jueves

UNIVERSO IDA Y VUELTA


El animal racional que surge como una etapa en la historia que nos trae y que ha sido fijada por las condiciones físicas de nuestro Universo, el hombre, siempre ha sido muy curioso. Ha querido ver con el cuerpo y la razón todo lo que hay más allá de su propio sentimiento como individuo. Con los sentidos llegó hasta donde estos llegaban. Poco para la curiosidad y mucho, lo suficiente, para la supervivencia. Llegado el momento en que fue consciente de ello tuvo que idear milagros para lo razonable. Pero la razón es terca y pertinaz. Curiosa y potente. Comenzó a extender los brazos ejecutores de las antenas sensoriales. A la cabeza de ellos, la vista.

Ideó instrumentos para ver en lo alto. Midió cada vez mejor el tiempo. Supo adentrar su pupila hasta el mundo de lo más pequeño. Y no se rindió por no llegar más lejos. Donde sus sentidos no abarcaban… idea la gran herramienta que los prolongó casi hasta el infinito: la abstracción matemática y el cálculo con el que jugaba.

Así, una gran fila de visionarios, extensa desde todos los tiempos, pero que iniciamos con Nicolás Copérnico, que fue quien puso al mundo en su lugar. Galileo, Kepler, Newton, Laplace, Darwin, Maxwell, Einstein, Planck, Schrödinger, Heisenberg, Hubble, Feynman, Guth, Hawking… y sé que me dejo un millar de ellos en el tintero. Una saga que participa en la tramoya de nuestra historia. Con sus neuronas privilegiadas y su voluntad irreductible.

En el legado de la humanidad, la teoría y la matemática. Los instrumentos y la experiencia. Las herramientas con las que imaginamos el nacimiento y devenir posterior de nuestro Universo.

En los primeros pasos nos ayuda la teoría del Modelo Estándar de física de partículas. Un modelo teórico cuyas predicciones se vienen comprobando con exquisita precisión. Conjugando la Física Cuántica de Campos, la Relatividad Especial y los datos que proporciona la medida de lo observado, el Modelo Estándar nos va a acompañar durante la explicación, posible o probable, de los inicios del Cosmos. No en toda su extensión temporal hay que avisar, porque, al igual que no conocemos lo anterior al punto de partida, tampoco conocemos, ni tenemos herramientas para teorizar y poder luego comprobar, acerca de una buena parte de las cosas interesantes y cruciales que sucedieron en los primeros momentos. Corto espacio de tiempo, pero, repito, crucial. A medida que la historia discurre tenemos ya teorías e instrumentos que nos permiten conjeturar, e incluso vivir, las incógnitas de la niebla inicial.

Por tanto: momento anterior al inicial, desconocido; momento fundacional 0/∞, obviamente lo mismo… ¿quién puede meter la cabeza en la incongruencia del cero infinito? Quizás algún día. Sigamos.

Tres constantes físicas fundamentales de nuestro Universo nos definen el primer escenario que creemos poder imaginar. Imaginar, que no medir. Suponemos que este espacio real en un tiempo ya real tendría unas dimensiones físicas exiguas y unas densidades de energía y temperatura gigantescamente inimaginables. Las tres constantes son c, la velocidad de la luz; G, la constante gravitatoria universal; y h, la constante de Plank. Con las tres, y solamente con ellas tres, podemos definir este diminuto y superpotente punto inicial.

Carnet de identidad del espacio-tiempo inicial: en el momento igual a un “tiempo de Planck”, 5,391 x 10-44 segundos, tenía un tamaño de una “longitud de Planck”, 1,161 x 10-35 metros. Almacenaba una energía equivalente a la “masa de Planck”, 2,176 × 10−8 kilos a una “temperatura de Planck” de 1,417 × 1032 K. Por debajo de este tamaño, se cree que el espacio deja de tener sentido. Por debajo de este tiempo no hay tiempo medible. Éste creemos fue el punto de partida. Para saber algo de él, un mundo cuántico de energías einstenianas, tendríamos que saber compaginar teóricamente la mecánica cuántica y la gravedad, cosa muy alejada de nuestras posibilidades actuales. Todo son conjeturas, no hay evidencias de un inicio a partir de una singularidad infinita, ni hay evidencias de que surgiera de un espacio-tiempo espumoso, ni siquiera surgió de la imaginaria idea acerca de un “huevo cósmico primigenio” que explotó.

Lo único que sabemos es que el mundo de Planck que hemos descrito como punto inicial encaja en nuestras teorías como posible punto de partida sobre el que, si se generó un proceso inflacionario, como siguen diciendo nuestras teorías, pudo construirse un mundo frío y en expansión: el que observamos hoy en día.Tras salir del mundo de Planck continuamos en las tinieblas del conocimiento durante una más que reducida época, que culminó cuando la inflación, el Big Bang, terminó. No tenemos medios para acceder experimentalmente al Cosmos de este momento. No podemos inferir nada especial a partir del más profundo banco de datos disponible, como es el espectro de la radiación de fondo de microondas, emitida cuando el Universo tenía unos 380.000 años. No sabemos qué campos ejercerían realmente un papel en este momento. Suponemos que la física que funcionó en aquella época es la que conocemos. Quizás fueran unos momentos fríos y hubo que esperar al final de la inflación para calentar el ambiente. Pero todo son conjeturas. Suponemos que en algún momento de esta época el espacio-tiempo experimentó un gran tirón que lo expandió factores de amplitud gigantescamente impensables. Sólo lo suponemos, aunque tenemos muchas y serias agarraderas de que así tuvo que suceder y que son consistentes con muchas de las cosas que sí podemos observar hoy en día.

¿Y después de la inflación? Suponemos un mundo caliente y cargado de materia-radiación. Pero aunque la teoría que conocemos la podemos aplicar, y de hecho es la que nos propone argumentos para el inicio, desarrollo y salida del Big Bang, no hay forma de poder comprobar si fue así, si las partículas que conjeturamos en este mundo post expansión son exactamente las que nacieron de la gran energía liberada tras el frenado de dicha expansión, o bien son un producto de nuestro raciocinio apto exclusivamente para nuestros libros. Nosotros vemos, encontramos nuevas partículas gracias a que podemos generar estados de suficiente alta energía como para poder colapsar las masas de estas partículas. Pero nuestra joya es el LHC que llega tan sólo a un poco más allá de diez TeV, 1013 eV, ¡cuando en el momento fundacional nos encontrábamos en la historia de un mundo energético que se movía en el entorno de 1028 eV!

Algo se podrá deducir de esta época por el estudio de la información implícita en el mapa de la radiación de fondo de microondas. La dispersión de las singularidades cuánticas generadas en estas épocas, e incluso anteriores. O la existencia de las primeras ondas gravitactorias creadas en aquellos momentos.

Momento t=10-35 segundos tras el Big Bang: inicio de la fase exponencial expansiva. Momento 200 segundos: se generan los primeros núcleos atómicos por la unión de neutrones y protones gracias a que el nivel energético cósmico es ya lo suficientemente bajo, 200 KeV, como para dejar expresarse a la fuerza nuclear fuerte. En el interregno, suponemos que en algún momento se fueron independizando las dos fuerzas nucleares y la electromagnética, y que se fueron creando nuevas partículas, algunas de las cuales pertenecen al acervo cultural básico de la humanidad: protones, neutrones, electrones, neutrinos y fotones,… incluso la partícula de Higgs. Una “eternidad” antes, tiempo 10-14 segundos, las condiciones ya las podemos reproducir en nuestros laboratorios: había llegado el momento a partir del que encontramos ayuda y conocimiento en nuestros instrumentos. Y, como ya hemos comentado, el más potente, el que nos permite ver lo más profundo alcanzable por nuestra tecnología, el LHC. Con poderes en el orden de diez TeV, nos ha mostrado el nacimiento desde el bosón de Higgs de 125 Gev hasta todas las partículas, más aún que la nómina que listé unas líneas más arriba: los fermiones y bosones constituyentes de la materia más cercana a nuestra esencia humana.

No sólo el LHC, sino que también para esta época disponemos de nuestro Modelo Estándar, cuyos resultados teóricos vienen siendo confirmados por los resultados experimentales de nuestros aceleradores de partículas, lo que nos da esperanzas de que este modelo también sea correcto a energías mayores, y por tanto en tiempos más tempranos. Lo cual es una barbaridad, pues este límite del LHC está situado en los 10-14 segundos tras el Big Bang. De allí para acá, ya no nos movemos por una inestable alfombra teórica. Desde este momento podemos tener evidencias de lo que pasó en nuestro joven Universo.

Hemos echado un vistazo a cuán real es lo que podemos saber antes de la nucleosíntesis. Realmente empezamos a sentirnos confortables con la historia que vamos a contar. Después…. Después de la nucleosíntesis estamos mucho, pero que mucho más cómodos. La historia es casi real.

El confort es de tal calibre porque tenemos fuertes evidencias de que nuestras teorías son correctas y de que nuestras matemáticas son superpotentes, y por tanto, sus deducciones exactas. Sabemos aplicar la teoría de la relatividad especial de Einstein y las teorías cuánticas a un mundo post inflacionario, que seguía una curva descendente de temperatura. Con estas teorías se llega a predecir, sobre el papel y el cálculo, qué núcleos de elementos químicos y en que proporción se pudieron producir en tal entorno. Por simplificar: 75% hidrógeno/25% helio… lo demás es marginal. La realidad que observamos se ajusta perfectamente a estas previsiones teóricas. Vamos bien. Tenemos confianza en lo que decimos para estos momentos. Pero vayamos más allá.

Año 380.000 tras el Big Bang. Una temperatura de unos 3000K, ya lo suficientemente baja como para que la atracción electromagnética entre las cargas negativas de los electrones, hasta entonces libres, pudieran unirse a las cargas positivas de los protones o de los núcleos de deuterio o helio, generando los primeros átomos en la historia del Universo. El espacio quedaba libre para que corrieran también libremente los fotones, que hasta entonces se habían estado dando codazos en un tú a tú con los electrones. En las zonas de mayor densidad bariónica los fotones eran más energéticos. En las de menor densidad eran menos energéticos. Lo más glorioso es que hemos podido hacer una foto de la familia fotónica de aquel momento, un reflejo fiel de la distribución de las masas a lo largo de todo el volumen del pequeño universo de hoy en día. Fotones ancestrales, que aún a día de hoy andan por todos los lados a la velocidad de la luz.

A partir de este momento, con la confianza puesta en que el “cielo” se había aclarado, se había vuelto transparente, y con la confianza de que nuestras teorías funcionan, con la confianza de que la gravedad universal tal como la conocemos mueve de la forma que sabemos a los astros celestes, próximos o lejanos, a velocidades terrestres o relativistas, sabemos que sabemos… o que podemos saber. Podemos experimentar lo que pensamos. La sofisticada tecnología de telescopios trabajando en un amplio rango de frecuencias y las infinitas posibilidades que nos brinda la tecnología de espectrometría de la luz nos permite ver más allá de la banda de frecuencias electromagnéticas visibles. Hemos visto cuásares y galaxias de hace unos 200 millones de años tras el Big Bang. De ahí a hoy en día, 13.800 millones después, se extiende un mundo confortable para la ciencia. Con lagunas, sí, pero en el que nos sentimos seguros.

lunes

JUPITER, LO MAS BASICO


Júpiter, el planeta más antiguo del sistema solar, está formado por una gigantesca masa de hidrógeno y helio que ocupa un diámetro de 142.984 kilómetros. Su superficie tiene bandas brillantes y oscuras formadas por fuertes vientos que fluyen en direcciones opuestas a velocidades de 100 metros por segundo. La misión espacial Juno, lanzada en 2011 y en órbita alrededor del planeta desde julio de 2016, ha proporcionado un gran volumen de datos sobre Júpiter que están siendo analizados por la comunidad científica. La revista Nature, ha publicado de forma simultánea este miércoles cuatro de estos estudios para explicar el origen de estas bandas y determinar si se extienden hacia el interior del planeta, una cuestión no resuelta hasta ahora.

En un primer trabajo dirigido por el ingeniero aeroespacial de la Universidad de Roma La Sapienza, Luciano Less, los científicos sostienen que Júpiter presenta un campo gravitacional asimétrico a lo largo de su eje norte-sur. Los datos proceden de pequeñas anomalías observadas en la aceleración de la sonda espacial Juno sobre la órbita elíptica de Júpiter, lo que se conoce como desplazamiento Doppler.

La Gran Mancha Roja

Los cambios de gravedad de polo a polo han sorprendido a los investigadores, que no esperaban este comportamiento en un planeta gaseoso, achatado y que gira a gran velocidad. La explicación, según los autores, estaría en un flujo de vientos atmosféricos e interiores que se extendiesen con una gran masa a gran profundidad. "Estos vientos no permanecen iguales a través del tiempo", ha afirmado a EL MUNDO Luciano Iess. "La Gran Mancha Roja (que es de un tipo diferente de fenómeno) se ha reducido un 30% en los últimos 30 años. Si los vientos cambiasen, también lo haría la gravedad, pero la profundidad permanecería igual", ha añadido.

En un segundo estudio, liderado por el experto en dinámica atmosférica Yohai Kaspi, del Instituto Weizmann de Ciencias de Israel, se ha calculado que el flujo de esos vientos se extiende a 3.000 kilómetros de profundidad desde la atmósfera de Júpiter, cuya masa han estimado, además, en un 1% de la masa total del planeta. "La asimetría se debe sólo a corrientes de chorro profundas. El interior de cualquier planeta gaseoso no tiene asimetría entre el norte y el sur", ha asegurado Kaspi.

Las famosas bandas de Júpiter no sólo ocupan, por tanto, su superficie, sino que se extienden hacia dentro con fuertes vientos que decaen a medida que aumenta la profundidad, hasta una vigésima parte del radio del planeta, un punto donde la presión es 100.000 veces la de la atmósfera en la superficie de la Tierra.

Por otro lado, científicos de la Universidad de la Costa Azul, en Francia, tras estudiar la gravedad por debajo de los 3.000 kilómetros observados por Kaspi, han descubierto que el interior de Júpiter está compuesto por una mezcla de hidrógeno y helio que rota como lo haría un cuerpo sólido, a pesar de tratarse de un fluido. Esta diferencia de rotación de Júpiter, que se comporta como un gas a nivel atmosférico y como un sólido en profundidad, de debe a la ionización del hidrógeno a alta presión, que produce protones y electrones que se mueven libremente.

El equipo de Guillot espera poder extrapolar estas conclusiones a otros planetas gaseosos, como Saturno, para el que cree que el punto diferencial entre una atmósfera fluida y un centro de comportamiento sólido podría ocurrir a mayor profundidad. "De hecho, debido a que Saturno es menos masivo que Júpiter, necesitamos profundizar para alcanzar la misma conductividad. Por lo tanto, según los resultados de Juno para Júpiter, predecimos que Saturno debería tener un flujo de rotación diferencial tres veces más profundo, es decir, alrededor de 9.000 kilómetros", ha comentado a este periódico Guillot.

Estos tres trabajos han sido condensados en una publicación News & Views de Jonathan Fortney, experto en exoplanetas y director del Laboratorio de Otros Mundos de la Universidad de California, Santa Cruz. El investigador remarca la importancia de la ciencia planetaria comparada y cómo los tres estudios sobre Júpiter pueden ayudar a comprender la dinámica de otros planetas gigantes gaseosos, como Saturno, cuya sonda de observación, la misión Cassini, finalizó en 2017. Fortney también destaca a la posibilidad de que Juno aporte nuevos datos sobre la profundidad de la Gran Mancha Roja de Júpiter o sobre los efectos de las mareas que provocan sus grandes lunas.
Patrones ciclónicos

En un cuarto estudio, llevado a cabo desde el Instituto de Astrofísica y Planetología Espacial de Roma, Italia, el investigador Alberto Adriani y sus colaboradores han descrito los ciclones que se localizan en el polo norte y sur de Júpiter y que forman un patrón poligonal. Los científicos han observado un octágono formado por ocho ciclones que giran alrededor de un ciclón central en el polo norte y un pentágono formado por cinco ciclones alrededor de otro ciclón en el polo sur.

Según Adriani, "estos ciclones son únicos en nuestro sistema solar, pero podrían estar presentes en cada exoplaneta que tenga características similares a las de Júpiter. La simetría de la estructura se debe a su posición alrededor del polo, es decir, justo alrededor del eje de rotación del planeta.

Sin embargo, la razón por la que estas estructuras se mantienen constantes sin fusionarse y se mueven de forma lenta, según sus cálculos, es, de momento, desconocida.

domingo

LA NEBULOSA LAGUNA


La nebulosa Laguna fue observada por primera vez por el astrónomo francés Guillaume Le Gentil en el siglo XVII, en el año 1747 y Charles Messier la vio en en el año 1764, es el objeto Messier 8 (M8) y el cúmulo abierto NGC (Nuevo Catalogo General) 6530.

El nombre de nebulosa Laguna se deriva de la banda oscura que la divide, esta banda se debe a un gas brillante que da la sensación de observar a una tranquila laguna.

Es una nebulosa de emisión que esta compuesta por gas ionizado y recibe energía que difunde en forma de radiación y emite luz en diferentes colores, los cuales no son alcanzados a simple vista por el ojo humano, debido a la cercanía de una o varias estrellas calientes. Se trata de una región HII.

La ubicación de la nebulosa Laguna es dentro de la constelación de Sagitario que es una constelación del zodiaco y a su alrededor están las constelaciones de Escorpio al Oeste y Capricornio al este y es representada por una criatura con la cabeza, el torso y brazos de un ser humano pero con patas de caballo (Centauro).

Para tener referencia de la ubicación de la nebulosa Laguna se encuentra al norte de la estrella Nash o Al Nasl (Gamma Sagittari) y al sur de la nebulosa mas pequeña Trifid (M20) la cual es parte de una nube molecular.

Su distancia es de 5000 años luz con una ascensión recta 18h 03m 37s , su declinación es -24° 23¨12¨, con una magnitud aparente de 4,6, su tamaño aparente es 90,0 x 40,0 minutos de arco similar a tres lunas llenas juntas, su radio es de 70 x 30 al y la magnitud absoluta 6.0; es la mas brillante.

La distancia a la Tierra de la nebulosa laguna se estima que es de 4.077 años luz y es una región de formación estelar; su diámetro es superior a 100 años luz lo que haría difícil para un ser humano recorrer en su totalidad, es decir quizás no le alcanzaría la vida para finalizar el recorrido.

En la nebulosa Laguna hay gas (hidrógeno) y polvo interestelar que provocan la coloración de color rojo que se observa. Puede ser visualizada sin la utilización de prismáticos (binoculares). Estos restos de polvo son las consecuencias de explosiones de supernovas y estrellas gigantes frías.

Existe una sección dentro de la nebulosa Laguna llamada reloj de arena la cual se conformo por los turbulentos vientos estelares extremos y la intensa luz de las estrellas; la luz tarda 50 años en cruzar este sector.

Dentro del sector reloj de arena hay una intensa producción de estrellas. Lo que hace que la nebulosa Laguna destaque es el gas brillante de color rojo y la nube de polvo oscuro que la rodea los cuales están en proceso de colapso para la producción de estrellas. Se encuentra en centro de la vía lactea que se cruza desde el suroeste en dirección al nordeste .

Las estrellas mas brillantes que posee la nebulosa Laguna son la 9 Sagittarii una estrella muy caliente con un brillo similar a 770.000 soles y HD 165052.

La singular belleza que aporta la nebulosa Laguna hace que los que observan desde su telescopio la constelación de Sagitario se detengan en ella para admirarla.

La vista de este objeto celeste M8, es muy destacada en verano y parte del otoño en el hemisferio norte, ya que posee grandes dimensiones visuales. El cielo debe ser bien oscuro para realizar la visualización. Se puede utilizar unos prismáticos (binoculares), porque a simple vista solo sera una mancha borrosa.

En ella hay violentos torbellinos, huracanes y vientos estelares. La región del reloj de arena es una zona muy turbulenta, en su parte inferior hay filamentos de hidrógeno gaseoso y polvo oscuro. Estos torbellino y huracanes son similares a los que afecta el planeta tierra ya que se producen por las diferencias entre las temperaturas de la superficie caliente y las nubes frías.

En su interior hay glóbulos de bok que son nubes oscuras y estas son nubes en colapso donde continuamente se forman estrellas, algunos la llaman la guardería de estrellas debido a la gran cantidad de producción. El cumulo abierto NG6530 es el encargado de albergar a estas brillantes estrellas recién nacidas.

Las estrellas que emergen del centro de esta nebulosa emiten grandes cantidades de radiación ultravioleta, por lo cual se ioniza gas a su alrededor ocasionando así su intenso brillo o resplandor.

viernes

PROYECTO ORION


Desde que el Apolo 17 levara anclas de nuestro satélite en 1972, el ser humano no ha vuelto a adentrarse en el espacio más allá de una región a la que llamamos LEO (Low Earth Orbit), la región de las órbitas bajas alrededor de la Tierra, de unos pocos cientos de kilómetros de altitud, a la que volaba el Transbordador Espacial o en la que se encuentra orbitando la Estación Espacial Internacional.

En la actualidad, la NASA está trabajando en el desarrollo de los elementos que serán necesarios en su día para poder enviar seres humanos más allá de las órbitas bajas de la Tierra y en un futuro a Marte. Dos de esos elementos son la nave Orión y el cohete SLS (Space Launch System) que, si todo va bien, harán su primer vuelo de prueba conjunto a finales del 2018 en una misión denominada EM-1 (Exploration Mission 1).

Orión ya realizó un primer vuelo de prueba no tripulado en diciembre de 2014 denominado EFT-1 (Exploration Flight Test 1), pero en aquella ocasión el lanzador no fue un SLS, sino un Delta IV Heavy. El EFT-1 fue un vuelo de corta duración, de 4 horas y media durante las que la nave voló en órbita alrededor de la Tierra en unas condiciones que condujeron a que realizara una reentrada de alta energía en la atmósfera. La EFT-1 fue una necesaria misión de prueba de gran éxito pero cuyo alcance fue mucho más limitado del que tendrá la próxima EM-1, mucho más ambiciosa.

La misión EM-1 no será tripulada (aunque en la actualidad se está estudiando la posibilidad para que lo pudiera ser) pero posee características bastante ambiciosas ya que tendrá a la Luna por destino; no para alunizar ya que no se dispone de un módulo de descenso a la Luna, pero sí para realizar una serie de maniobras y probar varios sistemas en el entorno del satélite a lo largo de un vuelo cuya duración será de varias semanas. Tal y como se plantea el programa Orión en la actualidad, se pretende, además, que EM-1 sea el único vuelo de prueba antes de la primera misión tripulada a bordo del sistema SLS-Orión, una misión denominada EM-2 y proyectada, en principio, para que tenga lugar pocos años después de EM-1.

La nave Orión se asemeja en su forma a las cápsulas Apolo pero estará dotada de sistemas más modernos y será también de mayor tamaño, de forma que podrá albergar una tripulación de entre cuatro y seis tripulantes dependiendo del tipo de misión. En la arquitectura global del programa Orión, a esta nave también se la conoce como módulo de la tripulación (CM, Crew Module), y estará unida hasta momentos antes de la reentrada en la atmósfera de la Tierra a un módulo cilíndrico llamado módulo de servicio (SM, Service Module), el cual está siendo desarrollado principalmente por la Agencia Espacial Europea.

El módulo de servicio no es habitable pero contiene los sistemas de sustentación de vida que proveen de agua, aire y electricidad a la tripulación alojada en el CM además de los sistemas de propulsión necesarios para realizar diversas maniobras en el espacio. Al igual que sucedía en el programa Apolo, el CM y el SM también permanecerán unidos en el programa Orión durante todo el vuelo hasta momentos antes de que el CM afronte la reentrada en la atmósfera al final de la misión.

El SLS, por otra parte, será una familia de lanzadores con capacidad para enviar tripulación o cargamento en misiones de exploración más allá de las órbitas bajas de la Tierra y que serán comparables en capacidad a los poderosos cohetes Saturno V que posibilitaron la exploración humana de la Luna hace ya casi medio siglo.

El primer cohete SLS se corresponderá con la versión llamada SLS Block 1. Con casi 100 metros de altura y capaz de colocar 70 toneladas en órbita alrededor de la Tierra, el SLS Block 1 será el tipo de cohete empleado en la misión EM-1. Una futura versión de este cohete, llamada SLS Block 1B Crew (Tripulación) será el empleado en la misión tripulada EM-2. El SLS Block 1B Crew tendrá una altura de 111 metros y una capacidad para colocar 105 toneladas en órbita alrededor de la Tierra. Por otra parte, una futura versión para transportar cargamento al espacio y poder así ensamblar los elementos necesarios para una futura misión a Marte será el SLS Block 2, el cual será capaz de colocar hasta 130 toneladas en órbita alrededor de la Tierra.