El Sol vuelve a la vida

Tras la caída más profunda de la actividad solar en casi un siglo, el Sol finalmente está volviendo a la vida. Pero, ¿retornará la actividad solar a niveles anteriores? El venerable observador solar SOHO de la ESA está allí, observando y midiendo, proporcionando una información única sobre nuestra estrella más cercana.

Fue el regalo navideño perfecto para los físicos solares. A mediados de diciembre de 2009, el mayor grupo de manchas solares de los últimos años surgió y se manifestó en la superficie solar. Ocurrió justo cuando algunos físicos empezaban a preguntarse si alguna vez retornarían las grandes manchas solares. “Este último mínimo fue mucho más profundo y duradero de lo que nadie había predicho”, dice Bernhard Fleck, Científico del Proyecto SOHO de la ESA. “Estábamos empezando a bromear sobre que habíamos entrado en otro mínimo de Maunder”.

El mínimo de Maunder tuvo lugar entre 1645 y 1715, cuando las manchas solares, los marcadores visibles de actividad solar, estuvieron ausentes del Sol durante largo tiempo. Los últimos dos años han sido iguales, con el Sol presentando una superficie sin manchas durante más del 70% del tiempo.

Los astrónomos están acostumbrados a ver pasar al Sol por un ciclo de actividad que dura aproximadamente 11 años. Pero hasta diciembre del año pasado, el Sol había parecido reticente a empezar de nuevo. A mediados de enero, surgió un gran grupo de manchas y, más recientemente, varias áreas grandes y activas han estado cruzando la superficie solar. Aunque es prematuro pensar que el Sol está aumentando su actividad para llegar a otro energético ciclo.

La fuerza del próximo ciclo solar está determinada por la fuerza del magnetismo en los polos del Sol, y ésta es actualmente muy débil. Los campos polares proporcionan las ’semillas’ magnéticas para que las manchas solares del siguiente ciclo, que son absorbidas en el interior de Sol y, de algún modo, rejuvenecidas y retornadas a la superficie para aparecer como manchas oscuras.

Por tanto, aunque el Sol esté volviendo a la vida, no deberíamos esperar demasiada actividad, de acuerdo con Fleck. “Creo que vamos a pasar por algo similar a los inicios del siglo XX donde todo era mucho menos activo”, comenta. Los registros históricos demuestran que, hasta los últimos años, el ciclo solar ha estado inusualmente activo. Por lo que en lugar de una súbita bajada de la actividad, es más probable que retorne a la normalidad.

“Cuando se lanzó SOHO hace más de 15 años, comprender el ciclo solar no era uno de sus objetivos científicos, ahora es una de las cuestiones clave”, dice Fleck.

Conforme se lancen naves más nuevas, como el Observatorio de Dinámica Solar de la NASA, las observaciones continuadas de SOHO proporcionarán unos datos esenciales de calibración para los nuevos instrumentos, asegurando a los astrónomos poder comparar los conjuntos de datos con precisión. Y SOHO aún tiene una habilidad única: sigue siendo la única nave en línea con el Sol que puede buscar ‘eyecciones de masa coronal’ que vienen directas hacia la Tierra, que pueden interrumpir las telecomunicaciones, GPS y líneas de alta tensión.

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Fecha Original: 20 de marzo de 2010
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Vía: Ciencia Kanija

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Científicos sorprendidos por extraño resultado en la luna Mimas

El mapa de temperatura e imágenes de Mimas, la luna helada de Saturno, con la más alta resolución obtenida hasta ahora por la nave espacial Cassini de la NASA revela patrones sorprendentes en la superficie de la pequeña luna, incluyendo inesperadas regiones cálidas que se asemejan a un “Pac-Man” comiéndose un punto, e impactantes bandas claras y oscuras en las paredes del cráter.

“Otras lunas suelen acaparar la atención, pero resulta que Mimas es más extraña de lo que pensábamos que era”, dijo Linda Spilker, científico del proyecto Cassini en el Jet Propulsion Laboratory en Pasadena, California. “Sin duda, nos trae nuevas incógnitas”.

Cassini recogió estos datos el 13 de febrero, durante su sobrevuelo más cercano a la luna, que está marcada por una cicatriz enorme llamada Cráter Herschel y se asemeja a la Estrella de la Muerte de “Star Wars”.

Los científicos que trabajan con el espectrómetro infrarrojo, que trazaba las temperaturas de Mimas, esperaban temperaturas variando suavemente con máximos en la tarde cerca del ecuador. En cambio, la región más cálida fue en la mañana, a lo largo de un borde del disco de la luna, dando forma a una figura de Pac-Man bien definida, con temperaturas alrededor de 92 grados Kelvin (menos 294 grados Fahrenheit).

El resto de la luna resultó mucho más fría, alrededor de 77 grados Kelvin (menos 320 grados Fahrenheit). Un lugar cálido y pequeño —el punto en la boca del Pac-Man— apareció alrededor de Herschel, con una temperatura de alrededor de 84 grados Kelvin (menos 310 grados Fahrenheit).

El punto caliente alrededor de Herschel tiene sentido porque las altas paredes del cráter (de alrededor de 5 kilómetros de altura) pueden atrapar el calor en el interior del cráter. Pero los científicos están completamente desconcertados por el agudo patrón en forma de V.

“Sospechamos que las temperaturas están revelando diferencias en la textura de la superficie”, dijo John Spencer, un miembro del equipo del espectrómetro compuesto de infrarrojos de la Cassini con base en el Southwest Research Institute en Boulder, Colorado “Es, tal vez, algo como la diferencia entre vieja y densa nieve y fresco polvo depositado.”

El hielo más denso conduce rápidamente el calor del sol lejos de la superficie, manteniéndola frío durante el día. El hielo polvoriento es más aislante y atrapa el calor del sol en la superficie, por lo que la superficie se calienta.

Incluso si las variaciones de textura de la superficie son las culpables, los científicos todavía están tratando de averiguar por qué hay límites tan definidos entre las regiones, dijo Spencer. Es posible que el impacto que creó el cráter Herschel haya derretido la superficie de hielo y desparramado agua en la luna. El líquido se puede haber congelado al instante para formar una superficie dura. Pero es difícil entender por qué esta capa densa permanecería intacta cuando los meteoritos y otros desechos espaciales deberían haberla pulverizado, dijo Spencer.

El helado rocío del anillo E, uno de los anillos exteriores de Saturno, también debería haber mantenido a Mimas con un colorido relativamente claro, pero las nuevas imágenes en luz visible del sobrevuelo muestran un cuadro de contrastes sorprendentes. Los científicos del equipo de imágenes de la Cassini no esperaban ver rayas oscuras bajo las paredes del brillante cráter o un continuo, estrecho montón de escombros oscuros concentrados siguiendo el pie de cada pared.

El patrón puede aparecer debido a la manera en que envejece la superficie de Mimas, dijo Paul Helfenstein, un asociado al equipo de imágenes de Cassini con sede en la Universidad de Cornell, Ithaca, NY Con el tiempo, la superficie de la luna parece acumular un tenue velo de minerales de silicato, o partículas ricas en carbono, posiblemente a causa de polvo de meteoritos que cae sobre la luna, o impurezas ya incrustadas en el hielo de la superficie.

Cuando los cálidos rayos del sol y el vacío del espacio evaporan el hielo, más brillante, el material más oscuro se concentra y queda. La gravedad atrae el material oscuro por las paredes del cráter, exponiendo hielo fresco debajo. Si bien se observan efectos similares en otras lunas de Saturno, la visibilidad de estos contrastes en una luna que es continuamente re-pavimentada con pequeñas partículas del anillo E ayuda a los científicos a estimar los ritmos de cambio en otros satélites.

“Estos procesos no son exclusivos de Mimas, pero las nuevas imágenes de alta definición son como las piedras de Rosetta para interpretarlos”, dijo Helfenstein.

La misión Cassini-Huygens es un proyecto cooperativo de la NASA, la Agencia Espacial Europea y la Agencia Espacial Italiana. JPL, una división del California Institute of Technology en Pasadena, dirige la misión para el Directorado de Ciencia Espacial de la NASA, en Washington, DC El orbitador Cassini y sus dos cámaras de a bordo fueron diseñados, desarrollados y ensamblados en el JPL. El equipo de imagen tiene su base en el Space Science Institute en Boulder, Colorado, El equipo del espectrómetro infrarrojo compuesto tiene su base en el Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland, donde se construyó el instrumento.

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Más información e imágenes en http://www.nasa.gov/cassini y http://saturn.jpl.nasa.gov

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El éxito de las colisiones en el LHC inaugura los nuevos descubrimientos de la física

El descubrimiento de la misteriosa materia oscura del Universo, la confirmación de la existencia de una supersimetría entre las partículas y el hallazgo del escurridizo bosón de Higgs son algunos de los enigmas de la Física que podrían resolverse en los próximos dos años gracias al éxito alcanzado hoy por el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, en la frontera franco-suiza. Esta mañana dos haces de protones han colisionado en el LHC a 7 teraelectronvoltios (TeV), la mayor energía alcanzada jamás en un acelerador de partículas.

El momento que miles de físicos de partículas de todo el mundo estaban esperando ha sucedido esta mañana en el CERN, no muy lejos de Ginebra (Suiza). Tras unas horas de retraso por incidencias técnicas, a las 13.06 horas dos paquetes de protones que circulaban por el gigantesco anillo de 27 kilómetros del LHC han chocado, según han confirmado los cuatro detectores (CMS, ATLAS, ALICE y LHCb) de la gran máquina. Comienza así el programa de investigación del mayor colisionador de partículas del mundo.

Los científicos del CERN han arrancado en aplausos cuando las pantallas de sus ordenadores se han iluminado con los gráficos de colores que confirmaban el éxito de las colisiones. “Las manchas azules y rojas son depósitos de energía del calorímetro (medidor de la energía de las partículas) y las rayas amarillas representan las trayectorias que han seguido las partículas cargadas durante la colisión”, explica a SINC Juan Alcaraz, investigador principal del proyecto del CIEMAT en el detector CMS.

Los haces han circulado en sentido contrario a 3,5 TeV cada uno, la mayor energía conseguida hasta ahora en un acelerador, pero al colisionar se ha generado el doble: 7 TeV. Esto supone 3,5 veces más que los aproximadamente 2 TeV con los que trabajan en el colisionador Tevatrón del Fermilab, la “competencia” del LHC en Estados Unidos.

A partir de este momento, y a lo largo de entre 18 y 24 meses, comienza “la serie más grande de nuevos descubrimientos potenciales que los físicos de partículas han visto en más de una década”, según ha señalado Rolf Heuer, Director General del CERN.

Supersimetría y materia oscura

Heuer, que de viaje por Japón ha compartido por videoconferencia el éxito del acontecimiento, ha destacado que el LHC “tiene una oportunidad real en los próximos dos años de descubrir partículas supersimétricas, posiblemente elucidando la naturaleza de la materia oscura, que constituye cerca de un cuarto del Universo”.

La supersimetría es una hipótesis que plantea que a cada una de las partículas elementales de la materia, divididas en fermiones (como los quarks) y bosones (como el fotón), le corresponde un compañero supersimétrico bosón o fermión respectivamente. Así, por ejemplo, el quark “arriba” tiene una partícula supersimétrica “sarriba”, y el fotón tiene otra denominada “fotino”, ninguna de las dos descubiertas hasta ahora.

La partícula supersimétrica más ligera sería el neutralino (en el que participa el “fotino”, entre otros), y podría ser clave para explicar la naturaleza de la materia oscura, que de momento no se ha podido detectar directamente.

Los detectores ATLAS y CMS tendrán cada uno datos suficientes para duplicar la sensibilidad a partículas supersimétricas establecida hasta ahora, de hasta 400 GeV). El LHC elevará el rango de descubrimiento hasta 800 GeV.

Los experimentos del LHC también explorarán la posibilidad de encontrar nuevas partículas masivas y dimensiones “extra” (además de las tres conocidas) hasta masas de 2 TeV (también el doble del 1 TeV actual), así como continuar la investigación sobre la asimetría materia-antimateria o sobre por qué las dos no se aniquilaron mutuamente en los instantes siguientes al Big Bang.

En busca del bosón de Higgs

Además de estos descubrimientos potenciales, el programa de investigación del LHC se centrará en la búsqueda del bosón de Higgs, o al menos descartar que se encuentra en determinados rangos de energía. Esta partícula mítica en el campo de la física podría explicar la masa de otras partículas elementales y muchos aspectos de la estructura de la materia.

Tan pronto como se hayan "redescubierto" las partículas conocidas del Modelo Estándar aceptado por los científicos, un paso previo necesario antes de buscar “la nueva física”, los experimentos del LHC iniciaran la búsqueda sistemática del bosón de Higgs.

Con las colisiones cruzadas el análisis combinado de ATLAS y CMS será capaz de explorar un amplio rango de masas, e incluso hay una oportunidad de descubrir si el bosón de Higgs tiene una masa de cerca de 160 GeV. Si es mucho más ligero o muy pesado, será más difícil de encontrar en esta primera carrera del LHC.

Miles de científicos en todo el mundo esperan impacientes la llegada de los datos del LHC a través de la red de computación Grid, entre ellos más de dos mil estudiantes de doctorado para elaborar sus tesis.

Después de esta “primera carrera” de alrededor de dos años del LHC –con una pequeña parada técnica entre medias-, la gran máquina se apagará para realizar el mantenimiento rutinario y poder completar los trabajos necesarios para alcanzar la energía para la que está diseñado:14 TeV. Hasta ahora el CERN operaba en ciclos anuales.

"Dos años de funcionamiento continuo es mucho pedir tanto para los operadores como los experimentos del LHC, pero valdrá la pena el esfuerzo", concluye Heuer.

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Declaraciones de los portavoces de los cuatro experimentos del LHC

ATLAS, Fabiola Gianotti: "Con estas energías de colisión récord, los experimentos del LHC se dirigen a una vasta región por explorar, y comienza la caza de materia oscura, nuevas fuerzas, nuevas dimensiones y el bosón de Higgs. El hecho de que los experimentos ya han publicado artículos científicos con los datos del año pasado es muy buena señal para esta primera carrera de la física”.

CMS, Guido Tonelli: "Todos hemos quedado impresionados con el rendimiento del LHC hasta ahora, y es particularmente satisfactorio ver cómo nuestros detectores de partículas están trabajando, mientras que nuestros equipos de física en todo el mundo ya están analizando los datos. Nos dirigiremos pronto a algunos de los mayores misterios de la física moderna, como el origen de la masa, la gran unificación de las fuerzas y la presencia de la abundante materia oscura en el universo. Espero momentos muy emocionantes frente de nosotros”.

ALICE, Jürgen Schukraft: "Este es el momento que esperábamos y para el que nos hemos preparado. Estamos deseando obtener los resultados de las colisiones de protones, y este año, más adelante, de colisiones de iones de plomo, para darnos nuevas pistas sobre la naturaleza de la interacción fuerte y la evolución de la materia en el Universo temprano”.

LHCb, Andrei Golutvin: “LHCb está listo para la física. Tenemos un gran programa de investigación por delante de nosotros para explorar la naturaleza de la asimetría materia-antimateria en más profundidad como jamás se había hecho antes".

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Fecha del artículo: 30.03.2010

Fuente: SINC

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¿Qué son los ‘mini’ agujeros negros?

En libros y películas, los agujeros negros capturan incautas naves espaciales y planetas, se tragan galaxias u ofrecen portales a otras partes del universo. Por tanto, la idea de que con el arranque del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), los físicos finalmente tengan una máquina lo bastante potente para, potencialmente, crear ‘mini’ agujeros negros, provocó cierta alarma.

Pero, ¿qué sabemos realmente sobre los agujeros negros? ¿Y cómo de diferente sería un ‘mini’ respecto a sus primos gigantes que merodean por el espacio?

“Los agujeros negros más simples son objetos con una singularidad en su centro y que están rodeados por un ‘horizonte de eventos’”, explica Cigdem Issever del Departamento de Física de la Universidad de Oxford. “Una vez que algo se acerca a un agujero negro a menos del radio del horizonte de eventos, no puede escapar: ni siquiera la luz puede escapar y de ahí el nombre de ‘agujero negro’ que le dio a estos objetos John Archibald Wheeler en 1967″.

Un agujero en el Sol

Producir agujeros negros es un tema de masa (energía): compacta masa en una esfera con un radio igual a lo que se conoce como ‘radio de Schwarzschild’ – un umbral más allá del cual la gravedad provoca que un objeto de cierta densidad colapse sobre sí mismo – y se formará un agujero negro.

“De hecho, el tamaño del radio de Schwarzschild es directamente proporcional a la cantidad de masa que se compacta, así como directamente proporcional a la fuerza de la gravedad”, me comenta Cigdem.

“Por ejemplo, para formar un agujero negro a partir de nuestra Tierra, tendrías que compactar su masa en una esfera de aproximadamente el radio de una canica (una radio de 8,9 mm). Por comparación, el radio de Schwarzschild del Sol es de 3 km”.

Entonces, ¿Qué pasaría si nos cambiasen nuestro Sol por un agujero negro?

“Si reemplazamos nuestro Sol con un agujero negro de la misma masa, sorprendentemente, no cambiaría mucho nuestro Sistema Solar. La órbita de los planetas permanecería igual debido a que el campo gravitatorio que produciría el agujero negro sería exactamente igual que el del Sol. Aunque, hay que reconocerlo, ¡el Sistema Solar sería un poco más frío y oscuro!”

Pero el interés de Cigdem en los agujeros negros no es teórico, como física de partículas, buscará las firmas de los ‘mini’ agujeros negros en las colisiones del LHC:

“Me empecé a interesar en ellos como física de partículas en 2003 debido a que los modelos de dimensiones extra predicen que pueden producirse en los rayos cósmicos de alta energía y, de ser así, incluso en los aceleradores de partículas. Si realmente somos capaces de producirlos, podría darnos una visión experimental a los efectos gravito-cuánticos”.

Espera que estudiarlos pueda llevar a la formulación de una teoría cuántica de la gravedad: casar la Teoría de la Relatividad General de Einstein (que describe la gravedad a gran escala) con la mecánica cuántica (que describe la física a distancias muy pequeñas.

El LHC está colisionando protones entre sí. Estos protones están hechos de constituyentes menores, los conocidos como ‘partones’ que son en realidad las partículas que colisiona el LHC. El radio de Schwarzschild para dos partones en colisión – quarks y gluones por ejemplo – en el LHC es al menos 15 órdenes de magnitud menor que la longitud de Planck – la menor distancia o tamaño que puede llegar a alcanzar un objeto en nuestro universo común.

“Esto significa que, en los modelos convencionales de física, no hay forma de que un agujero negro se genere en una colisión de dos partones. No obstante, hay modelos en el mercado que sugieren que la fuerza de la gravedad pudiera ser significativamente mayor a distancias muy pequeñas, 10³⁸ [10 con 38 ceros] veces mayor”, señala.

“De ser cierto, entonces el radio de Schwarzschild de dos partones en colisión se hace lo bastante grande para que, en el centro de masas-energía del LHC, el que dos partones sobrepasen el radio de Schwarzschild no sea improbable. Por tanto, puede que seamos capaces de producir agujeros negros microscópicos después de todo”.

¿Quién teme a un ‘mini’ agujero negro?

Entonces, ¿cómo serían estos agujeros negros? ¿Deberíamos preocuparnos por ellos?

Cigdem me cuenta: “De acuerdo con Stephen Hawking, rigurosamente no serían agujeros negros. Se evaporarán en un tiempo aproximado que sigue el espectro de radiación de cuerpo negro. El índice de evaporación sería inversamente proporcional a la masa del agujero negro”.

“Los agujeros negros astronómicos son tan masivos que su índice de evaporación es despreciable. Por contra, los mini agujeros negros están calientes: increíblemente calientes. El núcleo del Sol está a unos 15 000 000 Kelvin – para acercarte a la temperatura de un mini agujero negro tendrías que añadir otros 42 ceros”.

“Lo que indica esta increíble temperatura es que los mini agujeros negros de masa diminuta se “evaporan” en el muchísimo más frío espacio de alrededor casi infinitamente rápido. Su tiempo de vida esperado es de alrededor de un millón de septillones de nanosegundo – por lo que desaparecerían casi a la misma vez de crearse”.

Si aparecen, casi instantáneamente estallarán en muchas partículas que el detector ATLAS debería captar.

“Estas partículas tendrán unas características muy impactantes. La energía total depositada en el detector será del orden de unos pocos TeVs [Tera electrón voltios] y el número de partículas del estado final será mayor. La firma de los agujeros negros difícilmente puede ser imitada por otra nueva física por lo que, si se están generando, será difícil pasarlos por alto”, añade Cigdem.

Por lo que la caza comienza: el 30 de marzo el LHC tiene previsto colisionar a energías de 7 TeV que pueden permitirnos ver algunos efectos de gravedad cuántica por primera vez.

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Autor: Pete Wilton
Fecha Original: 29 de marzo de 2010
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Vía: Ciencia Kanija

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Resuelto el misterio alrededor de los objetos cósmicos más brillantes

Los quásares son regiones alrededor de agujeros negros gigantes donde la materia es absorbida y la luz se une al espacio. El origen de estos potentes objetos no estaba claro, pero un nuevo estudio encontró que probablemente se forman cuando colisionan dos galaxias masivas.

No todos los grandes agujeros negros se convierten en quásares – la distinción está reservada para aquellos agujeros negros supermasivos que están creciendo. Conforme se alimentan de la materia que gira a su alrededor, la fricción y calor libera copiosas cantidades de radiación que hacen de los quásares algunos de los objetos más brillantes del universo.

Por lo que para tener un quásar, una galaxia debe contener un almacén suficiente de masa en su centro lista para ser engullida por el agujero negro supermasivo. Y la mejor forma de lograr este suministro de alimento concentrado en el centro galáctico es una fusión entre dos grandes galaxias ricas en gas, según confirmó el estudio.

Esta idea la sugirió por primera vez David Sanders, astrónomo de la Universidad de Hawai, en 1988. Pero no ha sido hasta ahora cuando se ha tenido pruebas observacionales de galaxias lejanas de los inicios del universo para confirmarlo.

Sanders y un equipo de astrónomos liderados por Ezequiel Treister, también de la Universidad de Hawaii, combinaron datos procedentes de los telescopios espaciales Hubble, Chandra y Spitzer de galaxias muy lejanas y buscaron signos de quásares que estuvieran oscurecidos por el gas y polvo de sus alrededores. Los telescopios, que barren el universo en luz óptica, de rayos-X e infrarroja respectivamente, permitieron a los astrónomos abrirse camino a través de la bruma.

Los astrónomos encontraron una muestra considerable de estos lejanos quásares ocultos, y calcularon cuántos quásares oscurecidos había a distintas distancias, lo que representa distintas épocas en la historia del universo, debido a que cuanto más lejos están, más tiempo necesita la luz para llegar hasta la Tierra.

Los investigadores creen que los quásares recién nacidos a menudo están ocultos a la vista, pero que con el tiempo el material que los rodea caerá al agujero negro, haciendo visible el quásar. Esto sugiere que los quásares oscurecidos son más habituales a distancias lejanas – antes en el tiempo – pero que recientemente muchos de ellos habrán transicionado hacia su fase visible. Y sus observaciones confirmaron esto.

“Hicimos un modelo simple en el que cada fusión de galaxias genera un quásar que primero está oscurecido y luego aparece a la vista”, dijo Treister a SPACE.com. “La concordancia es muy notable. Esto indica que casi cada fusión galáctica genera un quásar”.

Los agujeros negros supermasivos se cree que residen en el centro de la mayor parte de las galaxias. Incluyendo nuestra propia Vía Láctea. Pero muchas de ellas no han sufrido fusiones con otras galaxias, y por tanto carecen de suficiente gas esperando a ser absorbido. Otras galaxias puede que en algún momento alojaran un quásar, pero se agotó su alimento y decayeron en un agujero negro central relativamente tranquilo.

La Vía Láctea no parece haber sufrido ninguna gran colisión con otras galaxias en el pasado. No obstante, nuestra galaxia vecina, Andrómeda, se supone que impactará con la Vía Láctea en un futuro lejano.

“Cuando la Vía Láctea colisione con Andrómeda, si en ese momento hay suficiente gas disponible, el gas probablemente terminará en el centro alrededor del agujero engro, formando un quásar”, comenta Treister.

Los científicos informan de sus hallazgos en el ejemplar del 26 de marzo de la revista Science.

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Autor: Clara Moskowitz
Fecha Original: 25 de marzo de 2010
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Vía: Ciencia Kanija

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La gravedad surge a partir de la información cuántica

El papel que desempeña la información cuántica en la gravedad fija el guión para una dramática unificación de las ideas de la física.

Una de las ideas recientes más candentes en la física es que la gravedad es un fenómeno emergente; que de alguna forma surge a partir de complejas interacciones entre cosas más simples.

Hace unos meses, Erik Verlinde de la Universidad de Amsterdam presentó una de tales ideas que ha revolucionado el mundo de la física. Verlinde sugirió que la gravedad era simplemente una manifestación de la entropía del universo. Su idea estaba basada en la segunda ley de la termodinámica, que la entropía siempre se incrementa con el tiempo. Esto sugiere que las diferencias de entropía entre las partes del universo generan una fuerza que redistribuye la materia de una forma que maximiza la entropía. Esta fuerza es a lo que llamamos gravedad.

Lo emocionante de esta aproximación es que simplifica drásticamente el andamiaje teórico que soporta la física moderna. Y aunque tiene sus limitaciones – por ejemplo, genera leyes gravitatorias de Newton en lugar de las de Einstein – tiene algunas ventajas también, como la capacidad de tener en cuenta la magnitud de la energía oscura, lo cual es difícil para las teorías convencionales gravitatorias.

Pero tal vez la idea más potente que surge de la aproximación de Verlinde es que la gravedad es, básicamente, un fenómeno de información.

Hoy, esta idea logra un útil impulso por parte de Jae-Weon Lee y un par de colegas de la Universidad de Jungwon en Corea del Sur. Usan el concepto de información cuántica para derivar una Teoría de la Gravedad y lo hacen abordándolo de una forma ligeramente distinta a la de Verlinde.

En el corazón de sus ideas está la compleja pregunta de qué sucede cuando la información entra en un agujero negro. Los físicos han quedado desconcertados con esto durante décadas sin un gran consenso. Pero una de las cosas en las que están de acuerdo es en el Principio de Landauer: que el borrado de un bit de información cuántica siempre incrementa la entropía del universo en una cierta cantidad y requiere una cantidad específica de energía.

Jae-Weon y sus compañeros suponen que este proceso de borrado debe tener lugar en el horizonte del agujero negro. Y, de ser así, el espacio-tiempo debe auto-organizarse de una forma que maximice la entropía en esos horizontes. En otras palabras, genera una fuerza similar a la gravedad.

Esto es intrigante por varias razones. Primero, Jae-Weon y sus colegas suponen la existencia del espacio-tiempo y su geometría y simplemente se preguntan qué forma debe tomar si la información se elimina en los horizontes de esta forma.

También relaciona la gravedad con la información cuántica por primera vez. A lo largo de los últimos años, muchos resultados de la mecánica cuántica han apuntado al papel cada vez más importante que parece desempeñar la información en el universo.

Algunos físicos están convencidos de que las propiedades de la información no proceden del comportamiento de los portadores de la misma, tales como fotones o electrones, sino al contrario. Cree que la propia información es el fantasmal lecho sobre el que se construye el universo.

La gravedad siempre ha sido un inconveniente. Pero la creciente concienciación de que la información desempeña un papel fundamental aquí también, podría abrir el camino a un tipo de unificación entre la mecánica cuántica y la relatividad con la que los físicos han estado soñando.

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Artículo de Referencia: arxiv.org/abs/1001.5445: Gravity from Quantum Information

Fecha Original: 26 de marzo de 2010
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Vía: Ciencia Kanija

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El universo mecánico 27 – Más allá del universo mecánico

La investigación de “Más allá del Universo Mecánico” comienza con sugestivas cuestiones. Este avance a modo de presentación nos introduce en el mundo de la Electricidad y el Magnetismo, llega a los descubrimientos de la Relatividad y la Mecánica Cuántica en el siglo XX. Las brillantes ideas de Faraday, Ampère, Maxwell, Einstein, Heisenberg y Shrödinger se suman al “Universo Mecánico de Newton”.

Más allá del universo mecánico

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Probable colisión forma un nuevo anillo en Júpiter

Un posible anillo posible aparece como una débil franja cerca de Himalia, una pequeña luna de Júpiter, en una imagen tomada por la nave espacial New Horizons de la NASA. La cámara de a bordo de la sonda con rumbo a Plutón tomó una imagen del anillo en septiembre de 2006 durante su paso por el sistema de Júpiter en el fase temprana del encuentro cercano con el planeta el mes de febrero siguiente.

"Estábamos tomando una imagen de Himalia para probar el instrumento. Fue algo completamente inesperado ver que había algo más", señala Andy Cheng, de la Universidad Johns Hopkins, Laboratorio de Física Aplicada en Laurel, Maryland. Cheng es el científico jefe del Long Range Reconnaissance Imager (LORRI), la cámara que tomó las imágenes.

No está claro si el nuevo anillo rodea el planeta entero. Nadie sabe cuándo se formó, pero la nave espacial Galileo no lo detectó en el transcurso de su misión a Júpiter que terminó en 2003, señala Cheng. "Si estamos en lo correcto, es muy reciente," añade Cheng.

Debido a que la estructura aparece muy cerca de Himalia, puede ser el resultado de un impacto que eyectó material de este satélite de 170 kilómetros de ancho, sugieren Cheng y sus colegas en un estudio presentado durante la Conferencia Lunar y Planetaria celebrada en Houston, Texas, a comienzos de de este mes.

Si es así, debe ser algo relativamente nuevo, ya que los restos del impacto se dispersan rápidamente y dejan de verse.

Una de las lunas de Júpiter, la diminuta luna de 4 kilómetros de ancho S/2000 J 11, desapareció después de su descubrimiento en 2000 y podría haberse estrellado en Himalia, destruyéndose a sí misma en el proceso, indica el equipo.

La posible colisión sería la tercera de una serie de impactos recientes en el espacio. Un cometa o asteroide chocó contra Júpiter el año pasado y un asteroide de aspecto cometario fue descubierto en el cinturón de asteroides en enero pasado, y es probable fuese el resultado de una reciente colisión entre dos asteroides produciendo una nube de polvo.

El sobrevuelo de New Horizons de Júpiter reveló que el planeta gigante tiene menos lunas pequeñas con un diámetro inferior a 10 millas (16 kilómetros) de lo esperado. Los investigadores han sugerido que las lunas pequeñas han sido erosionada por los impactos de micrometeoritos. Pero tal vez las colisiones más importantes colisiones desempeñan también un papel en el proceso, afirma Cheng.

"Nuestra visión del sistema solar ha cambiado. No es un lugar estático, donde las cosas no cambian nunca", explica Cheng.

Cheng y sus colegas esperan aprender más sobre el nuevo posible anillo de Júpiter, tomando más fotos de él con un telescopio ubicado en la Tierra.

Fuente original
Publicado en Odisea cósmica

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Hubble confirma la aceleración cósmica generada por la energía oscura

El telescopio espacial Hubble ha realizado una encuesta cósmica de la luz de las galaxias distorsionadas y ha confirmado la existencia de una aceleración cósmica misteriosa. Al mismo tiempo ha elaborado el equivalente a un mapa en 3D de una parte del Universo, cuya distribución de masas se muestra en la figura de la izquierda.

Un grupo de astrónomos, liderado por Tim Schrabback, del Observatorio de Leiden, ha llevado a cabo un estudio intensivo de más de 446.000 galaxias dentro de la Encuesta de Evolución Cosmológica (COSMOS). COSMOS es el mayor estudio llevado a cabo con el Hubble, que fotografió 575 vistas de la misma parte del Universo usando su cámara avanzada para sondeos. En total, la encuesta tuvo casi 1000 horas de observaciones.

Además de los datos del Hubble, los investigadores utilizaron las observaciones terrestres para asignar las distancias de una muestra de 194.000 galaxias del total estudiado. "El gran número de galaxias incluidas en este tipo de análisis no tiene precedentes, pero lo más importante es la riqueza de la información que obtenemos acerca de las estructuras invisibles en el Universo a partir de este excepcional conjunto de datos", dice el miembro del equipo Patrick Simon, de la Universidad de Edimburgo.

Según la teoría, el Universo invisible se compone de la materia oscura y de la energía oscura. No se sabe todavía de qué están compuestas, sin embargo, los astrónomos creen que existen debido a sus efectos sobre el movimiento de los objetos celestes. La materia oscura contribuye menos que la fuerza de gravedad en escalas más pequeñas, mientras que la energía oscura se resiste a la gravedad en las escalas más grandes. En la imagen de la derecha tenemos la comparación de los diferentes modelos elaborados informáticamente.

En el nuevo análisis, los astrónomos han analizado la distribución a gran escala de la materia en el espacio. Esta información está codificada en las formas distorsionadas de las galaxias distantes, un fenómeno denominado "lente gravitacional débil". Los nuevos algoritmos desarrollados por el equipo de investigación han conseguido vislumbrar con mejor detalle la forma distorsionada de las galaxias lejanas.

El meticuloso detalle conseguido en esta investigación ha confirmado que el Universo es acelerado por una componente adicional: la energía oscura.

"La energía oscura afecta a nuestras mediciones por dos razones. En primer lugar, cuando está presente, los cúmulos de galaxias crecen más lentamente. En segundo lugar, cambia la forma en la que el Universo se expande, dando lugar a que las galaxias más distantes generen lentes más eficientes. Nuestro análisis es sensible a ambos efectos ", dice el miembro del equipo, Benjamin Joachimi, de la Universidad de Bonn.

Este estudio está conduciendo a un mapa más claro de esta parte del Universo. "Con la información más precisa sobre las distancias de las galaxias, podemos medir la distribución de la materia entre ellas y nosotros con más precisión," comenta Jan Hartlap, de la Universidad de Bonn. En lai lustración inferior se muestra un mapa de la evolución de la materia en el Universo.

La muestra seleccionada por COSMOS se cree que es representativa de todo el Universo. Los resultados del estudio serán publicados en un próximo número de Astronomy and Astrophysics. Los astrónomos extenderán algún día estas técnicas a zonas más amplias del cielo, formando una imagen más clara de lo que  realmente sucede allí.

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Más información en el enlace.

Vía: Astrofísica y Física

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La Conquista del Espacio: 22 Marte

Aunque no existe nada parecido a una "Maldición marciana", cabe preguntarse cómo es que casi el cincuenta por ciento de las misiones a Marte han fracasado, mientras el índice de éxitos de otras exploraciones espaciales es mucho mayor. Marte siempre fue una fuente de fascinación, sin embargo, el interés decayó en la década de 1970, cuando pareció que no había signos de vida en el planeta. Desde entonces, la NASA ha enviado una serie de sondas al Planeta Rojo y los científicos han descubierto que, en su día, fue un planeta húmedo, con temperaturas templadas, en el que corría el agua y había una atmósfera más espesa. Todavía queda mucho por descubrir sobre este planeta vecino.

Marte

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Explicado por qué muchos sondeos de galaxias lejanas no detectan el 90% de estos objetos

Hace tiempo que los astrónomos sabían que, en muchos sondeos del Universo muy distante, una fracción importante del total de luz intrínseca no era detectada. Ahora, gracias a un sondeo extremadamente profundo que se realizó usando dos de los cuatro telescopios gigantes de 8,2 metros que conforman el VLT (Very Large Telescope) de ESO y un filtro específico hecho a medida, los astrónomos han determinado que una gran fracción de galaxias, cuya luz fue emitida hace 10 mil millones de años, había pasado inadvertida. El sondeo también ayudó a identificar algunas de las galaxias más tenues que se hayan encontrado jamás en esta etapa del Universo primordial.

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Crédito: ESO/M. Hayes

Los astrónomos usan frecuentemente la brillante y característica “huella digital” de luz emitida por el hidrógeno, conocida como línea Lyman-alfa, para estudiar la cantidad de estrellas formadas en el Universo muy lejano. Sin embargo, desde hace tiempo se especulaba con que muchas galaxias lejanas no eran identificadas en estos sondeos. Un nuevo sondeo del VLT demuestra por primera vez que esto es exactamente lo que está pasando. Gran parte de la luz Lyman-alfa queda atrapada dentro de la galaxia que la emite, y el 90% de las galaxias no llegan a ser detectadas en los sondeos Lyman-alfa.

“Los astrónomos siempre supieron que les faltaba una fracción de las galaxias en los sondeos Lyman-alfa” explica Matthew Hayes, el autor principal de la investigación, publicada esta semana en Nature, “pero ahora por primera vez tenemos una medida concreta. Y la cantidad de galaxias que se estaba perdiendo es enorme”.

Para comprender qué fracción de luminosidad no se detecta, Hayes y su equipo usaron la cámara FORS instalada en el VLT y un filtro de banda estrecha hecho a medida para medir la luz Lyman-alfa, siguiendo la metodología estándar de este tipo de estudios. Luego, usando la nueva cámara HAWK-I, instalada en otra unidad telescopio del VLT, exploraron la misma área en busca de la luz emitida a una longitud de onda diferente, también debida al hidrógeno, conocida como la línea H-alfa. Específicamente buscaron galaxias cuya luz hubiera estado viajando durante 10 mil millones de años (desplazamiento hacia el rojo 2,2), en un área bien estudiada del cielo conocida como el campo GOODS–Sur.

“Esta es la primera vez que observamos con tanta profundidad una fracción del cielo en luz proveniente del hidrógeno en estas dos longitudes de ondas muy específicas, y esto demostró ser crucial”, dice el miembro del equipo Göran Östlin. El sondeo fue extremadamente profundo y reveló algunas de las galaxias más tenues que se conocen de esta época primordial en la vida del Universo. De este modo, los astrónomos pudieron concluir que los sondeos tradicionales que utilizan la emisión Lyman-alfa sólo ven una pequeña parte del total de la luz que es producida, ya que la mayor parte de los fotones Lyman-alfa son destruidos por la interacción con nubes interestelares de gas y polvo. Este efecto es notoriamente más significativo para la luz Lyman-alfa que para la H-alfa. Como resultado, una cantidad tan significativa como el 90% de las galaxias pasa inadvertida en estos sondeos. “Si vemos diez galaxias, allí podría haber cientos”, dice Hayes.

Diferentes métodos de observación, centrados en la luz emitida a diferentes longitudes de onda, conducirán siempre a una visión del Universo que solo es parcialmente completa. Los resultados de este sondeo constituyen una seria advertencia para los cosmólogos, considerando que a medida que aumenta la distancia, la emisión Lyman-alfa se convierte en uno de los pocos trazadores disponibles para el estudio de las primerísimas galaxias que se formaron en la historia del Universo. “Ahora que sabemos cuánta luz hemos pasado por alto, podemos comenzar a crear representaciones del cosmos mucho más precisas, entendiendo mejor la velocidad con que se formaron las estrellas en las diferentes épocas de la vida del Universo”, dice el coautor J. Miguel Mas-Hesse.

Este gran avance ha sido posible gracias a la cámara usada, única en su género. HAWK-I, que vio su primera luz en 2007, es un instrumento de última generación. “Sólo hay unas cuantas cámaras con un campo de visión más amplio que HAWK-I, pero operan en telescopios de menos de la mitad del tamaño del VLT. De modo que realmente solo el VLT y HAWK-I son capaces de encontrar eficientemente galaxias tan tenues a estas distancias”, dice el miembro del equipo Daniel Schaerer.

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Link:
• Artículo científico

Fuente: ESO

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Por qué los agujeros negros pueden constituir toda la materia oscura

Ningún experimento terrestre ha observado signos de partículas de materia oscura. Tal vez debido a que la materia oscura es una cosa totalmente distinta.

La materia oscura es el misterioso material que los cosmólogos creen que llena nuestro universo. Las pruebas de su existencia son que no hay suficiente masa visible para mantener unidas las galaxias. Pero dado que es manifiesto que las galaxias no se desmiembran, debe haber un material invisible, algo de masa perdida, que genere la fuerza gravitatoria para mantenerlas unidas.

 

Pero hay un problema con esta idea. Dos, de hecho. El primero es que la mejor apuesta de los físicos sobre las leyes de la física da una buena descripción de todas las partículas descubiertas hasta el momento, y no se espera que se descubran muchas pronto. El problema es que ninguna de estas partículas tiene las propiedades adecuadas para ser materia oscura, es decir, ser eléctricamente neutra, de vida larga y movimiento lento. Pero ninguna de las partículas conocidas o de las teorizadas encaja bien. Para hacer sitio a las partículas de materia oscura, las leyes de la física deben cambiar de una forma con la que muchos teóricos no se sienten a gusto.

Segundo, a pesar de una década de búsqueda de materia oscura con experimentos que cuestan decenas de millones de dólares, nadie le ha echado el ojo a la materia. La mayor parte de físicos creen que estos experimentos no han encontrado nada, cero.

Es difícil escapar a la conclusión de que se necesita otra explicación para la masa perdida.

Te presento a Paul Frampton de la Universidad de Carolina del Norte y a sus colegas. La sugerencia de Frampton es que la masa perdida está hecha de agujeros negros que son demasiado pequeños para verlos directamente, pero demasiado grandes para haberse evaporado debido a la radiación de Hawking.

Pero esta idea es algo más que otra apuesta loca. Frampton y sus compañeros tienen un argumento interesante basado en la entropía para respaldar sus afirmaciones. Es algo así.

Primero determinan qué entopía máxima podría tener el universo, imaginando que todo el universo visible es un gigantesco agujero negro. La respuesta resultó ser 10¹²³, un número realmente grande. Por lo que ese es el límite superior que puede tener la entropía.

Luego, calcularon un límite inferior sumando la entropía de todos los agujeros negros conocidos en el universo. Lo calcularon suponiendo que hay un agujero negro gigante en el centro de cada galaxia, una visión que cada vez es mantenida por más astrofísicos.

Eso da la cifra de 10¹⁰³, muchos órdenes de magnitud menos.

Esto es una gran cantidad de entropía, está claro, pero Frampton y sus colegas creen que es improbable que sea el principal contribuyente de nuestro universo. “Cada agujero negro supermasivo tiene aproximadamente el tamaño de nuestro Sistema Solar o menos, y es intuitivamente improbable que, básicamente, toda la entropía esté tan concentrada”, comenta. Por lo que otra cosa debe estar generando entropía en algún sitio.

No puede ser la materia visible dado que los cálculos convencionales indican que la entropía suma sólo 10⁸⁸. Lo que falta es la entropía de la masa oscura perdida.

¿Qué tipo de agujeros negros podrían ser responsables de esto? Resulta que cualquier agujero negro mayor de 10⁶ masas solares causaría que la materia cercana cayese en espiral hacia él, evitando que se formasen las galaxias. Cualquiera menor de 10^-8 masas solares se habría evaporado.

Por lo que la conclusión es que la materia oscura está hecha de agujeros negros con una masa entre 10⁶ y 10^-8 masas solares.

Pero también hay un problema con esta idea. ¿Cómo podría haber surgido un número tan grande de agujeros negros en los inicios del universo? Algo debió provocar que la materia se agrupase a esta escala para formar los agujeros negros. Pero no hay nada que indique cómo podría haber sucedido esto en la actual teoría de la inflación, que describe cómo creció el joven universo.

Eso lo resuelven fácilmente Frampton y sus colegas: debe haber dos periodos de inflación. El primero llevó a la estructura a gran escala del universo que vemos y ha sido medida por naves como WMAP. El segundo llevó a la acumulación que creó grandes números de agujeros negros primordiales de tamaño medio.

Esta es una explicación algo más fácil de digerir que una en la que deben cambiar las leyes de la física para crear nuevas partículas de materia oscura. Pero sólo un poco.

No obstante las ideas de Frampton pueden comprobarse buscando pruebas de estos agujeros negros primordiales, que deberían causar eventos de microlente: es decir, su gravedad debería enfocar la luz de estrellas por detrás de ellos vistas desde la Tierra.

Ese tipo de medidas se están haciendo más fáciles por lo que debería ser posible aceptar o rechazar las ideas de Frampton en un futuro no muy lejano.

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Artículos de Referencia: arxiv.org/abs/1003.3356: Black Holes Constitute All Dark Matter arxiv.org/abs/1001.2308: Primordial Black Holes As All Dark Matter

Fecha Original: 22 de marzo de 2010
Enlace Original

Vía: Ciencia Kanija

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La lluvia de helio en Júpiter explica la falta de neón en la atmósfera

En la Tierra, el helio es un gas utilizado para mantener a flote los globos. En el interior de Júpiter, sin embargo, las condiciones son tan extrañas que, según las predicciones de los científicos de la Universidad de California Berkeley, el helio se condensa en gotas y cae como lluvia.

Una sección a través del interior de Júpiter muestra las capas superiores que se agotan de helio y neón; la fina capa donde las gotas de helio se condensan y caen, y el interior profundo, donde el helio y el neón de nuevo se mezclan con hidrógeno metálico. Crédito: Burkhard / vMilitzer.

La lluvia de helio fue propuesta anteriormente para explicar el brillo excesivo de Saturno, un gigante gaseoso como Júpiter, pero con un tercio de su masa.

En Júpiter, sin embargo, científicos de la Universidad de California Berkeley (UC Berkeley) afirman que la lluvia de helio es la mejor manera de explicar la escasez de neón en las capas exteriores del planeta, el más grande del sistema solar. El neón se disuelve en las gotas de lluvia de helio, y cae hacia lo más profundo del interior, donde se re-disuelve agotando la capa superior de ambos elementos, de acuerdo con las observaciones.

"El helio se condensa inicialmente como una niebla en la capa superior, como una nube, y a medida que las gotas son más grandes, caen hacia el interior más profundo", dijo el estudiante post-doctoral Hugh Wilson, co-autor de un informe que aparece esta semana en la revista Physical Review Letters. "El neón se disuelve en el helio y cae con él. Así que nuestro estudio vincula la falta de neón observado en la atmósfera a otro proceso que se propone ahora: la lluvia de helio."

El co-autor de Wilson, Burkhard Militzer, profesor asistente en UC Berkeley de ciencia de la tierra y planetaria y de astronomía, señaló que "la lluvia" -las gotas de agua que caen sobre la Tierra- es una analogía imperfecta de lo que ocurre en la atmósfera de Júpiter. Las gotas de helio se forman cerca de 10.000 a 13.000 por debajo de la parte superior de las nubes de hidrógeno de Júpiter, bajo presiones y temperaturas tan altas que "no se puede saber si el hidrógeno y el helio son un gas o un líquido", dijo . Ellos son todos fluidos, por lo que la lluvia es realmente gotas de helio líquido mezclado con neón cayendo a través de un fluido de hidrógeno metálico.

La predicción de los investigadores ayudará a refinar los modelos del interior de Júpiter y los interiores de otros planetas, según Wilson. El modelado de los interiores planetarios se ha convertido en un área de investigación caliente desde el descubrimiento de cientos de planetas extrasolares que viven en ambientes extremos alrededor de otras estrellas. El estudio también será relevante para la misión de la NASA Juno a Júpiter, que está programada para ser lanzada el próximo año.

Militzer y Wilson se encuentran entre los modeladores, usando la "teoría de la densidad funcional" para predecir las propiedades del interior de Júpiter, específicamente lo que ocurre con los componentes dominantes -hidrógeno y helio- a medida que las temperaturas y las presiones aumentan hacia el centro del planeta. Estas condiciones son todavía demasiado extremas para ser reproducidas en el laboratorio. Incluso los experimentos en células de yunque de diamante sólo pueden producir presiones como en el núcleo de la Tierra. En 2008, las simulaciones por computadora conducidas por Militzer llevaron a la conclusión de que el núcleo rocoso de Júpiter está rodeado por una gruesa capa de metano, agua y amoníaco helados, dos veces mayor que las predicciones anteriores.

Los dos modeladores se embarcaron en su investigación actual, debido a un descubrimiento realizado por la sonda Galileo, que descendió a través de la atmósfera de Júpiter en 1995 y envió nuevas mediciones de temperatura, presión y abundancia de los elementos, hasta que fue aplastada por el peso de la atmósfera. Todos los elementos parecían ser tan ligeramente enriquecidos en comparación con la abundancia en el sol -que se supone que es similar a la abundancia de los elementos 4.560 millones años atrás, cuando se formó el sistema solar- a excepción de helio y neón. El neón se destacó porque era una décima parte tan abundante como lo es en el sol.

Sus simulaciones mostraron que la única manera en que el neón se podría eliminar de la atmósfera superior es hacer que caigan con helio, ya que helio y neón se mezclan fácilmente, como el alcohol y el agua. Los cálculos de Militzer y Wilson indican que alrededor de 10.000 a 13.000 kilómetros en el interior del planeta, donde la temperatura es de unos 5.000 grados centígrados y la presión es de 1 a 2 millones de veces la presión atmosférica en la Tierra, el hidrógeno se convierte en un material conductor. El helio, que todavía no es un metal, no se mezcla con el hidrógeno metálico, por lo que forma gotas, como gotas de aceite en agua.

Esto proporcionó una explicación para la eliminación del neón de la atmósfera superior.

"A medida que el helio y el neón caen más profundo en el planeta, la envoltura restante rica en hidrógeno, se agota poco a poco tanto de neón como de helio," dijo Militzer. "Las concentraciones de ambos elementos están cuantitativamente de acuerdo con nuestros cálculos".

La lluvia de helio de Saturno fue predicha debido a una observación diferente: Saturno es más caliente de lo que debería ser, en función de su edad y la tasa pronosticada de enfriamiento. La caída de la lluvia libera calor que explica la diferencia.

La temperatura de Júpiter está de acuerdo con los modelos de su velocidad de enfriamiento y de su edad, y no necesitaba la hipótesis de lluvia de helio hasta el descubrimiento del agotamiento de neón en la atmósfera. Curiosamente, el teórico David Stevenson, del Instituto de Tecnología de California (Caltech), predijo el agotamiento de neón en Júpiter antes de las mediciones de la sonda Galileo, pero nunca publicó la razón para tener esas sospechas.

Este trabajo fue apoyado por la NASA y la Fundación Nacional de Ciencias, con las supercomputadoras proporcionadas por el National Energy Research Scientific Computing Center en el Lawrence Berkeley National Laboratory.

El artículo, ahora en línea, en la revista Physical Review Letters, está programado para aparecer en la edición impresa del 26 de marzo.

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Traducido de:
Helium rain on Jupiter explains lack of neon in atmosphere

Más información en:
• Juno: la próxima gran misión de la NASA a Júpiter
• Sequestration of Noble Gases in Giant Planet Interiors

Vía: Universo a la Vista

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Encontrado el vehículo lunar ruso: Resuelto el viejo misterio de hace 37 años

Un investigador de la Universidad de Western Ontario, ha contribuido a resolver un viejo misterio de hace 37 años, valiéndose de las imágenes lunares divulgadas por la NASA el 15 de marzo y sus propios mapas de La Luna. Phil Stooke, profesor adjunto al Departamento de Física, Astronomía y Geografía, ha publicado un libro que hace referencia a la exploración lunar en 2007, titulado “The International Atlas of Lunar Exploration".

El 15 de marzo pasado se dieron a conocer las imágenes y datos del Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) de la NASA. El LRO está previsto que realice una exploración de unos 50 km de la superficie lunar durante año de duración, proporcionará un mapa exhaustivo de los recursos y posibles lugares seguros de aterrizaje, realizará mediciones de las temperaturas lunares y niveles de radiación. Mediante su atlas y las imágenes de la NASA, Stooke señaló la localización exacta del vehículo lunar ruso Lunokhod 2, descubriendo las huellas dejadas por el muestreador hace 37 años, después de recorrer 35 km. Este viaje fue el más largo jamás realizado por cualquier vehículo robótico sobre la superficie de un cuerpo celeste.

Tan pronto como se divulgaron las imágenes por la NASA, los científicos de todo el mundo, incluyendo Stooke, comenzaron a trabajar para intentar localizar el vehículo lunar. Stooke, creó una base de datos de las imágenes de búsqueda y localizó la fotografía que necesitaba entre miles de ellas.

“Las huellas del vehículo resultaron visibles inmediatamente”, afirmó Stookes. “Conociendo la historia de la misión fue posible rastrear las actividades del vehículo lunar con gran detalle. Pudímos ver donde se midió el campo magnético avanzando y retrocediendo para ajustarlo a los datos disponibles. También observamos el pequeño cráter hacia donde se dirigía y su radiador de calor accidentalmente cubierto con tierra tratando salir de nuevo. Esto último ocasionó su sobrecalentamiento y que dejara de funcionar. El vehículo aparece como una mancha oscura en el lugar donde se detuvo”.

Y añade, el hallazgo significa que los antiguos mapas dados a conocer por Rusia tendrán que ser revisados actualmente. Stooke afirma que los científicos de la NASA han utilizado su atlas tanto en la preparación como en la recogida de datos. Su próximo proyecto es realizar un volumen similar sobre la exploración de Marte que incluirá los mejores mapas de sus lunas.

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Fuente: Science Daily

Vía: Latinquasar

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El universo mecánico 26 – La armonía del universo

La música de las esferas. Objetivos pedagógicos: indicar un breve informe histórico del “problema de Kepler”; diferenciar las concepciones del mundo de la Física de: Aristóteles, Galileo, Kepler y Newton; explicar por qué ellos denominan a las matemáticas el lenguaje de la Física; conocer el significado de los principios de conservación; explicar porqué algunos dirían que la mecánica es la base de todo el conocimiento occidental.

La armonía del universo

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El Big Bang: Una teoría sólida, pero siguen los misterios

El Big Bang fue el inicio del universo que conocemos, dicen la mayor parte de los científicos. Pero, ¿fue el inicio?, y ¿será el final?

Una descripción popular del joven universo es un único Big Bang, después del cual el espacio se hinchó rápidamente como una burbuja gigante. Pero otra teoría propone que vivimos en un universo de 11 dimensiones, donde todas las partículas están compuestas por diminutas cuerdas vibrantes. Esto podría crear un universo obligado a un ciclo de Big Bangs y Big Crunchs, repetidos en un blucle.

Aún está por ver qué escenario está más cerca de la verdad, pero los científicos dicen que nuevos experimentos que están ahora en proceso podrían proporcionar pronto más respuestas.

El Big Bang

De acuerdo con la Teoría del Big Bang, el universo comenzó siendo extremadamente denso y caliente. Hace alrededor de 14 000 millones de años, el propio espacio se expandió y enfrió, permitiendo finalmente la formación de átomos y que se agruparan para formar las estrellas y galaxias que vemos hoy.

En esto, la mayor parte de los científicos concuerdan.

“Diría que hay un 100% de consenso, en realidad”, dice el físico de partículas de la Universidad de Pennsylvania Burt Ovrut, sobre la teoría del Big Bang. “Hay una abrumadora evidencia – todas las predicciones son ciertas”.

Por ejemplo, esta teoría predice que el universo actual estaría lleno de una omnipresente luz dejada por el Big Bang. Este resplandor, conocido como radiación del fondo de microondas cósmico, se descubrió en 1964, casi 20 años después de que se hubiese predicho.

No obstante, qué sucedió en el momento exacto, y que pasó inmediatamente después, está abierto al debate.

Una burbuja gigante

Una idea predominante que conecta los puntos entre el Big Bang y el universo que vemos hoy es la conocida como inflación. Esta es la idea de que durante los, aproximadamente, primeros 10^-34 segundos (0,0000000000000000000000000000000001 segundos), el universo sufrió una expansión exponencial, duplicando su tamaño al menos 90 veces. Durante esta etapa inicial, la materia estaba en un estado muy distinto al actual.

Esta teoría podría explicar algunos de los principales obstáculos propuestos por el Big Bang: ¿Por qué el universo parece mayormente plano, con aproximadamente la misma cantidad de materia dispersa igualmente en todas las direcciones?

“Si imaginas que la materia estaba en un estado diferente en los inicios del universo, cambia toda la historia”, dijo Andreas Albrecht, físico teórico de la Universidad de California en Davis y uno de los precursores de la inflación. “La física puede crear esa suavidad por ti. La inflación también lo hace plano. Todo encaja maravillosamente en esta historia contada por la inflación”.

Pero Albrecht y otros admiten que la teoría no explica aún todo el cuadro.

“La inflación es, con facilidad, la teoría más popular en la cosmología”, dijo el físico teórico Neil Turok, director del Instituto Perimeter para Física Teórica en Ontario, Canadá. “Es una buena teoría, pero tiene algunos puntos débiles. No puede describir el momento del Big Bang”.

La teoría del Big Bang ve al universo iniciándose a partir de una singularidad – un concepto matemático de temperatura y densidad infinitas empaquetadas en un único punto del espacio. Pero los científicos no creen que esto sea lo que sucedió realmente.

“Realmente no sería infinito”, explica el físico Paul Steinhardt, director del Centro Princeton para Ciencia Teórica en la Universidad de Princeton en Princeton, Nueva Jersey, y otro arquitecto de la inflación. “Infinito simplemente significa que las matemáticas colapsan. Es una afirmación de que no deberías haber extrapolado tus ecuaciones tan lejos, debido a que te estallan en la cara”.

Ni la teoría del Big Bang ni la teoría inflacionaria pueden describir lo que sucedió en ese momento.

Y la inflación tiene otros problemas, para algunas personas. Debido a las fluctuaciones cuánticas, distintas partes del universo podría inflacionar a distintos ritmos, creando “universos burburja” que son mucho mayores que otras regiones. Nuestro universo puede ser uno dentro de un multiverso, donde reinan distintas escalas y leyes de la física.

“Esto significa que todo y nada de lo que pueda suceder, sucederá”, dijo Steinhardt a SPACE.com. “Por lo que, básicamente, todo podría ser una predicción de la inflación. Para mi esto es un problema fundamental y no sabemos cómo librarnos de él”.

Otros dicen que aunque la inflación puede que aún no esté completa, aún así es lo más útil que tenemos para describir el origen del universo.

“Incluso si todas las cosas son posibles, resultaría que algunas cosas son mucho más posibles que otras, y aún podrías hacer una predicción”, dice Albrecht. “El verdadero entusiasmo para mi, es que hay tantos datos que apoyan la inflación que realmente parece que merece la pena pensar en estas preguntas”.

Ciclos and ciclos

En 2001, Steinhardt y Turok propusieron una idea conocida como modelo cículo, basada en un concepto anterior llamado universo ekpirótico que habían ideado junto a Ovrut.

En este escenario, el universo pasa por una secuencia sin fin de “bangs” y “crunchs” – es decir, periodos de expansión seguidos de periodos de contracción. En cada transición, el universo tendría una temperatura y densida finita, en lugar del infinito de la singularidad, y la expansión y contracción serían relativamente lentas, en oposición a la rápida expansión exponencial propuesta por la inflación.

La idea se basa en la Teoría M, una versión de la Teoría de Cuerdas que sugiere que toda partícula es, de hecho, un diminuto bucle de cuerda cuyo patrón de vibración determina qué tipo de partícula será. No obstante, la Teoría M requiere que el universo tenga 11 dimensiones. Hasta el momento, sólo podemos detectar cuatro – tres espaciales y una temporal. Pero puede que haya otras siete ocultas, según dicen sus defensores.

Los científicos llaman brana a la parte de cuatro dimensiones visible del universo, y sugieren que pueden existir otras branas de cuatro dimensiones dentro de este espacio de 11 dimensiones.

“Si se tiene otra brana en dimensiones superiores, es extremadamente probable que se mueva e impacte con con la nuestra”, dice Ovrut. “Tienes una brana con la estructura exacta de nuestro mundo real, y otras branas que probablemente impactarán con la nuestra, y toda la energía de los universo en colisión entraría en juego. Oye, eso me suena mucho a un Big Bang”.

Los defensores de la idea dicen que ofrece una emocionante forma de abordar el tema de qué desencadenó el Big Bang, y evita algunos de los problemas de la inflación.

“En la teoría cíclica no sólo describes el último estallido, sino también los anteriores”, explica Turok. “Es una descripción mayor, más completa y esperemos que más consistente lógicamente”.

Pero otros investigadores dicen que el modelo cíclico no han llegado lo bastante lejos para ofrecer una alternativa real a la inflación.

“La inflación tiene problemas cuando tratas de hacer que funcione a gran escala, pero no creo que los cíclicos hayan trabajado realmente tan duro para hacer que funcione mejor”, dice Albrecht. “Creo que tienen las manos llenas de problemas técnicos”.

Probando los modelos

Afortunadamente, los científicos puede que no tengan que esperar mucho para saber qué teoría es mejor. Los modelos hacen predicciones diferentes sobre ciertos aspectos del universo que hoy puede medirse.

Por ejemplo, la inflación podría haber creado ondas gravitatorias – distorsiones del espacio-tiempo provocadas por la gravedad – que deberían ser observables.

Algunos nuevos instrumentos, como el satélite Planck lanzando en 2009, y un instrumento conocido como polarímetro que está siendo construido en el Telescopio del Polo Sur en la Antártica, podrían medir esas ondas.

“Si observáramos esas ondas gravitatorias, acabarían con las teorías cíclicas ekpiróticas de rebote”, dice Steinhardt. “Sería muy consistente con la idea de inflación”.

Sin embargo, no encontrar las ondas no sería un golpe fatal para ninguna teoría, dado que algunas versiones de la inflación no requieren ondas gravitatorias. Sea cual sea el caso, sería apasionante, dicen los científicos.

“La calidad de los datos astronómicos se está disparando”, dice Albrecht. “Probablemente se recopilarán los datos en los próximos cinco a diez años, y veremos qué pasa”.

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Autor: Clara Moskowitz
Fecha Original: 19 de marzo de 2010
Enlace Original

Vía: Ciencia Kanija

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Los planetas extrasolares adelgazan por radiación

Un estudio liderado por astrónomos españoles del Centro de Astrobiología (CSIC-INTA) muestra por primera vez claros indicios de que la radiación coronal de las estrellas evapora la atmósfera de los planetas durante sus primeras etapas de vida. El estudio analiza los datos de 75 planetas extrasolares para comprobar la relación que existe entre la radiación en rayos X producida en la corona de la estrella, y la masa de los planetas.

Las observaciones, tomadas en su mayoría con el satélite XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea, arrojan un impactante resultado: "los planetas gaseosos más expuestos a rayos X habrían perdido buena parte de su masa por evaporación, de modo que hoy en día sólo se encuentran planetas poco masivos sometidos a esta energética radiación".

Los rayos X son una radiación muy energética, más aún que los rayos UV, y tienen la capacidad de evaporar la atmósfera de planetas de tipo gaseoso, como Júpiter o Saturno. Pero para que eso ocurra el planeta tiene que encontrarse muy cerca de la estrella, y que ésta sea un potente emisor de rayos X. La mayoría de los planetas descubiertos hasta la fecha se encuentran en torno a estrellas de masa parecida o inferior a la del Sol.

Estas estrellas emiten muchos rayos X producidos en su corona, la capa más exterior de la estrella, donde el material puede tener entre 1 y 10 millones de grados. Cuanto más rápidamente rota la estrella, mayor es la generación de rayos X. Las estrellas nacen con una velocidad de rotación muy elevada, así que será en las primeras etapas de su vida cuando se produzca la mayor evaporación en la atmósfera del planeta.

"Luego la estrella se va frenando, disminuyendo la emisión de estas radiaciones, con lo que los planetas de alrededor sufrirán una evaporación menor según pase el tiempo", explica Jorge Sanz Forcada, primer autor del estudio e investigador "Ramón y Cajal" en el Centro de Astrobiología (CSIC-INTA).

El estudio, que se publica en el último número de la revista Astronomy & Astrophysics, muestra cómo los planetas más masivos conocidos actualmente, com más de 1.5 veces la masa de Júpiter, raramente se encuentran sometidos a fuerte radiación de rayos X, una clara indicación de que podrían perder esta masa en un tiempo relativamente breve. Un ejemplo de este caso sería tau Boo b, de 4 veces la masa de Júpiter, que podría estar perdiendo masa a razón de 1 planeta como Júpiter cada cien millones de años (el Sol tiene una edad de 4500 millones de años), suponiendo una composición similar a la de Júpiter.

Más de 430 planetas fuera del Sistema Solar

En la actualidad se conocen más de 430 planetas fuera del Sistema Solar. Esto permite por fin empezar a hacer estudios que nos hablen de cómo son estos planetas, su composición, cómo se forman y como evolucionan. Estamos al principio de un camino que a largo plazo nos debería llevar a saber cómo influyen las carácterísticas de una estrella en la formación de la vida. Pero es un largo camino y aún tenemos mucho que aprender en astrofísica, atmósferas planetarias, geología, y biología.

En el estudio también participan investigadores de otros institutos, como Ignasi Ribas (Institut de Ciències de l'Espai, CSIC-IEEC), Giuseppina Micela (Observatorio Astronómico de Palermo, Italia), Andrew Pollock (Agencia Espacial Europea), David García Álvarez (Grantecan-IAC), Enrique Solano (Centro de Astrobiología), y Carlos Eiroa (Universidad Autónoma de Madrid).

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Más información, en la revista Astronomy & Astrophysics.

Fuente: SINC

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Astrónomos encuentran que los agujeros negros no absorben materia oscura

Existe la idea común de que los agujeros negros succionan todo en su vecindad al ejercer una fuerte influencia gravitacional sobre la materia, la energía y el espacio que los rodea. Pero los astrónomos han encontrado que con la materia oscura alrededor de los agujeros negros podría ser una historia diferente. De alguna manera, la materia oscura se resiste a ser “asimilada” en un agujero negro.

Impresión artística de la distorsión del espacio-tiempo que produce un agujero negro supermasivo en el centro de una galaxia. El agujero negro se traga la materia oscura a un ritmo que depende de su masa y la cantidad de materia oscura alrededor de él. Imagen: Felipe Esquivel Reed

Alrededor del 23 % del universo está compuesto de una misteriosa materia oscura, un material invisible que sólo se detecta por su influencia gravitatoria a su alrededor. Se cree que en el universo primotivo, grumos de materia oscura atrajeron gas, que luego se fusionó en estrellas que eventualmente se reunieron para formar las galaxias que vemos hoy. En su esfuerzo por comprender la formación de galaxias y su evolución, los astrónomos han pasado una buena cantidad de tiempo tratando de simular la acumulación de materia oscura en estos objetos.

El Dr. Xavier Hernández y el Dr. William Lee de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), calcularon la forma en que el agujero negro que se encuentra en el centro de las galaxias absorbe la materia oscura. Estos agujeros negros tienen entre millones y miles de millones de veces la masa del Sol y absorben material a un ritmo elevado.

Los investigadores modelaron la manera en que la materia oscura es absorbida por el agujero negro y se encontraron con que la velocidad a la que ocurre esto es muy sensible a la cantidad de materia oscura en la vecindad del agujero negro

Si esta concentración resulta más grande que una densidad crítica de 7 masas del Sol de materia desparramada en cada año luz cúbico de espacio, la masa del agujero negro crecería tan rápidamente, involucrando tales cantidades de materia oscura, que pronto toda la galaxia se vería alterada hasta quedar irreconocible.

“Durante miles de millones de años desde que se formaron las galaxias, la absorción desenfrenada de materia oscura en los agujeros negros habría alterado la población de galaxias fuera de lo que realmente observamos”, dijo Hernández

Su trabajo sugiere que la densidad de materia oscura en el centro de las galaxias tiende a ser de un valor constante. Al comparar sus observaciones con lo que predicen los modelos actuales de la evolución del Universo, Hernández y Lee llegan a la conclusión de que es probable que sea necesario cambiar algunos de los supuestos que subyacen en estos modelos: la materia oscura no puede comportarse de la manera que los científicos han pensado.

Este trabajo aparece en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fuente: Universe Today.

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APEX capta primera imagen cercana de fábricas de estrellas en el universo lejano.

Por primera vez los astrónomos han realizado mediciones directas del tamaño y resplandor de zonas de nacimiento estelar en una galaxia muy distante, gracias a un descubrimiento fortuito con el telescopio APEX. La galaxia es tan lejana, y su luz ha tardado tanto en llegar a nosotros, que la vemos como era hace 10 mil millones de años atrás. Un “lente gravitatorio” cósmico aumenta el tamaño de la galaxia y nos da un primer plano que de otro modo sería imposible. Este golpe de suerte revela la agitada y vigorosa formación estelar presente en las galaxias del Universo primordial, con estrellas naciendo cien veces más rápido de lo que se observa en galaxias más recientes. La investigación será publicada en el sitio web de la revista Nature.

Impresión artística de la lejana galaxia SMM J2135-0102. Crédito: ESO/M. Kornmesser

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Los astrónomos estaban observando un masivo cúmulo de galaxias con el telescopio APEX (Atacama Pathfinder Experiment) en longitudes de onda de luz submilimétricas, cuando más allá del cúmulo encontraron una nueva y asombrosamente luminosa galaxia muy lejana, la más brillante observada hasta ahora en ondas submilimétricas. Su luminosidad se debe a que los granos de polvo cósmico en la galaxia resplandecen después de ser calentados por la luz estelar. La nueva galaxia fue nombrada SMM J2135-0102.

“Quedamos asombrados al descubrir un objeto sorprendentemente brillante que no estaba en la posición esperada. Pronto nos dimos cuenta que era una galaxia anteriormente desconocida y más lejana que estaba siendo ampliada por el cúmulo de galaxias más cercano”, dice Carlos De Breuck de ESO, miembro del equipo de investigadores. De Breuck estuvo haciendo las observaciones con el telescopio de APEX, en el llano de Chajnantor, a una altura de 5.000 metros en la Cordillera de Los Andes en Chile.

La nueva galaxia SMM J2135-0102 es tan brillante debido al masivo cúmulo de galaxias que se encuentra delante de ella. La vasta masa de este cúmulo curva la luz de la galaxia más lejana, actuando como un lente gravitatorio. Al igual que con un telescopio, esto amplía e ilumina nuestra visión de la galaxia. Gracias a la alineación fortuita entre el cúmulo y la galaxia lejana, esta última es enormemente ampliada por un factor de 32.

“La amplificación revela la galaxia en un detalle sin precedentes, aún considerando que está tan lejos que su luz tardó alrededor de 10 mil millones de años en alcanzarnos”, explica Mark Swinbank de la Universidad de Durham, autor principal de la publicación que da cuenta del descubrimiento. “A través de observaciones continuas con el radiotelescopio Submillimeter Array, hemos podido estudiar con gran precisión las nubes donde se forman las estrellas en la galaxia”.

La amplificación permitió que las nubes de formación estelar pudieran ser observadas en la galaxia a una escala de unos pocos cientos de años-luz, casi el tamaño de nubes gigantes en nuestra propia Vía Láctea. Para ver este nivel de detalle sin la ayuda de lentes gravitatorio serán necesarios futuros telescopios como ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), el que actualmente está en construcción en el mismo llano donde se encuentra APEX. En consecuencia, este afortunado descubrimiento ha dado a los astrónomos un anticipo preliminar único de la ciencia que será posible llevar a cabo en unos pocos años más.

Estas “fábricas de estrellas” son similares en tamaño a aquellas en la Vía Láctea, pero cien veces más luminosas, sugiriendo que la formación estelar en los tiempos primordiales de estas galaxias era un proceso mucho más vigoroso que el observado normalmente en galaxias que se encuentran más cercanas de nosotros en tiempo y espacio. En general, estas nubes se parecen mucho más a los núcleos más densos de las nubes de formación estelar en el Universo cercano.

“Estimamos que SMM J2135-0102 está produciendo estrellas a una tasa equivalente a 250 soles al año”, dice de Breuck. “La formación de estrellas en sus grandes nubes de polvo es distinta a la del Universo cercano, pero nuestras observaciones también sugieren que deberíamos poder utilizar fundamentos físicos similares a partir de los núcleos más densos en las galaxias cercanas para entender el nacimiento estelar en estas galaxias más lejanas”.

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Links:
• Trabajo de investigación (preimpreso)
• Más información sobre APEX: http://www.eso.cl/apex.php

Enlace original: http://www.eso.cl/publicos/noticia_2010mar21.php

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