Sin Dioses (Publicaciones sobre astrofísica)

¿Cómo observar la materia oscura sino la podemos ver?

Glenys Álvarez — Tue, 07 Feb 2012 04:01:00 GMT

En la imagen, cortesía de CFHTLenS, parte del mapa de la materia oscura obtenido ahora y la imagen integrada muestra el tamaño del mapa anterior.

Astrofísica. Esta materia aún invisible compone una tela cósmica intricada que ahora alcanza más de mil millones de años luz y los investigadores han elaborado el mapa más grande sobre su presencia en distintas partes del universo

Pocas cosas nos ponen tan curiosos que eso que no podemos observar directamente; la materia y la energía oscura tienen los primeros lugares en la lista de los investigadores del mundo fuera de la Tierra. Todo lo que vemos a nuestro alrededor, todo lo que estudiamos en el espacio, las estrellas, los planetas, los satélites, el polvo, el gas y demás, están hechos de material que podemos ver, sentir, medir. Los astrónomos nos cuentan que este tipo de materia la llaman bariónica porque está hecha de la partícula conocida como barión.

Hace ya unas décadas, los astrónomos se dieron cuenta que esta materia no era la única en el Universo, de hecho, ni siquiera llevaba el liderazgo en presencia. La materia oscura, que aparentemente está hecha de otras partículas que no son bariones, y la energía oscura tienen mucha más presencia en el cosmos. Y el primero en presentar este detalle fue Fritz Zwicky en la década de 1930, que dirigió los lentes telescópicos al cúmulo de Coma, un grupo masivo con más de mil galaxias y las observaciones decían que se estaban moviendo muy rápido, tan rápido que debían haber escapado de la atracción gravitacional y andar desparramadas a toda velocidad por el universo profundo. Por eso Zwicky asumía que el cúmulo era mucho más pesado de lo calculado y esa densidad impedía que las galaxias salieran raudas del lugar. Después de esa observación, otras se fueron atesorando de diferentes cúmulos. En todas, el lugar parecía ser mucho más masivo.

Efectivamente, una de las curiosidades de esta materia es que no la podemos ver. Este hecho nos dice que está formada de material distinto, no como los bariones que interactúan entre ellos a través de la gravedad, y esta interacción es lo que permite que tu mano no atraviese la mesa ya que las partículas en cada forma se repelen de manera electroestática. Y es la gran diferencia con la oscura, que no emite ni absorbe luz, la materia interactúa a través de la gravedad únicamente, por eso sólo la ubicamos por medio de los efectos que ocasiona en los movimientos de las galaxias y las estrellas. Hasta el momento, sólo un 4% de la masa bariónica existe en el universo pero toda la masa compone un 23%. Estas materia y energía oscuras son más fantasmales que el neutrino.

Mapa enorme de la materia oscura

Pues bien, ahora, astrónomos utilizando el telescopio en Hawai de Canadá y Francia conocido como “Lensey Survey (CFHTLenS) han producido el mapa en la escala más grande de la materia oscura hasta ahora observado. Los resultados fueron presentados por Catherine Heymans, de la Universidad de Edimburgo, en Escocia y Ludovic Van Waerbeke, de la Universidad Columbia Británica en Vancouver, Canadá, junto a un equipo internacional de investigadores. Los curiosos resultados, presentados durante la reunión de la Sociedad Astronómica Americana en Texas, aseguran que esta materia aún invisible compone una tela cósmica intricada que ahora alcanza más de mil millones de años luz.

El equipo internacional analizó las imágenes de 10 millones de galaxias en cuatro regiones distintas del cielo. Pues cuando las galaxias pasan a través de estos montones de materia oscura, la luz que emiten se distorsiona, y es esta distorsión lo que los científicos han analizado para ir elaborando un mapa cada vez más grande de esta sustancia invisible que sólo podemos detectar indirectamente.

Y el estudio de la astrofísica siempre tiene detalles más que fascinantes. Por ejemplo, las galaxias estudiadas están a unos seis mil millones de años luz de nosotros, lo que quiere decir que la luz analizada es de cuando el universo tenía la mitad de la edad que tiene ahora. No se puede más que sonreír al pensar en esta idea.

La distorsión del tiempo y el espacio

“Al analizar la luz del Universo distante podemos aprender sobre las cosas por las que ha atravesado en su prolongado paseo hasta alcanzarnos. Esperamos que hacer un mapa de más materia oscura comprendamos mejor su relación con las galaxias en el universo”, explica Heymans.

De hecho, como asegura Waerbecke, es el primer vistazo directo a la existencia de la materia oscura en escalas enormes. “Es fascinante poder “ver” la materia oscura utilizando la distorsión del tiempo-espacial. Nos da acceso privilegiado a esta misteriosa masa en el universo que no podemos observar de otra forma. Saber cómo la materia oscura está distribuida es el primer paso hacia el entendimiento de su naturaleza y cómo se integra en el conocimiento actual de la física”.

Los científicos aseguran que en los próximos tres años tendrán diez veces más el espacio cubierto hoy.

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Los primeros pasos del Universo

Glenys Álvarez — Fri, 17 Apr 2009 03:00:00 GMT

Astrofísica. Esta década promete ser interesante en la investigación del nacimiento del Cosmos; un nuevo telescopio en el Polo Sur se encargará de detectar ondas gravitacionales para confirmar de una vez por todas el nacimiento en una Gran Explosión.

En su búsqueda continua por las evidencias que confirmen el nacimiento del Universo, los científicos han ido descartando varias ideas. En la actualidad, la teoría de la inflación cósmica es la explicación con más bases científicas. Lo que propone es lo siguiente: que una fluctuación microscópicamente densa ocurrida al azar en la tela misma del Cosmos provocó el nacimiento del Universo en una Gran Explosión ocurrida hace unos 13,700 millones de años. Una cifra difícil de digerir para el cerebro humano que apenas tiene unos cuantos millones de años evolucionando como primate.

Hasta el momento, medidas tomadas de la radiación del fondo de microondas cósmicas (CMB, siglas en inglés), residuos de la Gran Explosión, han proporcionado evidencias suficientes para sugerir no sólo la Gran Explosión sino también la presencia de una energía oscura, una fuerza que parece ser la responsable de acelerar y expandir el Cosmos y cuyos componentes aún no han sido detectados. Pero los científicos tienen una nueva carta tecnológica bajo sus mangas y piensan usarla durante la próxima década. El objetivo principal es demostrar, de una vez por todas, la teoría que nos asegura que el Universo nación de esta explosión que continúa expandiéndose.

“Esta vez vamos a poner la teoría a la prueba más intensa hasta el momento”, expresó John Carlstrom, profesor de astronomía y astrofísica en la Universidad de Chicago.

Para comprender lo que harán los astrofísicos con el nuevo e impresionante instrumento hay que regresar a las ideas del grande de la astrofísica, Albert Eisntein. Einstein predijo, en su teoría de la relatividad, que la teoría de la inflación cósmica produciría ondas gravitacionales. “Es precisamente lo que el nuevo instrumento podrá medir y observar, la luz primordial y estas ondas, si las detectamos entonces sabremos mucho más sobre la inflación a la que está sometida nuestro Universo”, dijo Carlstrom.

Se trata del Telescopio del Polo Sur (SPT, siglas en inglés) que será usado por un equipo de científicos de nueve instituciones distintas, los que estarán investigando, particularmente, el nacimiento y la evolución del Cosmos que nos aloja. “El trabajo del telescopio permitirá que descartemos muchas teorías que definen el origen del Universo sin usar una gran explosión, ninguna de ellas producen ondas gravitaciones, por lo tanto, si las encontramos sabremos con certeza que vamos por el camino correcto”, explicó Scott Dodelson, cosmólogo de la misma universidad. “El problema es que estas ondas usualmente ocurren en una escala atómica, por lo que son muy difíciles de detectar, el aparato resolverá este problema”.

Fluctuaciones y ondas

Existen dos formas de confirmar, una vez más, la teoría de la inflación y la gran explosión. Si es cierta la teoría, este fenómeno produciría dos tipos de perturbaciones. La primera ya ha sido observada por los científicos ya que se trata de fluctuaciones en la densidad de las partículas subatómicas, fluctuaciones que ocurren continuamente alrededor del Universo. “Como estamos hablando de fenómenos que ocurren en la escala de los átomos, es casi imposible notarlos, sin embargo, la inflación instantáneamente ensancharía estas fluctuaciones en sus dimensiones cósmicas. Es un cuadro que funciona porque hemos calculado cómo lucirían esas perturbaciones y los cálculos predicen perfectamente la aparición y formación de las galaxias”, dijo Dodelson. La segunda clase de perturbaciones serían las ondas gravitacionales, que son las distorsiones ‘Einsteinianas’ en el espacio temporal. Estamos construyendo un instrumento especial, el polarímetro, para el SPT, que está especializado en estas ondas”, dijo Dodelson.

Un Universo multidimensional

Los investigadores expusieron sus propuestas el pasado lunes 16 de febrero en una reunión de cosmología realizada por la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia, en Chicago. Interesantemente, uno de los panelistas será el famoso cosmólogo Alan Guth, del Instituto Tecnológico de Massachussets, quien propusiera la teoría de la inflación cósmica que también predice la existencia de un número infinito de universos. Desafortunadamente, es imposible para la ciencia demostrar que existen todos esos Cosmos paralelos al nuestro. “Como se trata de universos separados, por definición eso significa que nunca podremos tener ningún contacto con ellos. Nada de lo que ocurre en ellos tiene ningún impacto en nosotros por lo que no es posible inferir, tan siquiera, sobre al existencia de estos universos”, dijo Dodelson.

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Rápida rotación de la Vía Láctea

Glenys Álvarez — Wed, 11 Feb 2009 02:00:00 GMT

Astrofísica. Nuevas mediciones elaboradas por un preciso observatorio de radioastronomía, revelan que la galaxia que habitamos es más pesada, rápida y tiene más probabilidades de colisionar con su vecina Andrómeda.

Es impresionante que no nos mareemos. No sólo vivimos sobre una roca que gira alrededor de su eje y el Sol sino que la galaxia que aloja nuestra estrella y el Sistema Solar va mucho más rápido de lo que jamás imaginamos. Así es; de acuerdo con nuevas medidas, la Vía Láctea no sólo rota veloz en el Universo sino que es más pesada de lo entendido anteriormente y tiene muchas más probabilidades de colisionar.

Verdaderamente, localizar nuestra estrella entre los brazos de la enorme y elegante galaxia, nos provee con cierta humildad ante el enorme Cosmos que nos aloja. Nuestro Sistema Solar se encuentra en un diminuto espacio dentro de uno de los gigantescos brazos de la galaxia, otra más entre las miles de millones que pueblan el Universo.

“Siempre pensábamos en la Vía Láctea como la hermanita menor de Andrómeda, pero no es así, el incremento en la velocidad de la rotación de la galaxia se traduce en un 50% más de masa, ahora está igual que la Andrómeda”, reveló Mark Reid, del Centro Harvard-Smithsonian para la Astrofísica.

El incremento en la masa, explican los investigadores, produce además un aumento en la fuerza gravitacional, lo que incrementa las probabilidades de que colisionemos con nuestra vecina Andrómeda. Eso es, si el agujero negro en el centro de este palacio espacial no nos devora primero.

Los astrónomos, además de un sinnúmero de nuevos y poderosos instrumentos, utilizan también el conocimiento hasta ahora obtenido sobre el Cosmos, sus leyes y su funcionamiento. “En esta ocasión, hemos usado la Red de Radiotelescopios de la Fundación Nacional de Ciencias (VLBA, son sus siglas en inglés), para producir un nuevo mapa de la Vía Láctea, esta red tiene la habilidad sin precedentes de capturar imágenes extremadamente detalladas”, explicó para EurekAlert, Karl Menten del Centro para Radioastronomía del Instituto Max Planck en Alemania.

Las observaciones que se realizan en este proyecto a largo plazo son directas, muy distintas a los métodos que se usaban anteriormente donde otras variables entraban en juego. “El problema es que estamos dentro de la Vía Láctea y por ello es mucho más difícil para nosotros medir su estructura con precisión, con otras galaxias es más fácil porque sólo hay que verlas, pero para la nuestra es preciso deducir su estructura mediante otros tipos de medición”, concluyó.

Los flagrantes números cósmicos

Nuestro Sistema Solar se encuentra a 28,000 años luz del centro de la Vía Láctea, una distancia difícil de asimilar para nuestra red neuronal, sin embargo, los investigadores nos dicen que de acuerdo con estas medidas, estamos moviéndonos, y esta cifra podría provocarle vértigo, a 600,000 millas por horas, es decir, a más o menos un millón doscientos mil kilómetros por hora, en nuestro órbita galáctica. El aumento, desde las mediciones indirectas realizadas anteriormente es de unos 200,000m kilómetros por horas más de lo estimado. Pero ha sido la precisión de la red de radiotelescopios lo que ha permitido las nuevas medidas. “El VLBA es tan preciso que nos permite detectar la velocidad orbital de cualquier objeto, lo fija y podemos medir sus movimientos dentro de la galaxia. La clave ha sido concentrarnos en esos lugares de la galaxia donde la formación estelar es masiva y continua porque las moléculas de gas, productos de esta prolijidad, fortalecen las radioemisiones que ocurren naturalmente en esos lugares”, dijo.

Tenemos cuatro brazos, no dos

La observación de estas áreas densas confirman las causas de que nuestra galaxia tenga una estructura espiral. “Pensamos que ondas de conmoción creadas por la densidad espiral que puede poner el gas en una órbita circular también lo comprime para formar nuevas estrellas y crear una nueva órbita elíptica”, explica Reid. Pero los astrónomos anuncian, además, otras sorpresas. Las mediciones directas tomadas han permitido calcular el ángulo de los brazos de la galaxia. También han descubierto que no posee sólo dos sino cuatro enormes brazos formados por polvo y gas donde se están formando nuevas estrellas todo el tiempo. De hecho, de acuerdo con otras medidas realizadas por el telescopio espacial Spitzer de la NASA, las viejas estrellas residen sólo en dos brazos y las nuevas en los otros dos. Los astrónomos no saben por qué. Los resultados fueron presentados en la reunión anual de la Sociedad Astronómica Americana en Long Island.

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Supernova: madre del sistema solar

Glenys Álvarez — Tue, 21 Oct 2008 02:00:00 GMT

Astrofísica. Científicos del Instituto de Carnegie en Estados Unidos, han conseguido crear un modelo sobre la formación del Sistema Solar que apunta hacia la explosión de una estrella masiva como el desencadenante.

Las sospechas estaban ahí. Sin embargo, ningún científico que se respete afirmará un hecho basado sólo en sospechas. Aún así, cada estudio y descubrimiento fortalecía aquel pensamiento testarudo sobre el origen del Sistema Solar, ese vecindario que nos aloja junto con otros siete planetas y dos plutoides. Ciertamente, no sólo el nacimiento de nuestro sistema ha ido evolucionando con el tiempo sino que los investigadores han descubierto estructuras varias que han transformado hasta la forma de este barrio espacial. Plutón, que era un planeta, ahora se encuentra en otra categoría como una roca con sus originales propiedades y otros objetos espaciales han sido identificados en la periferia del sistema. Pero ahora se han confirmado las sospechas y los investigadores están satisfechos con el escenario creado y los resultados obtenidos.

Antes de esta nueva confirmación, algunos modelos habían sugerido la teoría de que un intenso supernova, la explosión de una estrella, había dado origen a nuestro Sol y las rocas que giran a su alrededor, incluyendo nuestra Tierra, sin embargo, los modelos que habían logrado confirmarlo hasta este momento sólo tomaban en cuenta un escenario con una temperatura constante, algo realmente inaudito y simplista durante la formación de estrellas y planetas.

“Tenemos esta idea de que una onda residual de un inmenso supernova desencadenó el colapso de una nube de gas densa y polvorosa que con el tiempo se contrajo, formando así el Sol y los planetas. El reciente trabajo demuestra que esta formación pudo haber sido posible en condiciones de temperaturas extremas que oscilaban entre lo extremadamente caliente y frío”, expresó para el diario de Astrofísica, donde fueron publicados los resultados del modelo, Alan Boss, autor principal del experimento del Departamento de Magnetismo Terrestre en el Instituto Carnegie.

“Hemos tenido evidencia de que un supernova había desencadenado la formación del Sistema Solar desde la década de los setenta cuando analizamos evidencias químicas de meteoritos pero la dificultad de demostrarlo ha estado en los detalles. Necesitábamos componer un escenario autoconsistente donde el colapso es desencadenado al mismo tiempo que isótopos del supernova son inyectados en la nube colapsada”, dijo Boss.

El nuevo modelo permite que sepamos con exactitud estos datos gracias al estudio de los isótopos. Ahora sabemos que nuestro vecindario comenzó hace nueve mil millones de años con una pequeña explosión, miles de millones de años después de la gran explosión que formó al Universo. Glenys Álvarez

Tiempo en las “hijas” de un isótopo

Un isótopo son versiones de elementos pero con distintos componentes, es decir, con los mismos números de protones pero con diferentes cantidades de neutrones. Los astrofísicos saben que los isótopos radioactivos de corta vida permanecen activos durante millones de años antes de transformarse en otros elementos que son conocidos como las hijas de estos isótopos o elementos. Conocer y analizar estas hijas en meteoritos primitivos permite que sepamos más o menos la edad en que fueron formados, por ejemplo, los radioisótopos de corta vida cuya hija ha sido encontrado en un viejo meteorito, debió haberse formado entonces un millón de años antes de que estos mismos meteoritos nacieran. “Tomemos el ejemplo de un padre isótopo como el hierro-60, este elemento se convierte en níquel-60 y este níquel ha sido descubierto en meteoritos primitivos, por lo tanto sabemos cuándo el isótopo padre fue formado pero no cómo llegó ahí”, dijo Boss.

Para crear un modelo

Ni la computadora más poderosa es lo suficientemente inteligente para crear un modelo de la formación del ago tan impresionante como el Sistema Solar ella solita. Para ello, necesita el conocimiento de los físicos y astrofísicos que han logrado crear un sinnúmero de escenarios donde los isótopos pasaron por la transformación que conocemos hoy debido al análisis de meteoritos primitivos. El problema era la temperatura. Estos escenarios funcionaban cuando las temperaturas eran constantes, un hecho irreal. Estos problemas dejaban la duda entre los investigadores que no pueden afirmar sin las evidencias. Luego de varias pruebas y ensayos, el uso de un programa refinado y adaptado al código hidrodinámico llamado Flash 2.5. Con una nueva ley del enfriamiento y la composición de varios escenarios, logramos demostrar bajo qué condiciones este onda de supernova desencadenó la formación del vecindario.

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