viernes, 11 de noviembre de 2016

¿Hacia las computadoras basadas en el ADN?

Unos investigadores han logrado conducir electricidad usando nanohilos basados en el ADN, el material del que están hechos los planos de construcción de los seres vivos, por así decirlo.

Más diminutos que el virus del SIDA; esa es la circunferencia de los transistores más pequeños. La industria ha miniaturizado los componentes básicos de sus chips de ordenador hasta los 14 nanómetros en los últimos 60 años. Los métodos convencionales, sin embargo, están alcanzando los límites físicos. Investigadores de todo el mundo están buscando alternativas. Una podría ser la autoorganización de componentes complejos de moléculas y átomos. Unos investigadores del Centro Helmholtz de Dresde-Rossendorf (HZDR) en Alemania, y la Universidad de Paderborn en el mismo país, han hecho ahora un importante avance: estos físicos condujeron una corriente a través de nanohilos dorados, que se formaron de manera autónoma mediante ensamblaje de hebras de ADN.

A primera vista, se parecen a líneas agusanadas frente a un fondo negro. Pero lo que el microscopio electrónico muestra de cerca es que las estructuras de tamaño nanométrico conectan dos contactos eléctricos.

Las mediciones hechas por el equipo de Artur Erbe, del Instituto de Física de Rayos Iónicos e Investigación de Materiales, dependiente del HZDR, muestran que se conduce una corriente eléctrica a través de estos diminutos hilos.

                                         Nanohilos dorados basados en el ADN. (Imagen: HZDR)

Erbe y sus colegas están aún en la fase de investigación básica, razón por la cual están usando oro en vez de un metal más barato. A pesar de todo, ya es mucho lo que han logrado hasta ahora; su trabajo ha abierto las puertas hacia un posible futuro en el que existan dispositivos electrónicos basados en el ADN, tal como cree Erbe que ocurrirá.

martes, 11 de octubre de 2016

Intentarán detectar materia oscura recreando un pequeño magnetar artificial

Unos físicos proponen un nuevo experimento para detectar una hipotética partícula elemental, el axión, que según algunas teorías constituiría la identidad secreta de la materia oscura. Si tiene éxito, la iniciativa podría solucionar uno de los misterios sin resolver más desconcertantes en física de partículas, así como aportar finalmente un conocimiento somero de la naturaleza de la materia oscura.

Los axiones son partículas elementales hipotéticas. Una de las características que se les atribuye, figurar entre las partículas más ligeras del universo, justificaría que resulten virtualmente indetectables.

Si existen, los axiones y otras partículas comparables, aún no observadas, podrían dar forma al 80 por ciento de la materia que hay en el universo, un porcentaje que corresponde a la enigmática materia oscura.

El equipo de Jesse Thaler y Benjamin Safdi, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Cambridge, Estados Unidos, y Yonatan Kahn (ahora en la Universidad de Princeton del mismo país), han ideado un experimento para detectar los axiones simulando un fenómeno astrofísico extremo conocido como magnetar (un tipo de estrella de neutrones que genera un campo magnético colosal). Estos físicos razonaron que en presencia de un axión, tal enorme campo magnético debería oscilar, muy ligeramente pero produciendo un segundo campo magnético, el cual, aun siendo muchísimo más pequeño, actuaría a modo de huella delatadora del axión.

La recreación del magnetar se podría hacer en un entorno de laboratorio controlado, usando tecnología adoptada de la técnica de visualización por resonancia magnética (MRI por sus siglas en inglés).

El diseño básico externo del experimento ABRACADABRA. (Imagen: Daniel Winklehner)


El núcleo del experimento consiste en una serie de bobinas magnéticas, enrolladas en forma de toroide, o donut, el cual es después encerrado en una capa de metal superconductor y mantenido en un refrigerador a temperaturas apenas por encima del Cero Absoluto (unos 272 grados centígrados bajo cero), para minimizar el "ruido" exterior. Los científicos planean usar un magnetómetro muy sensible, situado dentro del agujero del donut, para detectar cualquier señal de la influencia de los axiones.

Al experimento propuesto se le ha dado el nombre de ABRACADABRA (por las siglas en inglés de "A Broadband/Resonant Approach to Cosmic Axion Detection with an Amplifying B-field Ring Apparatus"). La palabra mágica por excelencia, "abracadabra", pasará pues a tener un significado adicional, esta vez en la ciencia.

martes, 30 de agosto de 2016

Confirman el aparente hallazgo de una quinta fuerza de la naturaleza

Unos descubrimientos recientes que indican el posible descubrimiento de una partícula subatómica previamente desconocida podrían ser la prueba de que existe una quinta fuerza fundamental de la naturaleza, según una nueva investigación.

Después de tanto tiempo asumiendo que son cuatro las fuerzas fundamentales (gravitación, electromagnetismo, y las fuerzas nucleares fuerte y débil), ahora parece que se ha descubierto una quinta. Si experimentos adicionales confirman su existencia, este descubrimiento cambiaría completamente nuestra comprensión del universo, con consecuencias para las teorías de unificación de las fuerzas y para las teorías sobre la identidad de la materia oscura, tal como subraya Jonathan Feng, coautor de la citada investigación y profesor de física y astronomía en la Universidad de California en Irvine, Estados Unidos.

Feng y sus colegas encontraron la pista inicial en un estudio de mediados de 2015, realizado por físicos nucleares experimentales de la Academia Húngara de Ciencias, que estaban buscando “fotones oscuros”, partículas que representarían a la invisible materia oscura, la cual constituye el 85 por ciento de la masa del universo. El trabajo de esos investigadores húngaros puso de manifiesto una anomalía en la desintegración radiactiva que apunta a la existencia de una partícula ligera, que solo sería unas 30 veces más pesada que un electrón.

Esos científicos no pudieron determinar que se tratase de una nueva fuerza. Simplemente vieron un exceso de eventos de partículas que indicaban la acción de una nueva, pero no estaba claro para ellos si era una partícula de materia o una partícula portadora de fuerza
Si experimentos adicionales lo confirman, este descubrimiento de una posible quinta fuerza cambiaría completamente nuestra comprensión del universo, en palabras del profesor Jonathan Feng, incluyendo aquello que mantiene compactas a las galaxias, como esta espiral llamada NGC 6814. (Foto: ESA/Hubble & NASA; Judy Schmidt)
Feng y sus colegas estudiaron los datos de los investigadores húngaros así como todos los experimentos anteriores en este campo y han llegado a la conclusión de que las evidencias no respaldan la teoría de las partículas de materia ni la de los fotones oscuros. En cambio sí encajan con una nueva teoría que han propuesto y que sintetiza todos los datos disponibles. A la luz de esto, el descubrimiento podría indicar la existencia de una quinta fuerza fundamental.

El trabajo del equipo de Feng indica que en vez de ser un fotón oscuro, la partícula podría ser un “bosón X protofóbico”. La fuerza eléctrica normal actúa sobre electrones y protones, mientras que este bosón recién descubierto interactuaría solo con electrones y neutrones, y en un rango extremadamente limitado.

No existe ningún otro bosón observado que tenga esta misma característica.

martes, 19 de julio de 2016

Un mapa tridimensional de 1,2 millones de galaxias para estudiar la energía oscura

Un equipo internacional de astrónomos del proyecto Sloan Digital Sky Survey  III (SDSS-III), en español, Cartografiado Digital del Cielo SLOAN, ha anunciado esta semana en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society los resultados más precisos sobre la energía oscura, la responsable de la expansión acelerada del Universo. El estudio, firmado por cientos de investigadores y entre los que se encuentran Marcos Pellejero Ibañez y José Alberto Rubiño, del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), se ha presentado en un artículo principal y 12 artículos secundarios. También cuenta con participación española del Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona (ICCUB) y del Instituto de Física Teórica (UAM-CSIC), en España.

Gracias al programa Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS), han elaborado el mayor mapa tridimensional de 1,2 millones de galaxias lejanas presentes en un volumen de 650 millones de años luz, equivalente a más de un cuarto del cielo. Este mapa les ha servido para medir esa aceleración y así determinar las cantidades de materia y energía oscura que componen el Universo en la actualidad.

BOSS permite calcular el ritmo de expansión del Universo midiendo el tamaño de las oscilaciones acústicas bariónicas (BAO, por sus siglas en inglés), unas ondas de presión que viajaban por el universo temprano –a los 380.000 años- a través de la materia. En ese momento, la materia y la luz se desligaron, formando el fondo cósmico de microondas (CMB), una radiación que ha quedado intacta prácticamente desde entonces y que nos permite estudiar las pequeñas variaciones en la densidad de la materia del Universo en su épocas más primitivas. Esas ondas quedaron congeladas en el tiempo y, como consecuencia de la evolución gravitatoria, produjeron a la larga una huella en la distribución de galaxias posterior que BOSS ha sido capaz de medir con una precisión sin precedentes.

Como resultado de esta metodología, se ha observado que las galaxias están separadas por una distancia característica, llamada “escala acústica”, determinada con precisión gracias a las observaciones del fondo cósmico de microondas realizadas por el satélite Planck, que la estima en 481 millones de años-luz.

Porción del cartografiado de la estructura a gran escala del Universo del Sloan Digital Sky Survey y el programa Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS). Cada punto indica la posición de una galaxia hace 6.000 millones de años, La imagen cubre una vigésima parte del cielo, una porción de 6.000 millones de años luz de ancho, 4.500 millones de alto y 500 de profundidad. El color indica la distancia desde la Tierra, siendo las amarillas las galaxias más cercanas y las moradas las más lejanas. Las galaxias están agrupadas en cúmulos, revelando supercúmulos y vacíos cuya presencia se puede rastrear hacia atrás en el tiempo hasta la primera fracción de segundo después del Big Bang. La imagen contiene 48.741 galaxias, un 3% de todos los datos del cartografiado. Las manchas grises son pequeñas áreas sin datos. (Crédito: Daniel Eisenstein y SDSS-III)
Para medir el tamaño de estas antiguas ondas gigantes, con BOSS se elaboró un mapa galáctico varias veces más grande que los realizados hasta la fecha. Cuando fue planeado, ya se sabía que la energía oscura influía significativamente en el ritmo de la expansión del Universo, por lo menos, desde hace 5.000 millones de años, así que se diseñó para medir esas oscilaciones desde una época anterior (unos 7.000 millones de años) hasta casi la actualidad (2.000 millones de años).

El mapa también revela que las galaxias se mueven hacia regiones del Universo con más materia, debido a la atracción gravitatoria y que, además, las observaciones concuerdan con las predicciones de la Teoría de la Relatividad General. Estos resultados apoyan la hipótesis de que la expansión acelerada del Universo es impulsada por un fenómeno como la energía oscura a las más grandes escalas cósmicas.

Marcos Pellejero Ibáñez, estudiante de doctorado en el IAC, y José Alberto Rubiño, investigador del mismo centro, junto a Chia-Hsun Chuang, del Leibniz Institute for Astrophysics, han ideado una nueva metodología para la extracción de información cosmológica de los datos de BOSS. Considerando el fondo cósmico de microondas y el mapa tridimensional de galaxias de BOSS para inferir los parámetros cosmológicos con mínimas presuposiciones sobre energía oscura, comprobaron diferentes modelos de la misma y confirmaron que el empleado en los últimos 18 años, basado en la constante cosmológica de Einstein, encaja con naturalidad.

“Aunque es computacionalmente complicado, hemos demostrado que se puede hacer un análisis profundo combinando de estas dos observaciones cosmológicas y usando modelos de evolución del Universo cada vez más complejos”,  explica Pellejero.

Por su parte, Rubiño añade que “la combinación de estos dos conjuntos de datos excepcionales, los del satélite Planck y BOSS, nos ha permitido además establecer las mejores cotas cosmológicas sobre la suma de las masas de las tres familias de neutrinos y su contribución relativa a la densidad total de materia.” (Fuente: IAC)


lunes, 4 de julio de 2016

El final del agujero en la capa de ozono

Una nueva investigación ha identificado señales claras de que el agujero en la capa antártica de ozono está empezando a cerrarse.

El equipo internacional de Susan Solomon, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Estados Unidos, y Anja Schmidt, de la Universidad de Leeds en el Reino Unido.

Se confirma así que está en marcha definitivamente la recuperación plena de la capa de ozono, que protege la vida de la Tierra frente a los dañinos rayos ultravioleta del Sol.

El encogimiento del agujero ha variado de año en año, debido en parte a los efectos de las erupciones volcánicas.

Pero tener en cuenta los efectos de estas erupciones permitió a los autores del nuevo estudio mostrar que el agujero en la capa de ozono se está cerrando, y no ven ninguna razón por la que no debiera cerrarse de forma permanente hacia mediados de este siglo.

Estos nuevos y alentadores hallazgos muestran que el tamaño medio del agujero en la capa de ozono en cada mes de septiembre se redujo en más de 4,4 millones de kilómetros cuadrados (1,7 millones de millas cuadradas) desde el año 2000, unas 18 veces el área del Reino Unido.

Imagen en colores falsos que muestra la concentración de ozono sobre la Antártida el 2 de octubre de 2015. (Foto: NASA/Goddard Space Flight Center)



La investigación atribuye esta mejora al Protocolo de Montreal de 1987, que condujo a la prohibición del uso de los clorofluorocarbonos (CFCs), que por aquel entonces se empleaban ampliamente en neveras, botes con aerosoles (desodorantes, lacas, etcétera) y otros enseres.

Tal como destaca Solomon, ahora podemos estar seguros de que aquel protocolo y las decisiones políticas que lo secundaron han puesto a la capa de ozono en el camino hacia su recuperación. “El Protocolo de Montreal es una verdadera historia de éxito que proporcionó una solución a un problema medioambiental global”, subraya Schmidt.

sábado, 11 de junio de 2016

Puede haber vida en otros mundos desde antes de lo creído

Nuestra Tierra está compuesta en buena parte por rocas de silicatos, posee un núcleo de hierro, y en la corteza hay agua y las formas de vida del planeta. Pero los primeros mundos potencialmente habitables que se formaron en el universo debieron ser muy diferentes. Una nueva investigación, a cargo del equipo de Natalie Mashian, de la Universidad Harvard en Estados Unidos, sugiere que la formación planetaria en el universo temprano pudo crear planetas bastante ricos en carbono en los que serían relativamente abundantes materiales como el grafito, los carburos e incluso el diamante. Los astrónomos podrían hallar estos mundos buscando una rara clase de estrellas.

Tal como señala Mashian, hay buenas razones para creer que la vida extraterrestre estará basada en el carbono, como la de la Tierra, así que los resultados de la nueva investigación reafirman la idea y respaldan además la posibilidad de vida en el universo temprano.

Al principio, el universo estaba compuesto principalmente por hidrógeno y helio, y carecía de elementos químicos como el carbono y el oxígeno, que son necesarios para la vida tal y como la conocemos. Solo después de que las primeras estrellas estallaron como supernovas y sembraron el cosmos con el material que después se incorporó a la segunda generación de estrellas, comenzó a ser posible la formación de planetas como por ejemplo la Tierra y el surgimiento de formas de vida.

Mashian y Avi Loeb, del Centro para la Astrofísica (CfA) en Cambridge, Massachusetts, gestionado conjuntamente por la Universidad Harvard y el Instituto Smithsoniano, todas estas entidades en Estados Unidos, examinaron una clase en particular de estrellas viejas conocidas como estrellas CEMP (por las siglas en inglés de estrellas pobres en metales y enriquecidas con carbono). Estas estrellas "anémicas" contienen solo una cienmilésima del hierro que tiene nuestro Sol, lo que significa que se formaron antes de que el espacio interestelar hubiera sido ampliamente sembrado con elementos pesados.

En esta ilustración, un planeta rico en carbono orbita alrededor de una estrella de aspecto parecido al del Sol, en el universo temprano. Las manchas azules señalan dónde se ha acumulado agua en la superficie del planeta, formando hábitats potenciales para la vida extraterrestre. (Imagen: Christine Pulliam (CfA). Foto del Sol: NASA/SDO)

Estas estrellas son fósiles del universo arcaico. Estudiándolas, podemos observar cómo los planetas, y posiblemente la vida, se iniciaron en el cosmos.

Aunque les faltan hierro y otros elementos pesados en comparación con nuestro Sol, las estrellas CEMP tienen más carbono de lo que se esperaría dada su edad. Esta relativa abundancia influiría en la formación de planetas ya que los esponjosos granos de polvo de carbono se unen entre sí con bastante facilidad y pueden formar mundos tan negros como el alquitrán.

Desde la distancia, estos planetas de carbono serían difíciles de distinguir de mundos más parecidos a la Tierra. Sus masas y tamaños físicos serían similares. Los astrónomos tendrían que examinar sus atmósferas en busca de señales de su verdadera naturaleza. Gases como el monóxido de carbono y el metano envolverían a estos mundos inusuales.

martes, 24 de mayo de 2016

Galaxia a 13.000 millones de años-luz

Se ha detectado a una de las galaxias más antiguas y lejanas del universo. Esta galaxia, que hasta ahora era desconocida, es visible en estos momentos tal como era hace unos 13.000 millones de años, cuando surgió de ella la luz que nos llega en la actualidad.

Una lente gravitatoria y un instrumento especial en el telescopio de 10 metros del Observatorio W.M. Keck, en la cima del Mauna Kea, Hawái, Estados Unidos, permitió al equipo de Kuang-Han Huang, de la Universidad de California en Davis, del mismo país, ver el objeto de luminosidad tremendamente débil.

Las lentes gravitatorias son un fenómeno que predijo Einstein. Dado que la gravedad puede curvar la trayectoria de la luz, es posible que la imagen de una galaxia distante sea amplificada a través de la “lente” creada por la gravedad de otro objeto situado entre ella y el observador. En este caso, la galaxia detectada está detrás de un cúmulo galáctico que es lo bastante masivo como para crear tres imágenes diferentes del objeto. Los astrónomos han podido mostrar que estas pertenecen a la misma galaxia porque poseen un espectro delatadoramente similar.

La galaxia no habría sido visible en absoluto si su luz no hubiera sido amplificada por la lente gravitatoria.

La imagen de esta galaxia lejana y de brillo tenue fue dividida en tres por una lente gravitatoria. Comparando el espectro de las tres imágenes (los recuadros blancos), los astrónomos constataron que pertenecen al mismo objeto, situado a unos 13.000 millones de años-luz. (Foto: Marusa Bradac/Hubble Space Telescope/W. M. Keck Observatory)

Con una edad de 13.000 millones de años, la antigüedad de esta galaxia la sitúa cerca del final de la época de la reionización, durante la cual la mayor parte del gas de hidrógeno entre las galaxias pasó, en líneas generales, de ser neutro a estar ionizado, a medida que el universo se iba poblando de estrellas.



lunes, 9 de mayo de 2016

Observado por primera vez el toro alrededor de un agujero negro supermasivo

Las galaxias AGN (del inglés Active Galactic Nuclei) son aquellas que albergan en su núcleo un agujero negro supermasivo con signos de actividad reciente. Este tipo de agujeros negros acretan material al tiempo que emiten gran cantidad de energía en un amplio espectro de longitudes de onda. Se cree que todas las galaxias, en algún momento de sus vidas, pueden ser galaxias activas.

Para que se desencadene un periodo de actividad, el agujero negro supermasivo central debe “alimentarse” y, durante mucho tiempo, se ha postulado que el combustible debía almacenarse en un disco de polvo y gas que rodearía al agujero negro. Aunque el entorno inmediato de los agujeros negros de las galaxias activas puede ser tan brillante como toda la galaxia que lo alberga, algunos de estos núcleos parecen quedar ocultos tras una estructura en forma de anillo de polvo y gas, llamada “toro”.

La forma de toro (o de dónut), adoptada en muchos modelos teóricos, explicaría muchas de las enigmáticas y espectaculares características observadas en las galaxias activas. Pero, debido a la gran distancia que nos separa de estos objetos, para aislar esa pequeña estructura es necesaria instrumentación avanzada y el uso de técnicas interferométricas, capaces de alcanzar una muy alta resolución angular .Esto ha sido finalmente posible gracias al conjunto de antenas de ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array).

Se trata de la primera vez que se observa con claridad un disco circumnuclear de este tipo, su composición, la emisión de polvo, la distribución del gas e incluso su movimiento.

Ilustración del núcleo de la galaxia NGC 1068. (Crédito: NASA/JPL-Caltech)


Esta galaxia es una de las más activas y, al mismo tiempo, de las más cercanas a nosotros (se encuentra a unos 50 millones de años luz), por lo que, durante décadas, ha sido objeto de numerosos estudios observacionales que han intentado detectar la presencia de ese disco de material en forma de toro en su centro, rodeando al agujero negro supermasivo.

Para Santiago García-Burillo, astrofísico del Observatorio Astronómico Nacional (OAN-IGN), miembro de ASTROMOL e investigador principal de este trabajo, “Estas observaciones son un testimonio de lo que ALMA puede hacer, logrando detectar y resolver espacialmente estructuras de muy pequeño tamaño en galaxias cercanas. Podremos saber más sobre el comportamiento de estos discos y cómo se estabilizan alrededor de los agujeros negros supermasivos, alimentándolos hasta crear monstruos cuya masa puede alcanzar desde millones a miles de millones de veces la masa de nuestro Sol”.

Con estas observaciones se demuestra la existencia de estos discos. Sin embargo, el toro descubierto en NGC1068 parece ser mucho más complejo de lo esperado. El siguiente paso será estudiar otras galaxias parecidas para saber si esta complejidad desvelada es un fenómeno común en las galaxias con núcleos activos o si, por el contrario, NGC 1068 es una excepción. (Fuente: ASTROMOL)