ¿Pero cómo estar seguro de ello?.

Una vista en corte del disco de acreción y del chorro del blazar. Las partículas aceleradas siguen las líneas de los campos retorcidos y en forma de espiral alejándose del agujero negro central cuyo radio de Schwarzschild* está indicado por el valor RS. Llegando justo ante una zona turbulenta y otra donde se produce un focalización del haz de partículas, se genera una onda de choque responsable de una brusca emisión de radiación en diferentes longitudes de onda. Hay pues dos bocanadas observables.© Nature (pulsar sobre la imagen para ampliarla)

Un red de radiotelescopios para acechar a la onda de choque.

La teoría predice que el enroscamiento de las líneas de los campos magnéticos por la rotación del agujero negro, implica un movimiento helicoidal para las partículas aceleradas que se desplazan a lo largo del chorro. Además, la radiación producida a diferentes longitudes de onda será más intensa paralela al chorro, y sobre todo, pasada cierta distancia alejándose del agujero negro central a lo largo del chorro, una onda de choque debe producirse creando emisiones bruscas en el rango visible, pero también en la radiación X y gamma.

Alan Marscher, un astrofísico de la Universidad de Boston, acometió con sus colegas la labor de observar a BL Lacertae, una galaxia que poseía un núcleo activo y que sirve de referencia para definir lo que se llama unos objetos BL Lac*. Situado a 950 millones de años luz de la Tierra, este objeto es un blazar, es decir un cuásar que produce chorros de partículas de los que uno está orientado en dirección a nuestra Galaxia.

Utilizando la red de radiotelescopios conocida bajo el nombre de VLBA, los investigadores pudieron seguir detalladamente el movimiento de un paquete de partículas eyectado por el agujero negro central de BL Lacertae, emitido en ondas de radio. Paralelamente, otros telescopios capaces de observar las emisiones en óptica, rayos X y gamma fueron mobilizados durante varios años para observar los brillos procedente del chorro del blazar. Cuando el paquete de materia llegó exactamente a la distancia donde la teoría predecía que debían producirse las bruscas bocanadas de radiación gamma, X y visible, los astrofísicos pudieron comprobar que sus cálculos concordaban perfectamente con la realidad.

Recreación artística de un blazar.© Marscher et al., Wolfgang Steffen, Cosmovision, NRAO/AUI/NSF (pulsar sobre la imagen para ampliarla)

No se trata sólo de un éxito teórico que refuerza considerablemente la confianza en la teoría de los agujeros negros como fuente de energía de los cuásares, se trata también de un impresionante éxito desde el punto de vista de las observaciones porque se consiguió seguir con todo detalle los procesos en el interior del corazón del chorro de un cuásar.


Para saber más:

Un blazar es una fuente de energía muy compacta y altamente variable situada en el centro de una galaxia. Los blázares están entre los fenómenos más violentos del Universo y son un tema importante en la astronomía extragaláctica.

Los blázares son miembros de un grupo más grande de galaxias activas, también llamados Núcleos Activos Galácticos (AGN). Sin embargo, no son un grupo homogéneo y pueden ser divididos en dos grupos de galaxias:

- Cuásares altamente variables, a veces llamados cuásares Variables Ópticamente Violentos (OVV), estos son un subconjunto pequeño de todos los cuásares.

- Objetos BL Lacertae (objetos "BL Lac" o simplemente "BL Lacs"). Algunos de estos extraños objetos pueden ser blázares intermedios, los cuales parecen tener una mezcla de las propiedades de ambos.

Los blázares son AGN con un jet o chorro relativístico que está apuntando en dirección a la Tierra. Nosotros observamos "desde abajo" el jet, y esto responde a la rápida variabilidad y rasgos de ambos tipos de blázares. Muchos blázares tienen características superlumínicas dentro de los primeros parsecs de sus jets, probablemente debido a los frentes de onda de choque relativísticos.

El cuadro generalmente aceptado de estos cuásares OVV es que son, intrínsecamente, potentes radio galaxias, mientras que los objetos BL Lac son, básicamente, galaxias de fuentes de radio débil. En ambos casos, los centros galácticos son de galaxias elípticas gigantes.

Los modelos alternativos, por ejemplo las microlentes gravitacionales, pueden responder a las observaciones de algunos blázares pero no son consistentes con las propiedades generales.

También se considera que los agujeros negros configuran blázares cuando los chorros de plasma que les pueden estar asociados son visibles.

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"Steady State Universe" (Universo en Estado Estacionario, Bondi, Gold, y Hoyle, 1949) postula la creación de materia a partir del vacío, para satisfacer el Principio Cosmológico Perfecto (la densidad es constante y el Universo parece el mismo, en promedio sobre grandes volúmenes y tiempos). Este postulado fue motivado por un aparente problema de escala de tiempo.

Hubble encontró que el Universo de galaxias se expandía con una velocidad dada por: V = H₀ * R, que aumentaba sistemáticamente con la distancia R a la galaxia. H₀ es la tasa de expansión de Hubble.

Esto significa que si no ha habido aceleración o deceleración, toda la materia debe haber estado amontonada al inicio de la expansión; hace un tiempo R/V o 1/H₀.

Se encontró que la tasa de expansión de Hubble actualmente era H₀= 500 km/s/Mpc en el trabajo original de Hubble.

Esto significa que 1/H₀ = 2 mil millones de años, era un límite superior para la edad del Universo.

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Un agujero negro de Kerr o agujero negro en rotación es una región de agujero negro presente en el espacio-tiempo de Kerr, cuando el objeto másico tiene un radio inferior a cierta magnitud, por encima de este radio el universo de Kerr no presenta región de agujero negro. Un agujero negro de Kerr es una región no isótropa que queda delimitada por un horizonte de sucesos y una ergoesfera presentando notables diferencias con respecto al agujero negro de Schwarzschild. Esta nueva frontera describe una región donde la luz aun puede escapar pero cuyo giro induce altas energías en los fotones que la cruzan. Debido a la conservación del momento angular, este espacio forma un elipsoide, en cuyo interior se encuentra un solo horizonte de sucesos con su respectiva singularidad, que debido a la rotación tiene forma de anillo.

El espacio-tiempo de Kerr corresponde al campo gravitatorio producido por una cuerpo másico de masa M y el momento angular J. Esta solución nace del éxito del matemático Roy Kerr al resolver las ecuaciones de la relatividad en torno a un objeto masivo en rotación.

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El radio de Schwarzschild es la medida del tamaño de un agujero negro de Schwarzschild, es decir, un agujero negro de simetría esférica y estático. Se corresponde con el radio aparente del horizonte de sucesos, expresado en coordenadas de Schwarzschild.



Traducido y ampliado para Astroseti.org por Xavier Civit



Crédito de las imágenes: Marscher et al., Wolfgang Steffen, Cosmovision, NRAO/AUI/NSF, Nature, YouTube.




Un Universo por descubrir

Descubre parte de la materia perdida del universo

Publicado por Kanijo el 06 May 2008 a las 12:16 pm

XMM-Newton descubre parte de la materia perdida del universo

Cúmulos de galaxias Abell 222 y Abell 223

El observatorio orbital de rayos-X XMM-Newton ha sido usado por un equipo internacional de astrónomos para descubrir parte de la materia perdida del universo.

Hace 10 años, los científicos predijeron que aproximadamente la mitad de la masa perdida “común” o materia normal hecha de átomos existe en forma de gas de baja densidad, llenando vastos espacios entre las galaxias.

Toda la materia del universo está distribuida en una estructura similar a una red. En los densos nodos de la red cósmica están los cúmulos de galaxias, los mayores objetos del universo. Los astrónomos sospechan que el gas de baja densidad impregna los filamentos de la red.

La baja densidad del gas ha impedido muchos intentos de detectarlo en el pasado. Con la alta sensibilidad de XMM-Newton, los astrónomos han descubierto sus partes más cálidas. El descubrimiento les ayudará a comprender la evolución de la red cósmica.

Sólo aproximadamente un 5% de nuestro universo está hecho de materia normal tal y como la conocemos, constando de protones y neutrones, o bariones, junto con electrones, que forman los bloques básicos de la materia común. El resto de nuestro universo está compuesto de la esquiva materia oscura (23%) y energía oscura (72%).

Aunque podría ser un porcentaje tan pequeño, no se conoce el paradero de la mitad de la materia bariónica común. Todas las estrellas, galaxias y el gas observable en el universo cuentan con menos de la mitad de todos los bariones que debería haber.

Los científicos predijeron que el gas tendría una temperatura alta y por tal principalmente emitiría rayos-X de baja energía. Pero su bajísima densidad hizo difícil la observación.

Los astrónomos que usaron el XMM-Newton observaban un par de cúmulos de galaxias, Abell 222 y Abell 223, situados a una distancia de 2300 millones de años luz de la Tierra, cuando las imágenes y espectro del sistema revelaron un puente de gas caliente conectando los cúmulos.

“El gas caliente que vemos en este piente o filamento es probablemente la parte más densa y caliente del difuso gas de la red cósmica, que se cree que constituye aproximadamente la mitad de la materia bariónica del universo”, dice Norbert Werner del Instituto Holandés SRON de Investigación Espacial, líder del equipo que informó del descubrimiento.

“el descubrimiento de los más cálidos de los bariones perdidos es importante. Esto se debe a que existen varios modelos y todos ellos predicen que los bariones perdidos son una forma de gas caliente, pero los modelos tienden a no concordar en los extremos”, añade Alexis Finoguenov, miembro del equipo.

Incluso con la sensibilidad de XMM-Newton, el descubrimiento fue posible sólo debido a que el filamento está a lo largo de nuestra línea de visión, concentrando la emisión de todo el filamento en una pequeña región del cielo. El descubrimiento de este gas caliente ayudará a comprender mejor la evolución de la red cósmica.

“Este es sólo el principio. Para comprender la distribución de la materia en la red cósmica, tenemos que ver más sistemas como este. Y finalmente lanzar un observatorio espacial dedicado a observar la red cósmica con una sensibilidad mucho mayor que la posible con las misiones actuales. Nuestro resultado permite establecer requisitos fiables para esos nuevas misiones”, concluye Norbert Werner.

El Científico del Proyecto XMM-Newton de la ESA, Norbert Schartel, comenta sobre el descubrimiento que: “Este importante avance es una gran noticia para la misión. El gas ha sido detectado tras un duro trabajo y lo que es más importante, ahora sabemos dónde buscarlo. Espero muchos estudios que continúen observando con XMM-Newton regiones tan prometedoras del cielo”.

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Fecha Original: 6 de mayo de 2008
Enlace Original

¿Es la energía oscura una ilusión?

¿Es la energía oscura una ilusión?

Área: Espacio — Miércoles, 18 de Abril de 2007

Cúmulo (Ampliar). Foto: NASA.

Un físico del CERN propone que quizás la energía oscura no existe y que lo observado se deba más bien a las inhomogeneidades del Universo.
La energía oscura es difícil de entender. Fue propuesta por primera vez a finales de los noventa debido a los resultados obtenidos en la medición del brillo de explosiones de supernovas. Es una fuerza que empuja la expansión del Universo más de lo que se expandiría sólo por el efecto del Big Bang. Actuaría como una fuerza antigravitatoria y parece ser que es más poderosa conforme el tamaño del universo aumenta con la expansión.
A diferencia de la materia ordinaria o la materia oscura que se diluyen con el tiempo al haber más espacio disponible (debido a la expansión del mismo), la energía oscura permanecería constante. Como la materia de cualquier tipo es la única que produce una fuerza atractiva gravitatoria no hay nada que se oponga a la expansión originada por la Gran Explosión que dio origen al Universo. Dicha expansión no se parará y el Universo continuará expandiéndose para siempre. Además, la energía oscura hará que se expanda cada vez más rápido, pues dicha energía no se diluye con dicha expansión, hasta que toda la materia quede absolutamente diluida en la nada.
Esta energía oscura, cuya naturaleza última no conocemos de momento, fue supuestamente confirmada en las mediciones del fondo cósmico de radiación realizadas por el WMAP. Según estas medidas la energía oscura representa el 74% del Universo, la materia oscura el 22% y la materia ordinaria (estrellas, planetas, nubes de polvo y gas… nosotros) sólo el 4% del mismo. Durante estos últimos años los científicos han estado tratando de saber la naturaleza de esta energía oscura sin demasiado éxito.
En realidad la hipótesis de la energía oscura es bastante oscura y lo único que nos hace creer realmente en ella son las medidas tomadas a partir de las supernovas.
Según Syksy Rasanen la expansión acelerada del Universo no estaría controlada por esta misteriosa energía, sino que paradójicamente lo observado sería una consecuencia del colapso de materia en pequeñas regiones de espacio.
Suena contraintuitivo que el aumento de la expansión se deba al colapso de ciertas regiones del universo bajo la fuerza de la gravedad, pero se puede entender.
Desde hace mucho tiempo se ha venido asumiendo que la expansión del Universo no está influenciada por las propiedades de las regiones pequeñas que contiene, porque estas propiedades deben de promediarse a escalas grandes.
Sin embargo, en una región dada de espacio la fuerza de gravedad entre materia actúa como un freno a la expansión. Esto significa que la expansión debe de reducirse en regiones con mucha materia, mientras que debe de continuar en regiones vacías de materia.
Esta diferencia entre los ritmos de expansión entre las distintas regiones sería la que podría producir una ilusión de existencia de energía oscura, según Rasanen. Aunque el ritmo de expansión decrezca o se estabilice en cada región, el promedio de expansión para todo el universo como un todo aumentaría que es lo que se observa. Esto se debería a que con el tiempo, las regiones más densas atraen más materia hacia ellas por gravedad y vacían incluso más las regiones menos densas. Este proceso, de hecho, ya promovió en el pasado la formación de galaxias y cúmulos de galaxias con grandes vacíos entre ellos.
Aunque la velocidad de expansión se reduce más y más en las regiones densas, estas regiones terminan siendo menos importantes en la expansión del Universo en su conjunto, porque representan un porcentaje en volumen cada vez menor.
En los vacíos, sin embargo, la expansión continúa y terminan siendo cada vez más grandes y representando gran parte del volumen total del Universo.
Como la influencia de las regiones densas declina, el ritmo de expansión promedio del Universo aumenta aunque no haya una fuerza repulsiva extra representada por la energía oscura.
Rasanen encuentra esta explicación muy plausible, pero otros como Niayesh Afshordi del Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics creen que está equivocada.
Según los críticos las diferencias de densidad deberían de ser muy pronunciadas a escalas de diez mil o un millón de años luz para que el efecto se notara. Y las medidas indican que las diferencias de densidad son de sólo un 0,001% a esas escalas
Pero según Rasanen en los mapas 3D de distribución de galaxias como el 2-degree Field Galaxy Redshift Survey se muestran diferencias de cerca del 20% que son suficientes para sustentar su teoría.
Rasanen admite que su modelo teórico es muy simple, pero argumenta que hasta que no se esté seguro no se puede afirmar que la expansión extra se deba a una energía oscura.
Según él, si las diferencias de densidad tienen una influencia sobre la expansión del Universo, entonces las futuras medidas de la expansión basadas en explosiones de supernovas deberán de mostrar diferentes ritmos de expansión según la dirección en la que se mida.
Si este investigador tiene razón a los cosmólogos actuales les habría pasado como a Einstein y su famosa “mayor metedura de pata” con la constante cosmológica, que aparece y desaparece según las necesidades.

Fuente: New Scientist.
Referencias:
Accelerated expansion from structure formation.
Cosmological acceleration from structure formation.

Conexión entre la materia oscura y la energía oscura

Conexión entre la materia oscura y la energía oscura


Los conceptos de materia y energía oscuras permanecen todavía en el misterio. Una nueva teoría trata de unificarlos como dos aspectos de una misma fuerza.

En las últimas décadas, los científicos han descubierto que hay mucho más en el universo que lo visible a simple vista. El cosmos parece estar lleno no de uno, sino de dos constituyentes invisibles: la materia oscura y la energía oscura, cuya existencia ha sido propuesta solamente sobre la base de sus efectos gravitatorios sobre la materia y energía ordinarias.

Ahora, el físico teórico Robert J. Scherrer (izquierda) ha presentado un modelo que podría disminuir en un 50% el misterio, al explicar que la materia y energía oscuras son dos aspectos de una única fuerza desconocida. Ha descrito su modelo en un artículo titulado “K-Esencia Cinética Pura como Materia Oscura Unificada”, que ha sido publicado online el 30 de junio de 2004 en Physical Review Letters y que está disponible online aquí.

“Una forma de pensar sobre ésto es que el universo está lleno de un fluido invisible que ejerce presión sobre la materia ordinaria y modifica la forma en que se expande el universo”, dice Scherrer, un profesor de física en la Universidad de Vanderbilt.

Según Scherrer, su modelo es extremadamente simple y evita los grandes problemas que han caracterizado a los esfuerzos anteriores de unificar la materia y la energía oscuras.

En la década de 1970, los astrofísicos postularon la existencia de partículas invisibles llamadas materia oscura para poder explicar el movimiento de las galaxias. Basados en estas observaciones, estimaron que en el universo debería haber 10 veces más materia oscura que materia ordinaria. Una posible explicación para la materia oscura es que estaba conformada por un nuevo tipo de partícula denominadas Partículas Masivas Débilmente Interactivas (WIMPs = Weakly Interacting Massive Particles), que no emiten luz y casi no interactúan con la materia ordinaria. Se está buscando evidencia de estas partículas en varios experimentos.

Como si ésto no fuera suficiente, en la década de 1990 apareció la energía oscura, que produce una fuerza de repulsión que parece estar desgarrando el universo. Los científicos invocaron a la energía oscura para explicar el sorpresivo descubrimiento de que la tasa en que se expande el universo no está disminuyendo, como pensaba la mayoría de los cosmólogos, sino que se está acelerando. De acuerdo con las últimas estimaciones, la energía oscura compondría el 75% del universo y la materia oscura sería otro 23%, lo que dejaría a la materia y energía ordinarias con un distintivo papel minoritario del 2%.

La idea unificadora de Scherrer es una forma exótica de energía con propiedades bien definidas aunque complicadas, llamada campo escalar. En este contexto, un campo es una cantidad física que posee energía y presión que es diseminada por todo el espacio. Los cosmólogos convocaron inicialmente a los campos escalares para explicar la inflación cósmica, un período un poco posterior al Big Bang cuando parece que el universo sufrió un episodio de hiper-expansión, inflándose trillones de veces en menos de un segundo.

Específicamente, Scherrer utiliza en su modelo un campo escalar de segunda generación, conocido como k-esencia. Los campos de k-esencia han sido propuestos por Paul Steinhardt de la Universidad de Princeton y otros como una explicación de la energía oscura., pero Scherrer es el primero en hacer notar que un tipo simple de campo de k-esencia puede también producir los efectos atribuidos a la materia oscura.

Los científicos diferencian entre materia oscura y energía oscura porque parecen comportarse de manera diferente. La materia oscura parece tener masa y formar acumulaciones gigantescas. De hecho, los cosmólogos calculan que la atracción gravitatoria de estas acumulaciones jugaba un papel principal para que la materia ordinaria formara las galaxias. Por contraste, la energía oscura parece no tener masa y distribuirse uniformemente por todo el espacio, donde actúa como una especie de anti-gravedad, una fuerza repulsora que está desgarrando el universo.

Los campos de k-esencia pueden cambiar su comportamiento a través del tiempo. Cuando se investiga un tipo muy simple de campo de k-esencia en el cual la energía potencial es una constante, Scherrer descubrió que a medida que el campo evoluciona, pasa a través de una fase donde puede acumularse e imitar el efecto de partículas invisibles, seguida por otra fase en la cual se distribuye uniformemente a través del espacio y adquiere las características de la energía oscura.

“El modelo evoluciona naturalmente hacia un estado en el que parece ser materia oscura durante un tiempo, y luego se comporta como energía oscura”, dice Scherrer. “Cuando comprendí ésto, pensé: “Ésto es convincente; veamos que se puede hacer con ello””.

Cuando examinó el modelo con más detalle, Scherrer encontró que evita mucho de los problemas que han plagado las teorías previas que intentan unificar la materia y la energía oscuras.

El primer modelo de energía oscura fue hecho modificando la teoría general de la relatividad para incluir en ella un término llamado “constante cosmológica”. Este fue un término que Einstein incluyó originalmente para balancear la fuerza de gravedad y lograr así un universo estático. Pero luego abandonó alegremente la constante cuando las observaciones astronómicas evidenciaron que no era necesaria. Los modelos recientes que re-introducen la constante cosmológica cumplen un buen trabajo al reproducir los efectos de la energía oscura pero no explican la materia oscura.

Un intento de unificar la energía y la materia oscuras, llamado el modelo gaseoso de Chaplygin, está basado en el trabajo de un físico ruso en la década de 1930. Produce una etapa inicial parecida a la materia oscura, seguida de una evolución parecida a la energía oscura, pero tiene problemas para explicar el proceso de formación galáctica.

La formulación de Scherrer tiene algún parecido con una teoría unificada que fue propuesta a principios de este año por Nima Arkani-Hamed y otros colegas en la Universidad de Harvard, quienes intentaron explicar la materia y la energía oscura como causadas por el comportamiento de un fluido invisible y omnipresente que ellos llamaron “condensado fantasma”.

Aunque el modelo de Scherrer posee varios rasgos positivos, también presenta algunos problemas. Por un lado, requiere un “afinado fino” muy extremo para funcionar. El físico también advierte que serán necesarios más estudios para determinar si el comportamiento del modelo es consistente con otras observaciones. Además, no puede explicar el problema de coincidencia: ¿Por qué vivimos en el único momento en la historia del universo en que las densidades calculadas para la materia y la energía oscura son comparables?. Los científicos tienen sus sospechas sobre ésto, pues sugiere que hay algo especial en la era presente.

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3 Teorías que podrían hacer estallar al Big Bang

Articulo completo posteado en Ciencia Kanija. El original apareció en Discover y su autor es Adam Frank. Dejadme comentar que este articulo me parece una autentica maravilla.

El tiempo pudo no haber tenido un principio – y podría no existir en absoluto.

Para Paul Steinhardt y Neil Turok, el Big Bang finalizó en un día de verano de 1999 en Cambridge, Inglaterra. Sentados juntos en una conferencia que habían organizado, llamada “Un adiestramiento sobre la conexión de la física fundamental y la cosmología”, los dos físicos de pronto llegaron a la misma idea. Tal vez la ciencia estaba por fin lista para abordar el misterio de qué hizo estallar al Big Bang. Y si era así, entonces tal vez la ciencia pudiese también enfrentarse a una de cuestiones más profundas: ¿Qué pasó antes del Big Bang?

Steinhardt y Turok — trabajando estrechamente con algunos colegas de su misma opinión — han desarrollado ahora estas visiones en una detallada alternativa a la visión predominante similar al Génesis de la cosmología. De acuerdo con la Teoría del Big Bang, todo el universo surgió durante un único instante hace aproximadamente 13 700 millones de años. En la teoría rival, nuestro universo se genera y regenera a sí mismo en un ciclo infinito de creación. La última versión de modelo cíclico incluso encaja con las piezas clave de evidencias observacionales que apoyan la visión anterior.

Este es el reto más detallado hasta el momento a la ortodoxia de 40 años del Big Bang. Algunos investigadores van más allá y prevén un tipo de tiempo infinito que se desarrolla no sólo en este universo, sino en un multiverso — una multitud de universos, cada uno de los cuales tiene sus propias leyes físicas y su propia historia de la vida. Mientras otros revisan la propia idea del tiempo, interpretando el concepto de “inicio” como algo sin sentido.

Todas estas herejías cosmológicas concuerdan en una cosa: El Big Bang no define por más tiempo el límite de cómo de lejos puede explorar la mente humana.

Gran Idea 1: La increíble masificación

La última elaboración de la cosmología cíclica de Steinhardt y Turok, encabezada por Evgeny Buchbinder del Instituto Perimeter de Física Teórica en Waterloo, Ontario, fue publicada el pasado diciembre. Aún así el impulso detrás de este trabajo es muy anterior a las teorías modernas del universo. En el siglo cuarto, San Agustín se preguntó qué hacía el Señor antes del primer día del Génesis (repitiendo irónicamente la exasperante réplica de “Estaba preparando el Infierno para aquellos que se entrometen demasiado”). La cuestión es que se convirtió en ciencia en 1929, cuando Edwin Hubble determinó que el universo se estaba expandiendo. Extrapolándolo hacia atrás, las observaciones de Hubble sugerían que el cosmos se separaba desde un origen explosivo, el legendario Big Bang.

En el estándar de la interpretación del Big Bang, que tomó forma en los años 60, el evento formativo no fue una explosión que tuvo lugar en algún punto del espacio y del tiempo — fue una explosión de espacio y tiempo. En esta visión, el tiempo no existía con anterioridad. Incluso para muchos investigadores en el campo, ésta fue una píldora difícil de tragar. Es difícil imaginar que el tiempo simplemente comienza: ¿Cómo decide el universo que es hora de saltar a la existencia?

Durante años, cada intento de comprender lo que sucedía en ese momento formativo se encontraba rápidamente con un callejón sin salida. En el modelo estándar del Big Bang, el universo comienza en un estado de densidad y temperatura casi infinitas. En tales extremos las leyes conocidas de la física colapsan. Para recorrer todo el camino de vuelta al inicio del tiempo, los físicos necesitan una nueva teoría, una que fusione la relatividad general con la mecánica cuántica.

Los proyectos para dar sentido al Big Bang comenzaron a mejorarse en los años 90 cuando los físicos refinaron sus ideas en la Teoría de Cuerdas, una prometedora aproximación para reconciliar las visiones de la relatividad y la cuántica. Nadie sabe aún si la Teoría de Cuerdas encaja con el mundo real — el Gran Colisionador de Hadrones, un impactador de partículas que entrará en funcionamiento a finales de este año, puede proporcionar algunas pistas — pero ya ha inspirado algunas ideas sorprendentes sobre cómo está construido el universo. Lo más notable es que las actuales versiones de la Teoría de Cuerdas proponen siete dimensiones ocultas del espacio además de las tres que experimentamos.

Cosas extrañas y maravillosas pueden suceder in esas dimensiones extra: Esto es lo que inspiró a Steinhardt (Universidad de Princeton) y Turok (Universidad de Cambridge) para configurar la fatídica conferencia de 1999. “Organizamos la conferencia porque ambos sentíamos que el modelo estándar del Big Bang fallaba al explicar cosas”, dice Turok. “Queríamos reunir a la gente para hablar sobre lo que la Teoría de Cuerdas podía hacer por la cosmología”.

El concepto clave resultó ser una “brana”, un mundo tridimensional incrustado en un espacio de más dimensiones (el término, en el lenguaje de la Teoría de Cuerdas, es simplemente una abreviatura de membrana). “La gente justo había empezado a hablar de las branas cuando planeamos la conferencia”, recuerda Steinhardt. “Junto, Neil y yo fuimos a una charla donde los ponentes estaban describiéndolas como objetos estáticos. Al terminar ambos hicimos la misma pregunta: ¿Qué pasa si la membrana puede moverse? ¿Qué pasa si colisiona?”

Una notable visión comenzaba a tomar forma en la mente de los dos físicos. Una hoja de papel volando por el aire es un tipo de membrana bidimensional dando vueltas en nuestro mundo tridimensional. Para Steinhardt y Turok, todo nuestro universo es sólo una hoja, o una 3-D brana, moviéndose a través de un fondo de cuatro dimensiones llamado “la masificación”. Nuestra brana no es la única; existen otras moviéndose también por la masificación. Así como dos hojas de papel pueden ser lanzadas una contra otra en una tormenta, distintas 3-D branas podrían colisionar dentro de la masificación.

Las ecuaciones de la Teoría de Cuerdas indican que cada 3-D brana ejercería unas poderosas fuerzas sobre las otras cercanas en la masificación. Vastas cantidades de energía yacen vinculadas en estas fuerzas. Una colisión entre dos branas podrían liberar esas energías. Desde el interior, el resultado parecería una tremenda explosión. Incluso más intrigante, las características teóricas de la explosión encajan de cerca con las propiedades observadas del Big Bang — incluyendo el fondo de microondas cósmico, el brillo del feroz calor del universo en sus primeros días. “Esto es sorprendente para nosotros debido a que significa que las branas en colisión podrían explicar una de las piezas clave en las pruebas que se usan para apoyar el Big Bang”, dice Steinhardt.

Tres años después llegó una segunda epifanía: Steinhardt y Turok encontraron que su historia no finalizaba tras la colisión. “No estábamos buscando ciclos”, dice Steinhardt, “pero el modelo los producía de forma natural”. Tras una colisión, la energía generaba materia en los mundobranas. La materia entonces evoluciona en el tipo de universo que conocemos: galaxias, estrellas, planetas. El espacio entre las branas se expande, y al principio la distancia entre las branas (en la masificación) crece también. Cuando el mundobrana se expande tanto que su espacio está casi vacío, no obstante, las fuerzas atractivas entre las branas arrastran a los mundo-hojas a unirse de nuevo. Tiene lugar una nueva colisión, y un nuevo ciclo de creación comienza. En este modelo, cada ronda de existencia — cada ciclo de una colisión a la siguiente — se alarga aproximadamente un billón de años. Con tal consideración, nuestro universo aún está en su infancia, con apenas un 0,1 por ciento de su camino a lo largo del ciclo actual.

El universo cíclico resuelve directamente el problema del antes. Con una infinidad de Big Bangs, el tiempo se extiende para siempre en ambas direcciones. “El Big Bang no fue el inicio del espacio y el tiempo”, dice Steinhardt. “Hubo un antes, y el antes importa debido a que deja una huella de lo que pasa en el siguiente ciclo”.

No todo el mundo está de acuerdo con esta salida del pensamiento cosmológico habitual. Algunos investigadores consideran que las ideas de Steinhardt y Turok están desencaminadas o son incluso peligrosas. “Un respetado científico me dijo una vez que deberíamos dejarlo porque estábamos minando la confianza del público en el Big Bang”, dice Turok. Pero parte del atractivo del universo cíclico es que no es sólo una idea preciosa – sino que es comprobable.

El modelo estándar de los inicios del universo predice que el espacio está lleno de ondas gravitatorias, olas en el espacio-tiempo dejadas en los primeros instantes tras el Big Bang. Estas olas se ven muy distintas en el modelo cíclico, y esas diferencias podrían medirse — tan pronto como los físicos desarrollen un detector de ondas gravitatorias eficaz. “Pueden pasar 20 años antes de que tengamos la tecnología”, dice Turok, “pero en principio puede hacerse. Dada la importancia de la cuestión, diría que merece la pena de la espera”.

Gran idea 2: La flecha del tiempo

Aunque el concepto de un universo cíclico proporciona una forma de explorar el pasado del Big Bang, algunos científicos creen que Steinhardt y Turok han esquivado el profundo tema de los orígenes. “El problema real no es el inicio del tiempo sino de la flecha del tiempo”, dice Sean Carroll, físico teórico en Caltech. “Buscar un universo que se repite a sí mismo es exactamente lo que no quieres. Los ciclos nos dan un tiempo que fluye en una dirección definida, y la dirección del tiempo es justo lo que necesitamos explicar”.

En 2004 Carroll y su estudiante graduada, Jennifer Chen, aparecieron con una respuesta muy distinta al problema anterior. Desde su visión, la flecha del tiempo y el inicio del tiempo no pueden tratarse de forma separada: No hay forma de abordar lo que sucedió antes del Big Bang hasta comprender por qué el antes precede al después. Así como Steinhardt y Turok, Carroll cree que hallar la respuesta requiere repensar todo el universo, pero Carroll no está satisfecho añadiendo más dimensiones. También quiere añadir más universos — muchísimos más — para demostrar que, a gran escala, el tiempo no fluye sino que avanza simétricamente atrás y adelante.

La progresión del tiempo en una dirección, siempre hacia el futuro, es uno de los grandes enigmas de la física. Las ecuaciones que gobiernan los objetos individuales no se preocupan de la dirección del tiempo. Imagina una película de dos bolas de billar chocando; no hay forma de decir si la película se mueve hacia delante o hacia atrás. Pero si reúnes una enorme cantidad de átomos en algo como un globo, el pasado y el futuro se ven muy distintos. Revienta el globo y las moléculas de aire en su interior rápidamente llenarán todo el espacio; nunca corren hacia atrás para volver a inflar el globo.

En un grupo de objetos tan grande, el sistema tiende hacia el equilibrio. Los físicos usan el término entropía para describir cómo de alejado está un sistema del equilibrio. Cuanto más cerca, mayor es la entropía; el equilibrio completo es, por definición, el valor máximo. Por tanto el camino de una entropía baja (todas las moléculas distribuidas en una esquina de la sala, inestable) a una entropía máxima (las moléculas distribuidas en la sala, estable) define la flecha del tiempo. La ruta al equilibrio separa el antes del después. Una vez se alcanza el equilibrio la flecha del tiempo no tiene sentido, porque no es posible ningún cambio.

“Nuestro universo ha estado evolucionando durante 13 000 millones de años”, dice Carroll, “por lo que claramente no empezó en equilibrio”. En lugar de esto, toda la materia, energía, espacio e incluso el tiempo deben haber comenzado en un estado de entropía extraordinariamente baja. Esta es la única forma en la que podríamos comenzar con un Big Bang y terminar con el cosmos maravillosamente diverso que vemos hoy. Comprende cómo sucedió, argumenta Carroll, y comprenderás el proceso mayor que llevó a nuestro universo a la existencia.

Para demostrar cómo de extraño es nuestro universo, Carroll considera todas las otras formas en las que podría haberse formado. Pensando sobre el rango de posibilidades, se pregunta: “¿Por qué la configuración inicial del universo permitió al tiempo cósmico tener una dirección? Hay un infinito número de formas en que el universo inicial pudo haberse configurado. Una abrumadora mayoría de ellos tienen una entropía alta”. Estos universos de alta entropía serían aburridos e inertes; la evolución y el cambio no serían posibles. Tal universo no podría producir galaxias y estrellas, y ciertamente no podría dar soporte a la vida.

Es casi como si nuestro propio universo estuviese ajustado con precisión para comenzar lejos del equilibrio de tal forma que pudiese poseer una flecha del tiempo. Pero para un físico, invocar el ajuste preciso es similar a decir que “ocurrió un milagro”. Para Carroll, el reto fue encontrar un proceso que explicase la baja entropía del universo de forma natural, sin el llamamiento a una increíble coincidencia o (peor) a un milagro.

Carroll encontró que este proceso oculto en las profundidades de una de las más extrañas y apasionantes elaboraciones recientes de la Teoría del Big Bang. En 1984, el físico del MIT Alan Guth sugirió que el jovencísimo universo había pasado por un periodo de expansión acelerada, que llamó “inflación” y tal expansión había ampliado un pequeño rincón de un universo anterior en todo lo que vemos. A finales de los años 80 Guth y otros físicos, principalmente Andrei Linde, ahora en Stanford, vieron que la inflación podría haber sucedido una y otra vez en un proceso de “inflación eterna”. Como resultado, universos de bolsillo muy similares al nuestro podrían estar surgiendo a partir del fondo no inflacionado a cada momento. Esta multitud de universos fue conocida, inevitablemente, como multiverso.

Carroll encontró en el concepto de multiverso una solución tanto a la dirección como al origen del tiempo cósmico. Había estado meditando sobre la flecha del tiempo desde que se graduó en la universidad a finales de los años 80, cuando publicó artículos sobre la factibilidad del viaje en el tiempo usando la física conocida. La inflación eterna sugiere que no es suficiente con pensar sobre el tiempo sólo en nuestro universo; se dio cuenta de que necesitaba considerarlo en un contexto mucho mayor de multiverso.

“Nos preguntamos si la inflación podría funcionar en ambas direcciones”, dice Carroll. “Eso significa que no sería necesario un único Big Bang. Los universos de bolsillo siempre aparecerían del fondo no inflacionado. El truco necesario para hacer que funcione la inflación eterna era encontrar un punto de inicio genérico: una condición fácil de lograr que sucediera infinitamente muchas veces y permitiese que la inflación eterna fluyese en ambas direcciones”.

Una teoría completa de la inflación eterna llegó a la mente de Carroll en 2004, mientras atendía a un taller de cinco meses de cosmología en el famoso Instituto Kavli de Física Teoría de la Universidad de California en Santa Bárbara junto a su estudiante Jennifer Chen. “Vas a un lugar como Kavli y te ves lejos de las responsabilidades normales de enseñar”, dice Carroll. “Eso te da tiempo para colocar todas las cosas en su sitio”. En esos cinco meses, Carroll y Chen elaboraron una visión de un multiverso derrochador sin inicios, finales ni flechas del tiempo.

“Todo lo que necesitas”, dice Carroll, con la afición de los físicos a la vaguedad, “es empezar con algo de espacio vacío, algo de energía oscura, y paciencia”. La energía oscura — un tipo de energía oculto incrustado en el espacio vacío, cuya existencia está firmemente conformada por observaciones recientes — es crucial debido a que la física cuántica dice que cualquier campo de energía siempre producirá fluctuaciones aleatorias. En la teoría de Carroll y Chen, las fluctuaciones de fondo de la energía oscura actúan como semillas que disparan nuevas rondas de inflación, creando una multitud de universos de bolsillo a partir del espacio vacío.

“Algunos de estos universos de bolsillo colapsarán en agujeros negros y se evaporarán, sacándose a sí mismos de la descripción”, dice Carroll. “Pero otros se expandirán para siempre. Los que se expanden, finalmente se dispersan. Se convierten en nuevo espacio vacío a partir del cual puede empezar de nuevo la inflación”. Todo el proceso puede suceder de nuevo una y otra vez. Sorprendentemente, la dirección del tiempo no importa en el proceso. “Esto es lo divertido. Puedes evolucionar los pequeños universos en inflación en cualquier dirección desde tu punto de inicio genérico”, dice Carroll. En el pasado súper-lejano de nuestro universo, mucho antes del Big Bang, pudo haber otros Big Bangs para los que la flecha del tiempo corriera en la dirección opuesta.

En la mayor escala, el multiverso es como una espuma de universos de bolsillo interconectados, completamente simétricos respecto al tiempo. Algunos universos se mueven adelante, pero en general, un número igual se mueven hacia atrás. Con un espacio infinito de universos, no hay límite a la entropía. Siempre puede aumentar; cada universo nace con un espacio (y entropía) para evolucionar. El Big Bang es sólo nuestro Big Bang, y no es único. La cuestión de antes se esfuma debido a que el multiverso siempre ha existido y siempre lo hará, evolucionando pero – en un sentido estadístico – siempre el mismo.

Tras terminar su artículo sobre el multiverso junto a Chen, Carroll sintió una punzada de disgusto. “cuando terminas algo como eso, es agridulce. La diversión con los problemas difíciles está en la búsqueda”, dice. Afortunadamente para él, la búsqueda continúa. “Nuestro artículo en realidad expresa un punto de vista minoritario”, admite. Ahora está trabajando duro en artículos posteriores desarrollando los detalles y reforzando su argumento.

Gran idea 3: Los Ahoras tienen la solución

En 1999, mientras Steinhardt y Turok se reunían en Cambridge y Carroll meditaba sobre el significado del multiverso, el físico rebelde Julian Barbour publicó The End of Time (El final del tiempo) — un manifiesto que sugería que intentar abordar lo que sucedió antes del Big Bang estaba basado en un error fundamental. No es necesario encontrar una solución al inicio del tiempo, insistía Barbour, debido a que el tiempo no existía en realidad.

En 1963, un artículo en una revista cambió la vida de Barbour. En esa época era un joven estudiante graduado en física encaminándose a un relajante viaje a las montañas. “Yo estudiaba en Alemania y había llevado conmigo un artículo a mis vacaciones en los Alpes Bávaros”, dice Barbour, ahora de 71 años. “Era sobre el gran físico Paul Dirac. Especulaba sobre la naturaleza del espacio y del tiempo en la Teoría de la Relatividad”. Tras terminar el artículo Barbour se quedó con una duda que nunca fue capaz de abandonar: ¿Qué es, en realidad, el tiempo? No podía dejar de pensar en eso. Se dio la vuelta a mitad de camino a las montañas y nunca alcanzó la cima.

“Sabía que podía llevarme años comprender mi pregunta”, recuerda Barbour. “No había forma de que pudiese tener una carrera académica normal, publicando artículo tras artículo, y realmente llegando a ninguna parte”. Con la determinación de un bulldog abandonó la física académica y se asentó en la Inglaterra rural, manteniendo a su familia traduciendo revistas científicas rusas. Treinta y ocho años más tarde, aún vive en la misma casa, ha dado suficientes respuesta para salir de la oscuridad y captar la atención de la comunidad física mundial.

En los años 70 Barbour comenzó a publicar sus ideas en revistas respetadas pero ligeramente poco convencionales, como The British Journal for the Philosophy of Science y Proceedings of the Royal Society A. Continúa enviando artículos, más recientemente con su colaborador Edward Anderson de la Universidad de Cambridge. Los argumentos de Barbour son complejos, pero su idea principal mantiene su simpleza: No existe el tiempo. “Si intentas mantener el tiempo en tus manos, siempre se desliza a través de tus dedos”, dice Barbour con su cautivador encanto inglés. “Mi idea es que la gente no puede capturar el tiempo debido a que no existe en absoluto”.

Isaac Newton pensó en el tiempo como en el flujo de un río que seguía un curso estable. Albert Einstein unificó el espacio y el tiempo en una única entidad, pero aún se mantenía la idea del tiempo como una medida del cambio. Desde la perspectiva de Barbour no hay un río invisible del tiempo. En lugar de esto, piensa que los cambios simplemente crean la ilusión del tiempo, con cada momento individual existiendo por derecho propio, completo y entero. Llama a estos momentos “Ahoras”.

“Cuando vivimos, parece que nos movemos a través de una sucesión de Ahoras. La cuestión es, ¿qué son?”, pregunta Barbour. Su respuesta: Cada Ahora es una configuración de todo en el universo. “Tenemos la fuerte impresión de que las cosas tienen posiciones definidas relativas entre sí. Mi objetivo es abstraerme de todo lo que no podemos ver, directa o indirectamente, y simplemente mantener esta idea de muchas cosas coexistiendo a la vez. Simplemente hay Ahoras, nada más y nada menos”.

Los Ahoras de Barbour pueden imaginarse como páginas de una novela arrancadas de la pasta del libro y lanzadas aleatoriamente sobre el suelo. Cada página es una entidad separada. Colocando las páginas en un orden especial y moviéndolas paso a paso hace que la historia parezca revelarse. Incluso así, no importa cómo ordenemos las hojas, cada página es completa e independiente. Para Barbour, la realidad es sólo la física de estos Ahoras tomados como un conjunto.

“Lo que verdaderamente me intriga es que la totalidad de posibles Ahoras tiene una estructura muy especial”, dice. “Puedes pensar en ellos como un paisaje o país. Cada punto en este país es un Ahora, y llamo al país Platonia”, en referencia al concepto de Platón de una realidad más profunda, “debido a que no tiene tiempo y está creado por reglas matemáticas perfectas. Platonia es la verdadera arena del universo”.

En Platonia todas las posibles configuraciones del universo, cada posible situación de cada átomo, existe de forma simultánea. No existe un pasado que fluye hacia el futuro; la cuestión de lo que hubo antes del Big Bang nunca surge porque en la cosmología de Barbour no hay tiempo. El Big Bang no es un evento en el pasado lejano; es sólo un lugar especial en Platonia.

Nuestra ilusión del pasado surge debido a que cada Ahora en Platonia contiene objetos que aparecen como “registros”, en el lenguaje de Barbour. “La única evidencia que tienes de la semana pasada es tu memoria — pero la memoria procede de una estructura estable de las neuronas en tu cerebro ahora. La única evidencia que tenemos del pasado de la Tierra son las rocas y fósiles — pero estas son sólo estructuras estables en la forma de ordenación de minerales que examinamos en el presente. Todo lo que tenemos son estos registros, y sólo los tenemos en este Ahora”, dice Barbour. En su teoría, algunos Ahoras están vinculados con otros en el paisaje de Platonia incluso aunque existan simultáneamente. Esos vínculos crean la apariencia de una secuencia del pasado al futuro, pero no existe un flujo actual de un Ahora a otro.

“Piensa en los enteros”, dice Barbour. “Cada entero existe simultáneamente. Pero algunos enteros están vinculados en estructura, como el conjunto de todos los primos o los números que se obtienen de la serie de Fibonacci”. Aún así en número 3 no tiene lugar en el pasado del número 5 de la misma forma que el Big Bang tampoco existe en el pasado del año 2008.

Estas ideas pueden sonar a conversaciones de madrugada en una residencia de estudiantes, pero Barbour ha pasado décadas forjándolas en el duero lenguaje de las física matemática. Ha mezclado Platonia con las ecuaciones de la mecánica cuántica para desplegar una descripción matemática de una física “sin cambios”. Con su colaborador irlandés Niall Ó Murchadha de la Universidad Nacional de Irlanda en Cork, Barbour continúa reformulando una versión de la Teoría de Einstein libre del tiempo.

Entonces, ¿Qué sucedió en realidad?

Para cada una de las alternativas al Big Bang, es más fácil demostrar el atractivo de una idea que demostrar que es correcta. La cosmología cíclica de Steinhardt y Turok puede dar cuenta de trozos críticos normalmente citados para apoyar al Big Bang, pero los experimentos que podrían colocarla en la cima están a décadas de distancia. El modelo de Carroll del multiverso depende de una interpretación especulativa de la cosmología inflacionaria, la cual en sí misma está apenas verificada.

Barbour permanece en el extremo más alejado. No tiene forma de comprobar su idea de Platonia. La potencia de sus ideas descansan pesadamente en la belleza de su formulación y en su capacidad de unificar la física. “Lo que estamos resolviendo ahora es simple y coherente”, dice Barbour, “y debido a esto creo que está mostrándonos algo fundamental”.

La recompensa que ofrece Barbour no es sólo una solución matemática sino también filosófica. En lugar de todas las nociones conflictivas sobre el Big Bang y lo que hubo antes, él ofrece una salida. Propone abandonar el pasado — la idea completa de pasado — y vivir plena y felizmente en el Ahora.

Abril 9, 2008

Nuestro Universo pudo haberse formado de otro Universo especular anterior

Nuestro Universo pudo haberse formado de otro Universo especular anterior

Un modelo matemático aporta una nueva teoría sobre la formación de las galaxias, estrellas y planetas

Nuestro Universo no se originó en una gran explosión, sino que se formó a partir de otro Universo anterior gemelo al nuestro, según un modelo matemático que aporta una nueva teoría sobre la formación de las galaxias, estrellas y planetas. Ese otro Universo gemelo sería como una imagen especular del actual, ya que los dos seguirían las mismas ecuaciones dinámicas, tendrían la misma cantidad de materia contenida y seguirían la misma evolución. Pero el gemelo, al contrario que el nuestro, se está contrayendo, por lo que sería como si viéramos caminar a nuestro propio Universo hacia atrás en el tiempo, si bien no todo sería igual en ambos (por ejemplo las personas y sus historias). El modelo sugiere que nuestro Universo generará en su momento otros universos parecidos que se expandirán mientras el nuestro se contrae. Por Yaiza Martínez.

Nuestro Universo podría ser fruto de un Big Bounce (gran rebote) acaecido en un universo anterior muy parecido al nuestro, en lugar de haber sido originado por un Big Bang (una gran explosión), señala un equipo de físicos de México y Canadá.

Hasta hace muy poco, los científicos no se planteaban lo que podía haber existido antes del Big Bang (literalmente “gran explosión”), teoría que describe el desarrollo del Universo temprano y su forma. Según esta teoría, el Universo comenzó a expandirse desde un punto de materia de densidad y energía infinitas que, en un momento dado, explotó en todas las direcciones dando lugar al Universo en que hoy existimos.

Sin embargo, desde hace unos años, está surgiendo una hipótesis alternativa sobre el origen del universo aún más llamativa e interesante -al menos desde el punto de vista de su novedad- que propone que nuestro Universo surgió a partir del colapso de otro Universo anterior muy parecido al nuestro, lo que significaría que nuestro Universo es hijo de otro Universo.

Universo gemelo

Esta hipótesis se incluye dentro de la teoría LQG (Loop Quantum Gravitity o Gravedad Cuántica de Bucles), y sugiere la posibilidad de que antes del Big-Bang se produjera un Big-Bounce (literalmente, un gran rebote) en un Universo anterior al nuestro, y que ese “gran rebote” habría originado la aparición de nuestro Universo.

Según explica al respecto la revista PhysOrg, los físicos Alejandro Corichi, de la Universidad Nacional Autónoma de México, y Parampreet Singh, del Perimeter Institute for Theorietical Physics de Ontario (en Canadá), han descubierto su aspecto gracias al desarrollo de un modelo de LQG simplificado.

Según declaraciones de Singh a PhysOrg, “la importancia de este concepto es que nos da una respuesta a lo que sucedió al universo antes del Big Bang”. Singh añade que su estudio demuestra además que aquel otro Universo era muy parecido al nuestro.

Amnesia cósmica

Este descubrimiento descansa sobre una investigación previa. El año pasado, un profesor de física de la Penn State University de Estados Unidos llamado Martin Bojowald publicó un artículo en la revista Nature Physics en el que se explicaba el desarrollo de un modelo matemático sencillo (una máquina matemática del tiempo, según informó entonces la Universidad de Pennsylvania) que permitió integrar la Teoría General de la Relatividad de Einstein y algunas ecuaciones de la física cuántica, componiendo así la primera descripción matemática de la existencia del Big Bounce.

Esta descripción revelaba que un Universo anterior al nuestro, en contracción antes del Big Bounce, dio finalmente origen a nuestro Universo en expansión. Bojowald llegó además a una conclusión adicional: que los universos sucesivos no serían réplicas perfectas el uno del otro.

A pesar de la creación del modelo matemático de Bojowald, ninguna observación de nuestro universo había podido llevar hasta ahora a la comprensión del estado de ese otro Universo pre-rebote, dado que aparentemente nada quedó de él tras el fenómeno que produjo nuestro universo. Bojowald describió este hecho como “amnesia cósmica”.

Gemelos en tiempo y leyes

Corichi y Singh parecen haber superado esa amnesia. Modificando la teoría LQG con la inclusión de una ecuación clave llamada de restricción cuántica (generando así la versión sLQG de dicha teoría), han conseguido demostrar que las fluctuaciones relativas de volumen y cantidad de movimiento pertenecientes al universo anterior al rebote (Universo pre-bounce) fueron conservadas a un lado y otro de dicho rebote.

La conclusión que sacan los físicos de esto es que ese otro Universo gemelo tendría las mismas leyes físicas y la misma noción temporal que el nuestro. De hecho, “vistos desde lejos, ambos universos no podrían distinguirse el uno del otro”, afirmó Singh en PhysOrg.

Nuestro universo actual, de aproximadamente 13.700 millones años de edad tras el Big Bounce, compartiría así muchas de sus características con el Universo anterior cuando éste tenía la edad de 13.700 millones de años antes del rebote. En cierto sentido, nuestro Universo y su gemelo serían imágenes especulares el uno del otro, con el momento del Big Bounce como línea de simetría.

Ambos universos se parecerían, por ejemplo, en que los dos seguirían las mismas ecuaciones dinámicas o en que tendrán la misma cantidad de materia contenida y seguirán la misma evolución. Pero el gemelo, al contrario que nuestro Universo, se está contrayendo, por lo que sería como si viéramos caminar a nuestro propio Universo hacia atrás en el tiempo.

Reproducción universal

Pero, según los físicos, no todo sería igual en un Universo con respecto al otro. Por ejemplo, la existencia de ese otro Universo gemelar al nuestro no implicaría que existiesen réplicas exactas nuestras o personas que hayan vivido nuestras propias vidas en esa otra realidad.

Según Singh, sucedería algo parecido a lo que pasa en los gemelos humanos: estudiados a escala se pueden apreciar incluso entre ellos pequeñas diferencias, como en las huellas dactilares o el ADN.

Además, aún quedan por aclarar otros factores de ese universo gemelar, explicó el científico. El más importante: si las propiedades similares sobrevivirían en el caso de que, en lugar de aplicar un modelo simplificado, se introdujeran variables más complejas, como las posibles huellas de las galaxias del universo anterior sobre el nuevo. ¿Darían lugar esas galaxias a estructuras similares a ellas en el Universo en expansión que surja?

Por último, el modelo de Corichi y Singh podría servir para conocer el futuro de nuestro propio Universo. Es posible de hecho que una generalización del modelo establecido por los físicos predijera un Big Bounce de nuestro propio universo. De esta forma, sería posible que nuestro universo generara a su vez otros universos, y que todos estos se parezcan unos a otros.

Los científicos harán públicas próximamente sus investigaciones en la revista Physical Review Letters, pero han anticipado el texto en Arxiv.

Domingo 13 Abril 2008

Yaiza Martínez

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Materia oscura

Materia oscura

En el inventario de materia-energía del universo los planetas y estrellas cuentan sólo un 0,4%. Aún considerando todos los átomos del gas que podemos detectar, las cuentas sólo alcanzan hasta el 4,6% del total.




Quizás no seamos buenos contables y el resto se nos haya escabullido en forma de objetos rocosos, enanas marrones o agujeros negros. Pero las evidencias de las que disponemos en la actualidad apuntan desde distintos frentes a la existencia de dos componentes misteriosos que con cierta falta de imaginación se denominan materia oscura y energía oscura. Sobre la energía oscura --más que misteriosa-- podemos decir que representa en estos momentos el mayor problema conceptual de toda la física teórica. Por eso la dejaremos a un lado y hablaremos de la algo más asequible como la materia oscura. La razón es que está de actualidad porque podemos tener entre manos la primera detección directa de las partículas que la forman. Pero vayamos por partes.

El problema de la materia oscura no es nuevo. En 1933 Fritz Zwicky determinó las velocidades de las galaxias en un cúmulo. Las distancias y tiempos característicos del movimiento en los cúmulos son tan inmensos para los patrones humanos que sólo disponemos de una instantánea de las galaxias. Pero en realidad un cúmulo puede ser visto como un grupo enorme de partículas moviéndose en todas direcciones análogamente a los átomos de un gas. La velocidad media de las partículas de un gas está relacionada con la temperatura. La velocidad media de las galaxias en el cúmulo es una medida de la gravedad en el cúmulo y por ende de su masa total --que es la que produce la gravedad--.

Aprovechemos el siguiente applet para mostrar este fenómeno. Los puntos representan 30 galaxias en un cúmulos con velocidades determinadas por el empuje gravitatorio de las otras galaxias. Una galaxia que alcanza el borde exterior de la simulación rebota con el objetivo de no perder galaxias en la simulación. En un cúmulo real la galaxia obviamente se seguiría alejando. Si aumentamos la masa del cúmulo --lo que puede hacer el lector en la barra de desplazamiento--, aumentan las fuerzas gravitatorias y las galaxias empiezan a moverse mucho más deprisa (lo que tomará unos segundos mientras las galaxias aceleran). La velocidad media de las galaxias es por tanto una medida de la masa media del cúmulo.

Zwicky encontró de esta forma que la masa típica de los grandes cúmulos de galaxias era al menos 10 veces mayor que la esperable del inventario del gas intergaláctico --la mayor contribución a la materia ordinaria del cúmulo de galaxias--.

A finales de los sesenta y principios de los setenta, Vera Rubin empezó a medir curvas de rotación galáctica, es decir, la velocidad de las estrellas a medida que nos alejamos del centro de una galaxia. La mayoría de la materia ordinaria de una galaxia se sitúa cerca del centro, disminuyendo la densidad a medida que nos vamos hacia los bordes. En realidad, al igual que la atmósfera de la Tierra no tiene bordes definidos sino que se lo ponemos arbitrariamente cuando la densidad baja de un cierto valor, con las galaxias ocurre algo similar. Considerando esa distribución de materia ordinaria, podemos hacer una predicción de la forma que tendrá la curva de rotación.

El lector puede experimentar con diferentes distribuciones de masa usando el siguiente applet

El círculo rojo central representa la masa interior y los círculos azules externos --de masa despreciable-- representan objetos en rotación dentro de la galaxia.

Se puede cambiar la masa interior así como el tamaño de la región donde ésta queda distribuida. La masa central puede encontrarse dentro de un pequeño radio o estar más esparcida, de tal manera que las órbitas internas caigan en su interior. En dicho caso la parte interna de la galaxia rota como un sólido y la velocidad aumentará con la distancia de forma proporcional.

Resulta interesante percatarse que eligiendo una masa lo suficientemente alta con un tamaño lo bastante bajo se puede observar que las órbitas interiores giran tan rápido que se produce un efecto de movimiento retrógrado, justo del mismo tipo que el que podemos ver a veces en las películas cuando las ruedas de una carreta parecen girar al revés.

Es importante notar además que:

• Objetos a diferentes distancias no rotan a la misma velocidad
• Las velocidades de rotación están representadas a la derecha; la gráfica muestra lo rápido que giran las diferentes partes de la galaxia a medida que nos alejamos del centro.
• Cuánto mayor es la masa interior, mayor es la velocidad de rotación de la galaxia.
• En las partes externas de la galaxia, la velocidad de rotación cae rápidamente de la misma manera que caen las velocidades de los planetas exteriores del Sistema Solar.

Pero las observaciones indican otro tipo de curvas de rotación con una velocidad que se niega a disminuir a medida que nos alejamos del centro.




y sólo compatible con dos posibles situaciones:

• Existe una componente de materia invisible que está distribuida más uniformemente a lo largo de toda la galaxia
• Bien las leyes dinámicas --las leyes de Newton-- o la teoría gravitatoria utilizada no es correcta en este contexto.

Si bien existe tanto alguna posible alternativa dinámica como MOND y alguna teoría gravitatoria alternativa como Gravedad Conforme --no libres de muchísimos problemas conceptuales-- antes de tirar una teoría tan precisa como la Relatividad General es conveniente explorar la primera posibilidad. ¿Tenemos razones de peso para ser conservadores y concentrarnos en esa dirección?. En la segunda entrada de esta serie exploraremos las evidencias que apuntan precisamente a que ese es el camino con mayores probabilidades de éxito.

Astrofísica
Un Mar de Neutrinos Primigenios Se Extiende Por el Universo
23 de Abril de 2008.

Un satélite de la NASA que orbita al Sol, el WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), construido en colaboración con científicos de la Universidad de Princeton, ha desvelado la evidencia de un mar de neutrinos (partículas elementales casi sin masa que se desplazan a una velocidad cercana a la de la luz) que impregna el universo.
Menéame

"Estamos viviendo en una época extraordinaria", reflexiona Gary Hinshaw, del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA, en Greenbelt, Maryland. "La nuestra es la primera generación en la historia humana en hacer mediciones tan detalladas y de tan largo alcance en nuestro universo".

El denominado "fondo cósmico de neutrinos", descubierto por la nave, es un fósil de los comienzos del universo.

"Vemos estos neutrinos en la Tierra, y es asombroso que también veamos sus efectos en los límites del universo observable", destaca Lyman Page, profesor de Física en la Universidad de Princeton y uno de los investigadores principales del proyecto. "Quizás la mejor noticia es que tenemos un modelo científico del universo que virtualmente explica todas las observaciones del cosmos".

Los neutrinos cósmicos (del fondo cósmico de neutrinos) se originaron en el comienzo del universo, cuando enormes cantidades de partículas de materia y de antimateria se aniquilaron entre sí. Millones de neutrinos cósmicos atraviesan a las personas cada segundo.

"La energía de estos neutrinos es un millón de veces más pequeña que la que puede percibirse por los detectores de neutrinos existentes en la Tierra", indica Eiichiro Komatsu de la Universidad de Texas en Austin, y miembro del equipo.

Los neutrinos suelen interactuar muy poco con la materia, lo que obliga a construir costosas barreras para intentar atrapar y detectar a alguno. Pero, tal como subraya Komatsu, un bloque de plomo del tamaño de todo nuestro Sistema Solar no podría detener un solo neutrino cósmico.

Las mediciones que reflejan los rastros de las misteriosas partículas también concuerdan con las mediciones de precisión de las propiedades de los neutrinos hechas en los aceleradores de partículas, donde se simulan las condiciones presentes en el inicio del universo. La evidencia obtenida por primera vez del mar de neutrinos cósmicos también proviene de la luz cósmica antigua. Esta luz, la más vieja del universo, es observada ahora como microondas y se ha enfriado substancialmente durante los 13.700 millones de años que ha viajado a través de él.

Los neutrinos cósmicos existieron en su día en cantidades tan enormes que afectaron a la expansión temprana del universo, lo que a su vez influyó sobre la radiación hoy percibida como microondas que observa el WMAP.

Información adicional en:

• U. Princeton

TEORÍA LOOP Y PRE-BIG BANG

jueves 10 de abril de 2008

TEORÍA LOOP Y PRE-BIG BANG

¿Dejo el Pre-Big Bang marcas en el cielo?








¿Qué ocurrio antes de que nuestro universo empezara su existencia? Según dos físicos teóricos, si se trata de que había un universo antes del nuestro, debería de haber sido muy similar a éste, con los mismos ingredientes básicos y propiedades. Y puede ser que incluso podamos ver una leve imagen de nuestro universo-padre impresa en el cielo.

Hasta hace poco tiempo las preguntas acerca de las épocas antes de la gran explosión se pensaba que carecerían de sentido, porque de acuerdo a la teoría general de Einstein de la relatividad, el universo comenzó en una singularidad - un punto matemático con densidad infinita en el que todos los cálculos se rompen.

Sin embargo, los físicos creen que la teoría de la relatividad es limitada y que los efectos de la mecánica cuántica se desdibujaron solo un poco en dicha singularidad, por lo que en ese momento crucial de máxima densidad de la materia y radiación no tenía un valor infinito. Si este es el caso, es posible tratar cuál fueron los procesos que se llevarón a cabo hasta ese momento.

En los modelos cosmológicos basados en una teoría llamada la gravedad cuántica de bucles, (LOOP) nuestro universo tiene un padre. La gravedad cuántica de bucles es uno de los intentos de fusionar la relatividad con la mecánica cuántica y describe el espacio-tiempo como una constante reordenación de una trama de interconexiones en la escala más pequeña, en torno a 10 a los -35 metros, en esa escala de Planck todo es una trama enmarañada, pero a una mucho mayor escala, el espacio y el tiempo se nos muestra el universo liso.

La teoría predice que cuando este tejido se contrae, rebota. Por lo tanto, si el universo antes del nuestro se contrajo, habría llegado a un punto de máxima densidad y luego se habría expandido en nuestro big bang.

¿Así que lo que como fué ese universo predecesor del nuestro? Para averiguarlo, Parampreet Singh del Perimeter Institute de Física Teórica en Waterloo, Ontario, Canadá, y Alejandro Corichi de la Universidad Nacional Autónoma de Mexico en Morelos, aplican las ecuaciones de la gravedad cuántica de bucles a un modelo simplificado del universo. Así encontraron que las propiedades del espacio, tales como la cantidad de materia y energía que contiene, apenas cambian cuando el universo pasa a través de los grandes "vacios". "En el modelo simple considerado, el universo es casi exactamente el mismo en el otro lado", dice Singh.

Se plantea la posibilidad de que pudiéramos ver una "firma" de ese universo antes del nuestro. Singh sugiere que las semillas de las estructuras a gran escala en nuestro universo, como los supercúmulos de galaxias, han estado presentes en ese universo pre-big-bang. El patrón de estas semillas puede ser conservado en la radiación cósmica de fondo de microondas - reliquia de la radiación dejada tras de sí por el big bang. "Si esta conclusión es válida, entonces es posible que veamos las firmas de los pre-big-bang del universo actual", dice Singh.
"Las semillas de las estructuras de nuestro universo, como los supercúmulos de galaxias, habría estado allí en esos universos pre-big-bang"

A un pionero de la gravedad cuántica de bucles, Carlo Rovelli del Centro de Física Teórica de Marsella, Francia, le gusta el trabajo. "Es bastante notable que podamos comenzar a abordar estas cuestiones y a encontrar las primeras respuestas", dice.

Pero el cálculo no convence a Martin Bojowald, otro teórico de la gravedad cuántica de bucles, con sede en la Universidad Estatal de Pennsylvania, en University Park. No está de acuerdo con su interpretación de las matemáticas utilizadas y también señala que los modelos de gravedad cuántica de bucles hasta ahora son todavía muy simples.

Bojowald piensa que el universo, antes de la gran explosión podría haber sido un lugar muy diferente, tal vez ni siquiera se parecería al suave y clásico espacio-tiempo de nuestro universo.

Corichi y Singh publicarán sus estudios en Physical Review Letters.

Noticia original en Inglés NS

Publicado por VERSUS en 6:31

¿Qué podemos esperar del LHC?

jueves 17 de abril de 2008

¿Qué podemos esperar del LHC?

En una conferencia de prensa del 14 de abril, Abe Seiden de la Universidad de California, Santa Cruz, mostró, en la Reunión de abril de la Sociedad Americana de Física, una línea de tiempo que grafica la cantidad de datos a ser colectados por el Gran Colisionador de Hadrones a través del tiempo. Y señaló cuándo esperan los físicos realizar ciertos descubrimientos, si es que existen en la naturaleza a la espera de ser encontrados.


Según informa David Harris en Symmetry Breaking, en resumen, los potenciales hitos serían:

2009: Supersimetría, si la escala de energía apropiada es 1TeV

2009/2010: Partícula de Higgs, si es de unos 200 GeV de masa

2010/2011: Partícula de Higgs, si ronda los 120 GeV de masa
(A menor energía es más difícil de detectar porque a esa energía podría confundirse con otras señales que decaerían de forma similar. Pero a una mayor energía, la partícula decaería primero hacia bosones W, con características determinadas)

2012: Dimensiones extras del espacio, si la escala de energía es de 9 TeV

2012: Combinación, si los quarks son partículas combinadas en vez de ser fundamentales, y si la naturaleza de esa combinación se revelara en una escala de energía de 40 TeV.

2017: supersimetría, si la escala apropiada es de 3 Tev

2019: Z': si hay un nuevo tipo de fuerza que se ponga en juego a 6 TeV. Si así fuera, a la partícula que comunique la fuerza se la representa con el nombre temporario de Z', en analogía con la Z que transmite la fuerza débil.

La línea de tiempo depende, por supuesto, en que el LHC comience de acuerdo al plan actual, previsto para el segundo semestre del año.

El Gran Colisionador de Hadrones se está instalando en un anillo subterráneo de 27 kilómetros, en Ginebra, Suiza. Cuando su operación comience, será el acelerador de partículas más grande del mundo.
Protones de alta energía en dos haces en sentido contrario chocarán en busca de las firmas de la supersimetría, la materia oscura y los orígines de la masa.
Los haces de miles de millones de protones viajarán a una velocidad cercana a la de la luz por el anillo, circulando por el anillo y guiados por cientos de poderoso imanes. Existen cuatro puntos en los que los protones pueden colisionar. Se trata de los experimentos conocidos como :ALICE, ATLAS, CMS y LHCb. Las colisiones se observarán cuidadosamente en busca de partículas exóticas.

TeV y GeV son unidades de medida de la energía: el electrónvoltio
La escala de estas unidades incluyen a los Mega electrónvoltio MeV, Giga (GeV), Tera (TeV), Peta (PeV) y Exa (EeV)

¿Cómo es un acelerador de partículas?
Un acelerador consiste usualmente en una cámara de vacío rodeada por una larga secuencia de bombas de vacío, imanes, cavidades de radio frecuencia, instrumentos de alto voltaje y circuitos electrónicos. Cada pieza tiene su función específica:
La cámara de vacío es una tubería de metal donde el aire se vacía permanentemente (por las bombas de vacío) para evitar que las partículas aceleradas colisionen con la materia normal, con las moléculas del aire, por ejemplo y se aniquilen o sean desviadas.



Dentro de la tubería, las partículas se aceleran por campos eléctricos. Estos son provistos por las cavidades de radio frecuencia. Cada vez que las partículas cargadas atraviesan una cavidad de radio frecuencia, el campo eléctrico dentro de la cavidad les da un empujón, parte de la energía de la onda de radio es transferida y son aceleradas. Para hacer un uso más efectivo de un número limitado de cavidades, los diseñadores de un acelerador pueden forzar al haz de partículas a pasar por allí muchas veces, al curvar la trayectoria del haz en un bucle. Esto es porqué la mayoría de los aceleradores son casi circulares.

Esta curvatura del camino del haz es lograda por el campo magnéticos de los dipolos (que tienen un Norte y un Sur, como los imanes de herradura). También se los llama imagenes de curvatura. Esto es porque la fuerza magnética ejercida en las partículas cargadas en movimiento es siempre perpendicular a su velocidad, perfecto para curvar la trayectoria. A mayor energía de una partícula, más fuerte el campo que se necesita para curvar la trayectoria. Esto significa que, como el máximo del campo magnético está limitado, cuanto más poderosa sea la máquina, más grande será necesario que sea.

Además de curvar el haz, es necesario enfocarlo, lo que permite limitar su anchura y altura para que permanezca en la cámara de vacío. Esto se logra con imanes de cuatro polos, que actúan en el haz de partículas cargadas en la misma forma que actuaría un lente sobre un haz de luz. Estos son algunos de los ingredientes básicos de un acelerador, pero hay más: otros imanes, para afinar más finamente su trayectoria y enfoque; elementos de inyección/eyección, para poner al haz en el acelerador o quitarlo, dispositivos de medición, para dar a los operadores información sobre el comportamiento del haz; elementos de seguridad, para asegurar la operación del acelerador.

¿Porqué se llama así?
LHC, que significa Large Hadron Collider, o en castellano, Gran Colisionador de Hadrones, proviene de que hará colisionar protones, que en física de partículas son clasificados como hadrones. Los físicos de partículas denominan como hadrones a las partículas que se componen de otras mas elementales.
Anteriormente se había concebido como un colisionador de electrones y su contrapartida, los positrones (que son como los electrones pero de carga positiva). Los electrones y positrones pertenecen al grupo de partículas llamadas leptones.

¿Qué es LHC@home?
Es un programa de software colaborativo. Sirve para que en tu computadora se pueden analizar datos. Básicamente, el programa bajará datos, los analizará y devolverá el resultado. El programa de LHC@home, se llama SixTrack que simula el viaje de partículas en LHC para estudiar la estabilidad de sus órbitas. Estos resultados son esenciales para verificar la estabilidad a largo plazo de las partículas de alta energía en el LHC. Esencialmente, el programa simula 60 partículas al mismo tiempo al viajar alrededor del anillo y corre la simulación para 100 mil (o a veces 1 millón) de giros alrededor del anillo. Aunque puede sonar a mucho, es menos de 10 segundos en el mundo real, pero suficiente para testear si el haz permancerá en una órbita estable.
Este programa colaborativo se ejecuta en la plataforma Boinc. Ya hemos hablado aquí otras veces al respecto (ver "Haciendo física de partículas en casa"). El programa Boinc es muy sencillo de bajar, desde el sitio web de Boinc, se instala con facilidad y luego simplemente pueden agregarse proyectos. Además de poder agregar el proyecto LHC@home, hay muchos otros en los cuales te pueda interesar participar. En la página de proyectos de Boinc, podrás elegir los que quieras. Cada uno tiene sus propias características, es decir, analizan distintos tipos de datos y resultados, pero todos corren de la misma forma esencialmente y se pueden agregar sólo con añadir una dirección en el programa Boinc. Aunque previamente deberás crear una cuenta en el proyecto que hayas decidido hacer correr. Se pueden agregar muchos proyectos al mismo tiempo y por su puesto, se pueden suspender o quitar si lo deseas.
El programa permite configuraciones distintas, en las que se puede seleccionar si el software deberá funcionar siempre, o sólo entre determinadas horas, o si quieres que funcione cuando no estés usando tu computadora.
A la hora de instalar, también hay algunas opciones, por ejemplo puede instalarse normalmente, lo que permitirá que, por ejemplo, el programa empiece a funcionar cuando no usas tu PC y aparezca un salvapantallas, si lo deseas. O bien, puedes instalarlo como "servicio", lo que no hará correr ningún salvapantallas y, creo yo, funciona más eficazmente.
A medida que tu PC vaya analizando datos y devolviendo resultados, irás ganando "créditos". No, no es dinero, ni sirven para ninguna otra cosa, sólo te da una idea de que tu PC está trabajando. No recomiendo que compares tus resultados con los de otra gente, pues hay quienes tienen créditos imposibles de superar, ya que quizás tienen la posibilidad de hacer correr el soft en muchas máquinas, en su trabajo, etc.
También puedes unirte a un grupo o puedes crear uno. Hay grupos de gente del mismo trabajo o que comparten estudios o simplemente por país.
En fin, hay mucho más que podrás descubrir visitando los enlaces relacionados.

¿Va a estallar el mundo si un experimento saliera mal?
Ahh, leyendas urbanas y mitos estúpidos, que en la red parecen pan caliente. No, no se va a acabar el mundo por eso. Existen muchos otros aceleradores de partículas funcionando desde hace mucho tiempo. Errores y accidentes pueden ocurrir, por supuesto, pero nada de una magnitud semejante. Pero de seguro que el mundo corre un serio riesgo si seguimos desparramando estupidez. Sobre todo, si a quienes piensan distinto, les tiramos una bomba. O sea...


Fuentes y links relacionados

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What can we expect from the LHC? (APS April 2008)

Página del LHC

LHC@home

BOINC

En el Instituto Balseiro

Lograron en un laboratorio la luz más brillante

Por Nora Bär
De la Redacción de LA NACION

Los alquimistas querían transformar plomo en oro. Un equipo de investigadores argentinos tuvo éxito en un desafío, si cabe, comparable: convirtió energía de sonido en luz. Una luz intensísima producida a partir de las vibraciones de una burbuja infinitesimal. La luz más intensa que se haya logrado hasta ahora en el laboratorio con “sonoluminiscencia”: de cuatro a diez veces más brillante que lo que habían conseguido trabajos científicos en otras latitudes.

El experimento, que hicieron el doctor Fabián Bonetto y su colaborador Raúl Urteaga, ambos investigadores del Instituto Balseiro, en el Centro Atómico Bariloche, y del Conicet, ofrece conocimiento básico sobre el comportamiento de la materia, pero también la posibilidad de utilizarlo para develar fenómenos que hasta ahora no podían estudiarse en la Tierra. El escenario que hizo posible este avance muy bien podría haber surgido de una trama de ciencia ficción: en el laboratorio, un equipo de investigadores rodea un recipiente de vidrio esférico de 9 cm de diámetro y 200 micrones de espesor (alrededor de dos diámetros de cabello). Adentro hay ácido sulfúrico concentrado al 85% y agua pesada. Los científicos emplean un láser de características tan específicas que fue diseñado especialmente para esta prueba.

"Para producir la luz, generamos dos campos ultrasónicos instantáneos, uno de 30 kHz y otro de 150 kHz -explica Bonetto, director del trabajo que mereció la tapa de Physical Review Letters -. Con ellos hicimos levitar una burbuja de un gas noble, xenón, de 7 micrones de diámetro. El sonido hace oscilar la burbuja 30.000 veces por segundo. Lo que produce la concentración de energía es el colapso no lineal que se produce en ella. Ocurre más o menos de esta manera: primero [la burbuja] se expande despacio (durante 30 microsegundos), y al hacerlo deja un vacío adentro. Después, colapsa con violencia. Durante ese proceso, que se produce en pocas decenas de picosegundos [billonésimas de segundo], el xenón alcanza densidades de líquido y se calienta a temperaturas que producen la emisión de luz."

Para entender las dimensiones de lo que ocurre dentro de esa burbuja baste con mencionar que si se aplastara de esa manera un Fiat Uno, terminaría convirtiéndose en un cubito de un centímetro por lado.

Si bien la principal motivación de Bonetto y Urteaga -que con esta investigación desarrolló su tesis de doctorado- fue responder preguntas de índole estrictamente científica, el trabajo deja entrever algunos beneficios prácticos de este fenómeno que permite obtener temperaturas de entre 5000 y 100.000 grados centígrados.

"En la Tierra no hay ningún horno que funcione a 100.000 grados -cuenta el investigador-. De este modo podemos emular reacciones químicas que se dan en la alta atmósfera. Por otro lado, esto produce la fuente de luz de amplio espectro más rápida que se conozca. Salvo los relojes atómicos, que tienen una precisión absoluta, es el más preciso de los sistemas mecánicos. Dura unas pocas decenas de picosegundos y es muy regular: entre un pulso y otro hay muy poca variación. No está muy claro por qué alcanza este nivel de precisión."

La primera interpretación del fenómeno que reprodujeron Bonetto y Urteaga en la Argentina fue publicada por el premio Nobel de Física Julian Schwinger en 1990.

"En la misma revista, Schwinger esbozó dos explicaciones posibles y totalmente distintas, pero ninguna se sostuvo. Nosotros contribuimos en gran parte a la refutación de esas hipótesis", concluye Bonetto.

Dos argentinos limitan la inflación del Universo

miércoles 16 de abril de 2008

Dos argentinos limitan la inflación del Universo

Un nuevo análisis de los datos de WMAP y estructuras de gran escala proporcionan interesantes límites a la teoría inflacionaria, en un trabajo en el que partiparon Norma G. Sánchez (Directora de la Escuela Internacional de Astrofísica "Daniel Chalonge") y Héctor J. de Vega, científicos argentinos en Francia.


Los resultados del satélite WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) sobre la radiación de fondo de microondas (CMB), junto con la estructura de gran escala y observaciones de energía oscura colocan la temprana época de la inflación cósmica (aceleración primordial de la expansión) en el marco del Modelo Estándard del Universo.

Los datos de WMAP jugan un rol clave en el establecimiento del modelo estándard del Universo. El modelo explica explica una gran variedad de mediciones astronómicas y cosmológicas realizadas a distintas longitudes de onda y con diferentes herramientas. La concordancia de estos datos implican que vivimos en Universo plano, con gravedad y perturbaciones cosmológicas descritas por la Teoría General de la Relatividad de Einstein, en tres dimensiones espaciales.

Actualmente, hasta donde se sabe, el Cosmos está dominado por energía oscura (72%), materia oscura (23%) y átomos (5%). La energía oscura es una fuerza repulsiva, una especie de antigravedad y es la responsable de la aceleración de la expansión del Universo. La materia oscura está formada por partículas que no son como los átomos que conocemos, no emiten o absorben luz y sólo fue detectada por su acción gravitacional.

La inflación es el estadío primordial de la expansión del Universo en la que el cosmos expandió su tamaño al menos en un factor 10²⁶. Este período inflacionario duró aproximadamente 10^-34 segundos.

Las fluctuaciones observadas en el CMB son explicadas por la inflación. Las microscópicas fluctuaciones cuánticas evolucionaron a través de la inflación hacia diferencias macroscópicas.
Esta inflación es descripta por un campo escalar, llamado inflatón. El concepto de inflación soluciona importantes asuntos de la teoría cosmológica estándard del big bang. El concepto inflacionario fue propuesto originalmente por Alan Guth, de quien ya habíamos hablado y cuya entrevista con Alicia Rivera sobre el Big Bang y la inflación, citábamos tiempo atrás.

Las ondas gravitacionales primordiales son una robusta predicción de la inflación ya que son producidas por el mismo mecanismo que generó las fluctuaciones de densidad primordiales observadas en los datos de CMB y LSS.

Recientemente, en un artículo publicado en Physical Review, un equipo de teóricos del Observatorio de París, los distinguidos científicos argentino Norma G. Sánchez y Héctor J. de Vega, directores de investigación en CNRS, Centre National de la Recherche Scientifique (Centro Nacional de la Investigación Científica, Francia), junto con Claudio Destri de INFN/University of Milano-Bicocca , realizaron un nuevo análisis de todos los datos disponibles de CMB y LSS incluyendo datos de WMAP y Sloan y revelaron la existencia de ondas gravitacionales primordiales.

Por lo que entiendo, usaron algoritmos estadísticos llamados Cadenas Monte Carlo Markov (MCMC). Este nuevo análisis es logrado dentro de un nuevo enfoque de la inflación en el espíritu de la teoría Ginsburg-Landau. Este enfoque es una poderosa herramienta en física de partículas elementales y física de materia condensada. En este nuevo análisis, la forma precisa del potencial inflacionario es construido con las MCMC en concordancia con los datos de WMAP y LSS.

El equipo derivó fórmulas de los datos de CMB y las estudió: índice de densidad de fluctuaciones, tensor de fluctuaciones, etc. Estas fórmulas analíticas fueron introducidas como fuerte límites en la programación numérica para el análisis.
Este análisis de los datos difiere de los anteriores análisis de CMB, en particular el de WMAP (incluyendo el recientemente público análisis de sus 5 años)

En el marco de su modelo, algunos de los nuevos resultados son:
Que los datos indican fuertemente el quiebre de la simetría de los potenciales del inflatón Y que la cantidad de la tasa de las fluctuaciones de tensor (ondas gravitacionales primordiales) no es cero y que podría ser reducido aún más con el uso de los datos de los 5 años WMAP y futuros datos de CMB.

Dos años atrás, los argentinos Norma G. Sánchez y Héctor J. de Vega estuvieron en los titulares de prensa por su trabajo en el origen del Universo (como comentábamos en"Científicos argentinos revelan nuevos secretos sobre el origen del Universo" y recibieron la copia de la medalla Nobel por el premiado físico de 2006 George Smoot. En octubre de 2007, los dos científicos fueron los representantes argentinos en la Mesa Redonda Interministerial en Ciencia, Tecnología y Desarrollo Sustentable.

Un orgullo nacional, de escalas cósmicas.



Fuentes y links relacionados

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A new analysis of WMAP and large-scale structure data yields interesting constraints on the inflation theory

Monte Carlo Markov chains analysis of WMAP3 and SDSS data points to broken symmetry inflaton potentials and provides a lower bound on the tensor to scalar ratio
C. Destri, H. J. de Vega, y N. G. Sanchez
URL: http://link.aps.org/abstract/PRD/v77/e043509
doi:10.1103/PhysRevD.77.043509
PACS: 98.80.Cq, 05.10.Cc, 11.10.-z

MCMC analysis of WMAP3 and SDSS data points to broken symmetry inflaton potentials and provides a lower bound on the tensor to scalar ratio
C. Destri, H. J. de Vega, N. G. Sanchez

Sobre las imágenes

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Ilustración de una explosión cósmica

Antes del Big Bang: ¿Un universo gemelo?

Publicado por Kanijo el 11 Apr 2008 a las 07:47 am

Antes del Big Bang: ¿Un universo gemelo?

El nuevo estudio sugiere que el universo que hubo antes del nuestro era un gemelo idéntico. Crédito de la imagen: NASA y ESA.

Hasta hace poco, preguntar lo que había sucedido en, o antes del Big Bang estaba considerado por los físicos como una pregunta religiosa. La Teoría de la Relatividad General simplemente no funciona - en T=0, arroja ceros, infinitos y errores – y por tanto la pregunta no tiene sentido desde la perspectiva científica.

Pero en los últimos años, ha surgido la conocida como Gravedad Cuántica de Bucles (LQG). La Teoría sugiere la posibilidad de un “rebote cuántico”, donde nuestro universo surge del colapso de un universo anterior. Aunque cómo era el anterior universo está más allá de la respuesta.

Ahora, los físicos Alejandro Corichi de la Universidad Nacional Autónoma de México y Parampreet Singh del Instituto Perimeter de Física Teórica en Ontario han desarrollado un modelo de LQG simplificado que da una intrigante respuesta: un universo anterior al Big Bang podría haber sido igual que el nuestro. Su estudio aparecerá en un próximo ejemplar de la revista Physical Review Letters.

“El significado de este concepto es que responde a lo que sucedió en el universo antes del Big Bang”, dijo Singh a PhysOrg.com. “Ha permanecido como un misterio, para los modelos que podrían resolver la singularidad del Big Bang, si es una espuma cuántica o un espacio-tiempo clásico. Por ejemplo, si fuese una espuma cuántica, no podríamos hablar de un espacio-tiempo, una noción de tiempo, etc. Nuestro estudio demuestra que el universo por otra parte es muy clásico, como nosotros”.

Los hallazgos se basan en anteriores investigaciones, con algunas importantes diferencias. El año pasado, el físico de la Universidad Estatal de Pennsylvania Martin Bojowald usó una versión simplificada de la LQG para demostrar que un universo podría haber existido un universo “en el otro lado” del rebote. Sin embargo, aunque ese modelo produjo unas matemáticas válidas, ninguna observación de nuestro actual universo podría haber llevado a la comprensión del estadio del universo anterior al rebote, dado que nada se conservó tras el mismo. Bojowald describe esto como un tipo de “amnesia cósmica”.

Pero Corichi y Singh han modificado la Teoría LQG simplificada más allá aproximando una ecuación clave llamada restricción cuántica. Usando su versión, llamada sLQG, los investigadores demuestran que las fluctuaciones relativas de volumen y momento en el universo anterior al rebote se conservan durante el mismo.

“Esto significa que el universo gemelo tendrá las mismas leyes físicas y, en concreto, la misma noción de tiempo que en el nuestro”, dijo Singh. “Las leyes de la física no cambiarán debido a que la evolución siempre es unitaria, la cual es la mejor forma de evolucionar para un sistema cuántico. En nuestra analogía, parecerá idéntico a su gemelo visto desde lejos; no se podría distinguir entre ellos”.

Eso significa que nuestro universo actual, aproximadamente 13 700 millones de años tras el rebote, compartiría muchas de las mismas propiedades que el universo anterior 13 700 millones de antes del rebote. En cierto sentido, nuestro universo tiene una imagen especular de sí mismo, con el Big Bang (o rebote) como la línea de simetría.

“En el universo antes del rebote, todas las características generales serán la misma”, dice Singh. “Seguirán las mismas ecuaciones dinámicas, las ecuaciones de Einstein cuando el universo es grande. Nuestro modelo predice que esto sucederá cuando el universo se convierta en 100 veces mayor del tamaño de Planck. Además, la materia contenida será la misma, y tendrá la misma evolución. Dado que el universo pre-rebote está contrayéndose, parecerá como si lo estuviésemos viendo hacia atrás en el tiempo”.

Específicamente, Corichi y Singh calcularon que el cambio en las fluctuaciones relativas a lo largo del rebote es menor de 10^-56, un número que es incluso menor para universos que crecen más de 1 megaparsec (nuestro universo están entre los 3000 y 6000).

Como explican los investigadores, tener un gemelo idéntico no necesariamente significaría que cada característica concreta de ambos universos deba ser idéntica. Por ejemplo, no implica que haya otro “tú” en algún punto, una persona que ya haya vivido tu vida.

“Si fuésemos capaces de observar ciertas propiedades microscópicas con un microscopio muy potente – un experimento de muy alta energía estudiando la escala de Planck – podrían verse diferencias en algunas cantidades, así como podría verse que dos gemelos idénticos tienen distintas huellas dactilares o que uno tiene lunar y otro no, o un ADN distinto”, dijo Singh.

Como explica Singh, aún quedan muchas cuestiones sobre los detalles de este posible universo pre-rebote.

“La mayor cuestión es si estas características sobreviven cuando tenemos en cuenta situaciones más complejas”, dijo. “Por ejemplo, nos gustaría saber si algunas estructuras presentes en el anterior universo – como las galaxias – dejarán alguna huella en el nuevo universo en expansión que de lugar a una estructura idéntica o sólo ’similar.’ Por ejemplo, podría suceder que, en el anterior universo, las galaxias se formaran de una forma distinta, por lo que uno podría tener una distribución distinta de las galaxias que en el otro lado. Seremos capaces de contestar esta pregunta cuando comprendamos estos modelos”.

Finalmente, el modelo de Corichi y Singh podría incluso decirnos cómo será nuestro universo en el futuro. Dependiendo de cómo de rápido acelera nuestro universo actual – lo cual finalmente determinará su destino – existe una posibilidad de que una generalización del modelo predijera un re-colapso de nuestro propio universo.

“Tal universo tendrá muchos rebotes de una rama a otra”, dijo Singh. “También es posible que los universo de distintas ramas sean idénticos”.

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Más información: Corichi, Alejandro, y Singh, Parampreet. “Quantum bounce and cosmic recall.” Arxiv:0710.4543v2. Aceptado para su publicación en Physical Review Letters.

Autor: Lisa Zyga
Fecha Original: 9 de abril de 2008
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Big Bounce

Big Bounce

Recientemente se ha descubierto nuevos indicios acerca de otro universo que colapsó para dar nacimiento al que “conocemos” actualmente. Martin Bojowald, profesor asistente de la Universidad Estatal de Pennsylvania está por publicar un artículo en el que introduce un modelo matemático simplificado que se puede usar para derivar nuevos detalles de los estados del quantum a medida que viaja a través del Big Bounce.

El “Big Bounce” es la teoría que reemplaza al “Big Bang” como explicación científica al origen del Universo. El “Big Bang” simepre fue un obstáculo a los intentos científicos de entender nuestro Universo en expansión, aunque se lo consideró por mucho tiempo el mejor modelo. Descrito por la Teoría General de la Relatividad, el Big Bang es un estado matemáticamente sin sentido - una singularidad de volumen cero que sin embargo mantiene una densidad y energías infinitas.

La contribución de Bojowald y su equipo es el desarrollar la Gravedad Cuántica de Lazo (Loop Quantum Gravity) un modelo matemático sencillo -una máquina del tiempo matemática- que permite integrar la Teoría General de la Relatividad de Einstein y algunas ecuaciones de la física cuántica (tarea la mar de díficil, valga el decirlo) y es la primera descripción matemática para establecer sistemáticamente la existencia del Big Bounce y deducir las propiedades del Universo anterior.

Al integrar la física cuántica al modelo, se asumen límites a la “singularidad”, donde el volumen es muy pequeño, pero no es cero y la energía es inmensa, pero no es infinita.

La teoría de gravitación-quantum indica que el tejido de espacio-tiempo tiene una estructura atómica tejida con hebras de quantos unidimensionales. Este tejido se rompe violentamente bajo las extremas condiciones dominadas por la física del cuanto cercana al Big Bounce, causando que la gravedad se torne intensamente repulsiva de manera que en vez de desvanecerse en el infinito - como predice la Teoría General de la Relatividad - el Universo redondeo en el Big Bounce para dar nacimiento a nuestro Universo expansivo. En términos claros, el Universo anterior en contracción antes del Big Bounce - con geometría espacio-temporal similar al nuestro - dió finalmente origen a nuestro Universo en espansión. Dejando por supuesto de lado, ciertos detalles como la paradoja de la pérdida de información.

Bojowald hizó una conclusión adicional, después de encontrar que al menos uno de los parámetros del universo anterior no sobrevivió su viaje por el Big Bounce — los universos sucesivos no serían réplicas perfectas el uno del otro. Dijo: “La eterna recurrencia de universos absoultamente idénticos sería prevenida por la aparente existencia de un ‘olvido’ cósmico intrínseco”.

Detectan posible planeta en formación

Jueves 27 de marzo de 2008

Detectan posible planeta en formación

Los astrofísicos observaron un disco circumestelar con signos que revelarían formación planetaria orbitando la estrella AB Aurigae. ¿Planeta o enana marrón?

Ben R. Oppenheimer, curador asistente del Museo Americano de Historia Natural de EE.UU, y sus colegas usaron el coronógrafo Lyot adjunto al telescopio de la Fuerza Aérea Norteamericana en Maui, Hawaii, para construir una imagen de material ensamblándose en un cuerpo, de la nube de gas y polvo alrededor de AB Aurigae, una estrella bien conocida. El cuerpo es o bien un planeta o una estrella marrón, una estrella de poca masa. Las enanas marrones han sido encontradas orbitando estrellas desde que un equipo que incluyó a Oppenheimer detectó una en 1995.

Los resultados de la investigación, aceptados para su publicación en la edición de junio de Astrophysical Journal, representa un paso significativo hacia la observación directa y el estudio de exoplanetas que orbiten estrellas distintas del Sol y podría avanzar las teorías de formación planetaria.

Las estrellas jóvenes generalmente tienen un montón de material captado por su tirón gravitacional, que se organiza en un disco con el tiempo. Los astrónomos creen que los planetas se forman en ese disco circumestelar.

La imagen producida por el equipo muestra un vacío con la forma de herradura en el disco con un punto brillante. "El déficit de material podría deberse a formación planetaria, al quitarse material y reunirse en un pequeño punto en la imagen, y la remoción de material del entorno inmediato. Parece ser indicativo de la formación de un pequeño cuerpo, ya sea planeta o enana marrón", explica el científico.

AB Aurigae es una estrella joven, entre uno y tres millones de años de edad y por eso provee información sobre cómo se forman las estrellas y los objetos que las orbitan. Una pregunta sin resolver acerca de la formación planetaria es cómo el inicial disco, denso y rico en gas, evoluciona hacia un disco delgado y polvoriento con planetas. La observación de estrellas un poco más viejas que AB Aurigae muestra que en algún punto el gas es removido, pero nadie sabe cómo ocurre. AB Aurigae podría estar en una etapa intermedia, donde el gas está siendo removido del centro, dejando principalmente polvo detrás.

"Más detalladas observaciones de esta estrella pueden ayudar a resolver preguntas sobre cómo los planetas se forman y podría poner a prueba teorías competidoras. Y si el objeto es una enana marrón, nuestro entendimiento de ellas debería replantearse, ya que las enanas marrones no se piensa que se formen en materiales circumestelares", finaliza el científico.


Fuentes y links relacionados

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EurekAlert:A planet in progress?

Paper aceptado:
The Solar-System-Scale Disk around AB Aurigae
Ben R. Oppenheimer, Douglas Brenner, Sasha Hinkley, Neil Zimmerman, Anand Sivaramakrishnan, Remi Soummer, Jeffrey Kuhn, James R. Graham, Marshall Perrin, James P. Lloyd, Lewis C. Roberts, Jr., and David M. Harrington
Received: 26 Oct 2007Accepted: 22 Feb 2008

Sobre las imágenes

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Imagen coronográfica de la luz polarizada alrededor de la estrella AB Aurigae, que muestra la distribución de polvo en la parte interna de un complejo disco de material alrededor de la estrella. La región media es tapada para bloquear la luz de la estrella.
Nótese la escala de la imagen, indicada con una flecha, que corresponde a 300 veces la distancia promedio entre la Tierra y el Sol!
Crédito: The Lyot Project
Se puede obtener una imagen de mejor calidad en el sitio de la National Science Foundation: A planet in progress?

Astronomía Exoplanetas Ciencia

“anillo doble de Einstein” predecido por el Fisico Aleman

El Telescopio Hubble encontro un “anillo doble de Einstein” predecido por el Fisico Aleman

Escrito por sigloxiii Publicado en Astronomía, Ciencia

Los físicos Tommaso Treu y Raphael Gavazzi de la Universidad de California en Santa Bárbara han descubierto una forma de lente gravitatoria llamada “anillo doble de Einstein”. Este fenómeno nunca había sido observado antes. El descubrimiento se realizó usando el Telescopio Espacial Hubble y el programa Cámara Sloan de Lentes Avanzadas para Investigación.

En las lentes gravitatorias, la luz de las galaxias distantes es desviada de su camino hacia la Tierra por el campo gravitatorio de un objeto masivo que queda en el camino. Debido a esta curvatura de la luz, la galaxia se distorsiona en un arco o en múltiples imágenes separadas. Cuando ambas galaxias están exactamente alineadas, la luz forma un patrón en ojo de buey, llamado anillo de Einstein, alrededor de la galaxia en primer plano.

En este caso la alineación incluye dos galaxias de fondo, causando de este modo un anillo doble de Einstein, un fenómeno muy raro. Las sensacionales observaciones ofrecen una visión de la naturaleza de la materia oscura, la energía oscura, galaxias distantes y la curvatura del universo.

Las lentes gravitatorias dan a los astrónomos la investigación más directa de la distribución de materia oscura en las galaxias elípticas. La materia oscura es una forma exótica de la materia que aún no se ha observado de forma directa. Buscando la materia oscura en las galaxias, los astrónomos esperan lograr una visión de la formación de las galaxias, la cual debe haber comenzado alrededor de grumosas concentraciones de materia oscura en el joven universo.

Más que una simple curiosidad este extrañísimo fenómeno puede ofrecer una nueva visión de la materia oscura, la energía oscura, la naturaleza de las galaxias distantes, e incluso la curvatura del universo.

La geometría de los dos anillos de Einstein permitió al equipo medir con precisión la masa en el centro de la galaxia en mil millones de veces la masa del Sol. El equipo informa de que esta es la primera medida de la masa de una galaxia enana a tal distancia cosmológica
Una muestra de varias docenas de anillos dobles como este ofrecerían una medida totalmente independiente. El radio comparativo de los anillos podría también ser usado para proporcionar una medida independiente de la curvatura del espacio por la gravedad. Esto ayudaría a determinar la materia que contiene el universo y las propiedades de la energía oscura.

Artículo completo en cienciakanija

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Grafito y energía oscura

Grafito y energía oscura

Área: Espacio — Miércoles, 5 de Marzo de 2008

La posible presencia de filamentos de grafito en el medio interestelar podría hacernos creer que la energía oscura existe, cuando quizás no sea así.

Supernova tipo Ia SN 1994D en la galaxia NGC 4526. Foto: Hubble ST, NASA.

La propuesta de la energía oscura tiene unos diez años. En esa época se comprobó que las explosiones de supernovas de tipo Ia utilizadas como candelas estándar tenían un brillo aparente menor cuanto más lejos se encontraban. Esto hizo pensar a los expertos que el Universo se está expandiendo a un ritmo acelerado. Para explicar esta aceleración se propuso la presencia de una energía de naturaleza desconocida que llenaría todo el Universo y que, como una suerte de “antigravedad”, produjera esta expansión acelerada.
Ahora expertos del Carnegie Institution sostienen que quizás la presencia de partículas de carbono o filamentos compuestos de grafito en el medio interestelar podría dar cuenta de parte del menor brillo aparente de objetos lejanos, incluyendo explosiones de supernovas de tipo Ia, por lo que habría implicaciones en el cálculo de la supuesta aceleración de la expansión del Universo o sobre la energía oscura.
Las supernovas de tipo Ia están entre los objetos más brillantes conocidos del Universo. Los astrónomos las usan como candelas estándar para medir distancias cosmológicas. Este tipo de supernovas tiene la particularidad de producir una curva temporal en su brillo reconocible y de tener un brillo intrínseco calculable. De este modo si se reconoce una supernova de este tipo en el cielo y se mide su brillo aparente se puede calcular a la distancia a la que está porque el brillo disminuye con el cuadrado de la distancia. En los noventa los astrónomos notaron que el brillo aparente de estas supernovas (menor que el supuesto) no podía ser explicado con las teorías cosmológicas al uso y propusieron esta idea de la expansión acelerada y la energía oscura.
En un estudio publicado recientemente en Science Express Andrew Steele y Marc Fries del Carnegie Institution’s Geophysical Laboratory informan haber descubierto una nueva e inusual forma de carbono en minerales contenidos en meteoritos de hace 4500 millones de años de antigüedad, o lo que es lo mismo, de la época de formación del sistema solar. Estos filamentos de carbono con inclusiones de aluminio y calcio parece que son propensos a producirse en gases ricos en carbono a alta temperatura.
En esa época, cuando el Sol era muy joven, el viento solar era muy intenso, por lo que estas partículas formadas cerca del Sol debieron de ser empujadas hacia el medio interestelar, y lo mismo debería de haber pasado alrededor de otras estrellas jóvenes. Además, estas partículas deben de haberse dispersado en el espacio debido a las propias explosiones de supernovas (de cualquier tipo).
Si estos investigadores están en lo cierto, el espacio interestelar debe de estar por tanto contaminado por estas partículas. Se ha postulado que afectaría a las diversas frecuencias del espectro electromagnético de diferente manera. Así, la parte infrarroja se vería especialmente afectada por ellas, siendo bloqueada parcialmente. Es precisamente el oscurecimiento de la luz de las supernovas de tipo Ia a estas frecuencias lo que llevo a los astrofísicos a proponer la existencia de la energía oscura. Aunque se había sugerido este efecto de oscurecimiento en los setenta, hasta el momento no se había demostrado la existencia de este material en el medio interestelar.
La presencia de este grafito en el meteorito permite ahora a los investigadores contrastar las propiedades de los diferentes modelos cosmológicos y de las observaciones astronómicas.
Según Steele, si este grafito en el espacio esta absorbiendo la luz de las supernovas entonces las medidas del ritmo de expansión del Universo basadas en ellas están afectadas. Los investigadores implicados esperan estudiar más el asunto y su efecto sobre los modelos cosmológicos, así como proporcionar datos a futuras misiones de la NASA o ESA que intenten medir los efectos de la energía oscura.
Recordemos que, de momento, no hay una prueba espectral directa de la presencia de este tipo de materia interestelar, pero si al final se confirmara su presencia habría que revisar los modelos cosmológicos. Puede que finalmente la energía oscura sea menos intensa o que incluso ni exista y todo sea fruto de este polvo cósmico o de otros factores. No sería la primera vez que en ciencia pasara algo similar, ventajas del método experimental.

Fuentes y referencias:
Nota de prensa en Carnegie Institution.
Artículo en Science (resumen).

Universo que acelera

Observaciones de Supernovas distantes indican que vivimos en un Universo que acelera Por Priscilla Nowajewsky B Hemos visto que el universo se expande. Pero ¿La tasa de expansión permanece igual? Debido a que existe materia en el universo y debido a que la gravedad tiende a juntar pedazos de materia, podríamos esperar que la expansión disminuyera con el tiempo. Si existe una constante cosmológica, estaría asociada a la energía oscura que ejerce una presión hacia afuera que provoca una aceleración en la expansión. Veamos nuestro universo y supongamos que la tasa de expansión pueda cambiar con el tiempo. Si observamos galaxias remotas, estamos viendo como eran en el pasado. Si la expansión del universo en el pasado fue más lenta o más rápida que ahora, la pendiente en un grafico de distancia versus velocidad de recesión sería diferente para dichas galaxias. Si la expansión fuera más lenta, la pendiente sería más inclinada hacia arriba para las galaxias lejanas; si la expansión fuera más rápida, la pendiente sería menos inclinada que la anterior. En ambos casos habría una desviación de la línea recta de La ley de Hubble. Al ver un la relación entre la distancia y la velocidad de recesión para las galaxias (a no más de 600 Mpc o 2 billones de años luz), los puntos aparecen a lo largo de una línea recta, sugiriendo que la tasa de expansión cosmológica no ha cambiado, es decir, que la expansión del universo a sido relativamente constante desde hace 2 billones de años. Ahora supongamos que estamos midiendo el redshift y la distancia a galaxias que están a muchos billones de años luz de La Tierra. A la luz de esas galaxias les ha tomado billones de años llegar hasta nuestro telescopio, así que nuestras mediciones revelaran cuan rápido se expandió nuestro universo hace billones de años. Para hacer esto, necesitamos una técnica que nos permita encontrar las distancias a esas galaxias remotas. Una forma de hacerlo es identificando Supernovas de Tipo Ia en dichas galaxias. Estas supernovas son los objetos más luminosos en el universo y pueden detectarse aun a distancias muy grandes. El brillo máximo de una supernova indica la distancia a través de la ley del cuadrado inverso y el redshift del espectro de la supernova muestra su velocidad de recesión. Una alta magnitud aparente corresponde a una supernova poco brillante, lo que indica que está muy distante. Un redshift mayor implica mayor velocidad de recesión. Los datos obtenidos muestran que el universo es plano, con una constante cosmológica. En este modelo la constante cosmológica ha influido en la aceleración de la expansión, por lo tanto, la expansión fue más lenta en el pasado. Los datos muestran que una supernova de cierto brillo (y cierta distancia) tiene redshift menor (y menor velocidad de recesión) si fuera el caso de una tasa de expansión constante. Los datos de supernovas proveen evidencia convincente acerca de la existencia de energía oscura. Este modelo es uno en el cual el universo está cubierto con una curiosa energía oscura debido a la constante cosmológica. A diferencia de la materia o la radiación, cuyas densidades promedio decrecen a medida que el universo se expande, el promedio de la densidad promedio de esta energía oscura permanece constante a través de la historia del universo. La energía oscura fue relativamente poco importante sobre la mayor parte de la historia temprana del universo. Hoy, en cambio, la densidad de la energía oscura es mayor que la materia, en otras palabras, vivimos en un universo dominado por la energía oscura. Existen otras explicaciones para la energía oscura, además de la constante cosmológica. Muchos físicos han propuesto un tipo de energía oscura cuya densidad decrece lentamente a medida que el universo se expande. Otros han propuesto que la energía oscura está concentrada (actualmente) en una red de estructuras llamadas cuerdas cósmicas. Futuras observaciones, incluyendo las que se harán desde La Tierra con medidas de alta precisión acerca de la radiación de fondo cósmico y las supernovas tipo Ia podrán ayudar a resolver la naturaleza de la energía oscura, además de ayudar a encontrar un valor para la constante de Hubble. Bibliografía Libro Universe, 6ta edición http://segre.ieec.uab.es/gazta/museo2003/Slide6.jpg http://www.oarval.org/CMBsp.htm

¿Realmente la expansión del universo se está acelerando? (o nunca hay que descartar otras hipótesis)

¿Realmente la expansión del universo se está acelerando? (o nunca hay que descartar otras hipótesis)

Marzo 14, 2008

La expansión acelerada del universo, aparentemente causada por la misteriosa energía oscura, puede deberse a una mala interpretación de la homogeneidad de la distribución de materia en el Universo, o así se afirma en el artículo de George Ellis, “Cosmology: Patchy solutions,” Nature 452, 158-161, 13 March 2008, que revisa varios artículos recientes sobre este tema. La energía oscura causa problemas más “gordos” que el problema que resuelve, la aparente aceleración de la expansión detectada en los estudios de supernovas tipo Ia utilizadas como candelas para medir las distancias en el universo lejano (a grandes corrimientos Doppler). ¿Puede explicarse esta expansión sin necesidad de nueva física, sea energía oscura, constante cosmológica no nula o la famosa quintaesencia (un tipo de anti-gravedad)? Estudios recientes han encontrado una explicación alternativa mucho más sencilla: la no homogeneidad de la distribución de materia en nuestro entorno cercano dentro del Universo puede ser la responsable de la aparente “segunda” inflación en la nos encontramos.

Las soluciones de las ecuaciones de Einstein para la gravedad a escala de todo el Universo tienen soluciones muy sencillas si se supone que la materia está distribuida de forma homogénea (de la misma forma en todas partes) e isótropa (de la misma forma mirando en todas direcciones). Esta hipótesis es consistente con las observaciones (claro, a gran escala, como en el fondo de microondas cuando quitamos el efecto de la vía láctea y los efectos de la velocidad de la Tierra, muy bien ilustrado aquí) pero no es una consecuencia de las ecuaciones sino el llamado Principio Cosmológico (también llamado de Copérnico): Las características del Universo cercano no son especiales de ninguna forma, sino típicas del resto del Universo en su totalidad.

El Principio Cosmológico es “razonable” pero no ha sido verificado experimentalmente. No es fácil. Este principio es consistente con las medidas de distancia más lejanas (gracias a las supernovas Ia) sólo si alguna forma de energía oscura existe. Sin embargo, investigaciones recientes han mostrado que si obviamos el Principio de Copérnico y consideramos que nuestra distribución de materia local (”cercana” a nosotros) es especial, entonces la energía oscura no es
necesaria.

La primera posibilidad es que inhomogeneidades locales en la distribución de materia requieren un proceso de promediado de las ecuaciones de Einstein a escala pequeña que conduce a una fuerza repulsiva (”backreaction” o retroreacción), un término que ha de ser añadido a las ecuaciones “suavizadas” que modelan el Universo a gran escala (véase, p.ej., Syksy Rasanen, “Evaluating backreaction with the peak model of structure formation,” ArXiv preprint, 31 Jan 2008). Sorprendentemente, los resultados de este término repulsivo son similares a los de la energía oscura.

Claro, estas inhomogeneidades locales también afectan a nuestras observaciones cosmológicas de fuentes lejanas, que sufren un proceso de lente gravitatoria (enfoque) que puede cambiar significativamente la luminosidad aparente de fuentes lejanas. Aunque los resultados dependen de la distribución exacta de materia en nuestro entorno local (algo no conocido con detalle) hay varias distribuciones compatibles con los resultados observados para supernovas Ia de gran corrimiento al rojo (gran z).

Investigadores como Teppo Mattsson, “Dark energy as a mirage,” ArXiv preprint, revised version 23 Dec 2007, han encontrado una interpretación “natural” de los efectos observados en la anisotropía del fondo de microondas, la nucelosíntesis de los elementos, el corrimiento hacia el rojo de las supernovas Ia lejanas y la expansión de Hubble, entre otros efectos, que son compatibles con cierto tipo de vacíos de materia cercanos y una distribución de materia en el Universo de un 90% de materia oscura y un 10% de materia (bariónica), nada de energía oscura, y un Universo de unos 14.8 mil millones de años. Es decir, si vivimos en una “burbuja casi vacía” entonces la energía oscura es un espejismo.

La misma idea, que estamos en un región del Universo con una densidad anormalmenet baja, en una burbuja “vacía” y por tanto rodeados del resto del Universo con “más” materia, ya había sido presentada en el artículo de revisión de la francesa Marie-Noëlle Célérier, “The Accelerated Expansion of the Universe Challenged by an Effect of the Inhomogeneities. A Review,” ArXiv preprint, 7 Jun 2007.

Por supuesto, estas ideas “no convencionales” que están en contra del stablishment en Cosmología han sido recibidas con gran excepticimo por la mayoría de cosmólogos en activo. Aún así, como se comenta en Stephon Alexander, Tirthabir Biswas, Alessio Notari, Deepak Vaid, “Local Void vs Dark Energy: Confrontation with WMAP and Type Ia Supernovae,” ArXiv preprint, 1 Mar 2008, la verificación experimental de la existencia de estas inhomogeneidades locales, aunque es difícil, no es imposible y promete eliminar la “odiosa” energía oscura, cuyas propiedades físicas nos resultan extremadamente difíciles de “comprender” y “aceptar” (requieren términos de energía negativa, anti-gravitatorios, …).

Si fue una “desagradable” sorpresa la energía oscura hace 10 años, quizás pronto (el lanzamiento de Planck está previsto por la ESA para el 31 de octubre de 2008) descubramos una nueva sorpresa, pero esta vez más “agradable”, no estabámos tan equivocados en 1998 sobre el Universo como lo estamos ahora.

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Visiones de la materia oscura (dark mattern at sight)

Visiones de la materia oscura (dark mattern at sight)

Enero 18, 2008

La materia oscura, invisible ópticamente pero que parece que conforma el 23% de todo el universo, se puede hacer visible gracias a sus efectos gravitatorios. La manera más sencilla es mediante su efecto como lente gravitatoria. Los modelos de simulación mediante ordenador para la formación de galaxias, cúmulos y demás grandes estructuras del universo, predicen que deben aparecer en los lugares donde hay acumulación de masa, que en el caso de incluir la materia oscura, son los lugares donde se encuentra mayores densidades de ésta. Cinco días de uso del telescopio espacial Hubble han permitido obtener la siguiente “fotografía” de los acúmulos de materia oscura (regiones rosadas) según cálculos utilizando lentes gravitorias débiles en una región de cielo que incluye el superclúster Abell 901/902, situado a unos 2.600 millones de años de luz de la Tierra.

Este resultado no permite confirmar los previamente obtenidos mediante simulaciones numéricas, se requieren futuras confirmaciones mediante la observación de otros superclústeres, pero es una primera confirmación de que estas simulaciones no van desencaminadas. Una de las esperanzas en relación al LHC (Large Hadron Collider) en el CERN, que entrará en funcionamiento a finales de este año es que descubra una partícula nueva que sea un candidato a materia oscura (como el modelo frío, partículas lentas y pesadas, se prefiere al caliente, partículas rápidas y ligeras, es de esperar que la partícula “compañera” supersimétrica más ligera, que supera “claramente” los 100 GeV será una candidata firme).

Por supuesto, podemos dudar de la existencia de la materia oscura (durante gran parte del s. XIX se creyó en la existencia del éter, descartado a principios del s. XX) y hay muchas teorías, por ahora sugeridas por sólo una minoría de los investigadores, que permiten explicar todos los hechos experimentales atribuidos a la materia oscura pero sin ella. La que más me gusta son las teorías MOND (teorías de Newton modificadas) que avanzan un paso más allá de la idea de que la dependencia respecto del cuadrado de la fuerza de la gravedad de Newton es modificada a grandes distancias, idea que no funciona.

En las teorías MOND (MOdified Newtonian Dynamics), desarrollados por Milgrom en 1983, se postula que aceleraciones minúsculas, por debajo de un valor crítico aM, las ecuaciones de tipo fuerza igual a masa por aceleración han de ser cambiadas, de hecho la atracción gravitatoria efectiva pasa de ser la aceleración newtoniana, sea aN, a aproximarse a la raíz cuadrada de aN por aM. Esta ley permite explicar fácilmente las curvas de velocidad de rotación frente a masa en galaxias espirales, la llamada ley de Tully-Fisher. La teoría MOND también podría explicar los efectos observados en la imagen del Hubble (artículo con la idea)

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Nuevo giro en el misterio de la antimateria

jueves 20 de marzo de 2008

Nuevo giro en el misterio de la antimateria

Un nuevo experimento parece haber descubierto sorpresiva evidencia acerca de que la naturaleza trata a la materia y la antimateria de forma diferente.


Los descubrimientos, detallados en la edición del 20 de marzo de Nature, sugieren que una solución completa del misterio por el cual el Universo observable es dominado por la materia y no por antimateria, podría tener que esperar el descubrimiento de nuevas partículas o la invención de una nueva física.

La antimateria es la gemela extraña de la materia. Por cada partícula de materia normal, hay una partícula de igual masa pero carga eléctrica opuesta. Por cada protón, de carga positiva, hay un antiprotón que es una partícula igual al protón, con la misma masa, pero con carga negativa. El electrón, que tiene carga negativa, tiene su antipartícula (al que se denomina positrón), que tiene carga positiva. El neutrón se diferencia del antineutrón, no por su masa o su carga eléctrica (que son iguales) sino por el tipo de quarks del que están compuestos.

Cuando la materia colisiona con la antimateria se aniquilan en una explosión de energía.

De acuerdo al modelo estándar de la física, la materia y antimateria fueron creadas en las mismas cantidades luego del Big Bang. De ser así, se habrían cancelado impregnando al Universo de energía.

Pero como nuestra existencia atestigua, eso no ocurrió. Los estudios sugieren que el Universo está compuesto actualmente por 75% de energía oscura, 20% de materia oscura y sólo 5% de materia.

Una gran misterio es porqué parecen ser las partículas de materia normal son los bloques de construcción del Universo observable.
¿Porqué no estamos hechos de antimateria?
Por algún motivo, había una mayor cantidad de materia que de antimateria (una partícula por cada mil millones de antipartículas), y esa diferencia es la que perduró.

En los últimos años, los expertos han intentado recrear artificialmente esta desproporción primitiva usando colisionadores de partículas de gran energía. En el último estudio, un consorcio de investigadores llamado la Colaboración Belle, liderado por Paoti Chang de la Universidad Nacional de Taiwan, usó el acelerador KEK-B en Japón para colisionar electrones y positrones.

Cuando estas partículas colisionan, crean un estallido de energía que rápidamente se materializa en partículas llamadas mesones B. El experimento creó cuatro tipos de mesones B: neutrales, la contrapartida de los neutrales o anti-Bs, positivos y su contrapartida, los negativos.

Un estudio de 2004 mostró que los mesones b neutrales decaen en otras partículas de forma más rápida que los anti-Bs.

Los científicos habían asumido que las diferencias entre estos tipos de mesones B eran menores. Esto los llevó a predecir que los mesones B positivos deberían decaer a la misma tasa que los mesones B neutrales (dado que ambos son partículas de materia normal) y que los mesones B negativos debían decaer a la misma tasa que los anti-Bs (al ser ambos partículas de antimateria).

El nuevo estudio revela que esto no es así. El equipo encontró que los mesones B neutrales decaen más rápido que los anti-Bs, pero que los mesones B positivos decaen más lentamente que sus antipartículas.

"Esto no es sólo que hay una asimetría partícula-antipartícula. Es que hay dos asimetrías que son diferentes una de otra", comentó Michael Peskin, un teórico de la Universidad de Stanford que no estuvo involucrado en el estudio.

Los nuevos resultados son similares a datos no publicados recientemente reunidos por otro equipo internacional que trabaja en el acelerador lineal de Stanford (BaBar), del cual Peskin es un miembro.

Considerados juntos, los hallazgos de los equipos no puede ser fácilmente explicado por el modelo estándard de la física y podría ser una pista de una mecanismo enteramente nuevo para la asimetría partícula-antipartícula, según explicó Peskin.


Fuentes y links relacionados

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Cosmos:New twist to matter-antimatter mystery

Difference in direct charge-parity violation between charged and neutral B meson decays
Nature 452, 332-335 (20 March 2008) | doi:10.1038/nature06827;
Received 12 July 2007; Accepted 7 February 2008
The Belle Collaboration


Sobre las imágenes

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Imagen:USAF

Los Agujeros negros no quieren materia oscura

Los Agujeros negros no quieren materia oscura

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Es ampliamente aceptado que los agujeros negros supermasivos (SMBHs) se asientan en el centro de galaxias elípticas o galaxias espirales. Succionan toda la materia que sea posible, generando explosiones de radiación. Las estrellas, el gas y todo lo que está cerca forma un "halo" compacto, que luego cae en una espiral de muerte gravitacionalmente forzada. La avidez lógica y el tamaño de estos agujeros negros, han llevado a la idea de que puedan suministrar la materia oscura (o puedan haberla suministrado). Pero, después de todo, ¿podría ser que la materia oscura no tenga una participación tan importante?

Los discos de acreción de los agujeros negros son halos compactos creados con polvo, gas y otros desechos que son arrastrados hacia el horizonte de un agujero negro. Los discos de acreción emiten radiación electromagnética, y la frecuencia, depende de la masa del agujero negro. Cuanto más masivo es, mayor es la energía de la radiación emitida al espacio. En el caso de un SMBH, la enorme masa de emisión causa una emisión muy brillante, tal y como la materia del disco de acreción cae hacia el horizonte (el punto en el que la gravedad se vuelve tan fuerte que incluso la luz no puede escapar). Conforme la materia del disco de acreción cae hacia el horizonte, aproximadamente un 10% de la masa se convierte en energía y la expulsa como rayos X. Esto es una conversión mucho más eficiente de la energía que la más eficiente reacción de fusión nuclear (aproximadamente 0,5%). Esta emisión de rayos X puede observarse, creando un quasar, lo que supone que un SMBH está impulsando la galaxia activa.

Curiosamente, un SMBH no parece que se formen a partir de simples estrellas masivas muertas. Se piensa que se han creado a partir de una "semilla" y luego han crecido a lo largo de miles de millones de años. La fuente de la alimentación de la creciente masa del SMBH proviene de su disco de acreción, pero es incierto qué la formación de la materia venga del agujero negro o que esté relacionado con él. Hay varias posibilidades en cuanto a la forma en que los mayor agujero negro son 'sembrados'; las dos más ampliamente aceptadas:

* Los agujeros negros intermedios (con masas de varios miles de soles) son creados por vastas nubes que colapsan en un solo punto. Se forman los agujeros negros y los discos de acreción van creciendo.

* Estrellas primordiales Masivas (las primeras estrellas, formadas hace tan sólo 200 millones de años, después del Big Bang), de unos pocos cientos de masas como el Sol, colapsaron para crear pequeños agujeros negros, de nuevo la formación de los discos de acreción van creciendo cada vez más de miles de millones de años.

Los mecanismos que afectan a la tasa de crecimiento de disco de acreción, sin embargo, no están tan claros. Algunas teorías sugieren que grandes cantidades (la mayoría de la masa del agujero negro), proviene de la materia oscura, pero la materia oscura es "no-bariónica" (es decir, el opuesto a la materia bariónica, la materia que conocemos y observamos en nuestro universo), que emiten muy poca, ya que cae en el horizonte del agujero negro. Por lo tanto, si este fuera el caso, el SMBH crecería desproporcionadamente en comparación con la radiación emitida por los centros galácticos (sólo las partículas bariónicas emiten rayos X).

Una nueva investigación dirigida por Sebastien Peirani (del Instituto de Astrofísica de París, Francia) sugiere que tan sólo una fracción muy pequeña de un SMBH está compuesto de materia oscura, ya que creció de una 'semilla'. La materia oscura se prevé que son muy colisionantes y se dispersan fácilmente por bariónicas nubes de gas y estrellas. Parece poco probable que la materia oscura sea capaz de permanecer en el interior del disco de acreción del agujero negro durante mucho tiempo, ya que sería rechazada por la materia "normal" que se haya retirado hacia el horizonte. Según lo que muestra el trabajo de Peirani, parece que éste sea el caso.

Al observar un "típico" disco de acreción y comparar los resultados con las observaciones de luminosidad de un quasar , el grupo francés encontró que la mayor parte de la cuestión que alimenta los SMBHs son de relativa materia bariónica. En una distancia crítica, fuera del agujero negro, la materia bariónica del disco de acreción se acelera en una fracción considerable de la velocidad de la luz, emitiendo radiación. Comparando esto con las simulaciones de un disco colisionante (es decir, con las características de la materia oscura), el modelo bariónico se ajusta mejor a las observaciones.

vía | Universe Today . por Ian O'Neill

El universo tiene 13,730 millones de años, con un margen...

KENNETH CHANG

The New York Times

El universo tiene 13,730 millones de años, con un margen de error de más o menos 120 millones de años, declararon astrónomos durante esta semana.

Dicha edad, fundamentada en mediciones de precisión de la luz más antigua en el universo, coincide con los resultados anunciados en el 2006. Dos años adicionales de datos enviados por un satélite de la NASA, conocido como la Sonda Wilkinson de Anisotropía de Microondas, han reducido la incertidumbre en decenas de millones de años.

''Todo se está compactando y nos está dando una precisión cada vez mejor, así como de manera constante'', destacó Charles L. Bennett, catedrático de Física y Astronomía en la Universidad Johns Hopkins y líder del grupo que analiza los datos. ``De hecho, es considerablemente mejor que resultados anteriores. En los datos existe todo tipo de recursos''.

Aproximadamente 380,000 años después del Big Bang, el universo se enfrió en la medida suficiente para que protones y electrones se combinaran y formaran átomos de hidrógeno. Eso liberó un estallido de luz, que se ha enfriado con el paso de miles de millones de años hasta convertirse en un baño de microondas, las cuales están presentes en todo el cosmos.

Sin embargo, existen ligeras variaciones en los antecedentes, los cuales el satélite de la NASA ha estado midiendo desde el 2001. Dichas variaciones han producido evidencia que respalda una idea conocida como inflación cósmica; esto es, una acelerada expansión del universo en la primera billonésima de billonésima de un segundo de su existencia.

Los nuevos datos tienen la precisión suficiente para diferenciar entre diversos modelos de inflación propuestos.

''Algunos de ellos actualmente se descartan por completo, en tanto algunos penden al borde y otros están perfectamente bien'', comentó Bennett. ``Nosotros le estamos dando orden a todos estos elementos''.

Asimismo, los astrónomos ahora pueden ver firme evidencia de que el universo rebosa de partículas subatómicas sin masa, conocidas como neutrinos. Ya se anticipaba este océano de neutrinos primordiales creados en el Big Bang.

''El nuevo resultado es que ya no es consistente con cero'', destacó Edward L. Wright, catedrático de Física y Astronomía en la Universidad de California, en Los Angeles, otro de los integrantes del equipo.

A medida que se reúnen más años de datos, dijo Bennett, los astrónomos incluso podrían ser capaces de deducir nuevos e insólitos tipos de neutrinos que, hasta ahora, no han sido detectados en aceleradores de partículas.

De igual modo, los nuevos datos refinan hallazgos en cuanto a que las primeras estrellas empezaron a emitir luz 400 millones de años después del Big Bang. La luz de las estrellas empezó a descomponer átomos interestelares de hidrógeno hasta devolverlos a sus formas como protones y electrones: creando una niebla que desviaba las microondas cósmicas. Pero se necesitaron 500,000 millones de años para descomponer todos los átomos.

Detienen átomos que viajaban a 500 metros por segundo

Detienen átomos que viajaban a 500 metros por segundo

La proeza ha sido posible gracias a la manipulación de los campos magnéticos de las partículas

Un equipo de físicos de la Universidad de Texas ha conseguido detener casi totalmente átomos que viajaban a 500 metros por segundo. La proeza ha sido posible gracias a la manipulación de los campos magnéticos de las partículas, que han sido sometidos a desaceleración mediante una variable del conocido cañón de Gauss. El sistema podría ayudar a medir la masa de una de las partículas subatómicas más escurridizas y ubicuas del universo, el neutrino, además de posibilitar la captura de hidrógeno atómico, el átomo más sencillo y abundante de la tabla periódica. Por Yaiza Martínez

Un equipo de físicos de la Universidad de Texas en Austin ha logrado detener casi totalmente “balas” de tamaño atómico que viajaban a una velocidad de 500 metros por segundo por el aire, informa la mencionada universidad en un comunicado. El experimento está descrito en la Physical Review Letters del 6 de marzo.

Para conseguir este resultado, los científicos construyeron una variable del cañón coilgun, también conocido como arma de Gauss, cañón Gauss o rifle Gauss. Se trata de un cañón que usa una sucesión de electroimanes para acelerar magnéticamente un proyectil a gran velocidad. Lo que han hecho los físicos de Texas es construir un coilgun que funciona a la inversa, es decir, deteniendo proyectiles del tamaño de átomos y moléculas en plena trayectoria.

En su artículo, los investigadores explican que detuvieron el haz de átomos utilizando una serie de bobinas electromagnéticas pulsantes. Las bobinas electromagnéticas fueron encendidas siguiendo una secuencia temporal para llevar a los átomos a una inactividad casi total, en la que fueron captados en una placa.

Detener los átomos de cualquier elemento

El profesor de física de dicha universidad Mark Raizen, uno de los protagonistas del experimento, explica que el coilgun es un arma que acelera proyectiles magnéticos (no como las armas convencionales, que usan explosivos químicos para generar el gas caliente que propulsa los proyectiles) con una serie de cables enrollados o bobinas que generan un fuerte campo magnético.

En la realidad macroscópica, sólo unos pocos materiales del tamaño de las balas reales son magnéticos, es decir, pueden ser disparados con un coilgun. Pero, en el mundo interior de los átomos, casi todos los elementos que los componen son magnéticos, es decir, tienen un magnetismo bipolar. Alrededor del 90% de los elementos de la tabla periódica tienen esta característica, así como muchas moléculas.

El coilgum utilizado para detener los átomos consiste en 64 unidades hechas a mano y es impulsado por un condensador propio. Los investigadores atraparon partículas del aire, las almacenaron en una diminuta cámara y las lanzaron hacia el coilgum. Cuando una de las partículas alcanza el cañón magnético y se encuentra con las bobinas, cada campo magnético de dichas bobinas frena progresivamente la trayectoria de la partícula sin tocarla.

Así, gracias al coilgun, se consiguió detener los átomos y las moléculas que viajaban a 500 metros por segundo. Para Raizen, ésta es una solución muy simple para lograr detener los átomos.

Controlar el movimiento atómico

La investigación está enmarcada dentro del esfuerzo científico por controlar el movimiento atómico. Como los átomos y moléculas en un gas se mueven a miles de kilómetros por hora, los físicos han buscado, durante años, un modo de ralentizar su movimiento a unos cuantos kilómetros por hora para poder atraparlos y estudiarlos en profundidad.

Los trabajos relacionados con la ralentización y detención de los átomos han acaparado muchas de las investigaciones en física en las últimas décadas. En 1997, tres físicos ganaron el Premio Nóbel de Física por su contribución conjunta al enfriamiento láser.

Se trata de un método que utiliza la luz láser para enfriar los gases y mantener sus átomos flotando o capturarlos en una especie de "trampas para átomos", momento en que pueden ser estudiados. Esta fórmula, sin embargo, sólo sirve para un pequeño número de átomos.

Por el contrario, como a casi todos los elementos y a un amplio número de moléculas les afectan las fuerzas magnéticas, este coilgun atómico “inverso” tiene una aplicabilidad mucho más amplia que el sistema de enfriamiento láser, sostienen los científicos de Texas.

Descubrir al neutrino

Este descubrimiento podría ayudar a medir la masa de una de las partículas subatómicas más escurridizas y ubicuas del universo, el neutrino. Se sabe que los neutrinos tienen masa, pero aún no se conoce con exactitud su estructura, y se cree que podría ser aproximadamente unas 200.000 veces menor que la masa del electrón. Por otro lado, la interacción de los neutrinos con las demás partículas es mínima, por lo que pasan a través de la materia ordinaria sin apenas perturbarla.

A pesar de estas características, la masa del neutrino tiene importantes consecuencias en el modelo estándar de física de partículas (teoría que describe tres de las cuatro interacciones fundamentales conocidas entre partículas elementales que componen toda la materia), ya que implicaría la posibilidad de transformaciones entre los tres tipos de neutrinos existentes en un fenómeno conocido como oscilación de neutrinos.

El objetivo final de este proyecto sería pesar los neutrinos, un proceso que consiste en capturar un átomo de tritio (que es un isótopo natural del hidrógeno de peso atómico 3), la forma más pesada del hidrógeno. Los científicos esperan pesar neutrinos lanzados fuera de este átomo a medida que éste se descompone.

Tal y como explican los científicos en el citado comunicado de la Universidad de Texas en Austin, este método facilitaría además el estudio detallado de las propiedades de los átomos y de las moléculas. Además de profundizar en el conocimiento del neutrino, el equipo de la Universidad de Texas planea utilizar también el coilgun para atrapar hidrógeno atómico, el átomo más sencillo y abundante de la tabla periódica.

Antecedentes

No es la primera vez que el equipo de la Universidad de Texas se refiere a este experimento. Tal como explicaba en octubre pasado la citada universidad en otro comunicado, los investigadores ya habían ideado un modo de frenar, detener y estudiar un rango mucho más amplio de átomos de lo que se había logrado hasta ahora, valiéndose de una nueva versión de un coilgun atómico.

Las anteriores experiencias se realizaron con átomos de neón con 18 amiantos en serie, pero según explicaban estos investigadores entonces, no tardarían en construir un dispositivo de 64 piezas, que es con el que han realizado el nuevo experimento, que permite detener un mayor número de átomos o de moléculas paramagnéticas.

Sábado 15 Marzo 2008

Yaiza Martínez

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egros supermasivos glotones no les gusta la materia oscura

A los agujeros negros supermasivos glotones no les gusta la materia oscura

March 10th, 2008 by Kanijo

Es ampliamente aceptado que los agujeros negros supermasivos (SMBHs) se sitúan en el centro de las galaxias elípticas o las protuberancias de las galaxias espiral. Absorben tanta materia como es posible, generando estallidos de radiación. Estrellas, gas y cualquier cosa cercana forma un “halo” compacto y cae en una espiral mortal que impone la gravedad. La naturaleza codiciosa de los agujeros negros y el tamaño de éstos ha llevado a la idea de que la materia oscura podría abastecer (o podría haber suministrado) al SMBH algo de masa durante su evolución. Pero, ¿podría ser que la materia oscura no estuviese implicada significativamente después de todo? Este podría ser un fenómeno cósmico del que no se podría culpar a la materia oscura…

Los discos de acreción de los agujeros negros son halos compactos creados a partir de polvo, gas y otros restos que son empujados hacia el horizonte de eventos del agujero negro. Los discos de acreción irradian radiación electromagnética, y la frecuencia de los mismos depende de la masa del agujero negro. Cuando más masivo sea, mayor energía de radiación se emite al espacio. En el caso de un SMBH, la enorme masa provoca una emisión muy brillante cuando la materia del disco de acreción cae en el horizonte de eventos (el punto en el que la gravedad se hace tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar). Conforme la materia del disco de acreción cae hacia el horizonte de eventos, aproximadamente el 10% de la masa se convierte en energía y es eyectada en forma de rayos-X. Esta es una razón de conversión de energía mucho más eficiente que la reacción de fusión nuclear de mayor eficiencia (aproximadamente el 0,5%). Esta emisión de rayos-X puede ser observada, creando un quásar, lo que significa que hay un quásar dirigiendo la galaxia activa.

Es interesante apuntar que un SMBH no se piensa que se formara a partir de la muerte de una única estrella masiva. Se cree que fueron creados a partir de una “semilla” y luego crecieron a lo largo de miles de millones de años. La fuente de la masa que alimenta el crecimiento del SMBH proviene de su disco de acreción, pero no se sabe qué forma de materia entra y a qué razón “alimenta” al agujero negro. Existen varias posibilidades sobre cómo se sembraron los mayores agujeros negros, pero dos son las mayormente aceptadas:

• Los agujeros negros intermedio (con masas de varios miles de veces la del Sol) se crearon mediante el colapso de vastas nubes en un único punto. Los agujeros negros se forman y crece el disco de acreción.
• Las estrellas primordiales masivas (las primeras estrellas, formadas apenas 200 millones de años tras el Big Bang) de unas pocas veces la masa del Sol podrían haber colapsado para crear agujeros negros menores, formando de nuevo discos de acreción y creciendo a lo largo de miles de millones de años.

Los mecanismos que afectan al índice de crecimiento del disco de acreción no están claros aún. Algunas teorías sugieren que enormes cantidades (la mayor parte de la masa del agujero negro) provienen de la materia oscura. Sin embargo, dado que la materia oscura es “no-bariónica” (es decir, lo opuesto a la materia bariónica – la materia que conocemos, amamos y observamos en nuestro universo) emitirá muy poca radiación conforme cae en el horizonte de eventos del agujero negro. Si este es el caso, los SMBHs crecerían desproporcionadamente cuando se les compara con la radiación emitida desde los centros galácticos (sólo las partículas bariónicas emitirán rayos-X).

Una nueva investigación encabezada por Sebastien Peirani (del Instituto de Astrofísica de París en Francia) sugiere que sólo una pequeña fracción del SMBH está compuesto de materia oscura conforme evoluciona. Se predice que la materia oscura no colisionaría y sería dispersada muy fácilmente por las nubes de gas bariónico y las estrellas. Parece improbable que la materia oscura fuese capaz de permanecer en el disco de acreción del agujero negro durante mucho tiempo antes de ser repelida por toda la materia “normal” que está siendo atraída hacia el horizonte de eventos.

Creando un modelo de un disco de acreción “típico” y comparando los resultados con las observaciones de la luminosidad del quásar, el grupo francés encontró que la mayoría de la materia que alimenta al SMBHs es materia bariónica relativista. A una distancia crítica, fuera del agujero negro, la materia bariónica del disco de acreción es acelerada a una porción significativa de la velocidad de la luz, emitiendo radiación. Al comparar esto con las simulaciones de un disco sin colisiones (es decir, las características de la materia oscura), el modelo bariónico encaja mejor con las observaciones.

“La aplicación de nuestros resultados a semillas de agujeros negros alojadas en halos generados por simulaciones cosmológicas indican que la materia oscura no contribuye más que un 10% aproximadamente a la masa total acretada, confirmando que la luminosidad bolométrica del quásar está relacionada con la historia de acreción bariónica del agujero negro”.

Artículo original en arXiv

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Autor: Ian O’Neill
Fecha Original: 8 de marzo de 2008

En busca de una nueva dimensión

lunes 10 de marzo de 2008

En busca de una nueva dimensión

El Universo tal como lo conocemos actualmente está hecho de tres dimensiones espaciales y una dimensión temporal, pero investigadores de Virginia Tech están explorando la posibilidad de una dimensión extra.


Suena como un episodio de la "Dimensión desconocida". Pero no lo es.

"La idea que estamos explorando es que el Universo tiene una pequeña dimensión imperceptible (cerca de una trillonésima de un nanometro) en adición a las cuatro que conocemos actualmente", indica Michael Kavic, uno de los investigadores. "Esta dimensión extra estaría enrollada, en un estado similar al Universo en el tiempo del Big Bang".

El grupo está buscando los pequeños agujeros negros primordiales que, al explotar, podrían producir un pulso de radio que podría ser detectado aquí en la Tierra. Estos agujeros negros se denominan primordiales porque fueron creados una fracción de segundo después del comienzo del Universo.

Estos agujeros negros se evaporarían con el tiempo, perdiendo masa y por lo tanto , encogiéndose. Un agujero negro mayor que la dimensión extra se envolvería a su alrededor. Al encogerse el agujero negro al tamaño de la dimensión extra, se estiraría tanto que causaría una explosión.
Esa explosión podría producir un pulso de radio. Bajo una subvención de la National Science Foundation, el grupo de Virginia Tech está preparando un radio telescopio de ocho metros en Montgomery County, llamado Eight-meter-wavelength Transient Array (ETA), para buscar esos radio pulsos de explosiones hasta 300 años luz de distancia. Tienen un telescopio similar en el sudoeste de Carolina del Norte que ha estado buscando estos eventos por varios meses.

"Tenemos un número de cosas en mente que han sido predichas que producirían pulsos de radio, que no se han visto. Una de ellas es una explosión de un agujero negro primordial", dice John Simonetti, profesor de física de Virgina Tech.

"Básicamente estamos buscando una exótica explosión de alta energía que produciría ondas de radio".

¿Porqué buscar dimensiones extras? Una razón tiene que ver con la teoría de cuerdas, un área de la física que postula que los bloques fundamentales del Universo son pequeñas cuerdas que oscilan produciendo armónicos.

"La teoría de cuerdas requiere dimensiones extra para ser consistente. La teoría sugiere un mínimo de 10 dimensiones, pero sólo considerando modelos con una dimensión extra", dice Kavic.

Algunos teóricos creen que el Gran Colisionador de Hadrones, un gigantesco acelerador de partículas qu ese está construyendo en Ginebra, Suiza, podría ser capaz de detectar una dimensión extra. El grupo de Virgina Tech espera detectarla por radioastronomía.

El grupo planea realizar la búsqueda por al menos cinco años.

"Si tuviéramos evidencia de que hay una dimensión extra, revolucionaría verdaderamente cómo pensamos acerca del espacio y el tiempo. Sería un descubrimiento muy emocionante", finaliza Kavic.


Fuentes y links relacionados

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EurekAlert:Physicists and engineers search for new dimension


Eight-meter-wavelength Transient Array (ETA)

Astronomers look for exploding black holes
1 February 2008 | Nature | doi:10.1038/news.2008.549

Transient Pulses from Exploding Primordial Black Holes as a Signature of an Extra Dimension
Michael Kavic, John H. Simonetti, Sean E. Cutchin, Steven W. Ellingson, Cameron D. Patterson

Sobre las imágenes

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Hipercubo o teseracto (representado en dos dimensiones)


Agujero Negro Cosmología Ciencia

Publicado por Gerardo Blanco

el LCH de Ginebra pueda abrir una puerta espacio-temporal

2008 podría ser el año cero de los viajes en el tiempo

Algunos físicos especulan con que el LCH de Ginebra pueda abrir una puerta espacio-temporal

El próximo mes de mayo se pone en marcha el laboratorio de física de partículas más grande del mundo, el Large Hadron Collinder (LCH) del CERN, en Ginebra. Con este impresionante laboratorio, los físicos esperan descubrir los secretos más íntimos de la materia, como si existe o no el hipotético bosón de Higgs. Dos matemáticos rusos aventuran además que el LCH podría servir para que se creen auténticos agujeros de gusano derivados del choque de los protones a una velocidad próxima a la de la luz. Pero otros físicos, como Lisa Randall y Patrick Meade, o Brian Cox, rechazan esta posibilidad. Por Yaiza Martínez.

El próximo mes de mayo se pondrá por fin en marcha el Large Hadron Collinder (LCH) o Gran Colisionador de Hadrones, un acelerador y colisionador de partículas localizado en el CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear), cerca de Ginebra (Suiza).

Su objetivo será, en principio, dilucidar hasta límites jamás alcanzados el funcionamiento de lo infinitamente pequeño, es decir, de las partículas subatómicas, desentrañando enigmas que apasionan a los físicos teóricos, como la existencia o no del hipotético bosón de Higgs predicho por el Modelo Estándar de la Física de Partículas.

Pero, según dos matemáticos rusos, quizá el LCH sirva además para conseguir un objetivo “colateral” propio de los relatos más interesantes de la ciencia ficción: al hacer chocar a los protones a una velocidad próxima a la de la luz, podría accidentalmente formarse una puerta, o puertas diminutas, que permitirían viajar por el espacio-tiempo. Evocando esta posibilidad, New Scientist, considera que gracias al LHC, 2008 podría convertirse en el Año Cero de los viajes en el tiempo.

Alteración del espacio-tiempo

Irina Aref'eva e Igor Volovich, del Instituto de Matemáticas Steklov de Moscú, han publicado un artículo en el que explican que, si la escala de la gravedad cuántica es del orden de unos pocos TeVs (tera o trillones de electronvoltios, unidad de energía equivalente a la energía cinética que adquiere un electrón al ser acelerado por una diferencia de potencial en el vacío de 1 voltio), las colisiones entre protones del LHC podrían dar lugar a la formación de máquinas del tiempo (regiones de espacio-tiempo con curvas cerradas de tipo tiempo) que violarían el principio de causalidad.

Una curva cerrada de tipo tiempo o curva temporal cerrada (en inglés closed timelike curve o CTC) es la línea de universo o la trayectoria que sigue una partícula material en el espacio-tiempo de cuatro dimensiones. Esta partícula se encuentra cerrada en el espacio-tiempo, es decir, que es susceptible de regresar al mismo estado del que partió en el tiempo.

La posibilidad de una curva cerrada de tipo tiempo no es nueva, ya que fue planteada por primera vez en 1937 por Willem Jacob van Stockum. Más adelante, en 1949, fue evocada asimismo por Kurt Gödel. De probarse en el LHC de Ginebra la existencia de esta curva cerrada de tiempo o CTC, el hecho podría implicar al menos la posibilidad teórica de construir una máquina del tiempo, señalan los físicos.

Agujeros de gusano

Según los matemáticos rusos, el LHC podría generar un agujero de gusano capaz de ser atravesado, que es uno de los modelos hipotéticos de máquina del tiempo. Un agujero de gusano, también conocido como un puente de Einstein-Rosen, es una hipotética característica topológica del espacio-tiempo, descrita por las ecuaciones de la relatividad general, que constituye esencialmente un "atajo" a través del espacio y el tiempo.

Un agujero de gusano tiene por lo menos dos extremos, conectados a una única "garganta", pudiendo la materia 'viajar' de un extremo a otro pasando a través de esta garganta o túnel. El primer científico en teorizar sobre la existencia de agujeros de gusanos fue Ludwig Flamm en 1916 y desde entonces han sido objeto de debate en el seno de la comunidad científica.

Lo que vienen a decir los científicos rusos es que el LHC puede provocar accidentalmente la aparición de agujeros de gusano y abrir por primera vez en la historia la puerta de los viajes en el tiempo. Señalan que, bajo ciertas condiciones, las enormes ondas gravitacionales generadas por dos protones en colisión podrían abrir una puerta o desgarro en el tejido espacio-temporal, dando lugar a un túnel espacio-temporal que conectaría a nuestra época con el futuro.

Señalan al respecto que la energía contenida en partículas de una billonésima del tamaño de un mosquito sería suficiente para hacer cosas extraordinarias en sus alrededores.

El problema de los cálculos llevados a cabo por los matemáticos rusos para aventurar semejante posibilidad teórica es su margen de error, advierte no obstante Newscientist, ya que resulta imposible por ejemplo evaluar la energía necesaria para abrir esta “puerta”.

Otra posibilidad, señalan los científicos rusos, es que se formen agujeros negros diminutos en el LHC, bajo suelo Suizo, aunque añaden que estos pretendidos agujeros negros no podrían transportar a visitantes del futuro porque serían apenas un poco mayores que los átomos.

¿Demasiado optimismo ?

Irina Aref'eva e Igor Volovich son célebres miembros del Instituto Matemático Steklov, y llevan más de diez años interesados, entre otros temas, en la creación de agujeros negros a partir de las colisiones de partículas a niveles muy altos de energía, más allá de la masa de Planck (cantidad de masa que en ciertas condiciones generaría una densidad igual a la del Universo en el tiempo de Planck, es decir, de su creación).

La propuesta de estos científicos rusos no ha dejado indiferente a la comunidad científica. La física teórica Lisa Randall, una de las personas que, en 1999, propuso la teoría de los Universos como membranas, y Patrick Meade, físico del Institute for Advanced Studies (IAS) de Estados Unidos, han publicado recientemente un análisis bastante pesimista sobre las condiciones de producción de agujeros negros en el LHC.

En un artículo dedicado también al LHC, estos científicos señalan que ciertas simplificaciones en los cálculos de la producción de los mini-agujeros negros en el LHC habrían conducido a una imagen tramposa y demasiado optimista de la creación de dichos agujeros negros.

Otra voz crítica es la de Brian Cox, de la Universidad de Manchester, uno de los principales expertos británicos en física de partículas que participa en el proyecto LHC. En declaraciones a Skymania, Cox señaló que las colisiones de rayos cósmicos en la atmósfera superior son mucho más energéticas que cualquier cosa que podamos producir en el LHC. Además, han estado ocurriendo durante 5.000 millones de años y no han aparecido viajeros en el tiempo.

Los viajes en el tiempo

De cualquier forma, no deja de ser sorprendente el hecho de que, cuanto menos, se siga pensando y se intente demostrar, desde las matemáticas, que los viajes en el tiempo podrían llegar a producirse o que son una posibilidad.

En Tendencias21 hemos hablado anteriormente de esta hipótesis. Por ejemplo, el año pasado supimos que un científico israelí llamado Amos Ori había descubierto un modelo teórico para el viaje en el tiempo que podría permitir a las generaciones futuras desplazarse al pasado. Se conseguiría, teóricamente, con un bucle espacio-temporal fabricado con materia ordinaria y densidad de energía positiva.

Dos años antes, este mismo científico aseguraba haber resuelto una de las mayores dificultades para viajar en el tiempo utilizando el vacío que existe en el espacio.

Tal como explicamos en otro artículo, el físico norteamericano Kip Thorne fue el primero que, a mediados de los años ochenta, reflexionó sobre cómo podría fabricarse una máquina del tiempo. Davies explicó más tarde cómo la tecnología del siglo XXI facilitaría este cometido. Y, para Stephen Hawking, aunque considera que el viaje en el tiempo es incoherente, también ha señalado que la fabricación de la máquina del tiempo es más una cuestión de dinero que de física. Por último, Igor Novikov, desde la Universidad de Copenhague, investiga asimismo la capacidad de los agujeros negros para permitir el viaje a través del tiempo.

Las esperanzas renovadas de los matemáticos rusos por que exista esta posibilidad, radica en la enorme capacidad del El Gran Colisionador de Hadrones de Ginebra, que será el laboratorio de física de partículas más grande del mundo. Funcionará a 271 grados centígrados bajo cero y usará un túnel de 27 Km. de circunferencia. Gracias a esta proeza tecnológica, algunos secretos del comportamiento de las partículas subatómicas podrían ser revelados... y quizás el secreto de los hoy hipotéticos viajes en el tiempo.

Sábado 08 Marzo 2008

Yaiza Martínez

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De momento ni rastro de WIMPS

De momento ni rastro de WIMPS

Área: Física — Jueves, 6 de Marzo de 2008

En el experimento más sensible hasta la fecha dedicado a detectar partículas débilmente interactúantes o WIMPS no han podido encontrar ninguna de ellas.

Uno de los cristales de germanio empleados en el detector CDMS. Foto: Fermilab. Ampliar foto.

Los científicos que realizan el experimento Cryogenic Dark Matter Search (CDMS) anunciaron hace unos días que no han conseguido detectar partículas débilmente interactúantes o WIMPS, candidatas teóricas que darían cuenta de la existencia de materia oscura.
El experimento está ubicado a 800 metros bajo tierra en una mina en Soudan (Minesota), y es el esfuerzo más importante hasta la fecha para acotar las propiedades de las supuestas WIMPS.
Con este experimento, según Blas Cabrera, se ha podido acotar el límite a partir del cual las WIMPS interaccionan con la materia ordinaria y lo pesadas que pueden ser.
Las WIMPS son partículas hipotéticas pesadas que no emitirían o absorberían luz y que prácticamente no interaccionarían con la materia ordinaria, salvo gravitatoriamente. Darían cuenta de la materia oscura del Universo. Podría haber cientos o millones de estas partículas pasando a través de nuestros cuerpos y no nos enteraríamos. De momento son sólo proposiciones de modelos exóticos de partículas elementales, pero que por su propia naturaleza son difíciles de detectar, ya que nosotros y nuestros instrumentos están hechos de materia ordinaria.
Los científicos tenían la esperanza de “oír” el choque de estas partículas con algunos núcleos del detector. Éste consiste en unos cristales de germanio ultrafrío (cerca del cero absoluto). Si una de estas partículas chocara con un núcleo de germanio le transmitiría una pequeña energía que se propagaría como un fonón (vibración de la red cristalina) a través del cristal, que resonaría como una campana. Sensores al borde del mismo detectarían dichas vibraciones y los datos recogidos servirían para caracterizar las WIMPS. El dispositivo se encuentra cerca del cero absoluto de temperatura (40 milikelvins) para eliminar cualquier otro movimiento en la red cristalina y bajo tierra, a gran profundidad, para evitar que las partículas de los rayos cósmicos den falsos positivos.
Los investigadores se muestran decepcionados por no haber detectado ninguna WIMPS, pero la ausencia de ruido de fondo del sistema muestra la potencia del detector y que el modelo experimental es correcto.
Las WIMPS deben de interaccionar tan poco como los neutrinos, pero ser muchísimo más pesadas para dar cuenta de la materia oscura. Si tuvieran una masa de 100 veces la del protón interaccionarían con un kilogramo de germanio unas pocas veces al año, de otra manera no las detectaría. La ausencia de eventos indica que las WIMPS deben de ser más escasas y más pesadas, si es que existen.
El resultado tiene implicaciones para la Física de Altas Energías, y en concreto sobre la supersimetría u otros modelos teóricos propuestos, que predicen la existencia de WIMPS y que extienden el modelo estándar de partículas.
La nueva fase del proyecto consiste en usar 25 kilogramos de germanio en el SNOLAB (Canadá). Gracias a este experimento y otros similares (como el Xenon 10 en Italia) se podrán acotar aún más las propiedades físicas de estas partículas y contrastar los modelos teóricos de partículas.

Fuentes y referencias:
Nota de prensa en Fermi National Accelerator Laboratory.

El Universo es así

jueves 6 de marzo de 2008

El Universo es así

El equipo de la sonda WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) que estudió el fondo de radiación de microondas ha realizado una serie de papers en los que discuten los resultados de los primeros cinco años de datos.


Mucha de esta información fue determinada hace un tiempo, un par de años luego del lanzamiento de la sonda, pero ahora con los datos de cinco años el equipo realizó un análisis de lo que los datos significan:

1-La edad del Universo es de 13.73 mil millones de años (+/- 120 millones de años)



2-El mapa superior muestra las diferencias de temperatura entre distintas partes del cielo. Rojo es caliente, azul es frío. Sin embargo, la diferencia es increíblemente pequeña: el rango total de temperatura de frío a caliente es sólo 0.0002 grados Celsius. La temperatura promedio es de 2.725 Kelvin, por lo que las temperaturas van de 2.7248 a 2.7252 Kelvins. (Cero grados Kelvin es igual a -273º Celsius, temperatura conocida como Cero Absoluto)

3-La edad del Universo cuando ocurrió la recombinación era de 375.938 años, +/- 3100 años.

4-El Universo es plano:
La densidad del Universo determina su geometría. Si la densidad excede la densidad crítica, la geometría del espacio es cerrada y curvada positivamente como la superficie de una esfera. Esto implicaría que los caminos iniciales de dos fotones paralelos convergirían lentamente, finalmente se cruzarían, y retornarían al punto de inicio (si el Universo durara lo suficiente).
Si la densidad fuera menos de la crítica, luego la geometría del espacio es abierta, negativamente curvada como la superficie de una silla de montar.
Finalmente, si la densidad fuera igual a la crítica, la geometría sería plana como la superficie de un papel.

A esta densidad crítica se la denomina Omega y se la simboliza con esa letra del alfabeto griego.
La versión más simple de la teoría inflacionaria, extensión de la teoría del Big Bang, predice que la densidad del Universo es muy cercana a la crítica, y que la geometría es plana. Eso es confirmado por los datos de WMAP.

Más información (en inglés):WMAP Is the Universe Infinite?

5-Composición del Universo
Los datos concuerdan con un Universo plano, compuesto 72% de energía de vacío, 23% de materia oscura y sólo 5% de materia ordinaria, como se ilustra en los gráficos superiores.

6-Neutrinos
Se confirma que el cosmos está lleno con un fluido de fríos neutrinos.
Los cosmólogos piensan que el caliente y denso Universo primitivo, los neutrinos deben haberse creado en colisiones de partículas de alta energía. Cerca de dos segundos luego del Big Bang la caldera de partículas colisionantes se habría enfriado tanto que la mayoría no habría tenido energía para interactuar fuertemente con los neutrinos. Así, los neutrinos se habrían "desacoplado" de la materia ordinaria y radiación.

En teoría, debería haber un sopa de escurridizas partículas allí afuera, de apenas 1.9º sobre el cero absoluto.

WMAP ha encontrado evidencia de esta sopa universal. La nave, lanzada en 2001, ha ido creando un mapa de la radiación de fondo de microondas que lleva impreso el estado del Universo tal como era sólo 380.000 años después de la Gran Explosión.
En particular, revela el diseño de las fluctuaciones de densidads en el espacio, la "textura" del Universo primigenio.

Viajando con una velocidad cercana a la de la luz, los neutrinos deberían haber desalentado a la materia de formar apretados grupos y así alisar la textura el Universo ligeramente.
Los datos de WMAP muestran claramente este efecto, implicando que esos neutrinos formaron cerca de 10% de toda la energía en el Universo cuando tenía 380.000 años. "Esto confirma la teoría", dice Eiichiro Komatsu, de la Universidad de Texas, autor de un estudio sobre los resultados.(1)

Una breve historia del Universo
El Big Bang fue caliente, a partir del cual el espacio-tiempo se expandió, enfriándose. Luego de un microsegundo, se enfrió lo suficiente para que se formaran protones y neutrones. Tres minutos después, la temperatura permitió que estas partículas se juntaran en nucleones. Así se formaron el hidrógeno, helio y una pequeña parte de litio que serían los únicos elementos en cientos de millones de años.
El Universo se siguió expandiendo y enfriando, pero era opaco a la luz. Los electrones están separados de los protones, por lo que los fotones chocan con ellos y se desvían hacia una dirección aleatoria.
Pero al enfriarse más el universo, por debajo de los 3.000 grados K se produce el fenómeno de la "recombinación o desacoplamiento" por el cual los electrones se unen a los núcleos y forman átomos neutros.
Es por esto que no se puede -ni con los mayores telescopios que pudieran crearse en el futuro- sucesos anteriores a los 380.000 años porque en ese entonces el Universo era opaco.
Luego de 13.7 mil millones de años, la expansión del Universo enfrió la luz, alargó su longitud de onda del ultravioleta a las microondas. Es decir que la temperatura asociada a cada fotón pasó de cientos de grados Kelvin a menos de 3.
La luz emitida justo después de la recombinación nos habla del Univeso en aquellos tiempos primigenios. Al mapear su longitud de onda y dirección de la que proviene, los astrofísicos pueden saber la densidad y temperatura de la materia en ese momento. Y la densidad condiciona la geometría misma del espacio. Todo eso, mapeando este resabio del Universo primitivo que es la radiación de fondo de microondas.
La sonda COBE produjo los primeros resultados importantes en el mapeo de esta radiación de fondo. WMAP continúa revolucionando dada su mayor sensibilidad y precisión. Son, de hecho, algunas de las grandes maravillas astronómicas. Es por eso que se espera con ansias el lanzamiento de la sonda Planck que investigará más a fondo sobre el origen del Universo.

Fuentes y links relacionados

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NewScientist:Universe submerged in a sea of chilled neutrinos

Bad Astronomy Blog:The Universe is 13.73 +/- .12 billion years old!

Cosmic Variance:WMAP 5-Year Results Released

WMAP:Five Year Results on the Oldest Light in the Universe

Bibliografía de las publicaciones el equipo de ciencia de WMAP

(1)Fast Estimator of Primordial Non-Gaussianity from Temperature and Polarization Anisotropies in the Cosmic Microwave Background II: Partial Sky Coverage and Inhomogeneous Noise
Amit P. S. Yadav, Eiichiro Komatsu, Benjamin D. Wandelt, Michele Liguori, Frode K. Hansen, and Sabino Matarrese
Preprint: PDF (842 kB)
Received: 30 Nov 2007Accepted: 22 Jan 2008
The Astrophysical Journal

Sobre las imágenes

El Orden de los Planetas de Nuestro Sistema Solar No Fue Siempre el Mismo

Neptuno no siempre ha estado más lejos del Sol que Urano, según las conclusiones de una nueva investigación. Hace cuatro mil millones años, al principio de la evolución del sistema solar, las posiciones de Urano y Neptuno con respecto al Sol estaban intercambiadas.


Éste es el resultado del reciente trabajo de Steve Desch (Universidad Estatal de Arizona). Desch basa su conclusión en sus cálculos de la densidad superficial de la nebulosa solar, la que constituyó el disco de gas y polvo del que se formaron todos los planetas. La densidad superficial (o masa por área) del disco protoplanetario de la nebulosa solar es un dato fundamental que se necesita para calcular los valores de numerosos parámetros clave acerca del sistema solar, desde cuán rápidamente crecieron los planetas hasta los tipos de compuestos químicos que es más probable que contengan.

Es muy difícil observar la densidad superficial en los discos protoplanetarios de los que hoy se están formando sistemas solares, porque están demasiado alejados de la Tierra. Así pues, durante los últimos 30 años, la mayoría de los investigadores han confiado en una estimación estándar de la densidad superficial.

Esta estimación tradicional predice discos de masas no demasiado diferentes de la que podemos observar en los sistemas solares en formación. Pero también predice densidades superficiales bajas, con la masa demasiado esparcida como para formar planetas rápidamente.

"Pensaba sobre la formación de los planetas y me percaté de que todos los modelos actuales fallaban al predecir cómo Júpiter pudo crecer hasta su tamaño actual en el período de vida de la nebulosa solar", explica Desch. "Teniendo en cuenta la composición y el tamaño de Júpiter, los modelos indican que su proceso de formación debió durar muchos millones de años, y los de Urano y Neptuno miles de millones de años, pero nuestro sistema solar no es tan antiguo".

Otro modelo, basado en sofisticados cálculos numéricos de las órbitas de los planetas durante millones de años, explica varios aspectos sobre las órbitas de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, así como acerca del cinturón de cuerpos cometarios de Kuiper, ubicado más allá, aunque asumiendo que los planetas gigantes se formaron mucho más cerca unos de otros de lo que se encuentran hoy.

Desch se dio cuenta de que el modelo implica que la masa del sistema solar tuvo que estar concentrada más ajustadamente de lo que asume el modelo tradicional de la nebulosa solar.

Distribuyendo las masas de los planetas por sus órbitas originales, según lo predicho por el modelo alternativo, Desch encontró una notable variación en la consistencia de la densidad superficial con la distancia al Sol. Neptuno tuvo que formarse más cerca del Sol que Urano, sino no se logra el perfil de consistencia.

Según los cálculos, durante los primeros 650 millones de años de existencia del Sistema Solar, Neptuno estuvo más cerca del Sol que Urano.

Los nuevos resultados también tienen profundas implicaciones de otra índole.

La densidad superficial de la nebulosa solar es mucho más alta de lo que originalmente pensaron los científicos, y esto impone una serie de condiciones sobre dónde y cuán rápido crecen los planetas. Una mayor densidad superficial de la nebulosa solar implica no sólo que Urano y Neptuno se formaron más cerca uno de otro de lo que hoy están, sino que además lo hicieron mucho más rápido de lo que el modelo tradicional indicaba, en tan sólo 10 millones de años en lugar de miles de millones.

Informac