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Por fin podría haberse descubierto la materia oscura del universo, afirma la NASA

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Imagen del Espectrómetro Magnético Alpha que está abordo de la Estación Espacial Internacional y que ha descubierto la presencia de posible materia oscura. / Crédito: nasa.gov

Si es que se confirma, la primera detección de materia oscura podría atribuírsele a los miembros de la Estación Espacial Internacional (ISS).

Y es que ayer, 3 de Abril, los científicos anunciaron los primeros resultados arrojados por el Espectrómetro Magnético Alpha que se encuentra a bordo de la Estación Espacial y que es capaz de detectar partículas de rayos cósmicos. 

El instrumento ha observado un patrón llamativo de partículas de antimateria, llamadas positrones (anti-electrones), que son el resultado de las colisiones entre partículas de materia oscura.

Sin embargo, el hallazgo continúa siendo incierto y la señal detectada por el Espectrómetro podría provenir de una señal más mundana, a pesar de que, como afirman los expertos, son completamente novedosos.

Las partículas de rayos cósmicos son abundantes en el espacio pero no en la Tierra, debido a que la mayoría son absorbidas por la atmósfera.

En sus primeros 18 meses de operación, el Espectrómetro ha detectado alrededor de 30 mil millones de rayos cósmicos, incluyendo 400,000 positrones. Una cifra que es más significativa estadísticamente comparada con los experimentos que se llevan a cabo en la Tierra.

“Ha sido un gran paso en lo que se refiere a magnitud de sensibilidad”, dijo Richard Gaitskell de la Universidad de Brown.

Sobre la materia oscura debemos decir que es una una sustancia invisible que representa el 80% de toda la materia que existe en el universo y que es difícil de detectar porque con poca frecuencia interactúa con la materia ordinaria. Solamente interactúa cuando la materia oscura produce un empujón o tirón gravitatorio.

Una de las teorías que tienen mayor peso sobre la composición de esta materia es que está formada por partículas llamadas WIMPs (partículas masivas de interacción débil), que producen una huella con características específicas cuando chocan unas con otras y luego se aniquilan. Esto sucede porque se cree que las WIMPs poseen su propia partícula de antimateria. Cuando materia y antimateria se encuentran se destruyen, de tal suerte que si dos WIMPs hacen contacto, se destruyen también.

De hecho, una de las motivaciones más importantes para construir el Espectrómetro Magnético Alpha es la poder encontrar esa huella que dejan las partículas WIMPs. Si se confirmara, o no, el hecho de haber detectado materia oscura, esto no afectaría el ánimo de los científicos los cuales ya se sienten realizados por los últimos resultados del Espectrómetro.

“Estoy convencido que esto es sólo el primero de los muchos descubrimientos científicos que seremos capaces de hacer desde la Estación Espacial Internacional y que seguramente cambiarán nuestra comprensión del universo”, afirmó en conferencia de prensa el administrador de la NASA, Charles Bolden.

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Traducido y editado por Julio García.

Referencia: Space.com

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La Vía Láctea se encuentra inmersa en un colosal halo de gas

En esta imagen artística se pueden ver a la Vía Láctea y a las dos Nubes de Magallanes (abajo del lado izquierdo) rodeadas por un inmenso halo de gas. /  Imagen: http://www.dailygalaxy.com

El telescopio de Rayos X Chandra ha probado que nuestra galaxia, la Vía Láctea, se encuentra rodeada por un enorme halo de gas caliente que se extiende por cientos de miles de años luz y se estima que es comparable con la masa de todas las estrellas que existen en la Vía Láctea. Si el tamaño y la masa de este halo es confirmada, podría ser la solución para el problema del “barión perdido”. Los bariones son partículas fundamentales , que incluyen a protones y neutrones, y que representan el 99,99% de la masa de todos los átomos.

Cuando el universo tenía tan solo un par de millones de años de antigüedad, esta materia bariónica representaba el 16,6 por ciento de toda la materia oscura. Pero ahora, más de 10 mil millones de años más tarde, aún continúa siendo un misterio lo que sucedió (o por qué ya no está presente) el 50 % de esta materia. Ello podría ser explicado a través del estudio de este halo.

Por otro lado, la ilustración artística que aparece arriba nos muestra una enorme “burbuja” de gas caliente (en azul) alrededor de la Vía Láctea. También muestra a las llamadas Nubes de Magallanes que son dos galaxias de menor tamaño y que son vecinas de nuestra galaxia, formando el llamado Grupo Local.

Para determinar las dimensiones de este halo, un equipo formado por cinco astrónomos utilizaron datos tanto del telescopio Chandra, como del satélite japonés Suzaku, de tal suerte que pudieron determinar también su temperatura y su masa. Chandra observó ocho fuentes brillantes de rayos X localizadas más allá de nuestra galaxia a una distancia de cientos de millones de años luz.

Los datos revelaron que los rayos X emitidos por estas fuentes distantes son absorbidos parcialmente por los iones de oxígeno que se encuentran cerca de la Vía Láctea. Y es la naturaleza de dicha absorción lo que ha permitido a los científicos determinar que la temperatura del halo que es absorbido se encuentra a una temperatura de entre 1 millón y 2.5 millones de grados Kelvin.

Otros estudios han evidenciado que otras galaxias también se encuentran rodeadas por un halo de gas caliente, cuyas temperaturas oscilan entre 100,000 y 1 millón de grados, y han mostrado  la presencia de un un componente aún más caliente con temperaturas mayores a 1 millón de grados, por lo que este nuevo estudio provee evidencias de que la masa en el halo de gas caliente que rodea a nuestra galaxia es mucho mayor que la del gas caliente.

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Traducido y editado por Julio García.

Referencia: The Daily Galaxy

Proponen nueva teoría sobre el origen de la materia y la energía oscura

Un par de matemáticos -uno de la Universidad de Indiana en Estados Unidos y el otro de la Universidad de Sichuan en China- han propuesto una teoría unificada de la materia y la energía oscura que altera las ecuaciones de Albert Einstein que describen los fundamentos de la gravedad.

“Creemos que una nueva teoría de la gravedad cambiará nuestra visión de la energía, las interacciones gravitacionales, la estructura y la formación del universo”, afirmó Shouhong Wang, profesor de matemáticas en la Universidad de Indiana.

Wang, junto con Tian Ma (profesor de la Universidad Sichuan) sugieren que la ley de la energía y la conservación del momento en el espacio-tiempo es solamente válida cuando la materia normal, la materia oscura y la energía oscura son tomadas en cuenta. Pero, para la materia normal u ordinaria solamente, el momento y la energía ya no se conservan, arguyen.

Mientras que siguen utilizando la métrica del espacio-tiempo curvo que Einstein utilizó en sus ecuaciones, los investigadores argumentan que para explicar la presencia de materia y energía oscura, se requiere de un nuevo conjunto de ecuaciones que tome en cuenta un nuevo tipo de energía causada por la no uniformidad que presenta la distribución de la materia en el universo. Esta nueva energía puede ser tanto positiva como negativa, afirmó Wang.

La curvatura del espacio-tiempo, junto con nuevo campo escalar representando la nueva densidad de energía, y la interacción entre la curvatura y este nuevo campo escalar, formarán la base de las nuevas ecuaciones del campo gravitatorio.

“Mucha gente ha propuesto teorías sobre el origen de la energía oscura, pero desafortunadamente el misterio continúa y, de hecho, la naturaleza de la energía oscura es ahora, quizá, el misterio más profundo en cosmología y astrofísica. Es considerado como el más destacado de los problemas en física teórica”, dijo Wang.

El otro gran misterio concerniente a nuestro universo es que contiene mucho más materia de la que puede ser contabilizada con la presencia de las estrellas visibles. Esta materia “perdida” es la materia oscura, y a pesar de los muchos intentos por detectarla, el misterio prevalece y se profundiza.

Por otro lado, cuando Einstein desarrolló su teoría de la relatividad, tanto la materia oscura como la energía oscura no habían sido descubiertas todavía, por lo que para él fue natural comenzar su teoría utilizando la ley de conservación de la energía y el momento de la materia ordinaria. La diferencia entre la nueva ecuación de campo que se propone con las ecuaciones de Einstein es la adición de una covariante derivativa de segundo orden de un campo potencial escalar.

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Traducido y editado por Julio García. 

Fuente: Daily Galaxy

Rayos gamma provenientes de la Vía Láctea podrían ser evidencia de materia oscura

De acuerdo con una nueva investigación publicada este mes de agosto en la revista Physical Review, es un hecho que fotones de rayos gamma son emitidos desde el centro de la Vía Láctea y que, su presencia, abre la posibilidad de que partículas de materia oscura se aniquilen unas con otras en el espacio.

Los científicos Kevrok Abazajian y Manoj Kaplinghat del departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Irvine en California, se dieron a la tarea de analizar datos que fueron recolectados entre Agosto de 2008 y Junio de 2012 del Telescopio de Rayos Gamma Fermi de la NASA, encontrando que una gran cantidad de rayos gamma, más de los esperados, provienen del centro de la Vía Láctea.

Los rayos gamma pueden ser definidos como radiación electromagnética que es emitida durante el decaimiento radioactivo o bajo otros procesos de alta energía en las partículas.

“Esta es la primera vez en la que esta nueva fuente ha sido observada con tanta exactitud estadística y la parte más llamativa es la manera en que la forma, el espectro y el ritmo de las observaciones de estos rayos son consistentes con las principales teorías sobre la materia oscura”. Y Abazajian también menciona: “Futuras observaciones de regiones con menor emisión astrofísica, como las galaxias enanas, serán capaz de determinar si, de hecho, esto proviene de la materia oscura”.

Una de las características principales de la materia oscura es que no emite luz y es imposible detectarla directamente, además de que representa el 85% de la materia que hay en el universo. Su existencia solamente puede ser inferida por los efectos gravitatorios que produce en la materia visible.

Por otro lado, la hipótesis que prevalece es que la materia oscura está compuesta por partículas masivas que interactúan de forma muy débil llamadas WIMP´s. Cuando dos WIMP´s se encuentran, se aniquilan mutuamente para luego producir partículas más familiares como los rayos gamma.

Aunque la interpretación de los datos parece ser consistente con la teoría de la materia oscura, los rayos gamma podrían provenir de otra fuente que no es la destrucción de WIMP´s. Y el investigador Kaplinghat comenta al respecto: “La señal que vemos también es consistente con los fotones emitidos por pulsares o por partículas de altas energías que interactúan con gas en el centro galáctico”.

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Traducido y editado por Julio García.

Fuente: Physorg

La Vía Láctea pudo haber chocado con materia oscura en el pasado, revela experimiento

“La Vía Láctea tuvo un encuentro con una galaxia pequeña o con una estructura masiva de materia oscura hace apenas unos 100 millones de años””, afirmó Larry Widrow, profesor de la Universidad de Queen en Estados Unidos y quien forma parte del equipo de astrónomos de Estados Unidos y Canadá que han descubierto lo que podría denominarse el “humo de la pistola” o los restos de dicho encuentro. “Claramente observamos diferencias inesperadas en la distribución estelar de la Vía Láctea arriba y abajo del plano medio de la galaxia que tiene la apariencia de una onda vertical: algo que nadie había visto antes”, añade Widrow.

El descubrimiento está basado en observaciones realizadas de 300,000 estrellas por el Sloan Digital Survey. Las estrellas en el disco de la galaxia se mueven hacia arriba y hacia abajo a una velocidad de 20 a 30 kilómetros por segundo, orbitando el centro de la galaxia a una vertiginosa velocidad de 220 kilómetros por segundo. Widrow y sus cuatro colaboradores de la Universidad de Kentucky, la Universidad de Chicago y del Laboratorio Nacional del Acelerador FERMI han encontrado que las posiciones y los movimientos de estas estrellas vecinas a la Tierra no eran tan regulares como se pensaba anteriormente.

“Una parte de la Vía Láctea, que es justamente en la que se encuentra nuestro Sistema Solar, repiquetea como una campana”, afirmó Brian Yanny, del Departamento de Energía del Fermilab. “Pero fuimos incapaces de investigar los objetos celestes que pasaron a través de la Vía Láctea, ya que, o bien podría haber sido una de las pequeñas galaxia-satélite que se movía alrededor del centro de nuestra galaxia, o bien una estructura invisible como un halo de materia oscura”.

Observatorio Apache Point en Nuevo México, donde se recaban los datos del Sloan Digital Survey /Imagen: http://www.planetaincognito.es

“La perturbación no debió de haber sido única y aislada en el pasado: inclusive pudo haber sido permanente. Observaciones adicionales podrían aclarar su origen”, afirma Susan Gardner, profesora de Física en la Universidad de Kentucky.

Cuando los científicos comenzaron a analizar los datos del Sloan Digital Survey, notaron una pequeña pero significativa diferencia estadística en la distribución de las estrellas del norte y del sur del plano medio de la Vía Láctea. Por más de un año, los miembros del equipo exploraron varias explicaciones de esta asimetría presente entre el norte y el sur, como los efectos del polvo interestelar en la determinación de las distancias y la forma en que las estrellas estudiadas fueron seleccionadas. Cuando estos intentos fallaron, comenzaron a explorar la explicación alternativa: que los datos que habían recabado con el Sloan Survey les estaban diciendo algo novedoso sobre los recientes acontecimientos en la historia de nuestra galaxia.

Hay que mencionar también que los investigadores utilizaron simulaciones por computadora con la finalidad de explorar lo que sucedería si una galaxia-satélite o una estructura de materia oscura pasa a través del disco de la Vía Láctea. Las simulaciones arrojaron lo siguiente: que sobre los próximos 100 millones de años, o algo parecido, nuestra galaxia terminará de repiquetear como una campana debido a que la asimetría del norte y del sur desaparecerá y los movimientos verticales de las estrellas en el vecindario solar regresarán a su equilibrio orbital: a menos que choquemos nuevamente.

El Centro de la Vïa Láctea visto de canto por el Satélite Astronómico de Infrarrojos (IRAS) / Fuente: http://www.ipac.caltech.edu/

La Vía Láctea tiene una edad aproximada de 9 mil millones de años y alrededor de 100 000 millones de estrellas y una masa que es 300 mil millones de veces la masa del Sol. La mayoría de la masa dentro y alrededor de la Galaxia es materia oscura.

Por otro lado, los científicos tienen evidencias sólidas de que, más de 20 galaxias satélite, circundan el centro de la Vía Láctea, con masas que van de 1 millón a 2 mil millones la masa del Sol. También existen satélites invisible hechos de materia oscura. Las simulaciones por computadora de los astrónomos han encontrado que esta materia invisible ha sido capaz de formar cientos de estructuras masivas que se mueven alrededor de la Vía Láctea.

Debido a su abundancia, estos satélites de materia oscura tienen mayor probabilidad que las galaxias satélite formadas por materia visible de hacer estragos en el plano media de nuestra galaxia y provocar ondas verticales.

“Futuros programas astronómicos, como la Misión Gaia, podrán ser capaces de realizar un mapa detallado de las perturbaciones verticales en la galaxia con detalles sin precedentes”, afirmó Widrow.

TRADUCCIÓN Y EDICIÓN de Julio García.

FUENTE: The Daily Galaxy