Introducción a los agujeros negros

Artículo publicado por Ali Sundermier el 12 de enero de 2016 en Symmetry Magazine

Déjate introducir en el enigmático mundo de los agujeros negros.

Imagina, en algún lugar de la galaxia, el cadáver de una estrella tan densa que rasga el tejido del espacio y del tiempo. Tan densa que devora cualquier materia a su alrededor que esté lo suficientemente cerca, atrayéndola en un remolino de gravedad del que nada, ni siquiera la luz, puede escapar.

Y una vez que esta materia cruza el punto de no retorno, el horizonte de sucesos, cae en una espiral sin remedio hacia un punto infinitamente pequeño, un punto donde el espacio-tiempo está tan curvado que todas nuestras teorías colapsan: la singularidad. Nadie sale vivo de allí.

Los agujeros negros suenan a algo demasiado extraño como para ser verdad, pero en realidad son bastante comunes en el espacio. Hay docenas de ellos conocidos y, probablemente, millones más en la Vía Láctea, y miles de millones merodeando por ahí fuera. Los científicos también creen que podría haber agujeros negros supermasivos en el centro de cada galaxia, incluyendo la nuestra. La formación y dinámica de estas monstruosas curvaturas del espacio-tiempo ha desconcertado a los científicos desde hace siglos.

The View Near A Black Hole

Agujero negro Crédito: April Hobart

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El último artículo de Hawking sobre agujeros negros divide a los físicos

Artículo publicado por Davide Castelvecchi el 27 de enero de 2016 en Nature News

Algunos dan la bienvenida a su último trabajo como una nueva forma de resolver un problema con los agujeros negros; otros no están seguros de su valor.

Casi un mes después de que Stephen Hawking y sus colegas publicasen un artículo en línea sobre agujeros negros1, los físicos no se ponen de acuerdo sobre su significado.

Algunos apoyan las afirmaciones del borrador — que proporciona una prometedora forma de abordar un obstáculo conocido como la paradoja de la información de los agujeros negros, que Hawking identificó hace más de 40 años. “Creo que hay un sentimiento general de entusiasmo por tener una nueva forma de estudiar cosas que puede que nos saquen del atasco en el que nos encontramos”, comenta Andrew Strominger, físico en la Universidad de Harvard en Cambridge, Massachusetts, y coautor del último artículo.

Hubble Helps Find Smallest Known Galaxy Containing a Supermassive Black Hole

Impresión artística de un agujero negro Crédito: NASA

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¿El neutrino es su propia antipartícula?

Artículo publicado por Signe Brewster el 20 de enero de 2016 en Symmetry Magazine

La misteriosa partícula podría tener la clave de por qué la materia prevaleció sobre la antimateria en los inicios del universo.

Casi todas las partículas tienen un homólogo de antimateria: una partícula con la misma masa pero carga opuesta, entre otras características.

Esto parece aplicarse a los neutrinos, minúsculas partículas que nos atraviesan constantemente. A partir de las partículas liberadas cuando un neutrino interactúa con la materia, los científicos pueden discernir si han captado un neutrino contra un antineutrino.

Superkamiokande

Detector Super-Kamiokande

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Un nuevo método para estudiar el inicio del universo

Artículo publicado por Christine Pulliam el 25 de enero de 2016 en CfA

¿Cómo empezó el universo? ¿Y qué pasó después del Big Bang? Los cosmólogos se han realizado estas preguntas desde el descubrimiento de que nuestro universo se expande. Las respuestas no son fácilmente determinables. Los inicios del cosmos están ocultos a la visión de los telescopios más potentes, aunque las observaciones que realizamos hoy pueden dar pistas del origen del universo. Una nueva investigación sugiere una novedosa forma de estudiar el inicio del espacio y el tiempo para determinar cuál de las teorías propuestas es la correcta.

El escenario teórico más ampliamente aceptado para el inicio del universo es la inflación, que predice que el universo se expandió a un ritmo exponencial en la primera fracción de segundo. Sin embargo, se han sugerido una variedad de escenarios alternativos, algunos prediciendo un Big Crunch anterior al Big Bang. El truco está en encontrar medidas que puedan distinguir entre estos escenarios.

Relojes primordiales estándar

Relojes primordiales estándar Crédito: Yi Wang y Xingang Chen

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¿La constante cosmológica desplaza al rojo las ondas gravitatorias?

Artículo publicado por Keith Cooper el 21 de enero de 2016 en physicsworld.com

El marco de trabajo teórico subyacente a las ondas gravitatorias puede que tenga que ser revisado para tener en cuenta a la energía oscura y la aceleración de la expansión del universo. Ésta es la conclusión de investigadores estadounidenses que dicen que aunque las ondas gravitatorias procedentes de fuentes cercanas no se verían afectadas, la próxima generación de detectores tales como Laser Interferometer Space Antenna (LISA) y el Telescopio Einstein – que tienen como objetivo detectar ondas gravitatorias procedentes de miles de millones de años luz de distancia – podrían no ajustarse a la expansión del universo. Aunque tales telescopios detectarían las ondas gravitatorias, la señal detectada de las ondas más lejanas podría ser muy distinta de la que actualmente se espera, dicen los investigadores.

Interferómetro LISA

Detección de ondas gravitatorias por el interferómetro LISA

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Desvelado el momento posterior al Big Bang

Artículo publicado el 13 de enero de 2016 en EurekAlert!

Un primer paso hacia la comprensión de los inicios del universo.

Tras el Big Bang, el universo se expandió y, al enfriarse, la materia tomó forma progresivamente. Las primeras estrellas y galaxias se formaron unos cientos de miles de años después. Mil millones de años después, se aprecia que el universo volvió a calentarse y el hidrógeno, el elemento más abundante, se ionizó de nuevo, como sucedió poco después del Big Bang. ¿Cómo fue posible esta importante transformación, conocida como reionización cósmica? Los astrónomos pensaron durante mucho tiempo que las galaxias fueron las responsables de este fenómeno. Ahora, un equipo internacional que incluye a investigadores de la Universidad de Ginebra (UNIGE) ha validado en gran medida esta hipótesis. Han descubierto, en efecto, una galaxia compacta que emite un gran número de fotones ionizantes, que son responsables de esta transformación del universo. El artículo, publicado en la revista Nature, abre una importante vía nueva para comprender los inicios del universo.

Galaxia guisante verde

Galaxia guisante verde Crédito: Ivana Orlitová, Astronomical Institute, Czech Academy of Sciences (Prague)

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Una segunda inflación explicaría el exceso de materia oscura

Artículo publicado el 14 de enero de 2016 en BNL News

Los físicos sugieren que un segundo periodo inflacionario en los momentos posteriores al Big Bang podría explicar la abundancia de la misteriosa materia.

La cosmología estándar – es decir, la Teoría del Big Bang con su periodo inicial de crecimiento exponencial, conocido como inflación — es el modelo científico predominante para nuestro universo, en el cual todo el espacio y el tiempo se hinchó a partir de un punto muy denso y caliente para formar una vastedad homogénea en eterna expansión. ¿Pero qué sucedería si no todo se debiera a la inflación?

Big Bang

Big Bang

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Pasado, presente, y futuro del espacio-tiempo

Artículo publicado por Nola Taylor Redd el 31 de diciembre de 2015 en SPACE.com

Cuando damos las coordenadas de un lugar, la mayoría de nosotros proporcionamos la latitud, longitud y, quizás, altitud. Pero existe una cuarta dimensión a menudo olvidada: el tiempo. La combinación de las coordenadas físicas junto al elemento temporal crea un concepto conocido como espacio-tiempo, un contexto para todos los eventos del universo.

Ondas gravitatorias

Ondas gravitatorias

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Una disputa física acude a la filosofía buscando ayuda

Artículo publicado por Davide Castelvecchi el 23 de diciembre de 2015 en Nature News

La teoría de cuerdas está en el corazón de un debate sobre la integridad del propio método científico.

¿La teoría de cuerdas es ciencia? Físicos y cosmólogos han estado debatiendo la cuestión durante la última década. Ahora, la comunidad acude a la filosofía buscando ayuda.

A principios de este mes, algunos de los físicos inmersos en la disputa se reunieron con filósofos de la ciencia en un inusual taller destinado a abordar la acusación de que algunas ramas de la física teórica se han desvinculado de las realidades de la ciencia experimental. A juicio está la integridad del método científico, así como la reputación de la ciencia entre el público general, dicen los organizadores del taller.

Con sede en la Universidad Ludwig Maximilian de Múnich, en Alemania, del 7 al 9 de diciembre, el taller apareció como resultado de un artículo de Nature de hace un año, en el cual, el cosmólogo George Ellis, de la Universidad de Ciudad del Cabo, en Sudáfrica, y el astrónomo Joseph Silk, de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, Maryland, lamentaban un “giro preocupante” en la física teórica (G. Ellis and J. Silk Nature 516, 321–323; 2014).

“Enfrentados a las dificultades de aplicar las teorías fundamentales al universo observado”, escriben, algunos científicos defienden que “si una teoría es lo bastante elegante y explicativa, no hay necesidad de ponerla a prueba de forma experimental”.

El primero entre los temas a debatir estaba la comprobabilidad. Para que una teoría científica se considere válida, a menudo se requiere a los científicos que haya un experimento que, en principio, pueda descartarla — o “falsarla”, como propuso el filósofo de la ciencia Karl Popper en la década de 1930. En su artículo, Ellis y Silk señalan que en ciertas áreas, algunos físicos teóricos se han desviado de este principio — e incluso defienden que debería relajarse.

El dúo cita a la teoría de cuerdas como el ejemplo principal. La teoría reemplaza a las partículas elementales por cuerdas infinitesimales para reconciliar teorías aparentemente incompatibles que describen la gravedad y el mundo cuántico. Las cuerdas son demasiado pequeñas para detectarlas usando la tecnología actual — pero algunos defienden que merece la pena seguir investigándola haya o no experimentos capaces de medir sus efectos, dado que parece ser la solución “correcta” a muchos problemas.

Silk y Ellis también desafiaron a otra teoría que parece haber abandonado el ‘Popperismo’: el concepto de multiverso, en el cual, el Big Bang generó muchos universos — la mayor parte de los cuales serían radicalmente distintos del nuestro.

Pero en la charla de apertura del taller, David Gross, físico teórico de la Universidad de California, en Santa Barbara, estableció una distinción entre ambas teorías. Clasificó la teoría de cuerdas como comprobable “en principio” y, de este modo, perfectamente científica, dado que las cuerdas son potencialmente detectables.

Mucho más problemáticos, dice, son conceptos como los de multiverso, dado que los otros universos que se postulan probablemente no pueden observarse desde el nuestro,ni siquiera teóricamente. “Defender que [la teoría de cuerdas] no es ciencia debido a que no es comprobable en este momento es absurdo”, comenta Gross, que compartió el Premio Nobel de 2004 por su trabajo sobre la fuerza nuclear fuerte, que está satisfactoriamente comprobada en experimentos, y también hizo importantes contribuciones a la teoría de cuerdas.

El asistente al taller Carlo Rovelli, físico teórico de la Universidad Aix-Marseille, en Francia, está de acuerdo en que sólo porque la teoría de cuerdas no sea comprobable ahora, no significa que no merezca la pena el tiempo de los teóricos. Pero el objetivo principal de Ellis y Silk fueron las observaciones realizadas por el filósofo Richard Dawid de la Universidad Ludwig Maximilian en su libro String Theory and the Scientific Method (Cambridge Univ. Press, 2013). Dawid escribe que los teóricos de cuerdas había empezado a seguir los principios de la estadística bayesiana, que estima la probabilidad de que una predicción sea cierta en base a un conocimiento previo, y luego revisa esta estimación conforme se adquiere nuevo conocimiento. Pero, según apunta Dawid, los físicos han empezado a usar factores puramente teóricos, tales como la consistencia interna de la teoría, o la ausencia de alternativas creíbles, para actualizar las estimaciones, en lugar de basar esas revisiones en los datos reales.

Debate dinámico

En el taller, Gross, que ha sugerido que una carencia de alternativas a la teoría de cuerdas hace que tenga más probabilidades de ser correcta, debatió con Rovelli, que ha trabajado durante años en una alternativa conocida como Gravedad Cuántica de Bucles (LQG). Rovelli se opone frontalmente a la suposición de que no hay alternativas viables. Ellis, mientras tanto, rechaza la idea de que los factores teóricos aumenten las probabilidades. “Mi respuesta al bayesianismo es: las nuevas pruebas deben ser experimentales”, señala.

Otros señalaron distintos problemas alrededor del uso de la estadística bayesiana para apuntalar la teoría de cuerdas. Sabine Hossenfelder, física del Instituto Nórdico de Física Teórica, en Estocolmo, dijo que la popularidad de la teoría puede haber contribuido a la impresión de que es la única opción. Pero la teoría de cuerdas probablemente logró esta inercia gracias a razones sociológicas, explica: los jóvenes investigadores pueden haberse decantado por ella debido a que las perspectivas laborales son mejores que en un campo menos conocido, por ejemplo.

El historiador de la ciencia Helge Kragh de la Universidad de Aarhus en Dinamarca esbozó una perspectiva histórica. “Se ha sugerido con anterioridad que necesitamos ‘nuevos métodos para la ciencia’, pero los intentos de reemplazar la comprobabilidad empírica por algún otro tipo de criterio, siempre fallaron”, señala. Pero, al menos, el problema está confinado a unas pocas áreas de la física, añade. “La teoría de cuerdas y la cosmología del multiverso no son más que una pequeña parte de lo que hacen los físicos”.

Esto no sirve de consuelo a Rovelli, que enfatizó la necesidad de una clara distinción entre las teorías científicas bien establecidas mediante experimentos, y aquellas que son especulativas. “Es algo muy malo cuando la gente te para por la calle y te dice: ‘¿Sabías que el mundo está hecho de cuerdas y que existen mundos paralelos?’”.

Al final del taller, los físicos no parecían estar más cerca de llegar a un acuerdo. Dawid — que co-organizó el evento junto a Silk, Ellis y otros — dice que no espera que la gente cambia de idea de una forma fundamental, pero espera que la exposición a otras líneas de razonamiento puedan “dar como resultado un ligero cambio de enfoque”. Ellis sugiere que un formato más inmersivo, tal como una escuela de verano de dos semanas, pueda tener más éxito para generar consenso.

El universo en tu mano

Artículo publicado por Iqbal Pittawala el 11 de diciembre de 2015 en UCR News

Físicos de la Universidad de California en Riverside (UCR) usan una tecnología de impresión 3D para comprender cómo ha evolucionado el universo.

La tecnología de impresión 3D se ha usado para crear de todo, desde atriles para iPads a guitarras, cortadoras de césped, y coches. Ahora, un físico de la Universidad de California en Riverside está usando esta tecnología para comprender el universo – su estructura, la evolución de las estructuras cósmicas en su interior, y la formación de galaxias.

Modelo del universo impreso en 3D

Miguel Aragón-Calvo

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