Hubble: aumentando el Universo distante

 Los cúmulos de galaxias son algunas de las estructuras más masivas que se pueden encontrar en el universo - grandes grupos de galaxias unidas por gravedad. Esta imagen del Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA revela uno de estos grupos, conocido como MACS J0454.1-0300. Cada uno de los puntos brillantes vistos aquí es una galaxia, y cada uno es hogar de muchos millones, o incluso miles de millones de estrellas.

Imagen del Cúmulo MACS J0454.1-0300 captada por el Hubble. Image Credit: ESA/NASA/Hubble

 Los astrónomos han determinado la masa de MACS J0454.1-0300 y calculan que pueden llegar a ser alrededor de 180 billones de veces la masa del Sol. Las agrupaciones de este tipo son tan gigantes que su gravedad puede incluso cambiar el comportamiento del espacio alrededor de ellos, afectando a la trayectoria de la luz, mientras que viaja a través de ellos, a veces amplificándola, actuando como una lupa cósmica. Gracias a este efecto, es posible ver objetos que están tan lejos de nosotros que de lo contrario serían demasiado débiles para ser detectados.

 En este caso, varios objetos parecen ser dramáticamente alargados y son vistos como barriendo arcos a la izquierda de esta imagen. Estas son galaxias situadas a grandes distancias detrás del cúmulo y su imagen ha sido amplificada, pero también distorsionada, según su luz va pasando a través de MACS J0454.1-0300.  Este proceso, conocido como lente gravitacional, es una herramienta extremadamente valiosa para los astrónomos, ya que pueden mirar objetos muy distantes.

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Analizando la porción de espacio galáctico por la que viaja actualmente nuestro sistema solar

Tendemos a asumir que, dado que la Tierra está dentro del sistema solar, siempre estamos dentro de una misma porción del espacio. Pero no es así en absoluto, ya que el sistema solar viaja a una gran velocidad trazando una órbita alrededor del centro de la galaxia. Las estimaciones de velocidad del sistema solar alcanzan valores de varios cientos de miles de kilómetros por hora, y los cálculos sobre cuánto puede tardar en dar una vuelta completa en torno al centro galáctico sugieren que probablemente más de 200 millones de años. Por tanto, aunque no seamos conscientes de ello, cada día estamos surcando una porción del cosmos en la que nunca antes ha estado el Ser Humano.

Conocer las características detalladas de la región del espacio interestelar por la que viaja el sistema solar no es tarea fácil. El espacio interestelar empieza más allá de la heliosfera, la burbuja de partículas cargadas que rodea al Sol y que llega hasta mucho más allá de los planetas exteriores. La sonda espacial Voyager 1 ya cruzó esta frontera y actualmente vuela por el espacio interestelar, pero, a partir de mediciones en una sola dirección, es difícil obtener un conocimiento global y completo del medio interestelar por el que avanzamos.

Modelo de los campos magnéticos interestelares torciéndose alrededor del exterior de nuestra heliosfera, con arreglo a datos del satélite IBEX. La flecha roja indica la dirección en la que el sistema solar se mueve a través de la galaxia. (Imagen: NASA/IBEX/UNH)

Los datos obtenidos en los últimos cinco años por naves cerca de la Tierra, y las observaciones de rayos cósmicos, han brindado un conocimiento más claro y completo del sistema magnético que nos rodea, pero al mismo tiempo han planteado nuevos interrogantes. Unos científicos han aportado conclusiones al respecto que podrían poner en tela de juicio algunas nociones muy aceptadas sobre dicho sistema magnético.

Lo han hecho en un nuevo estudio en el que se han combinado observaciones realizadas por el satélite astronómico IBEX (llamado así por las siglas de Interstellar Boundary EXplorer), de la NASA, con otras observaciones de rayos cósmicos de muy alta energía. Los rayos cósmicos son chorros de partículas subatómicas provenientes del espacio, aceleradas a enormes velocidades, y que continuamente bombardean la Tierra.

El análisis de datos realizado por el equipo de Eric Christian, del Centro Goddard de Vuelos Espaciales de la NASA en Greenbelt, Maryland, y Nathan Schwadron, de la Universidad de New Hampshire en Durham, ambas instituciones en Estados Unidos, muestra un campo magnético que es casi perpendicular al movimiento de nuestro sistema solar a través de la galaxia. Además de aclarar un poco las características magnéticas de nuestro vecindario cósmico, los resultados brindan una explicación a un añejo misterio sobre el por qué las mediciones indican que llegan más rayos cósmicos de alta energía a un lado del Sol que en el otro.

La heliosfera está formada por el flujo constante de partículas (viento solar) que surge del Sol hacia todas direcciones y que se extiende hasta el punto en que dicho flujo se ralentiza y alcanza un equilibrio con la presión del viento interestelar. La única información recolectada directamente desde el corazón de esta compleja región fronteriza es la de la misión Voyager de la NASA. La Voyager 1 pasó varios años atravesando la región fronteriza hasta que por fin salió al espacio interestelar.

El IBEX, en órbita a la Tierra, estudia estas regiones. Este satélite astronómico detecta átomos neutros energéticos que son fruto de interacciones en los límites de la heliosfera, una región que contiene pistas importantes sobre lo que hay más allá. Estas interacciones están dominadas por fuerzas electromagnéticas. Las partículas que llegan desde la galaxia son esencialmente electrones (con carga negativa), átomos con carga positiva (iones), partículas neutras y polvo. Las partículas cargadas se ven obligadas a viajar por las líneas del campo magnético, las cuales serpentean a través del espacio. A veces, una partícula cargada choca con un átomo neutro en los bordes de la heliosfera y captura un electrón del átomo neutro. Después de robar el electrón, la partícula cargada se vuelve eléctricamente neutra y se aleja rápidamente en línea recta. Algunas de estas rápidas partículas neutras fluyen hacia la zona más interna del sistema solar, en la que está la Tierra, y llegan hasta los detectores del IBEX. En función de la velocidad y la dirección de esas partículas neutras, los científicos pueden obtener información sobre los átomos y las líneas del campo magnético implicados en la colisión inicial.

En 2009, científicos del IBEX presentaron los resultados de una línea de investigación que mostraban una distribución no uniforme de átomos neutros. Se comprobó que había una banda a lo largo de los límites heliosféricos de donde surgían la mayoría de átomos neutros que llegaban al IBEX.

Los investigadores se preguntaban si esta banda también podía estar relacionada con una irregularidad observada en los rayos cósmicos: En la Tierra, medimos más rayos cósmicos provenientes de cerca del lado de la "cola" de la heliosfera que del otro lado. Determinar el origen y las trayectorias de los rayos cósmicos que llegan no es fácil ya que esos rayos giran alrededor de líneas del campo magnético, tanto dentro como fuera de nuestra heliosfera, antes de chocar con otras partículas en la atmósfera de la Tierra, generando una cascada de partículas secundarias que, a su vez, son lo que se detecta. Para complicar aún más las cosas, la heliosfera va viajando a través de la galaxia.

Para ver si había una relación entre los datos del IBEX y las observaciones de rayos cósmicos, Schwadron usó datos del IBEX para construir un modelo digital que recrea cómo sería el campo magnético interplanetario alrededor de la heliosfera. Sin la heliosfera, las líneas del campo serían rectas y paralelas. Pero la presencia de la heliosfera hace algo parecido a lo que provoca un huevo colocado en un arroyo de agua: Las líneas del campo magnético tienen que torcerse alrededor de él.

Sobre la base de este modelo, se ejecutó una simulación de cómo la heliosfera afectaría a los rayos cósmicos. Se asumió que los rayos llegaban a la heliosfera uniformemente desde todas direcciones del espacio, pero se les permitió torcerse con arreglo a la geometría magnética local. Las simulaciones mostraron una distribución no uniforme de partículas de rayos cósmicos que concordaba bien con la irregularidad vista en las observaciones.

Todo apunta a que la heliopausa que separa el plasma solar del interestelar es muy larga, tal vez de unos 3 billones de kilómetros en la dirección del viento, y por tanto podría afectar al transporte de rayos cósmicos de alta energía hacia el sistema solar.

Desafortunadamente, esto no prueba que la heliosfera y el campo magnético interestelar sean los únicos responsables del misterio de los rayos cósmicos. Sin embargo, esta investigación muestra que la configuración magnética de nuestro vecindario interestelar puede ofrecer una posible respuesta.

Tras las huellas de las estrellas primigenias del universo

Se ha logrado identificar como tal a una estrella que se formó del material liberado por una estrella de primera generación. Las estrellas de primera generación son ni más ni menos que las primigenias, las que se formaron directa y exclusivamente de materia creada en el Big Bang, la explosión con la que nació el universo. Hallar un sol formado a partir del material de una estrella primigenia es como encontrar una ventana hacia la noche de los tiempos cósmica en la que comenzaron a encenderse las primeras estrellas.

El Big Bang generó una vasta "sopa" de partículas, a partir de la que se formaron nubes hechas mayormente de hidrógeno y helio. Estas nubes se fueron condensando hasta formar las primeras estrellas, que, según se ha venido creyendo, fueron muy masivas y por tanto de brillo colosal, vida breve y muerte en forma de supernova, un tipo violentísimo de explosión estelar.

Ejemplo de nube de gas y polvo generada por una supernova. De los escombros de las estrellas muertas, se pueden crear otras. En esta nube, llamada G292.0+1.8, que mide 36 años-luz de extremo a extremo, y que fue observada por el satélite astronómico Chandra de rayos X de la NASA, hay cantidades apreciables de elementos como oxígeno, neón, magnesio, silicio y azufre. (Foto: NASA)

Al considerarse que todas aquellas estrellas fueron muy masivas y por tanto de vida corta, se asume que ya no existe ninguna estrella primigenia en el universo. Lo más parecido a ellas es la segunda generación de estrellas, las que se formaron a partir de nubes de gas y polvo liberadas por las estrellas primigenias al estallar. Todavía existen algunas estrellas de segunda generación en el universo y, si las condiciones de observación son las adecuadas, es factible verlas e identificar su fascinante naturaleza.

La superficie de una estrella puede decirnos algo acerca de lo que había antes: las sustancias químicas presentes en la superficie son esencialmente los restos de la explosión de una estrella anterior. Desde el Big Bang, las sucesivas generaciones de estrellas han fusionado elementos, creando así otros más pesados, y a veces arrojando estos al cosmos, creando así "ladrillos" de creciente complejidad química con los que se han construido nuevos soles, planetas y otros astros. Hoy en día, las estrellas más jóvenes se forman a partir del gas enriquecido con virtualmente todos los elementos de la tabla periódica.

Para encontrar las estrellas más antiguas existentes, los científicos buscan abundancias ínfimas de elementos pesados como el hierro. Las estrellas con proporciones ínfimas de tales elementos químicos muy probablemente se formaron en la infancia del universo, hace más de 13.000 millones de años, cuando muchos de los elementos químicos todavía no se habían esparcido por el cosmos.

El equipo de la física Anna Frebel, del Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial, dependiente del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en la ciudad estadounidense de Cambridge, ha identificado una estrella situada a varios miles de años-luz de distancia (catalogada con el nombre de SMSS J031300.36-670839.3) que contiene un nivel de hierro cuyo límite superior es tan bajo que sugiere que es una estrella de segunda generación, o sea creada de material procedente de una de esas estrellas primigenias. A falta de poder estudiar directamente una estrella primigenia, lo más parecido a eso es estudiar a una de segunda generación, ya que de sus características se pueden deducir algunas de la estrella primigenia a partir de cuyo material se formó. Y eso es lo que están haciendo Frebel y sus colaboradores. La pista más importante la han encontrado en el nivel de hierro de esa estrella de segunda generación. Debido al poco hierro que ésta posee (10 millones de veces menos que el detectado en el Sol), todo apunta no solo a que la estrella de cuyos restos se formó era primigenia sino que además, en contra del perfil típico atribuido a todas las estrellas primigenias, no pudo ser de muy alta energía; al parecer, expelió una cantidad modesta de los elementos pesados creados en su núcleo por fusión nuclear.

Los científicos pensaban que las primeras estrellas en el universo estallaron con una tremenda energía, arrojando al cosmos las primeras remesas de elementos más pesados que el hidrógeno y que el helio, tales como el carbono, el hierro y el oxígeno. Pero según el nuevo estudio, pudo suceder que no todas estas estrellas primigenias explotasen de manera tan enérgica. Los resultados de la investigación aportan pues una visión algo distinta de cómo pudo haber sido la actividad estelar en el universo temprano, y apuntan a una gama mucho más diversa de propiedades físicas para las estrellas primigenias.

La inesperada naturaleza de la estrella primigenia vislumbrada en su "hija" SMSS J031300.36-670839.3 pone en entredicho muchas reconstrucciones teóricas sobre lo que ocurrió en el pasado remoto del universo. Esa estrella primigenia tuvo una explosión de supernova con una energía menor que la esperada, incluso menor que las de las supernovas actuales, lo cual constituye un misterio que se deberá aclarar en futuros estudios y que probablemente obligará a reescribir varias teorías.

Los físicos acarician el sueño de una teoría unificada

Hace casi 14 mil millones de años, nuestro universo irrumpió con una ‘chispa’ extraordinaria que inició el Big Bang. En la primera y fugaz fracción de un segundo, el universo se expandió de forma exponencial, extendiéndose mucho más allá de lo que alcanzan a ver los mejores telescopios. Hasta la fecha todo esto era la teoría.

Pero ahora, investigadores de la colaboración BICEP2, con datos de un telescopio del mismo nombre situado en el Polo Sur, anuncia la primera evidencia directa de esta inflación cósmica. Sus datos también representan las primeras imágenes de las ondas gravitacionales u ondulaciones en el espacio-tiempo. Estas ondas se han descrito como los "primeros temblores del Big Bang".

Además, los datos también confirman una profunda conexión entre la mecánica cuántica y la relatividad general. Si se confirman todos estos descubrimientos, se abrirá un nuevo capítulo en la astronomía, la cosmología y la física.

"La detección de esta señal es una de las metas más importantes de la cosmología actual", destaca John Kovac, investigador del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian (EEUU), desde donde se ha hecho el anuncio, y líder de la colaboración BICEP2.

Los resultados revolucionarios proceden de las observaciones efectuadas por el telescopio BICEP2 del fondo cósmico de microondas, el débil resplandor que dejó el Big Bang. Pequeñas fluctuaciones en este resplandor proporcionan pistas sobre las condiciones del universo temprano. Por ejemplo, las pequeñas diferencias en la temperatura a través del mapa del cielo muestran qué partes del universo eran más densas y, finalmente, se podían condensar en galaxias y cúmulos galácticos.

Dado que el fondo cósmico de microondas es una forma de luz, exhibe todas las propiedades de esta, incluida la polarización. Igual que en la Tierra la luz solar es dispersada por la atmósfera y se polariza, en el espacio el fondo cósmico de microondas fue dispersado por los átomos y los electrones, y se polarizó también.

"Nuestro equipo cazó un tipo especial de polarización llamada 'modo B', lo que representa un patrón ondulado o ‘rizo’ en las orientaciones de polarización de la luz antigua", explica el también responsable del grupo, Jamie Bock, de la institución Caltech-JPL.

Las ondas gravitacionales comprimen el espacio a medida que viajan y esta compresión produce un patrón distinto en el fondo cósmico de microondas. Estas ondas tienen una ‘lateralidad’, al igual que las ondas de luz, y pueden presentar polarizaciones diestras y zurdas.

"El patrón de modo B es una firma única de las ondas gravitacionales debido a su lateralidad. Esta es la primera imagen directa de ondas gravitacionales en el cielo primordial", dice otro colíder, Chao -Lin Kuo, de Stanford-SLAC.

El equipo examinó las escalas espaciales en el cielo abarcando aproximadamente de uno a cinco grados (dos a diez veces el ancho de la Luna llena). Para hacer esto, viajaron al Polo Sur para aprovechar su aire frío y seco y estable.

"El Polo Sur es el más cercano desde donde se puede llegar al espacio y aun así estar en el suelo", comenta Kovac. "Es uno de los lugares más secos y más claros en la Tierra, por lo que es ideal para la observación de las microondas débiles del Big Bang"
os científicos se sorprendieron al detectar una señal de polarización modo B considerablemente más fuerte que la que muchos cosmólogos esperaban. El equipo analizó sus datos durante más de tres años para descartar cualquier error. También descartaron que la presencia de polvo en nuestra galaxia pudiera haber producido el patrón observado, algo “altamente improbable”.

"Ha sido como buscar una aguja en un pajar, pero en su lugar nos hemos encontrado con una barra de hierro", bromea el investigador de la Universidad de Minnesota Clem Pryke, otro de los coordinadores del trabajo.

El teórico Avi Loeb de Harvard valora el descubrimiento: "Este trabajo ofrece nuevas pistas sobre algunas de nuestras preguntas más básicas: ¿Por qué existimos? ¿Cómo empezó el universo? Estos resultados no solo son una ‘pistola humeante’ para la inflación, sino que también nos dicen que la inflación tuvo lugar y lo poderoso que fue el proceso".

Desde el anuncio de esta noticia, físicos de todo el mundo están deseando que los resultados, que aún no han sido publicados en una revista científica, se confirmen en observaciones independientes. (Fuente: SINC)

Indagando sobre la financiación del escepticismo climático

Aunque la inmensa mayoría de la comunidad científica está de acuerdo en que se está registrando un cambio climático global, y que dicho cambio es antropogénico, o sea provocado por actividades humanas, existe una minoría, apoyada por ciertos sectores económicos y políticos, que ha venido sosteniendo que dicho cambio no existe o que sí existe pero es de origen esencialmente natural.

Los escépticos del cambio climático cuentan con un respaldo económico sobre cuya procedencia se ha indagado en un nuevo estudio, realizado por Robert J. Brulle, profesor de sociología y ciencia medioambiental en la Universidad Drexel de Filadelfia, Estados Unidos, y cuyos resultados se han publicado en la revista académica Climatic Change, una de las revistas de su tipo más destacadas del mundo y editada por Springer, la conocida editorial alemana especializada en temas científicos y fundada en 1842.

El nuevo estudio saca a la luz algunos de los entresijos organizativos y de financiación que hay detrás del potente movimiento escéptico centrado ahora en negar que la causa principal del cambio climático sea antropogénica, y constituye a su vez el primer análisis exhaustivo que se hace sobre las fuentes de financiamiento del movimiento escéptico climático y que se publica en una revista técnica cuyos artículos son revisados colegiadamente por expertos (peer-review o revisión por pares).

Haciendo un análisis de la estructura financiera de las organizaciones que conforman el núcleo del movimiento escéptico orientado a combatir la idea de que las actividades humanas son la principal causa del cambio climático global, Brulle ha comprobado que, aunque los financiadores identificados que aportan fondos en mayor cuantía y con mayor constancia al escepticismo climático, son una serie de organizaciones bien conocidas con ideología política de derechas, la mayoría de las donaciones son "dark money" o "dinero oscuro", es decir financiación opaca, nada transparente.

Los datos con los que se ha trabajado en este estudio también indican que las compañías Koch Industries y ExxonMobil, dos de las mayores patrocinadoras del escepticismo climático, dejaron recientemente de hacer públicamente donaciones a las organizaciones escépticas. Coincidiendo con la reducción de la financiación con origen identificable, los fondos entregados a estas entidades y organizaciones del movimiento escéptico climático a través de fundaciones que actúan como intermediarias, como por ejemplo Donors Trust y Donors Capital, cuyos financiadores originales no pueden ser identificados, se ha elevado de manera espectacular.

Al escepticismo climático se le considera desde ciertos sectores un movimiento que dispone de abundantes fondos y recursos para minar ante la opinión pública la credibilidad de la ciencia del cambio climático y bloquear las acciones gubernamentales encaminadas a reducir las emisiones de gases con efecto invernadero. En este movimiento están involucradas numerosas organizaciones, entre las que figuran asociaciones de comercio, comités asesores, grupos de presión y fundaciones con ideología política conservadora, afines a medios de comunicación y a políticos de esa misma ideología.

"El movimiento escéptico climático ha tenido un impacto real y concreto en el fracaso del mundo para actuar debidamente en materia de cambio climático", comenta Brulle. "Como una obra teatral en Broadway, el movimiento escéptico climático tiene a estrellas bajo los focos, a menudo políticos conservadores, o científicos destacados que trabajan a contracorriente, pero tras estas estrellas hay toda una infraestructura de directores, guionistas y productores, en forma de fundaciones con ideología política conservadora. Si se desea entender lo que está alimentando a este movimiento, hay que mirar lo que ocurre entre bastidores".

Para desvelar cómo surgió y es mantenido el escepticismo climático, Brulle confeccionó un listado de 118 organizaciones destacadas, con sede en Estados Unidos, que rechazan la idea de que estamos viviendo un cambio climático antropogénico, y analizó datos sobre los donativos realizados a cada organización.

Los datos disponibles muestran que 140 fundaciones realizaron 5.299 donativos a 91 organizaciones escépticas, con un monto total de dinero que asciende a 558 millones de dólares entre los años 2003 y 2010. La información disponible muestra que estas 91 organizaciones tienen unos ingresos económicos anuales de unos 900 millones de dólares, con un promedio anual de 64 millones de dólares en apoyo económico desde entidades identificables. Como la mayoría de las organizaciones trabajan también en otros ámbitos además del medioambiental, no todos los ingresos fueron dedicados a pagar actividades para minar la credibilidad pública del cambio climático antropogénico, tal como admite Brulle.

Entre los principales hallazgos que Brulle expone en su estudio, figuran los siguientes:

Los mayores y más sistemáticos patrocinadores de las organizaciones que niegan que el cambio climático se deba principalmente a las actividades humanas son varias fundaciones conservadoras muy conocidas, como la Searle Freedom Trust, la John William Pope Foundation, la Howard Charitable Foundation y la Sarah Scaife Foundation.

Koch y ExxonMobil se han retirado de las actividades públicas de financiación a las organizaciones escépticas, al no hacer más donativos, o al menos no donativos que puedan ser rastreados. Del 2003 al 2007, Koch Affiliated Foundations y ExxonMobil Foundation estuvieron muy implicadas en el financiamiento de las organizaciones del escepticismo climático. Pero desde 2008 ya no hacen contribuciones, o por lo menos no son contribuciones públicamente identificables.

Ahora buena parte del financiamiento fluye a través de fuentes imposibles de rastrear. Coincidiendo con el declive de los fondos identificables, el monto del financiamiento otorgado a las organizaciones escépticas por el Donors Trust ha subido de manera espectacular. El Donors Trust es una fundación que permite hacer donativos sin que se revele públicamente la identidad de la persona o entidad que los hace.

A pesar de la extensa recopilación de datos hecha por Brulle y de su intensivo análisis de esta información, sólo se puede determinar la procedencia, a partir de registros públicos, de una fracción de los centenares de millones de dólares en contribuciones entregadas a las organizaciones escépticas. Aproximadamente el 75 por ciento de los ingresos de estas organizaciones provienen de fuentes no identificables.

Brulle argumenta que la raíz del problema es que el dinero amplifica ciertas voces sobre otras, como un megáfono en una calle concurrida. Brulle denuncia que el dinero de una minoría económicamente poderosa es lo que sustenta la campaña para negar los resultados científicos sobre el calentamiento global y crear dudas en el público sobre las raíces del problema y sobre lo que debe hacerse con las emisiones de gases de efecto invernadero, emisiones que, en sus palabras, constituyen una gran amenaza global. Dicho de otro modo, los negacionistas del cambio climático antropogénico estarían, según esto, beneficiando a poderosos intereses económicos en detrimento de la inmensa mayoría de la humanidad. Brulle también argumenta que, como mínimo, el pueblo merece saber quién está detrás de esas maniobras.

Brulle ha escrito numerosos artículos, así como capítulos de libros, en materia de ciencia medioambiental, y es un comentarista de los medios de comunicación que aparece en público frecuentemente hablando sobre el cambio climático. Antes, trabajó como oficial en la Guardia Costera de Estados Unidos durante dos décadas. Brulle ha recibido sus diversas titulaciones académicas de instituciones como por ejemplo la Academia de la Guardia Costera de Estados Unidos, la Universidad George Washington y la Universidad de Michigan.

Los quarks se mueven al otro lado del espejo

Miembros de una colaboración científica del Jefferson Lab de EE UU han medido una propiedad intrínseca de los quarks con una precisión cinco veces superior a la conseguida hasta ahora, hace casi 40 años.

Se trata de un raro caso de ruptura de la simetría del espejo, lo que los científicos denominan violación CP o violación de la paridad, cuando se realiza un experimento de dispersión electrón-quark. Los detalles técnicos se publican en la revista Nature.

El resultado se ajusta a lo que predice el modelo estándar de la física, una teoría que describe las partículas subatómicas y sus interacciones, salvo la gravedad; y confirma una propiedad concreta: la simetría especular de quarks.

Hall A del Jefferson Lab, donde se ha desarrollado el experimento de dispersión electrón-quark. (Foto: U.S. Government Work)

En principio las características de un objeto se mantienen aunque se voltee como si fuera su imagen en el espejo. En el caso de los quarks, tres de las cuatro fuerzas que intervienen en sus interacciones –la gravedad, el electromagnetismo y la nuclear fuerte– presentan esta simetría especular; pero la cuarta, la fuerza débil, no.

Esto significa que las características intrínsecas que determinan cómo interactúan los quarks a través de la fuerza débil –los acoplamientos débiles– son diferentes de la carga eléctrica de la fuerza electromagnética, la carga de ‘color’ de la fuerza fuerte o la masa de la gravedad.

Los investigadores han registrado la ruptura de la simetría especular de quarks a través de un proceso de dispersión inelástica profunda, una forma de analizar el interior de los protones y neutrones mediante electrones. Para ello se envió un haz de 6,067 GeV de electrones hacia núcleos de deuterio (isotopo del hidrógeno con un neutrón y un protón).

"En una dispersión inelástica profunda, el impulso realizado por el electrón va dentro del nucleón (protón o neutrón) y lo rompe", explica Xiaochao Zheng , profesor en la Universidad de Virginia y portavoz de la colaboración científica.

Para producir el efecto de visualización de los quarks a través de un espejo, la mitad de los electrones enviados se programaron para girar en su trayecto hacia la derecha (diestros) y la otra mitad hacia la izquierda (zurdos).

Durante dos meses unos 170.000 millones de electrones interactuaron con los quarks a través tanto de la fuerza débil como la electromagnética y los datos se registraron de forma independiente en dos espectrómetros de alta resolución.

El equipo encontró una asimetría o diferencia en el número de electrones que interactuaban con el objetivo, según se los hiciera girar en una dirección u otra. La fuerza débil entre el electrón y los quarks está detrás del fenómeno.

La fuerza débil experimentada por quarks tiene dos componentes. Uno es análogo a la carga eléctrica y se ha medido bien en experimentos anteriores, pero el otro está relacionado con el spin o giro del quark y se ha aislado por primera vez en el experimento del Jefferson Lab.

En concreto, los resultados conducen a una combinación de acoplamiento débil electrón- quark formulada como  2C2u - C2d (donde u son los quarks up o arriba y d los down o abajo), que es cinco veces más precisa que la determinada con anterioridad.

Este acoplamiento particular describe cuanto de la ruptura en la simetría especular en las interacciones electrón-quark se origina por las preferencias de giro de los quarks durante la interacción débil. El último experimento que registró esto se desarrolló en el actual SLAC National Accelerator Laboratory (EE UU) hace más de 70 años.

El nuevo resultado es el primero que muestra que esta combinación no es cero, según lo predicho por el modelo estándar, pero también establece nuevos límites para ir más allá. Estos datos complementan, y en ciertos aspectos superan, a los que ofrecen los colisionadores de partículas, como el LHC del CERN. (Fuente: SINC/Nature)

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El universo tras la misión Planck, en el Congreso Estatal de Astronomía

Mucha expectación están despertando algunas de las conferencias anunciadas para el XXI Congreso Estatal de Astronomía en el Parque de las Ciencias de Granada, España. Una de ellas es la que impartirá el 3 de mayo Eduardo Battaner, acerca de cómo es realmente el universo a la luz de los descubrimientos hechos por el telescopio espacial Planck de la Agencia Espacial Europea. Esta misión ha servido para actualizar los valores de los parámetros que definen nuestro universo, entre ellos, los tantos por ciento de materia oscura, energía oscura y materia bariónica, así como la curvatura del universo, y el nuevo valor de la constante de Hubble, que es más bajo de lo que se creía. 

La misión Planck también ha obtenido interesantes conclusiones sobre etapas más recientes del universo, especialmente en lo que respecta a los cúmulos de galaxias denominados de Sunyaev-Zeldovich y el efecto de lente gravitacional en el Fondo Cósmico de Microondas (CMB).

En bastantes aspectos, la misión Planck marca pues un antes y un después en la cosmología.

Eduardo Battaner es catedrático de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de Granada, contando con una dilatada carrera como investigador y docente, que ha simultaneado con una prolífica labor como escritor, de la que podemos destacar libros como "Fluidos Cósmicos", "Física de las noches estrelladas" o "El astrónomo y el templario", entre otros. De su actividad como científico de la misión Planck, cabe destacar su trabajo como Coordinador del proyecto "Constraints on primordial magnetic fields". Su trayectoria profesional le ha situado en primera línea de la actividad científica, con su labor como miembro de la Comisión Nacional de Astronomía (siendo representante de Cosmología), como Coordinador de Astrofísica del Instituto Carlos I de Física Teórica y Computacional, y como Miembro de la Academia de Ciencias Matemáticas, Físico-Químicas y Naturales de Granada. Ha sido galardonado con el Premio de la Real Sociedad Española de Física a la Docencia Universitaria de Física, y con el Premio de la Universidad de Granada a la excelencia docente.

El XXI Congreso Estatal de Astronomía, a celebrarse del 1 al 4 de mayo de 2014, está organizado por la Red Andaluza de Astronomía (RAdA) y cuenta con la colaboración de Amazings entre otros. Se trata de una cita del máximo interés para toda persona apasionada por la astronomía y las ciencias espaciales en general, y constituye asimismo un escaparate de gran prestigio para que los expertos que trabajan en el sector presenten sus resultados científicos y sus proyectos.

La cuota reducida de inscripción para asistir al congreso es de tan solo 55 euros, y se consigue inscribiéndose como muy tarde el 4 de marzo de 2014. La cuota normal de inscripción es de 70 euros, solo un poco más alta, y además se puede formalizar hasta el 4 de abril de 2014. También existe una cuota de acompañante, de tan solo 30 euros, que permite al acceso a algunas de las actividades, incluyendo las visitas turísticas, y que se puede formalizar hasta el 4 de abril de 2014.

Como oferta especial, la inscripción al XXI Congreso Estatal de Astronomía incluye, sin costo adicional, la inscripción en las I Jornadas de Turismo Astronómico que se celebraran los días 28, 29 y 30 de abril de 2014 en el Parque de las Ciencias de Granada.

Más información sobre el congreso:

http://www.xxicea.com

Y también en Facebook así como en Twitter @CE_Astronomia

Los agujeros negros liberan más energía de lo que se pensaba

Imagen compuesta de la galaxia espiral M83. Cerca del centro luminoso se encuentra el microcuasar MQ1 con el agujero negro. (Foto: NASA, ESA, the Hubble Heritage Team (STScI/AURA))

La acreción o acumulación de masa en los agujeros negros libera hacia sus galaxias anfitrionas gran cantidad de energía, de hecho más de lo que pensaban los científicos hasta ahora. Así lo sugiere el estudio que esta semana publica en Science un grupo de investigadores internacional liderado desde el centro ICRAR de Australia.

En concreto destacan los aportes de la energía mecánica (que aquí coincide con la cinética porque no hay potencial) de los vientos y chorros o jets de materia que se generan en torno a los agujeros negros.

“Los jets –que se cree son lanzados por líneas de campo magnético– son rápidos, estrechos y no llevan mucha masa, pero tienen una gran cantidad de energía cinética”, explica a SINC Roberto Soria, investigador del ICRAR y coautor del trabajo.



“Por su parte los vientos, que se producen generalmente por la presión de la radiación, se extienden en un ángulo más amplio, son más lentos y pueden mover una gran cantidad de masa”, añade el científico, quien reconoce que es casi imposible discernir en objetos tan lejanos cuánta energía está contenida en el viento y cuánta en el chorro.

Para destacar la importancia de la energía mecánica los investigadores han contado con la ayuda de fórmulas físicas –en concreto el denominado límite de Eddington, que establece unos máximos para otra energía, la radiante– aplicadas al objeto que les ha servido de referencia: un agujero negro asociado a un microcuasar de la galaxia M83, al que han observado durante más de un año.

Por fin hemos encontrado un energético microcuasar (llamado MQ1) donde vemos un pequeño agujero negro –su masa es inferior a 100 veces la del Sol– que nos simplifica muchos las cosas”, dice Soria. “Ya no tenemos que invocar más a agujeros negros inusualmente masivos para explicar los datos, pues demostramos que incluso uno pequeño puede ser muy energético”.

La energía cinética que fluye del agujero negro analizado fue más alta que lo que estable el límite de Eddington. Esto sugiere que estos objetos pueden emitir mucha energía mecánica o cinética durante bastante tiempo, aportando más a su entorno de lo que cabría esperar en base sólo a su energía radiante.

El hallazgo ayudará a los científicos a modelar mejor los cambios que se producen en los agujeros negros a lo largo del tiempo, así como a entender mejor cómo afectan a las galaxias donde crecen. (Fuente: SINC)