Ciencia Kanija

Están pasando cosas extrañas a nuestros exploradores espaciales robóticos. También conocido como el “efecto Pioneer” (la inexplicable y súbita alteración de las trayectorias de la Pioneer 10 y Pioneer 11 medidas conformen continúan su camino en el Sistema Solar exterior), se están viendo anomalías similares en los vuelos de las sondas espaciales modernas. Los sobrevuelos de la Tierra de Galileo, Rosetta, NEAR y Cassini han experimentado un súbito aumento en la velocidad. Tras eliminar todo el resto de posibles explicaciones, incluyendo filtraciones de combustible y errores en la medida de la velocidad, un nuevo estudio sugiere que la respuesta puede estar en una estrambótica característica de la física universal …

Los sobrevuelos planetarios son una ayuda esencial para que las misiones planetarias ganen energía conforme aceleran en su alegre camino a su destino. La ayuda de la gravedad está calculada con precisión por los científicos de la misión por lo que la hora de llegada puede ser calculada con una precisión al minuto. Considerando que la mayoría de misiones espaciales necesitan años para completarse, este grado de precisión es sorprendente, pero esencial.

Por tanto, cuando Galileo completó su paso de ayuda gravitatoria sobre la Tierra el 8 de diciembre de 1990, para acelerar en su camino hacia Júpiter, puedes imaginar la sorpresa de la NASA cuando encontró que Galileo había acelerado de pronto, y sin razón aparente. Esta pequeña aceleración era minúscula, pero gracias al uso de la Red de Espacio Profundo, se pudieron hacer medidas extremadamente precisas de la velocidad de la nave. Galileo había acelerado 3,9 mm/s.

Este no es un caso aislado. Durante los sobrevuelos de las sondas espaciales NEAR, Cassini-Huygens y Rosetta, todas experimentaron empujes inexplicados de 13 mm/s, 0,11 mm/s y 2 mm/s respectivamente. Una vez descartados los errores observacionales, presión de radiación, inestabilidades magnéticas y aumento de carga eléctrica, comenzaron a centrarse en explicaciones más exóticas.

Un reciente estudio de Magic McCulloch sugiere que la “radiación Unruh” puede ser el culpable. El efecto Unruh, resumiendo, sugiere que los cuerpos que aceleran sufren un tipo de radiación electromagnética. En aceleraciones muy bajas, la longitud de onda emitida sería tan larga que una longitud de onda completa sería mayor que las dimensiones del universo (conocido también como la Distancia de Hubble). Las bajas aceleraciones generarían, por tanto, ondas que no tienen efecto sobre el cuerpo. Sin embargo el cuerpo en aceleración (por ejemplo Galileo siendo acelerado por la gravedad de la Tierra durante el sobrevuelo de 1990) lentamente superaría un umbral de aceleración, la radiación Unruh decrementaría la longitud de onda (menor que la Distancia de Hubble), provocando un diminuto, pero medible “impulso” a este incremento de la velocidad.

Aunque compleja, esta teoría es muy interesante y demuestra que aunque podemos calcular la llegada de las sondas espaciales al minuto, el universo continuará arrojando temas que nos dejen perplejos durante un largo tiempo.

Artículo original en Arxiv

Un grupo de físicos y astrónomos de la Universidad de Sussex y el Imperial College de Londres han descubierto pistas que podrían ser cuerdas cósmicas – líneas de pura masa-energía – extendiéndose por todo el universo.

Las cuerdas cósmicas están predichas por las teorías físicas de alta energía, incluyendo la Teoría de Supercuerdas. Está basada en la idea de que las partículas no son sólo pequeños puntos, sino diminutos trozos de cuerdas vibrantes. Las cuerdas cósmicas se predice que tengan extraordinarias cantidades de masa – tal vez tanta como la masa del Sol – empaquetada en cada metro de un tubo cuya anchura es menor de una mil millonésima de una mil millonésima de átomo.

El investigador principal, el Dr. Mark Hindmarsh, Profesor de Física en la Universidad de Sussex, dijo: “Este es un resultado excitante para los físicos. Las cuerdas cósmicas son reliquias de los mismos inicios del universo y señales que ayudarían a construir una teoría de todas las fuerzas y partículas”.

Su equillo recopiló datos de la Sonda de Anisotropía de Microondas Wilkinson de la NASA (WMAP), la cual es un satélite que actualmente está cartografiando la intensidad de las microondas cósmicas en todas direcciones, y compara cuidadosamente las predicciones de lo que debería verse con y sin cuerdas.

El Dr. Hindmarsh dijo: “Aún no podemos ver esas cuerdas directamente. Están a muchos miles de millones de años luz de distancia. Sólo podemos buscar pruebas indirectas de su existencia a través de medidas de precisión del fondo de microondas cósmico, de rayos cósmicos, radiación gravitatoria, y buscar imágenes dobles de quásares distantes”.

Las cuatro personas del equipo son miembros de COSMOS, el consorcio de supercomputación cosmológica líder en el mundo del Reino Unido encabezado por Stephen Hawking. Usando un supercomputador de Silicon Graphics hacen predicciones de cómo las cuerdas afectarían al Fondo de Microondas Cósmico, reliquias de ondas de radio emitidas por el Big Bang que llenan el universo. Resultó que la mejor explicación para el patrón de esta radiación era una teoría que incluye las cuerdas.

El Dr. Hindmarsh dijo que se requieren mejores datos antes de que la existencia de las cuerdas cósmicas pueda confirmarse. Espera que estos datos sean generados por la misión Satélite Planck de la Agencia Espacial Europea prevista para su lanzamiento este año.

Los resultados se publicaron en Physical Review Letters del 18 de enero de 2008.

Las naves espaciales podrían pronto aprovechar los sofisticados algoritmos matemáticos que simulan la evolución para encontrar las mejores rutas hacia planetas y cometas lejanos.

Ingenieros de la Universidad de Missouri han dado con una aproximación matemática llamada “evolución diferencial” que trabaja de forma rápida y eficiente para marcar el mejor camino para misiones robóticas del espacio profundo.

“Esto ayuda a imaginar la trayectoria, el tamaño de la nave, el combustible necesario, qué tipo de vehículos de lanzamiento se necesitan… todas las respuestas que necesitas antes de entrar en los detalles de la misión”, dijo Craig Kluever, ingeniero aeroespacial en la Universidad de Missouri (MU).

El algoritmo matemático trata las posibles soluciones como individuos de una población, eligiendo unos pocos cada vez para “mutarlos” e intercambiar rasgos, comprobando más tarde los mutantes con los resultados previos. Las mejores soluciones ganan y sobreviven a la siguiente generación, donde el proceso puede repetirse una vez tras otra.

Aplicar esta aproximación al cálculo de trayectorias espaciales “no es nuevo, pero está de moda”, dijo Aaron Olds, antiguo estudiante graduado de la MU que trabajó junto a Kluever. La Agencia Espacial Europea (ESA) patrocinó dos estudios que comparaban la evolución diferencial con otro métodos — un estudio estimó la evolución diferencial como el mejor, mientras que el otro estudio encontró su rendimiento sólo en la media.

Esta contradicción en el éxito surgió debido a que los investigadores de la ESA usaron distintos números en el tamaño de la población, razones de mutación y la probabilidad de rasgos cruzados entre las soluciones. Kluever y Olds fijaron los mejores números para el cálculo de trayectorias espaciales.

Ellos afinaron el algoritmo probándolo en un software contra cuatro escenarios de misiones espaciales — incluyendo la compleja misión Cassini a Saturno de 1997 que implicaba pasadas por la Tierra, Venus y Júpiter, así como maniobras en el espacio profundo.

“Los resultados para Cassini era realmente muy cercanos a lo que realmente está llevando a cabo”, apuntó Kluever. “Una gran cantidad de eventos temporales y sobrevuelos encajaban el mismo día o erraban por apenas un día”.

Muchas de las mejores soluciones para Cassini no tuvieron lugar con precisión durante la misión debido a las restricciones del mundo real. Por ejemplo, una corrección del curso prevista podría haberse retrasado debido a que el control de la misión tuvo problemas con la comunicación con la nave Cassini.

Tales restricciones en el mundo real desempeñarán un papel clave en cualquier misión real, pero el algoritmo de evolución diferencial simplemente las ignora. Kluever y Olds creen que la aproximación puede ayudar mejor a los planificadores de la misión que se enfrenten al diseño de misiones futuras a objetivos distantes en el Sistema Solar.

Olds señaló a recientes “misiones que requieren más cálculo computacional”, como la misión internacional Rosetta que seguirá a un comenta y colocará un aterrizador en su superficie en 2014. La compleja trayectoria de Rosetta ya ha incluido dos pasadas por la Tierra y una por Marte, con una última pasada por la Tierra planeada para 2009 antes de que la nave se dirija hacia su destino final.

La aproximación de la evolución diferencial podría también aplicarse a misiones fturas como las misiones tripuladas a Marte, la cual Kluever y Olds usaron como escenario para ajustar el algoritmo.

Los actuales planificadores de misiones usan una variedad de herramientas, incluyendo una aproximación de “diseño dirigido” donde analistas expertos hacen su mejor suposición para las trayectorias de la nave antes de realizar los cálculos, dijo Olds. Él y Kluever esperan que las agencias espaciales continúen mirando la evolución diferencial.

“Creo que serían bueno que la NASA lo pusiera en su caja de herramientas”, dijo Kluever. “No es un reemplazo, sino una forma de observar el problema desde un ángulo distinto”.

La búsqueda más antigua de señales de radio procedentes de civilizaciones extraterrestres está recibiendo un estallido de nuevos datos debido a una actualización del telescopio de Arecibo, lo que significa que el proyecto SETI@home necesita más ordenadores de sobremesa para ayudar a analizar los datos.

Desde que SETI@home se lanzó hace ocho años, el proyecto de la Universidad de California, en el Laboratorio de Ciencias del Espacio de Berkeley ha registrado a más de 5 millones de voluntarios interesados y conforma la mayor comunidad de usuarios dedicados a cualquier proyecto de computación a través de Internet: 170 000 aficionados en 320 000 ordenadores.

Ahora, receptores nuevos más sensibles en el mayor radiotelescopio del mundo en Arecibo, Puerto Rico, y una mejor cobertura de frecuencias están generando 500 veces más datos que anteriormente. El software de SETI@home ha sido actualizado para tratar con estos nuevos datos por lo que la búsqueda de inteligencia extraterrestre (SETI) entra en una nueva era y ofrece una nueva oportunidad para aquellos que quieran ayudar a encontrar otras civilizaciones en el universo.

“La siguiente generación de SETI@home es 500 veces más potente que cualquier otra hecha antes”, dijo el jefe científico del proyecto Dan Werthimer. “Esto significa que es 500 veces más probable que encontremos una señal ET que con el SETI@home original”.

De acuerdo con el científico del proyecto Eric Korpela, las nuevas cantidades de datos son aproximadamente de 300 gigabytes por día, o 100 terabytes (100 000 gigabytes) por año, aproximadamente la cantidad de datos almacenados en la Biblioteca del Congreso de los Estados Unidos. “Por esto es por lo que necesitamos todos los voluntarios”, dijo. “Todo el mundo tiene una oportunidad de ser parte del mayor proyecto científico de participación pública en la historia”.

El plato de Arecibo de 305 metros de diámetro, que llena un valle de Puerto Rico, es parte del Centro Nacional de Ionosfera y Astronomía operado por la Universidad de Cornell con fondos de la Fundación Nacional de Ciencia. Desde 1992, Werthimer y su equipo han llevado a cabo observaciones de radioastronomía en Arecibo para registrar señales del espacio y analizarlos buscando patrones que pudiesen indicar que fueron transmitidas por una civilización inteligente.

Cuando los datos recibidos superaron su capacidad de analizarlos, los científicos concibieron un proyecto de computación distribuida para aprovechar muchos ordenadores usándolos como un único supercomputador para realizar el análisis. Desde que se inició SETI@home, han surgido otros proyectos de computación distribuida, desde folding@home para predecir el entrelazado tridimensional de una proteína al recientemente lanzado cosmology@home para modelar posibles universos. La mayoría trabajan bajo una plataforma llamada BOINC (Berkeley Open Infrastructure for Network Computing o Infraestructura Abierta de Berkeley para Computación en Red), la cual fue desarrollada por el director de SETI@home David Anderson de forma que puedan compartir recursos distintos proyectos.

“Actualmente hay 42 proyectos en BOINC, y, hasta ahora, ha habido suficiente poder de cálculo”, dijo Werthimer.

Lo que disparó el nuevo flujo de datos fue la suma de siete nuevos receptores en Arecibo, lo cual ahora permite al telescopio registrar señales de radio de siete regiones del cielo de forma simultánea en lugar de sólo una. Con una sensibilidad mejorada y la capacidad de detectar la polarización de las señales de radio, además de 40 veces más cobertura de frecuencias, Arecibo está listo para explorar el cielo en busca de nuevas fuentes de radio.

Estas mejoras también preparan al telescopio para una búsqueda mejorada de señales inteligentes desde el espacio.

“Los receptores múltiples nos ayudan a eliminar mejor la interferencia y nos hace menos susceptibles a pensar que las cosas terrestres son extraterrestres”, dijo Werthimer.

Werthimer apunta que, a pesar del hecho de que la UC Berkeley ha estado analizando señales de radio del espacio desde 1978 en varios telescopios, aún no se han encontrado señales inequívocas de una civilización inteligente.

“Los habitantes de la Tierra apenas estamos empezando a observar las frecuencias del cielo; sólo miramos en las fuentes cósmicamente brillantes, esperando que estemos escaneando los canales de radio adecuados”, dijo. “Las buenas noticias son que estamos entrando en una era en la que seremos capaces de escanear miles de millones de canales. Arecibo ahora está optimizado para este tipo de búsqueda, por lo que si hay otras señales ahí fuera, nosotros o nuestros voluntarios las encontrarán”.

Astrónomos que estudian una galaxia cercana han dado con un nuevo tipo de raro sistema estelar – uno que contiene un agujero negro que de pronto comienza a brillar intensamente en rayos-X.

Fuentes de rayox-X que aparecen y desaparecen en la cercana galaxia de Centauro A. Astrónomos de la Universidad Estatal de Ohio y sus colegas detectaron una nueva fuente de rayos-X usando el Observatorio de Rayos-X Chandra de la NASA en 2007. La nueva fuente – probablemente un sistema estelar binario con un agujero negro – aparece en el centro de la imagen. Animación de Gregory Sivakoff, cortesía de la Universidad Estatal de Ohio.

Aunque este tipo de sistema estelar se supone que es extraño, es el segundo descubierto en esta galaxia, conocida como Centauro A.

El descubrimiento sugiere que los astrónomos tienen que aprender más sobre la vida y muerte de las estrellas masivas en las galaxias como la nuestra.

Normalmente cuando los astrónomos estudian Centauro A, son los gigantescos chorros de rayos-X que emanan del corazón de la galaxia los que se quedan con el protagonismo, explicó Gregory Sivakoff, investigador de post-doctorado en astronomía en la Universidad Estatal de Ohio. Los chorros se extienden desde la galaxia hasta 13 000 años luz en distintas direcciones.

Pero cuando su equipo estudió Centauro A con el Observatorio de Rayos-X Chandra de la NASA en marzo de 2007, vieron una nueva fuente de rayos-X – mucho menor que los chorros de rayos-X, pero aún así brillando con fuerza. La fuente no estaba allí durante la última investigación de la galaxia en 2003, pero brilló durante la época de las nuevas observaciones, desde marzo a mayo de 2007.

Dado que no había sido observada con anterioridad, los astrónomos clasificaron el objeto como una fuente de rayos-X “transitoria”, lo que significa que el objeto había estado allí desde antes de 2007, pero sólo recientemente había brillando con la fuerza suficiente para percibirlo.

Sivakoff discutió los resultados en una rueda de prensa el 9 de enero de 2008 en la reunión de la Sociedad Astronómica Americana en Austin, Texas.

El nuevo objeto brillante, apodado CXOU J132518.2-430304, es muy posiblemente un sistema binario estelar, concluyeron los investigadores. Las dos estrellas probablemente se formaron al mismo tiempo, siendo una mucho más masiva que otra. La estrella más masiva evolucionó más rápidamente, y colapsó para formar un agujero negro. Ahora está devorando lentamente a su compañera. Tal sistema binario se piensa que es extremadamente raro.

Pero este es el segundo sistema binario de rayos-X transitorio descubierto en Centauro A – y ese es el problema, dijo Sivakoff.

“Cuando observamos otras galaxias como Centauro A, no vemos estas brillantes binarias de rayos-X transitorias”, dijo. “Pero ahora hemos encontrado dos de tales objetos en Centauro A, y las implicaciones son que puede que no comprendamos estos objetos tan bien como creíamos”.

“Por lo que por ahora, nuestro descubrimiento apunta realmente a un misterio más que a una solución”.

Dado que Centauro A está cerca de nuestra galaxia, los astrónomos han esperado durante mucho tiempo usarlo como una piedra de Rosetta para estudiar otras galaxias con agujeros negros.

Cuando los astrónomos unan las piezas para llegar a una explicación sobre la existencia de este sistema binario recientemente descubierto, posiblemente lograrán una comprensión mejor de cómo se forman los agujeros negros a partir de las estrellas masivas y cómo evolucionan los sistemas binarios.

“Estos sistemas binarios son señales de que las estrellas masivas existieron alguna vez en galaxias como Centauro A. Para comprender las estrellas masivas, primero debemos saber cómo leer las señales”, dijo.

Sivakoff y Ralph Kraft del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsoniano lideraron el estudio; sus colaboradores fueron del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, las Universidades Asociadas de Oak Ridge, la Universidad de Hertfordshire, la Universidad de Virginia, la Universidad de Bristol, la Universidad McMaster y la Universidad de Birmingham.

Esta investigación fue patrocinada por la NASA.

Se ha descubierto un cuarteto de estrellas en una íntima danza cósmica girando unas alrededor de otras en un a región aproximadamente igual a la órbita de Júpiter alrededor del Sol.

Los astrónomos dicen que el disco gaseoso podría en una época haberse tragado y empujado a las estrellas a estas apretadas órbitas.

Visión artística del disco gaseoso que pudo en un momento haber tragado y llevado al sistema cuádruple estelar hacia su inusualmente pequeña órbita. Crédito: Karen Teramura, Instituto de Astronomía, Universidad de Hawai

Aunque brillante, el sistema estelar se pensaba que era una estrella única llamada BD -22°5866. Ahora, una investigación presentada en la reunión de la Sociedad Astronómica Americana revela que la luz señalada es un raro sistema de cuatro estrellas orbitando muy juntas. El grupo está localizado a aproximadamente 166 años luz del Sol. En nuestro cielo se pueden ver al sur de la constelación de Acuario.

Cada una de estas estrellas tiene aproximadamente la mitad de la masa del Sol y una antigüedad de 500 millones de años. El Sol, por el contrario, tiene 4500 millones de años.

Dado que la mayoría de estrellas forman parte de un sistema estelar múltiple, los nuevos hallazgos podrían tener implicaciones para la comprensión de la evolución de las estrellas.

Evgenya Shkolnik del Instituto de Astronomía de la Universidad de Hawai y del Instituto de Astrobiología de la NASA y sus colegas apuntaron hacia el cuarteto mientras estudiaban cientos de estrellas cercanas de masa baja con el Telescopio Keck I y el Telescopio de Canadá-Francia-Hawai, ambos en la cumbre del Mauna Kea.

En el momento de esas observaciones, dos de las estrellas se orbitaban entre sí a 483 000 kilómetros por hora, llevándoles cinco días completar una órbita. El otro par tiene una velocidad orbital de 193 000 kilómetros por hora y necesita 55 días para realizar una órbita completa alrededor del punto gravitatorio común en el espacio.

El primer par tiene un radio orbital máximo de 0,06 unidades astronómicas (UA), donde una UA es la distancia media entre la Tierra y el Sol. El segundo par tiene un radio máximo de 0,26 UA.

Los dos pares también se pasean entre sí en menos de nueve años con un radio máximo de apenas 5,8 UA. Júpiter, en comparación, está a 5,2 UA del Sol.

Los investigadores dicen que menos de cada 2000 estrellas observadas podrían estar implicadas en unos sistemas tan íntimamente ligados.

“Esta extraordinaria configuración del sistema estelar nos dice que pudo haber un único disco gaseoso que las forzara a órbitas tan pequeñas en los primeros 100 000 años de su evolución”, dijo Shkolnik, “dado que las estrellas no podrían haberse formado unas tan cerca de las otras”.

De hecho, la energía de giro del par de giro más rápido, mezclado con la interacción gravitatoria entre los dos pares, ha empujado al otro par más lejos con el paso de los años.

“En un punto anterior de su historia, estuvieron incluso más cerca de lo que las vemos ahora”, dijo Shkolnik a SPACE.com.

La investigación ha sido enviada para su publicación en Astrophysical Journal Letters.

¿Qué pasaría si nuestro universo fuese de hecho una simulación? ¿Un producto de algún procesador de información, creando espacio y tiempo, materia y energía? ¿Qué pasaría si el Big Bang fuese el arranque de toda la simulación, iniciando miles de millones de años de cálculos de espacio y tiempo? ¿Tenemos la posibilidad de entender nuestra conciencia como una subrutina en una máquina de cálculos numéricos avanzados? Un nuevo artículo publicado por el Centro de Matemática Discreta y Ciencias de la Computación Teóricas de la Universidad de Auckland, nos pide tener la mente abierta y sugiere que si observamos la complejidad de las leyes físicas de nuestro universo conocido, muchas de las paradojas pueden explicarse si vemos nuestra realidad física como una realidad virtual.

La realidad virtual ha sido un término usado con frecuencia en las novelas y películas de ciencia-ficción desde principios de los 80 pero el término realidad artificial se remonta hasta los años 70. Películas como Tron (Tron), The Matrix (Matrix) y Lawnmower Man (El Cortador de Césped) se centran en la posibilidad de sumergirse completamente en realidades virtuales. Sin embargo sólo muy recientemente, con el avance en los sistemas de juegos interactivos avanzados y el diseño de mundos virtuales complejos on-line y en ordenadores caseros, podemos experimentar mundos con suficiente detalle para que podamos ser engañados al creer que lo que experimentamos se aproxima a la realidad física. Se han diseñado sistemas adicionales para proporcionar al usuario una retroalimentación del mundo virtual con el que está interactuando (ya sea un temblor en el mando de juego o guantes cableados que dan al usuario el sentido del tacto), mejorando la experiencia más allá de lo puramente visual.

Echando un vistazo a la física de nuestro universo, existen muchas paradojas e incertidumbres. La física cuántica es uno de esos campos destacados en la investigación de Brian Whitworth y está considerado como física “extraña”, dando parte de justificación a que esta teoría podría realmente está inmersa en un mundo de realidad virtual:

“Aunque la teoría de la realidad virtual parezca extraña, también sucede para otras teorías física, por ejemplo la visión de muchos mundos de la física cuántica en la que se propone que cada elección cuántica divide el universo en universos paralelos. [...] Incluso las teorías físicas relativamente de la corriente principal son bastante extrañas”. – The Physical World as a Virtual Reality (El mundo físico como una realidad virtual).

Aunque esta investigación lleva al límite las teorías físicas más extravagantes, no es difícil imaginar que el procesamiento de información avanzada puede ser lo bastante complejo para gobernar la dinámica de todo un universo (si el procesador de información es lo bastante avanzado). Nuestro universo físico, después de todo, está aproximado a través de ecuaciones físicas y razonamientos matemáticos, ¿por qué no puede las leyes de la realidad “física” ser aproximadas mediante realidad “virtual”? Si esto pudiese hacerse, ¿estamos realmente en un mundo virtual?

Artículo en arXiv.org

Los físicos que buscan ondas gravitatorias con el detector LIGO en los Estados Unidos han publicado su primer gran resultado científico. Curiosamente, sin embargo, se basa en no haber detectado ondas gravitatorias en absoluto.

En lugar de abanderar la detección anticipada desde hace mucho de estas diminutas ondulaciones en el espacio-tiempo, el equipo anunció que las ondas gravitatorias no parecen emanar de la fuente de estallidos de rayos-gamma detectadas el año pasado. El equipo de LIGO ha usado esta aparente ausencia de ondas gravitatorias para lograr una mejor visión en los orígenes de los drásticos eventos astrofísicos que producen intensos estallidos de rayos gamma.

Vista aérea del interferómetro LIGO en Hanford, Washington: Una instalación similar está situada en Livingston en Louisiana.(Cortesía: Caltech).

“Desearía que el primer gran anuncio hubiese sido la detección de ondas gravitatorias, pero este no es el principal objetivo de nuestro campo”, dijo Kip Thorne de Caltech a physicsworld.com. Thorne, que es miembro desde hace mucho tiempo del equipo de LIGO también dijo: “Como yo lo veo, el objetivo es abrir la puerta de las ondas gravitatorias al universo de tal forma que podamos explorar estos procesos apenas comprendidos. La no observación de LIGO está en ese espíritu”.

Perturbaciones en el espacio-tiempo

Las ondas gravitatorias predichas por la Teoría de la Relatividad General de Einstein, en la cual la gravedad surge a partir de la curvatura del espacio-tiempo. Las ondas son oscilaciones del espacio-tiempo que se producen cuando se acelera una masa. Sin embargo, a pensar de las fuertes evidencias indirectas de su existencia — en particular las procedentes de las medidas de la razón a la cual las estrellas de neutrones pierden energía en los sistemas binarios y caen en espiral una hacia la otra (un resultado logrado que valió a Russell Hulse y Joe Taylor el Premio Nobel de Física de 1993) — no existe una prueba directa. Esto es en parte debido a que su amplitud es tan pequeña, con incluso los eventos astrofísicos más violentos perturbando el espacio tiempo apenas menos de una parte entre 10²².

LIGO (el Observatorio de Ondas Gravitatorias de Interferómetro Láser) es la mayor de varias instalaciones diseñadas para detectar tales perturbaciones. Comprende dos interferómetros gigantes, uno situado en Hanford, estado de Washington, y el otro en Livingston en Louisiana. Haciendo rebotar un láser en unos espejos colocados en los extremos de unos brazos de 4 kilómetros de largo en ángulo recto uno respecto al otro, cualquier cambio en las longitudes relativas de los brazos causado por el paso de una onda gravitatoria produciría un patrón de interferencia característico.

De forma crucial, el interferómetro de Hanford de LIGO estaba en “modo ciencia” el 1 de febrero del año pasado cuando varios telescopios espaciales registraron cortos estallidos de rayos gamma en la dirección de la cercana galaxia de Andrómeda.

Vistos por primera vez hace 40 años, los estallidos de rayos gamma (GRBs) están entre los eventos más misteriosos y energéticos del universo. Vienen en dos grandes tipos: “largos”, que duran entre 2 segundos y pocos minutos; y “cortos”, que duran de pocos milisegundos a 2 segundos. En 2003 los investigadores rastrearon con éxito el anterior a una supernova, pero los astrofísicos apenas están empezando a comprender los orígenes de los GRBs cortos.

Agujeros negros en colisión

El principal candidato para la mayoría de GRBs cortos es la fusión de dos objetos ultra-densos tales como estrellas de neutrones o agujeros negros – eventos que deberían también producir un estallido de ondas gravitatorias. No obstante, en una conferencia sobre GRBs que tuvo lugar en Santa Fe el pasado noviembre, el equipo de LIGO anunció que su interferómetro no había detectado tal señal en la época que tuvo lugar “GRB070201″.

“Sabemos que la fusión de un sistema binario tiene que producir ondas gravitatorias”, dice Jim Hough de la Universidad de Glasgow, que es el investigador principal para el Reino Unido del detector de ondas gravitatorias GEO600 con sede en Hannover, Alemania. “Por tanto, o la fuente no fue una binaria en fusión o hay alguna situación exótica en la que las ondas gravitatorias desaparecen en otra dimensión. La última parece improbable, pero ¡sin suda sería apasionante!”

Otras causas para tal evento, como un “repetidor de rayos gamma suaves” (SGR) o la fusión de una binaria mucho más alejada, están por ahora entre las propuestas más probables. Sin embargo, Stan Woosley de la Universidad de California en Santa Cruz – que fue uno de los primeros en vincular los GRBs de periodo largo con las supernovas – apunta que la fusión de las estrellas de neutrones está excluida sólo a un nivel del 90%, que no es todo lo alto que quisieran los astrofísicos. ” Si el evento efectivamente tuvo lugar en Andrómeda, probablemente fue un SGR. La probabilidad de que se fusionen dos estrellas de neutrones en esta cercana galaxia mientras nosotros estamos observando es tal vez de una en un millón de años”, dice. “No obstante, el resultado es una hazaña tecnológica que ilustra el potencial de coordinar las ondas gravitatorias y las observaciones de rayos gamma”.

El resultado ha sido aceptado recientemente para su publicación en la revista Astrophysical Journal.

Tres investigadores de la Universidad del Noreste han propuesto una nueva aproximación para el descubrimiento anticipado de las partículas súpersimétricas, a menudo llamadas spartículas. La metodología, la cual se publicó en el ejemplar del 21 de diciembre de la revista Physical Review Letters, está basada en la identificación de los patrones de masa jerárquicos de las spartículas, los cuales se supone que existen en una nueva clase de teorías de la física de partículas más allá del Modelo Estándar.

LHC en Suiza

La producción esperada de spartículas en los colisionadores de partículas de altas energías está fuertemente correlacionada con los patrones de masa de las spartículas. Pran Nath, Daniel Feldman y Zuowei Liu del Noreste han utilizado esta correlación para identificar las spartículas del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en la Organización Europea para la Investigación Nuclear en Ginebra, Suiza. El LHC, el cual está cerca de su finalización y se planea que comience las pruebas en pocos meses, será la máquina más grande del mundo en producir partículas subatómicas en condiciones similares a las que tuvo lugar el Big Bang.

“El LHC nos permitirá la exploración de las partículas elementales de la física a escalas de energía que nunca antes habían sido estudiadas con anterioridad”, dijo Nath, Distinguido Profesor Matthews de Física en la Universidad del Noreste. “Esta investigación tiene potencial para profundizar en nuestro conocimiento de la naturaleza de la física a su nivel más básico”, dijo.

Las 32 masas de las spartículas pueden apilarse de distintas formas, creando un paisaje de jerarquías de masa con numerosos patrones de masa posibles. Apilando las primeras cuatro spartículas se crea un paisaje con casi diez mil posibilidades, y el paisaje de posibilidades se hace enorme si se incluyen las 32 spartículas. Sólo una posibilidad de este número increíblemente grande existe en la naturaleza, y esa posibilidad exacta puede ser descubierta en el LHC.

La nueva aproximación se desarrolló en base al modelo de súper-gravedad (mSUGRA), del cual fue coautor Nath en 1982 y es uno de los principales candidatos en la nueva física más allá del Modelo Estándar. En este nuevo trabajo, los investigadores han demostrado que el número de posibilidades se reduce drásticamente, hasta dieciséis patrones de masa para las 4 spartículas más ligeras, con mSUGRA.

Los autores estudiaron el espacio firmado de los 16 patrones en el LHC y proponen formas por las cuales los investigadores en el LHC pueden discriminar entre los patrones e identificar las spartículas menores. Debido a que la jerarquía de masas influye en el ratio de producción global de varias spartículas, su patrón de masa jerárquica determinará sus firmas.

“Estamos ciertamente en el umbral de descubrimientos revolucionarios en la física de partículas y el estudio de los patrones y el reconocimiento de patrones que proponemos podría ser muy significativo en la búsqueda de spartículas, así como para el descubrimiento de la nueva física en el LHC”, dijo Nath.

¿Imaginas que los astrónomos pudiesen decirnos la diferencia entre planetas extrasolares similares a la Tierra simplemente viendo la luz reflejada en sus océanos? Suena a ciencia-ficción, pero un equipo de investigadores han propuesta que realmente es posible detectar la forma de la curva de luz que centellea en un planeta extrasolar y saber si tiene océanos.

Esta innovadora idea se describió en un reciente artículo de una revista por D.M. Williams y E. Gaidos, titulado Detecting the Glint of Starlight on the Oceans of Distant Planets (Detectar el brillo de la luz estelar en los océanos de planetas distantes) publicado en enero de 2008 en el archivo de pre-impresiones de Arxiv.

El artículo describe los métodos que los astrónomos podrían usar para detectar el brillo, o reflexión del agua, desde la “señal de disco medio de un planeta similar a la Tierra en fase creciente”. Usaron la Tierra como ejemplo, y generaron una serie de curvas de luz para un planeta con nuestra orientación e inclinación axial.

Calcularon que los planetas parcialmente cubiertos con agua deberían parecer mucho más brillantes cuando están cerca de su fase creciente debido a que la luz de su estrella madre se refleja sobre los océanos de forma muy eficiente en los ángulos correctos. Observando el movimiento de un planeta extrasolar a lo largo de su órbita, su curva de luz debería arrojar la firma indicativa de que hay océanos presentes.

De acuerdo con sus cálculos, este método debería funcionar en aproximadamente el 50% de los planetas visibles. Además, debería ser posible medir la proporción de tierra y agua, e incluso tener una idea de los continentes.

Para probar estas teorías, están planeando usar observaciones remotas de la Tierra, usando naves interplanetarias. Esto demostrará si puede observarse la Tierra en los ángulos de fase extremos — desde naves orbitando alrededor o en ruta de Marte.

Y entonces las próximas misiones de búsqueda de planetas, tales como Darwin y el Buscador de Planetas Terrestres (si alguna vez llega a completarse) deberían ser capaces de hacer análisis directos de mundos del tamaño de la Tierra orbitando otras estrellas. Simplemente midiendo el brillo, sabrían si hay océanos, aumentando las posibilidades de vida.

Artículo original en Arxiv

Una hormona podría ser el objetivo de un nuevo fármaco para prevenir el linfedema y la propagación tumoral
Una hormona secretada por las células de todo el cuerpo y conocida por desempeñar un papel en las enfermedades cardiovasculares y otras funciones celulares es también crítica para la adecuada formación del sistema linfático en ratones, de acuerdo con la investigación del Colegio de Medicina Chapel Hill de la Universidad de Carolina del Norte (UNC).

Obteniendo esta hormona, llamada adrenomedulina, los investigadores podrían ser capaces de tratar a las más de 100 millones de personas en el mundo afectadas de linfedema, una estado que causa tumefacción dolorosa en brazos y piernas.

“Nuestra investigación también podría conducir a terapias para prevenir que las células cancerosas que viajen a través estos vasos linfáticos para infiltrarse en otras partes del cuerpo”, dijo Kathleen M. Caron, autora senior del estudio y profesora asistente de fisiología y genética celular y molecular en la UNC.

La adrenomodulina es un potente péptido vascular que puede aumentar los vasos sanguíneos existentes e incluso promover el crecimiento de unos nuevos. Pero también tiene muchas funciones más, tales como ayudar en el control del metabolismo, el ritmo cardíaco, el hambre y la sed, la respuesta al estrés, la actividad antibacteriana y en la transmisión de la señal nerviosa.

El estudio, publicado el 20 de diciembre de 2007, en Journal of Clinical Investigation, demuestra que este péptido es necesario para otras funciones en nuestro cuerpo: sin él, nuestro sistema linfático – una importante parte del sistema inmune de nuestro cuerpo – no se forma con normalidad. El sistema linfático incluye a los nódulos linfáticos y una red de delgados tubos que transportan líquido y células del sistema inmune que se han filtrado desde los tejidos del sistema circulatorio. Estos tubos se ramifican por todos los tejidos del cuerpo, como los vasos sanguíneos. Entre dos y tres litros del líquido casi incoloro llamado linfa viajan a través del sistema linfático en un día.

Si este sistema falla en su correcta función, se acumula el exceso de líquido y el tejido se hincha, causando el linfedema. En raras ocasiones, la enfermedad es heredada a través de mutaciones genéticas. Para dos de cada tres millones de supervivientes de cáncer, esto se produce como consecuencia de un tratamiento temprano, como la extirpación quirúrgica de los nódulos linfáticos y la terapia de radiación que crea un daño en el sistema linfático que persiste toda la vida. Pero la causa más común, afecta a 120 millones de personas en el mundo, es una infección por parásitos.

“El linfedema es un problema muy serio”, dijo Caron. “No sólo limita su movilidad, sino que puede ser bastante doloroso y desfigurante”.

Los únicos tratamientos actuales para la enfermedad – usar medias de baja compresión y otras prendas, y masaje – no son de mucha ayuda, dice Caron. Anteriormente, sólo una docena aproximadamente de genes habían estado implicados en la formación de los vasos linfáticos, o linfangiogénesis, y ninguno de ellos ha producido aún una terapia eficaz. Pero a través de este estudio, los investigadores han descrito tres nuevos objetivos, la adrenomodulina y dos de sus acompañantes en la célula, los cuales juntos abrazan una verdadera promesa para un tratamiento farmacéutico para el linfedema.

Caron y su equipo de investigadores descubrieron la importancia de esta hormona en la formación del sistema linfático tras manipular genéticamente a ratones para que tuvieran una completa falta bien de adrenomodulina o de sus compañeros celulares relacionados. Encontraron que estos ratones se parecían mucho a los ratones con daños en la linfangiogénesis. Un cuidadoso examen demostró que los sacos linfáticos que normalmente recogen el exceso de líquido de los tejidos eran mucho más pequeños de lo que esperaban, y los sacos sin adrenomodulina estaban compuestas por células más pequeñas que las normales.

Aumentando la adrenomodulina dentro de las células del sistema linfático, los investigadores creen que pueden fomentar la proliferación de sacos linfáticos y que capten más líquido. Este enfoque no sólo puede proporcionar un tratamiento nuevo para el linfedema, sino que además podría resultar útil en la prevención de la propagación del cáncer porque los cánceres invasivos a veces penetran en los vasos linfáticos y metastatizan lugares a distancia.

“En futuros tratamientos del cáncer, los pacientes que padezcan estos cánceres agresivos podrían ser identificados de con anterioridad y podrían ser tratados con un fármaco que inhiba el crecimiento de los vasos linfáticos que transportan las células cancerosas, de esta manera se mantiene el cáncer bajo control”, dijo Caron.

Es bien conocido que los agujeros negros pueden ralentizar el tiempo hasta que parezca arrastrarse y estiran gravitatoriamente grandes objetos hasta convertirlos en algo parecido a espaguetis. Pero de acuerdo con una nueva investigación teórica de dos astrofísicos de la NASA, el tirón de la gravedad justo en el límite exterior del agujero negro puede producir otro estrambótico efecto: ecos de luz.

“Los ecos de luz se generan debido a la extrema curvatura del espacio-tiempo predicha por Einstein”, dice Keigo Fukumura del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. “Si el agujero negro está girando rápidamente, literalmente puede arrastrar el espacio a su alrededor, y esto puede producir algunos descabellados efectos especiales”.

Esta creación artística muestra un disco de acreción girando alrededor de un agujero negro. Los dos puntos calientes podrían emitir potentes llamaradas de rayos-X.

Fukumura y su colega de NASA Goddard Demosthenes Kazanas presentaron su investigación el miércoles en un póster en la reunión invernal de 2008 de la Sociedad Astronómica Americana en Austin, Texas. También debatieron sus resultados en una conferencia de prensa el jueves.

Muchos agujeros negros están rodeados por discos de gas caliente chamuscados que giran a casi la velocidad de la luz. Los puntos calientes dentro de estos discos a veces emiten estallidos aleatorios de rayos-X, las cuales han sido detectadas por observatorios de rayos-X en órbita. Pero de acuerdo con Fukumura y Kazanas, las cosas se vuelven más interesantes cuando tenemos en cuenta la Teoría de la Relatividad General de Einstein, la cual describe cómo los objetos extremadamente masivos como los agujeros negros pueden realmente curvar y arrastrar el espacio-tiempo a su alrededor.

Muchos de estos fotones de rayos-X viajan a la Tierra tomando distintos caminos alrededor del agujero negro. Debido a que la extrema gravedad de los agujeros negros curva el espacio-tiempo, esto curva las trayectorias de los fotones ya que llegan aquí con un retardo que depende de la posición relativa de las llamaradas de rayos-X, el agujero negro y la Tierra.

Pero si el agujero negro rota muy rápido, entonces de acuerdo con los cálculos de Fukumura y Kazanas, el retardo entre los fotones es constante, independiente de la posición de la fuente. Descubrieron que para agujeros negros de rotación rápida, aproximadamente el 75% de los fotones de rayos-X llegan al observador tras completar una fracción de la órbita alrededor de un agujero negro, mientras que el resto de fotones viajan a la misma fracción exacta más una o más órbitas completas.

“Para cada estallido de rayos-X desde un punto caliente, el observador recibirá dos o más “flashes” separados por un intervalo constante, por lo que incluso una señal constituida totalmente por una colección aleatoria de estallidos desde puntos calientes en distintas posiciones contendrán un eco de sí mismos”, dice Kazanas.

Aproximadamente el 75% de los rayos-X de una llamarada (línea negra) se dirigen hacia la Tierra sin completar una órbita. Pero el resto orbita el agujero negro una o más veces (líneas azules, verdes, rosas y naranjas) antes de dirigirse hacia nosotros. Crédito: Keigo Fukumura

Aunque es difícil de discernir en los datos en bruto, los astrónomos pueden usar un análisis de Fourier, u otros métodos estadísticos, para seleccionar estos ecos ocultos. Entre otras cosas, un análisis de Fourier es una herramienta matemática para extraer un comportamiento periódico en una señal que podría de otra forma verse como totalmente aleatoria. Los ecos parecerían oscilaciones quasi-periódicas (QPOs). Un ejemplo de QPO con un periodo de 10 segundos podría exhibir picos en 9, 21, 30, 39, 51, y 61 segundos.

Si se tiene en cuenta que un agujero negro de una masa de 10 veces la solar se formó a partir de una estrella moribunda, y si el agujero negro está rotando a más del 95 por ciento de su máxima velocidad posible, el periodo de estas QPOs sería de aproximadamente 0.7 milisegundos, lo que corresponde a aproximadamente 1400 picos por segundo, lo cual es tres veces más que cualquier otra QPOs que haya sido detectada alrededor de agujeros negros. El satélite Explorador Sincrónico de Rayos-X Rossi de la NASA podría medir una frecuencia tan alta de QPOs, pero la señal tendría que ser muy fuerte.

Detectar estas QPOs de alta frecuencia sería más que confirmar otra predicción de la Teoría de Einstein. También proporcionaría una mina de oro de información sobre el propio agujero negro. La frecuencia de las QPOs dependen de la masa del agujero, por lo que detectar este efecto de eco proporcionaría a los astrónomos una forma precisa de medir la masa de los agujeros negros. Además, apunta Kazanas, “Estos ecos tienen lugar sólo si un agujero negro gira cerca de su máxima velocidad posible, por lo que esto diría a los astrónomos que el agujero negro está girando realmente rápido”.

Los astrónomos tienen distintas técnicas para descubrir planetas. Pero una de las menos usadas hasta ahora, la microlente gravitatoria, podría ser justo la técnica adecuada para encontrar planetas en la zona habitable de las estrellas enanas cercanas.

La primera forma en que los astrónomos encuentran planetas es con la técnica de la velocidad radial. Esta es en la que la gravedad de un planeta pesado tira de su estrella madre provocando un movimiento de bamboleo que puede ser medido.

La segunda técnica es a través de tránsitos. Ésta es en la que un planeta atenúa la luz procedente de su estrella madre cuando pasa frente a ella. Restando la luz cuando el planeta no se encuentra frente a la estrella, los astrónomos pueden llegar a medir incluso su atmósfera.

La tercera forma es a través de la microlente gravitatoria. Cuando dos estrellas están perfectamente alineadas, la estrella más cercana actúa como una lente natural, aumentando el brillo de la estrella más distante. Aquí en la Tierra, vemos una estrella brillando de una forma muy característica, y entonces atenuándose de nuevo. Una interrupción en el cambio del brillo puede atribuirse a un planeta.

Al contrario que en los otros dos métodos, la microlente te permite alcanzar y ver planetas a tremendas distancias – incluso en el otro extremo de la galaxia. El problema con la microlente es que sólo hay una oportunidad. Nunca vas a volver a ver esas estrellas alineadas de la misma forma de nuevo.

Pero Rosanne Di Stefano y Christopher Night del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica en Cambridge, Massachusetts creen que hay otra forma de usar la microlente. En su artículo titulado, Discovery and Study of Nearby Habitable Planets with Mesolensing (Descubrimiento y estudio de planetas con mesolentes), los investigadores proponen que muchas estrellas tienen altas posibilidades de convertirse en una lente.

En lugar de observar el cielo esperando ver un evento de lente, se buscan estrellas específicas y se espera a que pasen frente a otra estrellas más distante.

Estas lentes de alta probabilidad son conocidas como mesolentes. Estudiando un gran número de estrellas enanas, se espera que muchas de ellas pasen frente a estrellas más distantes una vez cada año. Y si eliges con cuidado tus objetivos, como estrellas enanas moviéndose frente a las Nubes de Magallanes, se esperaría tener incluso más posibilidades.

Para las estrellas enanas rojas menos masivas, se debería conseguir verlas a una distancia de 30 años luz, y para las estrellas de la masa del Sol a una distancia de 3000 años luz. Estas estrellas están lo bastante cerca como para que si se detecta un planeta en la zona habitable, las otras técnicas confirmen el descubrimiento.

Calcularon que hay aproximadamente 200 estrellas enanas pasando frente a las Nubes de Magallanes actualmente. Y muchos de estos tendrán eventos de lente con las estrellas en las galaxias enanas.

En lugar de monitorizar estrellas específicas, investigaciones anteriores han observado decenas de miles de estrellas cada noche –esperando algún tipo de evento de lente. Incluso aunque se han descubierto hasta el momento 3500 candidatos a microlentes, tienden a ser estrellas en rangos extremos. Aunque hubiese planetas allí, no se mostrarían en las observaciones.

Pero si eliges las estrellas cuidadosamente, y luego buscas en ellas eventos de lente, los investigadores creen que deberían verse brillos habitualmente. Incluso se podría ver el mismo brillo estrellas varias veces, y hacer posteriores observaciones sobre sus planetas.

Existe además otra ventaja. Tanto el método de la velocidad radial como el del tránsito dependen de que el planeta y la estrella estén perfectamente alineados desde nuestro punto de vista. El evento de microlente funciona incluso si el sistema planetario se ve desde atrás.

Usando esta técnica, los investigadores creen que los astrónomos deberían descubrir eventos de lente regularmente. Algunas de estas estrellas tendrán planetas, y algunos de estos planetas estarán en la zona habitable de la estrella.

Artículo original en Arxiv

En la cosmología ekpirótica, nuestro universo visible existe en una de las dos “branas” que colisionan cotinuamente y se separan en la quinta dimensión. En cada colisión nace un nuevo universo. (Crédito: Neil Turok)

Una controvertida teoría de seis años de antigüedad que habla de un tiempo anterior al Big Bang está teniendo un resurgimiento, sólo para ser de nuevo satirizada por sus críticos originales.

La teoría de la cosmología ekpirótica se ofreció en un inicio como alternativa al modelo estándar de “inflación” del universo. La inflación supone que justo tras el Big Bang el universo sufrió un breve periodo de rápida expansión.. Esto amplificó las diminutas perturbaciones de densidad, que evolucionaron en estrellas, galaxias y cúmulos de galaxias que vemos hoy. Aunque actualmente no hay una forma de demostrar que la inflación tuvo lugar en algún momento, el hecho es que proporciona una explicación tan simple para la estructura cósmica y el hecho de que el universo sea plano que ha sido la base de la doctrina cosmológica desde que se describió a principios de los años 80.

En la cosmología ekpirótica — que se propuso en 2001 por los físicos Paul Steinhardt, Justin Khoury, Neil Turok y Burt Ovrut — no existe un inicio del tiempo. En lugar de esto, nuestro universo visible existe en una de dos “branas” de cuatro dimensiones flotando en un espacio de cinco dimensiones. Estas dos branas están bloqueadas en un movimiento oscilatorio en el cual se acercan lentamente, “rebotan” entre sí, se separan y de nuevo se vuelven a acercar (ver animación). En cada rebote, que es como un nuevo Big Bang, ondas en las branas colisionan y liberan energía en distintos lugares para producir las perturbaciones de densidad iniciales. Y dado que la conservación de la energía favorecería una brana plana, la teoría explica también por qué nuestro universo visible es también plano. “Es como el anticristo de la inflación”, dice Khoury.

Sin embargo, los antiguos críticos de la cosmología ekpirótica han destacado dos problemas concretos. Primero, cada rebote debería ser un punto de temperatura y presión infinitas conocido como singularidad, que es imposible de describir usando la física convencional. Segundo, no está claro que las perturbaciones de densidad estuviesen presentes a todas las escalas de longitud, como las observaciones de la radiación primordial dejadas por el Big Bang — esto es, el fondo de microondas cósmico — indican que debería ser.

De la A a la Z

Ahora, Khoury y Evgeny Buchbinder, que actualmente se encuentran en el Instituto Perimeter en Waterloo, Canadá, junto a Ovrut, que está en la Universidad de Pennsylvania en los Estados Unidos, dicen que han superado estos problemas. Basándose en un trabajo anterior realizado en 2006 por Leonardo Senatore, Paolo Creminelli y otros, los investigadores dicen que puede lograr perturbaciones de densidad “indemnes” gracias a un rebote aunque por otro lado los deja invariantes en escala. “Por primera vez, somos capaces de rastrear la historia desde la A a la Z”, dice Khoury.

Los físicos han logrado sortear el afilado rebote de la singularidad en el pasado, por no sin generar partículas de energía negativa poco deseables. Fusionando la cosmología ekpirótica con un campo escalar conocido como condensado fantasma, el grupo de Khoury afirma no sufrir tales complicaciones. Este campo, el cual se manifiesta como un fluido de partículas sin masa en el mismo estado cuántico que impregna el espacio con gravedad repulsiva, puede suavizar el rebote.

Por su parte, no obstante, un condensado fantasma no puede mantener las perturbaciones de densidad invariantes en escala. Para hacer esto, el equipo de Khoury invocó otro campo escalar. Resultó que la diferencia entre las fluctuaciones de entropía en este campo y aquellos del campo condensado fantasma arrojaba unas inequívocas perturbaciones invariantes en escala (Phys. Rev. D 76 123503).

Rígida oposición

Lás críticas originales a la cosmología ekpirótica estuvieron encabezadas por Andrei Linde de la Universidad de Stanford en los Estados Unidos, y tampoco ha tenido muchos elogios para la “nueva cosmología ekpirótica”. Afirma que la teoría están aún plagada de partículas de energía negativa, lo cual lleva a una inestabilidad “catastrófica” en el vació de los inicios del universo (arXiv:0712.2040v2). “El universo descrito por esta teoría muere instantáneamente”, dijo a physicsworld.com. “Por tanto ni siquiera se acerca un poco a la descripción de nuestro mundo”.

Khoury insiste en que el argumento de Linde es equivocado porque no reconoce que las teorías de la física de partículas son efectivas pero sólo funcionan en un rango finito de escalas de energía. “Está realizando una predicción de algo confiando en una teoría más allá del punto donde debería ser confiable”, explica Khoury. “Por contra, en todo momento de nuestra descripción del rebote, el universo está a una energía lo bastante baja para que podamos confiar en la descripción del condensado fantasma”.

Nima Arkani-Hamed de la Universidad de Harvard, que formuló por primera vez la teoría de los condensados fantasma, se alinea con el grupo de Khoury. No obstante, piensa que el nuevo modelo ekpirótico es demasiado complejo para rivalizar con la inflación, y admite que ha “satirizado” a Senatore y Creminelli — sus antiguos post-doctorados — por sus intentos de abordar esta teoría. “Creo estas ideas están buscando en el lugar equivocado”, dijo a physicsworld.com. “Pero definitivamente vale la pena trabajar con ellas, son interesantes e inteligentes”.

Alimentados por el brillo del gas súper-caliente cuando cae en agujeros negros mil millones de veces más masivos que nuestro Sol, los quásares son los objetos luminosos más brillantes del universo. Pero un nuevo estudio del Estudio Digital del Cielo Sloan (SDSS-II) demuestra que muchos de los quásares más energéticos están ocultos a nuestra vista por nubes de gas y polvo que bloquean el agujero negro central.

Los quásares más brillantes son cientos de veces más luminosos que la galaxia completa de la Vía Láctea, por esto los telescopios que recopilan datos de los confines del universo observable pueden detectar su luz visible.

Estas imágenes muestran las galaxias que albergan tres de los quásares ocultos encontrados por la muestra del Estudio Digital del Cielo Sloan (SDSS-II). En cada imagen, el quásar está en el centro de la galaxia, pero nuestra visión está oscurecida por el polvo. En la imagen central, las manchas azules de luz sirven como un indicador indirecto de los quásares ocultos en el centro de la galaxia. La misma forma, aunque más tenue, puede verse en la imagen de la izquierda. La inusual forma de la galaxia más a la derecha indica que este objeto está pasando por interacciones con una galaxia menor que está siendo desmembrada. Estas imágenes fueron obtenidas usando la Cámara Avanzada para Investigaciones a bordo del Telescopio Espacial Hubble. (Crédito – SDSS Collaboration, Nadia Zakamska, Institute for Advanced Study)

Las investigaciones sensibles a las emisiones infrarrojas y de rayos-X han demostrado que la luz visible de los quásares menos energéticos a menudo es oscurecida por el polvo, haciéndolos difícil de identificar con los telescopios astronómicos comunes. Sin embargo, dado su tamaño relativamente pequeño, estas investigaciones contenían sólo un puñado de los quásares más raros y energéticos, alimentados por los mayores agujeros negros.

Usando una forma distintiva espectral que incluso en los quásares altamente oscurecidos se muestra como un marcador, el equipo de SDSS-II filtró más de un millón de espectros para descubrir 887 quásares ocultos, de lejos la mayor muestra de estos objetos jamás encontrada. “Una gran investigación como SDSS-II es importante dado que los quásares son aproximadamente 10 000 veces más raros que las galaxias normales”, explicó Reinabelle Reyes de la Universidad de Princeton. Reyes es la autora principal de un artículo que describe los resultados titulado “Space Density of Optically-Selected Type 2 Quasars” (Densidad espacial de los quásares de tipo 2 seleccionados ópticamente), presentado hoy en la reunión de la Sociedad Astronómica Americana en Austin, Texas y enviado para su publicación a la revista Astronomical Journal.

“Determinamos cómo de comunes son los quásares ocultos, especialmente aquellos más luminosos. Tal vez lo más interesante sea que determinamos cómo de comunes son en relación a los quásares normales”, dijo la miembro del equipo Nadia Zakamska, Miembro de NASA-Spitzer en el Instituto de Estudios Avanzados en Princeton.

“Encontramos que los quásares ocultos forman al menos la mitad de los quásares en el universo relativamente reciente, lo que implica que la mayoría de los potentes agujeros negros de nuestra vecindad no habían sido descubiertos anteriormente”.

Michael Strauss de la Universidad de Princeton explicó que los agujeros negros más potentes son más comunes en los últimos ocho mil millones de años de la historia cósmica de lo que previamente se pensaba. “Además, dado que la luz procedente de estos quásares ocultos no había sido tomada en cuenta anteriormente, los agujeros negros resultan ser más eficientes al convertir la energía de la materia que cae en ellos a luz de lo que anteriormente se creía”.

Este resultado también tiene implicaciones para los modelos teóricos de los quásares. “El número relativo de quásares normales frente a los ocultos nos dice algo sobre cómo se distribuyen normalmente el polvo y gas alrededor de estos objetos”, explicó Julian Krolik, colaborador de la Universidad Johns Hopkins. “Si el polvo cubre una gran fracción del área alrededor de un agujero negro, este objeto sería mucho más probable que apareciera como un quásar oculto. Por tanto el número de quásares ocultos descubiertos por el equipo del SDSS implica que la mayor parte de la luz emitida por los quásares en realidad está oscurecida”.

Mercurio es el planeta más pequeño, más denso y menos explorado del Sistema Solar. Más de la mitad del mismo es virtualmente desconocido.

Las visiones de este misterioso mundo de extremos podría arrojar luz sobre cómo se formaron los planetas de nuestro Sistema Solar, dicen los astrónomos.

Mercurio, el planeta más interior del Sistema Solar, aún oculta muchos secretos. La NASA espera resolverlos con MESSENGER. Crédito: NASA/JPL

La sonda MESSENGER de la NASA será la primera nave en fotografiar todo el planeta, haciendo su pasada inicial sobre Mercurio el 14 de enero como parte de un pargo proceso para fijarse en órbita.

“Con MESSENGER, muchos de los secretos de Mercurio serán revelados”, dijo el director de la división de ciencia planetaria de la NASA, James Green. Una lista de dichos secretos la tenemos a continuación.

El lado oculto de Mercurio

La única nave que visitó el mundo más interior del Sistema Solar — la Mariner 10 de la NASA — cartografió menos de un 45 por ciento de la superficie de Mercurio, un paisaje con numerosos cráteres. Esto significa que más de la mitad del planeta es desconocido para nosotros, salvo por las observaciones relativamente pobres de los radares terrestres.

“No podemos aventurar cómo será el otro lado de Mercurio. Hasta ahora, cada cuerpo del Sistema Solar ha sido en apariencia muy distinto de cualquier otro”, dijo Faith Vilas, directora del Observatorio del Telescopio de Espejos Múltiples (MMT) en el Monte Hopkins, Arizona. “Esperamos algunas grandes sorpresas de esto”.

¿Hielo cerca del Sol?

En el planeta más cercano al Sol, donde las temperaturas puede alcanzar más de 425 grados Celsius, sería sorprendente encontrar hielo. El hielo es altamente reflectante al radar, y los radares terrestres sugieren que podría haber depósitos de agua helada en los cráteres profundos, oscuros y ocultos de los polos de Mercurio, los cuales nunca han visto la luz solar. Esta agua podría provenir en forma de gas del interior del planeta o de impactos de meteoritos.

MESSENGER buscará hidrógeno en las suelos de los cráteres polares permanentemente en la sombra. Si la nave descubre algo, MESSENGER puede encontrar hielo en el infierno.

¿Mercurio está menguando?

Mercurio podría estar menguando conforme su núcleo se enfría lentamente. Las imágenes de la Mariner 10 revelan que la superficie del planeta parece haberse torcido desde el interior, dando como resultado gigantescos riscos de más de un kilómetro de altura y cientos de kilómetros de longitud fragmentando Mercurio. MESSENGER observará cualquier prueba de tales arrugas en la cara oculta del mundo y también estudiará el núcleo de metal del planeta analizando el campo magnético del planeta.

¿Vulcanoides?

¿Hay una banda de asteroides apodados “vulcanoides” en el interior de la órbita de Mercurio, ocultos por el brillo del Sol?

MESSENGER tiene una posibilidad de observar esos asteroides cuando se aproxime a Mercurio, aunque sus posibilidades son limitadas. Para evitar que el Sol la calcine, MESSENGER se oculta tras un parasol que apunta hacia el astro todo el tiempo, mientras que sus instrumentos científicos apuntan en dirección contraria. Sin embargo, los científicos usarán MESSENGER “para dar cualquier pista de que pudiese haber aún una moderna población de vulcanoides”, dijo el investigador principal de la misión MESSENGER Sean Solomon.

¿De dónde proviene la atmósfera de Mercurio?

La increíblemente tenue atmósfera de Mercurio es inestable, con gases que escapan regularmente de la débil gravedad del planeta. Cómo consigue restablecer constantemente Mercurio su atmósfera no está claro.

Los investigadores sospechan que el hidrógeno y el helio en la atmósfera de Mercurio están continuamente aportados por el viento solar, el flujo supersónico de partículas cargadas procedente del Sol. Otros gases podrían haberse evaporado de la superficie de Mercurio, filtrados desde el interior del planeta o a través de meteoritos evaporados. MESSENGER estudiará de cerca la atmósfera del planeta para apuntar cómo se generó, dijo Vilas.

¿Por qué Mercurio es magnético?

Un descubrimiento completamente inesperado que realizó la Mariner 10 es que Mercurio posee un campo magnético. Los planetas teóricamente generan campos magnéticos sólo si giran rápidamente y poseen un núcleo fundido. Pero Mercurio necesita 59 días para rotar y es tan pequeño – aproximadamente un tercio del tamaño de la Tierra — que su núcleo debería haberse enfriado hace mucho tiempo.

Para resolver este misterio, MESSENGER estudiará el campo magnético de Mercurio. Algunos científicos pensaban que el campo podría haber quedado inactivo, pero el año pasado, se descubrió que Mercurio parecía tener un núcleo fundido después de todo, por tanto el planeta podría aún estar generando activamente un campo magnético.

¿Por qué todo ese metal?

Mercurio es extraordinariamente denso, lo que lleva a los investigadores a estimar que su núcleo rico en hierro potencialmente forma dos tercio de la masa del planeta, una asombrosa cifra que es el doble de la Tierra, Venus o Marte. En otras palabras, el núcleo de Mercurio podría ser aproximadamente de tres cuartos el diámetro del planeta.

Una teoría para explicar esta extraña densidad es que enormes impactos hace miles de millones de años podrían haber despojado a Mercurio de su superficie original, explicó Vilas, colisiones que también desplazaron al planeta a su actual localización. Otra teoría sugiere que Mercurio simplemente se formó donde está ahora.

Para ver qué teoría respecto a los orígenes de Mercurio es la correcta, la batería de instrumentos científicos miniaturizados de MESSENGER trabajarán en la geología del planeta. Comprender cómo se formó Mercurio arrojará luz sobre cómo evolucionaron todos los planetas, dijo Solomon.

El descubrimiento de dos nuevos componentes dentro de una desconcertante galaxia espiral confirman que debe tener un par de brazos girando en la dirección opuesta a la mayoría de galaxias, de acuerdo con los resultados presentados hoy en la reunión de la Sociedad Astronómica Americana en, Texas. Presentan los resultados los Drs. Gene Byrd y Ron Buta, de la Universidad de Alabama; Tarsh Freeman, de la Universidad de Bevill Community; y el Dr. Sethanne Howard, retirado del Observatorio Naval de los Estados Unidos.

En esta imagen en color de NGC4622, nota el brazo único interior en sentido antihorario y el par de brazos que giran hacia fuera en sentido horario. Los análisis de Fourier de la imagen revelan un par interior oculto en sentido antihorario. No importa en qué sentido gire el disco, uno de los pares debe ir en contra de la dirección de giro.

“Aunque la existencia de una galaxia con un par de brazos “invertidos” puede ser visto como una verdad incómoda para muchos, nuestros últimos análisis indican que es, sin embargo, una realidad”, dice Byrd, profesor de astronomía en la Universidad de Alabama.

La galaxia, conocida como NGC4622, está a 200 millones de años luz de distancia en la constelación de Centauro.

Los brazos espirales vistos en las galaxias se piensa que arrastran, lo que significa que giran hacia fuera, en la dirección opuesta a la rotación del disco de material. Los brazos principales, tal como el par informado por los astrónomos para NGC4622, lo hacen al contrario, en la misma dirección que la rotación del disco de la galaxia.

Usando el método de la imagen componente de Fourier para mayores análisis de una imagen del Telescopio Espacial Hubble de 2001, el equipo descubrió un par de brazos espirales anteriormente ocultos en el interior que giraban en sentido antihorario.

“Contrariamente a la creencia convencional, con ambos un par interno antihorario y otro externo en el sentido horario, NGC4622 debe tener un par de brazos principales”, dijo Byrd. “Con dos pares de brazos girando en direcciones opuestas, un par de ser el principal y otro el de arrastre. Cuál es cuál depende de la rotación del disco. El par exterior de sentido horario debe ser el principal si el disco gira en sentido horario. Alternativamente, el interior antihorario debe ser el par principal si el disco gira en sentido antihorario”.

El equipo también descubrió un único brazo exterior en sentido horario, oculto previamente por el par exterior horario más potente. La galaxia tiene también identificado previamente un brazo único interior antihorario. Esto confirma que la galaxia debe tener un único brazo principal. El brazo horario exterior debe ser el brazo principal si el disco gira en sentido horario. El interior antihorario debe ser el brazo único principal si el disco gira en sentido antihorario.

Los investigadores también realizaron análisis más complicados a distintos colores de los componentes de la imagen de Fourier. Esto reveló que el par de brazos exteriores más fuertes en sentido horario eran el par principal.

Los resultados están previstos para su publicación en el ejemplar de enero de Astronomical Journal.

En 2002, los miembros del equipo publicaron por primera vez, con gran escepticismo, los resultados de un método anterior que indicaba que la galaxia tenía un par principal de brazos espirales.

Otros astrónomos fueron escéptico sobre el anuncio de 2002, en parte porque el disco de la galaxia está inclinado sólo 19 grados respecto a nuestro punto de vista y porque las nubes de polvo grumoso podrían estar concentradas en uno de los lados del disco, creando resultados falsos. En respuesta, el nuevo método del equipo de la componente de Fourier está verdaderamente ayudado por la pequeña inclinación, y los efectos del polvo no se usan en los análisis finales.

“Dos métodos independientes indican ahora que los brazos de NGC4622 se comportan efectivamente de una forma muy poco usual, con los brazos exteriores girando hacia fuera en la misma dirección del giro de la galaxia”, dijo Byrd, miembro del profesorado del Colegio de Artes y ciencias de la Universidad de Alabama.

Se necesitan más estudios del origen de este comportamiento, dicen los investigadores. La imagen del Telescopio Espacial Hubble revela un sendero de polvo oscuro en el centro que sugiere que la galaxia podría haber consumido a una galaxia compañera menor.

Esta investigación fue patrocinada por la NASA y la Fundación Nacional de Ciencia.

Físicos de Alemania han realizado las primeras medidas directas del “efecto Casimir crítico”, una analogía clásica del extraño efecto cuántico que lleva a que dos superficies conductores se unan en el vacío. También dicen que el efecto clásico puede ser ajustado fácilmente para repeler en lugar de atraer para reducir la indeseable fricción en nanomáquinas.

Investigadores de la Universidad de Stuttgart en Alemania hacen uso de la “microscopía de reflexión interna total” para medir el efecto Casimir crítico. (Crédito: Ingrid Schofron)

El efecto Casimir cuántico se produce porque el vacío siempre contiene campos electromagnéticos fluctuantes. Normalmente estas fluctuaciones son aproximadamente las mismas en todas partes, pero dos superficies conductoras cercanas establecen las “condiciones de frontera” que limitan el número de frecuencias de campo permitidas entre ellos. Sólo resuenan las ondas que puedan encajar en múltiplos de la mitad de una longitud de onda entre las superficies, eliminando las frecuencias no resonantes. El resultado es que el campo total dentro del hueco entre los conductores no puede producir suficiente presión para igualar el exterior, por lo que las superficies son empujadas una contra la otra.

El efecto Casimir crítico tiene el mismo principio subyacente, pero es un fenómeno clásico que surge en una mezcla de líquidos cerca de su punto crítico — el punto, definido por un umbral de temperatura y presión, más allá del cual las fases de gas y líquido son indistinguibles. Una mezcla de líquidos que va hacia su punto crítico gradualmente comienza a separarse en regiones de sus sustancias constituyentes, el tamaño y forma de las cuales fluctúa como los campos cuánticos en un vacío. Y, como en el efecto Casimir cuántico, dos superficie en tal líquido establecen condiciones de frontera, esta vez prefiriendo estar en contacto con una de las sustancias en lugar de con otra. Para lograr estas condiciones, las superficies intentan rodear una única región de la sustancia preferida acercándose.

‘El resorte más suave’

Predicho en 1978 por Michael Fisher y más tarde por Pierre-Gilles de Gennes, el efecto Casimir crítico hasta ahora sólo ha podido vislumbrarse indirectamente debido a que nadie ha perfeccionado una técnica que sea lo bastante sensible. El microcopio de fuerza atómica ha sido una posibilidad, pero los rayos son demasiado potentes. Clemens Bechinger y sus colegas de la Universidad de Stuttgart han solventado el problema con una técnica llamada microscopía de reflexión interna total, la cual puede detectar fuerzas por debajo de un femtonewton (10^-15 N). “En nuestro experimento no hay rayos en absoluto, lo cual es posiblemente el resorte más suave imaginable”, dice Bechinger.

Usando esta técnica, el equipo de Stuttgart puede medir la atracción de una bola de poliestireno de 3 µm de diámetro dentro de la superficie de un vaso lleno de agua y aceite 2,6-lutidina, una mezcla que tiene su punto crítico a la conveniente temperatura de 34°C. Comienzan iluminando un láser en un ángulo agudo sobre la superficie exteiror del vaso, el cual refleja dejando sólo la luz “evanescente” de decaimiento rápido filtrándola hacia el interior. Más tarde, miden la cantidad de luz evanescente que dispersa la bola hacia un contador de fotones para decirnos cómo cambia la distancia entre la bola y el vaso.

Dado que la bola está bombardeada constantemente por las moléculas del líquido, los investigadores tienen que usar análisis estadístico para distinguir los movimiento súbitos hacia el vaso de los que resultan del efecto Casimir crítico. A partir de estos desplazamientos calcularon que el efecto de la fuerza es de aproximadamente 600 fN (Nature 451 172).

Efecto inverso

La bola se acerca a la superficie del vaso porque Bechinger y sus colegas cubrieron ambos para que prefiriesen el mismo contacto, ya sea con agua o aceite. Sin embargo, también encontraron que podrían cambiar la atracción en repulsión dando a las superficies las preferencias opuestas. En este escenario, las superficies necesitan separarse para acomodarse a las dos regiones distintas. Bechinger dice que el efecto Casimir crítico inverso podría ser útil en los sistemas nanoelectromecánicos (NEMS) para reducir la fricción causada por el efecto Casimir cuántico.

“El efecto es muy interesante y sus observaciones son ciertamente importantes”, dijo Astrid Lambrecht, físico del Laboratorio Kastler Brossel en París, Francia a physicsworld.com. “Potencialmente puede tener aplicaciones en nanotecnología. Pero dado que las aplicaciones con NEMS son preocupantes no estoy segura de su la gente quiere tener tales mezclas dentro de sus NEMS, especialmente dado que la mezcla de propiedades depente de la temperatura”.

Hemos oído hablar que la vida se creó en un charco de la sopa química primordial, iniciada por los impactos de rayos, o por moléculas orgánicas que cayeron a la Tierra procedentes de cometas o planetas, tales como Marte. Pero ahora existe una alternativa. La joven Tierra era radiactiva; la Luna también tenía una órbita más baja, generando fuerzas de marea más potentes. Debido a la cercana proximidad a abundante agua, las playas radiactivas pueden haber tenido todos los ingredientes esenciales para los compuestos orgánicos, y finalmente la vida.

Una investigación de la Universidad de Washington en Seattle, sugiere que tal vez el entorno altamente radiactivo de la Tierra hace 4 mil millones de años puede haber sido ideal para la formación de la vida. La órbita de la Luna también es una parte implicada en esta teoría poco convencional.

Gracias a las potentes fuerzas de matea de la Luna que orbitaba mucho más cerca de la Tierra de lo que hoy lo hace, los elementos radiactivos acumulados en las playas pudieron ser ordenados gravitatoriamente. La energía química en estos puntos calientes de las playas fue probablemente lo bastante grande para permitir procesos de fisión autosostenibles (lo cual tiene lugar en concentraciones naturales de uranio). El producto principal de esta fusión es el calor, alimentando de esta forma los procesos químicos y la generación de compuestos orgánicos que darían lugar a la vida.

“Los aminoácidos, azúcares y fosfatos solubles pueden ser producidos simultáneamente en un entorno de playa radiactiva”, dijo Zachary Adam, astrobiólogo en la Universidad de Washington en Seattle.

Esta es una teoría difícil de comprender, es bien conocido que la radiactividad rompe las moléculas orgánicas y provoca un sinfín de problemas para las criaturas basadas en el carbono como nosotros. Pero en la joven Tierra, carente de planetas y animales, los procesos radiactivos pudieron haber proporcionado energía para que se iniciase por primera vez la vida.

Esta teoría también explica parcialmente por qué la vida puede ser un evento muy extraño en el universo: debe haber la concentración adecuada de elementos radiactivos en la superficie dominada por el agua del planeta en desarrollo y fuerzas de marea proporcionadas por un cuerpo estelar que orbite cerca. La Tierra, después de todo, puede ser única.

Un nuevo estudio sobre órganos artificiales probó los efectos de un vendaje para heridas creado con células de los folículos pilosos. Los hallazgos revelan que las células capilares vivas usadas como sustitutos de la piel pueden aumentar la cicatrización de heridas.

Los investigadores aplicaron la técnica en heridas superficiales en ratones. Los sujetos a los que se administró este vendaje biológico producían dos veces más cierres de heridas que el grupo control.

La técnica no sólo proporciona el entorno adecuado para que las células se integren y crezcan, sino que además sirve como un efectivo biovendaje para mantener las heridas húmedas y mantener la fuerza de la estructura durante la cicatrización. “Esta técnica promete mostrarse como un vendaje biológico que no es sólo eficaz y fuerte sino que también puede ser producido en menos tiempo y esfuerzo”, dice Jung Chul Kim autor principal del estudio.

El uso de los sustitutos de piel para cicatrización de heridas ha sufrido contratiempos en años recientes debido al precio caro. Sin embargo, este método de vendaje para heridas mejora los primeros estadios de la cicatrización de heridas y reduce el tiempo entre preparación y uso en el paciente.