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Descubren primera evidencia del origen extraterrestre de los neutrinos

neutrinos

A pesar de que los rayos cósmicos fueron descubiertos hace 100 años, su origen sigue siendo uno de los más grandes misterios para la física.

Y es que un telescopio situado en la Antártica, el Observatorio de Neutrinos IceCube, ha reportado la detección de 28 neutrinos altamente energéticos que podrían tener su origen en las fuentes cósmicas. Dos de estos han alcanzado energías superiores a 1 petalectrovoltio, que es un nivel de energía miles de veces superior que la energía más alta que ha producido un neutrino en un acelerador.

“Estamos observando por primera vez neutrinos de altas energías que no provienen de la atmósfera”, dice Francis Halezen, principal investigador de IceCube. “Esto era lo que estábamos buscando”.

Debido a que rara vez interactúan con la materia, y que no presentan obstáculos para la gravedad, los neutrinos pueden llevar información de los fenómenos de mayor energía que se producen a grandes distancias. Sin embargo, millones de neutrinos pasan a través de la Tierra cada segundo y la gran mayoría se originan también en el Sol o en la atmósfera de nuestro planeta. Pero son raros los neutrinos de altas energías que pueden generarse por los más poderosos eventos cósmicos, tales como los rayos gamma, agujeros negros o la formación estelar, donde serían creados en asociación con rayos cósmicos que alcanzarían energías de cientos de miles de pentaelectrovoltios.

detector ice cube

El detector IceCube / Crédito: Daily Galaxy.com

El profesor de post-doctorado Nathan Whitehorn ha descrito 28 eventos de alta energía producidos por neutrinos que fueron capturados por el detector entre mayo de 2010 y mayo de 2012. Estos eventos, incluyendo dos que exceden el nivel de energía de 1 pentaelectrovoltio, es uno de los grandes retos para construir un detector como el IceCube.

“Es prematuro especular en donde se originaron estos neutrinos  pero la colaboración de IceCube continúa refinando y expandiendo el análisis”, añadió Whitehorn.

El telescopio IceCube está compuesto por más de 5,000 módulos digitales ópticos suspendidos en un kilómetro cúbico de hielo en el Polo Sur.

Hay que mencionar que el observatorio de la Fundación Nacional para la Ciencias de Estados Unidos detecta neutrinos a través de los delgados flashes o luz azul producida cuando uno de ellos interactúa con una molécula de agua en el hielo.

Las primeras pistas sobre la existencia de los neutrinos de alta energía vinieron con el inesperado descubrimiento en Abril de 2012 de dos eventos de detección por encima de 1 pentavoltio. Un análisis de esos eventos fue reportado el mes pasado en un documento enviado a la revista Physical Review Letters. Una búsqueda intensiva, encabezada por Whitehorn y sus colegas Claudio Popper y Naoko Kurahashi de 26 eventos adicionales permitieron observar eventos superiores a los 30 teraelectrovoltios. Todo esto será descrito en una publicación posterior.

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Traducido y editado por Julio García.

Referencia: The Daily Galaxy.

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Un nuevo principio ayudaría a explicar por qué la naturaleza es cuántica

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Como sucede con los niños pequeños, los científicos siempre se hacen la pregunta de por qué. La respuesta que tienen que resolver es por qué la naturaleza escoge a la física cuántica como una forma sensible de comportamiento.

Sabemos que las cosas que siguen las leyes de la mecánica cuántica, como los átomos, los electrones o los fotones que hacen la luz, están llenos de sorpresas. Pueden existir en más de un lugar al mismo tiempo, por ejemplo, o existir en un estado compartido donde las propiedades de dos partículas muestran lo que Einstein llamaba una misteriosa acción a distancia, sin importar la separación física. Debido a que todo esto ha sido confirmado a través de experimentos, los investigadores están seguros de que la teoría es correcta.

Pero aún sería más fácil de tragar si se pudiera demostrar que la física cuántica surgió a partir de principio subyacentes intuitivos.

Una manera de aproximarse a este problema es imaginar a todas las teorías que uno podría abordar para describir la naturaleza, y luego averiguar qué principios ayudan a destacar la física cuántica.

La Teoría Especial de la Relatividad afirma que nada puede viajar más rápido que la luz. Sin embargo, esto no es suficiente para definir a la física cuántica como la única manera en que la naturaleza se puede comportar. Corsin y Stephanie piensan que han llegado a un nuevo principio útil. “Hemos encontrado un principio que es muy bueno para descartar otras teorías”.

En corto: el principio que debe ser asumido es que si una medición no da información, entonces el sistema que está siendo medido no debe ser perturbado.

La física cuántica acepta que ganar información de los sistemas cuánticos causa perturbación. Corsin y Stephanie sugieren que en un mundo sensible lo opuesto debe ser verdad. Si no aprendes nada luego de medir un sistema, entonces tampoco lo puedes perturbar.

Podemos considerar la famosa paradoja del gato de Schrodinger que es un experimento mental en donde un gato puede existir simultáneamente en dos estados posibles: vivo y muerto (esto es conocido como superposición cuántica). De acuerdo con dicha teoría, es posible que el gato se encuentre simultáneamente vivo y muerto. El verdadero estado del gato se conocerá (se sabrá a ciencia cierta) una vez que la caja sea abierta.

Cuando la caja está abierta, permitiendo así conocer la salud del gato, la superposición colapsa y el gato termina definitivamente vivo o muerto. Y es que el solo hecho de hacer una medición, de observar al gato, hace que su estado sea perturbado.

Ésta es una propiedad general de los sistemas cuánticos. Hacer una medición de la que no puedes saber el resultado de antemano, hará que el resultado cambie para que coincida con el resultado que se obtiene. ¿Qué sucede si miras por segunda vez? Los investigadores asumen que el sistema no evoluciona con el tiempo y que no puede ser afectado por ninguna influencia externa, lo que significa que el estado cuántico permanece colapsado. Entonces esperarías que la segunda medición obtendría el mismo resultado que la primera. Después de todo, “si tu miras dentro de la caja y encuentras un gato muerto, no esperarías volver a mirar después y ver al gato que ha resucitado”, afirma Stephanie. “Se podría decir que hemos formalizado los principios de la aceptación de los hechos”.

Corsin y Stephanie muestran que este principio excluye varias teorías de la naturaleza. Hacen notar que, particularmente, una clase de teorías que llaman “discretas” son incompatibles con el principio. Estas teorías sostienen que las partículas cuánticas pueden tomar solamente un número finito de estados, en lugar de escoger entre un infinito número de posibilidades. La posibilidad de un espacio de estado discreto ha estado ligado con las teorías de gravedad cuántica proponiendo la misma discrecionalidad en el espacio-tiempo, donde la fábrica del universo está hecha por una especie de ladrillos en lugar de ser una suave y continua sábana.

Los investigadores admiten que todavía están muy lejos de responder a la pregunta de por qué, ya que teorías que no nos como la mecánica cuántica, incluyendo a la física clásica, son compatibles con el principio.

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Traducido y editado por Julio García.

Referencia: Phys.org

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Un nuevo proyecto buscará encontrar ondas gravitatorias en 2017

ondas gravitatorias

La gravedad tiene un poder de largo alcance que se hace evidente a través de la deformación de la curvatura del espacio y el tiempo, tal y como lo predigo Albert Einstein en su Teoría General de la Relatividad. Eventos cosmológicos extremos como el surgimiento de las estrellas de neutrones o de los agujeros negros son capaces de producir ondas de gravedad, las cuales son extremadamente débiles para ser detectadas a través de los instrumentos actuales.

Así, para el astrónomo del Instituto Carnegie, Mani Kasliwal, en los próximos cinco años los instrumentos de detección sí serán capaces de probar que el espacio y el tiempo se arruga y deforma en forma de ondas gravitatorias, las cuales fueron predichas hace casi 100 años por Albert Einstein, pero que aún no han sido observadas directamente.

Pero esto podría cambiar pronto cuando se pongan en marcha los instrumentos más sensibles de detección. “Hay mucha actividad y emoción en el campo de la gravedad ahora mismo”, afirmó Kasliwal. “El momento realmente se está construyendo ahora”.

Para medir la presencia de una pequeña señal de ondas de gravedad se requiere de un detector interferométrico que sea capaz de medir una parte en 1021 (esto significa una millonésima parte de un nanómetro en un kilómetro de longitud). Estos eventos gravitatorios son muy raros y ocurren una vez cada 10,000 años por galaxia.

Una versión avanzada de un detector así ha sido diseñado para encontrar ondas de gravedad de forma periódica (aproximadamente cientos de eventos anualmente). Esto comenzará a partir de 2017.

Pero este heroico experimento será en cierto modo desilusionaste ya que los interferómetros gravitatorios solamente serán capaces de “escuchar” el paso de las ondas y detectar si algo pasa, pero serán completamente “ciegos” en lo que respecta al hecho de observar la fuente de su origen. Para localizar el origen de dichas ondas será necesaria la colaboración entre físicos y la comunidad astronómica, quienes realizarán frecuentes simulaciones alrededor del mundo con interferómetros ultra sensibles, que son artefactos muy grandes en forma de L que funcionan midiendo el tiempo que tarda un fotón (producido por un láser), en llegar de un lugar a otro del aparato. Los astrofísicos esperan que recabando información de varios lugares, los investigadores serán capaces de determinar la dirección desde donde las ondas han viajado y quizá saber de dónde provienen.

Kasliwal ha reportado que el nuevo inteferómetro estará en funcionamiento en 2017.

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Traducido y editado por Julio García.

Referencia: Daily Galaxy.

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Desarrollan método para detectar planetas utilizando la Teoría de la Relatividad

planeta como jupiter

Un nuevo método para detectar planetas alienígenas se centra en tres pequeños efectos que ocurren simultáneamente mientras un planeta orbita su estrella. El llamado efecto resplandeciente causa que la estrella brille en la medida en que se mueve hacia nosotros, producto del tirón gravitatorio que le produce el planeta que gira en torno a ella.

Detectar planetas alienígenas presenta un reto significativo debido a que son pequeños, están lejos y muy cerca de sus estrellas. Las dos técnicas más prolíficas para encontrar exoplanetas son la velocidad radial (que se centra en el bamboleo de las estrellas) y la de tránsito (que se basa en la disminución del brillo). Y un equipo de astrónomos de la Universidad de Tel Aviv y del Centro Smithsoniano de Astrofísica han descubierto, gracias al telescopio Kepler de la NASA, un exoplaneta utilizando el nuevo método que se basa en la Teoría Especial de la Relatividad de Einstein.

El “planeta Einstein”, como se le conoce ahora, y que es formalmente conocido como Kepler 76-b, es parecido a Júpiter y orbita su estrella cada 1,5 días. Además es 25% más grande y pesa el doble. Orbita una estrella tipo F situada a 2,000 años luz de la Tierra en la constelación de Cygnus.

El planeta se encuentra fuertemente unido a su estrella y siempre muestra la misma cara como sucede con la Luna. Como resultado, Kepler 76-b puede alcanzar temperaturas de 1982 grados.

Con la tecnología actual, el nuevo método no es capaz de encontrar planetas como la Tierra, pero a los astrónomos les sigue ofreciendo la oportunidad de observar mundos del tamaño de Júpiter. A diferencia del método de búsqueda de velocidad radial, este nuevo método no requiere de la utilización del espectro de alta precisión. Y, a diferencia del método de tránsito, no requiere de una alineación precisa del planeta y la estrella para observarlos desde la Tierra.

“Cada técnica para cazar planetas tiene sus fortalezas y debilidades. Y cada técnica nueva que agregamos al arsenal nos permite probar la presencia de planetas a través de un nuevo régimen de observación”, comentó Avid Loeb del Centro Smithoniano de Astrofísica.

Por su parte, David Latham, uno de los miembros del equipo, comentó que “estamos buscando efectos muy sutiles. Necesitamos medidas de alta calidad del brillo de la estrella con una precisión de una parte en 1 millón”.

El equipo también está buscando evidencia de cómo la estrella se estiró hasta adquirir la forma de un estadio de fútbol debido a la fuerza de gravedad que ejerce el planeta que lo orbita, ya que el astro aparecía más brillante cuando los científicos la observaban por un lado y más lejana cuando la observaban desde un extremo.

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Traducido y editado por Julio García.

Referencia: Daily Galaxy.

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El agua de la Tierra y la Luna podría provenir de la misma fuente

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El agua que se encuentra en el fondo de la Tierra y de la Luna podría haberse originado por la misma fuente: antiguos meteoritos.

Ha esta conclusión han llegado investigadores de la Universidad de Brown en Estados Unidos, luego de haber sugerido que el agua ha existido en la Tierra desde antes que impactase un meteorito, el cual fue responsable de crear la Luna.

Lo que continúa siendo un misterio es cómo el agua pudo sobrevivir en la Luna a pesar de la violenta colisión.

Como todos sabemos, el agua es vital para el desarrollo de los organismos. Cuando nuestro planeta se formó, los ingredientes del agua se habrían formado más allá de la órbita terrestre. Como tal, toda el agua del planeta debió de haber provenido de cometas y meteoritos que entraban al interior del Sistema Solar.

Hasta ahora, los científicos creían que la luna era un cuerpo completamente seco que se había originado a partir del impacto de un pedazo de roca del tamaño de Marte sobre la Tierra hace unos 4,500 millones de años. El calor de esta colisión, según ellos, debió de haber cocinado y destruido todos los ingredientes del agua que se encontraban en la naciente luna. Sin embargo, hace cinco años, la primera evidencia de la presencia de hidrógeno fue descubierta en muestras lunaress traídas por las misiones Apolo. El hidrógeno es un ingrediente fundamental del agua, junto con el oxígeno.

Para encontrar los orígenes de esta agua, los científicos analizaron granos de cristal de las piedras de la Luna que fueron traídas a la Tierra por las misiones Apolo 15 y 17. Estos cristales poseen delgadas piezas de vidrio que dan cuenta de la historia geológica del satélite.

Los investigadores se centraron también en los isótopos del hidrógeno encontrados en el magma lunar. Todos los isótopos de un elemento químico tienen el mismo número de protones, pero cada uno tiene diferente número de neutrones. Por ejemplo, el hidrógeno común no tiene neutrones pero sí los tiene el deuterio, que es una forma de hidrógeno y tiene un neutrón. En general, los objetos formados cerca del sol tienen menos deuterio que aquellos formados más lejos.

La relación ente deuterio e hidrógeno observada en meteoritos, conocidos como condritas, es similar al que se ha podido detectar en el agua de la Tierra, sugiriendo que más del 98% del agua que existe en nuestro planeta podría haber llegado a través de estas rocas y no de cometas. Los investigadores han encontrado, además, que la relación de deuterio e hidrógeno en las rocas de la luna es similar a aquella observada también en la Tierra.

Todos estos hallazgos indican que el agua en la luna y en la Tierra tienen un origen común en las condritas carbonáceas, que son meteoritos que se encuentran en el cinturón de asteroides entre Marte y Júpiter.

“Con un buen grado de certeza, podemos saber que el agua llegó a la Luna y a la Tierra a partir de meteoritos primitivos que ahora se encuentran en las partes externas del cinturón de asteroides”, afirmó Albert Saal quien es geoquímico de la Universidad de Brown. Él y sus colegas han publicado detalles de su trabajo en la revista Science.

Después de que la Luna se formara a partir de dicho impacto, que sucedió 100 millones de años después de que la Tierra se formara, aparentemente nuestro planeta no recibió más cantidades significativas de agua.

Si el agua en la Tierra y en el pedazo de roca que luego se convertiría en la Luna ya estaba ahí antes del impacto, todavía sigue siendo un misterio por qué el calor del impacto no provocó que toda el agua se cocinara y evaporara. Una posibilidad es que la roca vaporizada que el impacto generó hiciera que esta roca quedara atrapada en forma de gas como en una botella de refresco. Este factor, junto con el de la gravedad de la Tierra, pudo haber contribuido a que el planeta conservara hidrógeno y por lo tanto agua.

Pero el problema con la idea anterior es la propia Luna, que tiene mucho menos masa y por consiguiente menos gravedad que la Tierra para poder retenerla. Con todo ello, nuestro único satélite posee, probablemente, de cinco a diez veces menos agua que la Tierra, y esto sigue siendo una cantidad de agua muy significativa.

Otros investigadores, como Paul Hartogh del Instituto Max Planck de Alemania mantienen la hipótesis de que el agua de la Tierra podría venir de cometas. Y esto lo afirman luego de haber descubierto que la proporción de deuterio e hidrógeno observado en cometas muy cercanos coincide con la cantidad de estos elementos que existen en el agua de nuestro planeta. Si los cometas realmente llevaron agua a la Tierra, esto debió de haber ocurrido mucho antes del impacto del meteorito, lo que significa que la Tierra y la luna no tenían agua desde el principio.

La misión Rosetta de la Agencia Espacial Europea, que comenzó en 2004, podría resolver la cuestión de si fueron cometas o meteoritos los que permitieron que en la luna y en la Tierra existiera agua. En 2014, dicha nave se acercará peligrosamente al cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko con la finalidad de analizar sus relaciones isotópicas y ver si estas coinciden con aquellas que existen en la Tierra y la Luna.

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Traducido y editado por Julio García.

Referencia: Space.com

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