Archivo de la etiqueta: gran explosión

Confirman que el universo se expandió hace millones de años

BICEP2 sunset

Hace unos 14,000 millones de años el universo que habitamos irrumpió en la existencia a partir de un evento extraordinario llamado Big Bang.

Esto viene a colación porque, esta semana, investigadores del observatorio BICEP2, que se encuentra en la Antártida, anunciaron la primera evidencia de la llamada inflación del universo, un periodo en el que éste se expandió de forma precipitada en cuestión de segundos y a una velocidad más rápida que la de la luz.

Los datos obtenidos por este telescopio también dan cuenta, comprueban, la existencia de las ondas de gravedad, las cuales fueron propuestas por Albert Einstein en su teoría General de la Relatividad en 1915. Estas ondas han sido descritas como los primeros tremores de la Gran Explosión.

Finalmente, la información recabada confirma la profunda conexión entre la mecánica cuántica y la Teoría de la Relatividad, ya que ambas teorías parecen coincidir en el momento mismo en el que nació el Universo.

Early Universe

Esta imagen, que fue tomada por el observatorio BICEP2 que está en la Antártida, muestra fluctuaciones de temperatura, indicada por variaciones en el color, en la Radiación de Fondo de Microondas. La polarización de la radiación se muestra con líneas o flechas que apuntan a diferentes posiciones. Los cambios en un tipo particular de polarización, indicada aquí, es producto de los efectos que tuvieron las ondas de gravedad en aquellos primeros instantes.

Para muchos de los investigadores que participaron en este descubrimiento, el hecho de detectar estas señales provenientes de la radiación de fondo de microondas es uno de los más importantes objetivos de la cosmología actual.

Hay que mencionar también que los resultados de este estudio han sido posibles gracias a las observaciones realizadas por el telescopio BICEP2 de la Radiación de Fondo de Microondas, que es la luz que ha dejado esta Gran Explosión, donde pequeñas fluctuaciones de esta radiación les otorga a los astrónomos importantes pistas sobre las condiciones que prevalecían en estos primeros instantes.

Por ejemplo, pequeñas diferencias en temperatura a lo largo del cielo muestra partes donde el universo es más denso que en otras. En las partes más densas hubo la suficiente condensación para formar cúmulos de galaxias.

Debido a que la radiación de fondo de microondas es una forma de luz, exhibe las mismas propiedades de ésta, incluyendo el fenómeno de la polarización el cual se manifiesta también en la Tierra cuando la luz es dispersada por la atmósfera. En el espacio, la radiación de fondo es dispersada por los átomos y electrones.

Por otro lado, las ondas de gravedad tienden a estrujar el espacio mientras viajan. Y este estrujamiento o presión produce un patrón específico en la radiación de fondo. En este sentido, las ondas de gravedad tienen una tendencia hacia la izquierda o la derecha, tal y como lo hace la luz.

“El patrón de modo B que pudimos observar es una huella única de la existencia de las ondas gravedad por seguir ese patrón de ir a la izquierda o la derecha”, afirma Chao-Lin Kuo, uno de los co autores del estudio.

En conclusión podemos afirmar que este importantísimo descubrimiento no solamente demuestra que existen las ondas de gravedad, sino que, además, y tal vez esto sea lo más importante, que el universo surgió a partir de una Gran Explosión a partir del cual se formó toda la materia que conocemos.

Eso sí, aún quedan muchas preguntas por responder como: ¿Qué fue aquello que impulsó o activó la Gran Explosión? ¿Por qué las partículas viajaban más rápido que la luz y después dejaron de hacerlo? ¿Cómo es que, a partir de este evento se, se crearon la materia y la energía oscura?, etc.

En el siguiente vídeo se puede apreciar la reacción del físico Andrei Linde, uno de los teóricos del universo inflacionario, ante la confirmación de que sí hubo una gran explosión:

___

Traducido y editado por Julio García.

Referencia: Phys.org

Anuncios

Descubren cómo nacieron los primeros agujeros negros del universo

Sagittarius_A_Light_bulb

Un grupo de astrónomos creen haber descubierto el origen de los primeros agujeros negros supermasivos que se formaron en el universo hace unos 13,000 millones de años. Esto les ayudará a comprender mejor cómo se formaron la gravedad y la energía oscura.

El estudio ha sido publicado en la revista Nature y ha sido encabezado por Stelios Kazantzdis quien, junto con sus colegas, realizaron simulaciones por computadora mediante las cuales crearon un modelo de cómo se fueron formando las galaxias y los agujeros negros durante los primeros 1000 millones de años después del Big Bang.

Éstas nuevas simulaciones nos muestran que probablemente estos primeros agujeros negros se formaron cuando las galaxias chocaron unas con otras para así emerger.

“Nuestros resultados son un nuevo hito en lo que respecta a cómo la estructura del universo se formó”, comenta el físico.

Por más de dos décadas los astrónomos creyeron que las galaxias evolucionaban de manera jerárquica a través del siguiente proceso: la gravedad atraía pequeños pedazos de materia hasta lograr unirlos y estos pequeños pedazos se iban juntando cada vez más hasta formar grandes estructuras.

“Junto con este nuevo descubrimiento nuestros resultados muestran que las estructuras grandes, como las galaxias y los agujeros negros crecieron de forma muy rápida en la historia del universo. De forma sorprendente, esto es contrario a la teoría de formación por jerarquías”.

La paradoja está resuelta una vez que uno se da cuenta de que la materia oscura crece de manera jerárquica, pero no sucede lo mismo con la materia ordinaria. La materia normal que hace visible a las galaxias y a los agujeros negros supermasivos colapsan de forma más eficiente, y esto también es cierto cuando el universo era muy muy joven, haciendo que se creara una estructura no jerárquica de formación de galaxias y agujeros negros.

Para Kazantzdis nuestra galaxia es pequeña comparada con otras, por tal motivo cuando pedazos de materia grandes y pesadas como las que forman galaxias gigantes y agujeros negros supermasivos se juntan, lo hacen de forma más rápida que los pequeños pedazos que forman a la Vía Láctea que, en su centro, tiene un agujero negro más pequeño de lo normal. Pero afortunadamente las galaxias que formaron estos primeros agujeros negros supermasivos siguen ahí.

Uno de ellos se encuentra en la constelación de Virgo: en una galaxia elíptica llamada M87. “Las galaxias que pudimos observar en nuestro simulador serían las galaxias más conocidas hoy y con unas 100 veces el tamaño de la Vía Láctea. M87 se ajusta a esa descripción”, afirma Kazantzdis.

Los astrónomos comenzaron sus simulaciones con dos galaxias gigantes primordiales: ambas hechas de estrellas que estuvieron en el comienzo del universo; por lo que ellos piensan que en ese entonces todas las estrellas habrían sido sido mucho más masivas de lo que son ahora: unas 300 veces la masa del Sol.

El trabajo de Kazantzdis y sus colegas también ayudará a encontrar las llamadas ondas de gravedad, ya que, de acuerdo con la Teoría General de la Relatividad, cualquier galaxia que emergió en el pasado creó ondas de gravedad tan poderosas que, aún hoy en día, pueden detectarse a través de la Antena de Interferometría Láser de la NASA.

Los científicos también pretenden saber cómo se formaron estos agujeros negros supermasivos en el universo temprano y cómo éstos están actualmente distribuidos en el espacio. Las nuevas simulaciones que se hagan seguramente ofrecerán nuevas pistas.

___

Traducido y editado por Julio García.

Referencia: Ohio State University

_____________________

El resplandor del Big Bang revela el tiempo de vida de los fotones

bigbangDe la noción de que la luz, que viaja a 300,000 km/s, es el límite cósmico de velocidad, se desprende el supuesto de que las partículas de la luz, llamadas fotones, no tienen masa. Pero observaciones astronómicas no pueden descartar el hecho de que exista una remota posibilidad de que los fotones sí tengan algo de masa.

Por ejemplo, si los fotones no pesan nada, serían completamente estables y durarían para siempre. Pero si tuvieran algo de masa, podrían decaer en partículas menos pesadas. Pero ahora, estudiando luz antigua que fue irradiada poco después del Big Bang, los físicos han podido calcular el tiempo mínimo de vida de los fotones y han mostrado que pueden vivir por billones de billones de años o para siempre.

Ese periodo de vida puede ser una eternidad, pero para un fotón viajando a la velocidad de la luz, ese tiempo pasaría en un abrir y cerrar de ojos. Esto se debe al efecto de dilatación del tiempo que fue predicho por Albert Einstein en la Teoría de la Relatividad, donde millones y millones de años para un terrícola representarían para un fotón tan solo tres años debido a que estas partículas viajan a la velocidad de la luz.

Si los científicos descubrieran algún día que los fotones tienen algo de masa, y por consiguiente un periodo de vida limitado, “la noción de velocidad de la luz obviamente ya no tendría ningún sentido”, afirma Julian Heeck, un estudiante de doctorado del Instituto Max Planck de Alemania. Seguiría habiendo un límite absoluto de velocidad, pero los fotones obviarían esa regla y entonces viajarían a una velocidad menor a la de la luz. La velocidad de los fotones dependería entonces de su longitud de onda y la luz azul viajaría más rápido que la luz roja. Por consiguiente, fotones liberados simultáneamente de estrellas distantes llegarían a la Tierra en diferentes tiempos, dependiendo de su longitud de onda.

Si un un fotón contuviera masa entonces también se necesitarían modificar algunos aspectos del Modelo Estándar de la Física. La ecuación de Maxwell que describe las ondas y campos electromagnéticos (los fotones son las partículas encargadas de transmitir las fuerzas electromagnéticas) y las leyes que describen las interacciones entre partículas cargadas. Debido a este último efecto, observaciones de los campos magnéticos del Sol han demostrado recientemente que los fotones, si es que pesan algo, ese algo debe ser muy ligero. El límite experimental actual sobre la masa de los fotones es de 10 a la -54 kilogramos.

Para encontrar el límite de vida de un fotón, Heeck analizó observaciones de la radiación de fondo de microondas, que es la luz que empapa a todo el universo y que tuvo su origen pocos miles de años después de la Gran Explosión y que ha sido medida desde 1989 por el Satélite COBE, siglas de Cosmic Background Explorer. Esta luz tiene un patrón específico llamado radiación del cuerpo negro, que les indica a los científicos qué tan intensa debe ser la luz (todo esto basado en su longitud de onda). Si un fotón decayera en una partícula menos masiva mientras se mueve a través del universo, de cualquier manera COBE observaría menos energía (luz más roja) que la predicha por la ley de la radiación del cuerpo negro, esto se debe a que la luz roja decaería mucho más rápido que la luz azul que, como ya mencionábamos, tiene más energía. “Los fotones que vienen de muy lejos, desde el comienzo del universo, han tenido suficiente tiempo para decaer cuando llegan a nosotros”, afirma Emanuel Berti de la Universidad de Mississippi.

Pero de acuerdo con las mediciones de COBE, la radiación de fondo de microondas parece comportarse como un perfecto cuerpo negro, esto quiere decir que ningún tipo de luz de baja energía parece perderse, lo que indica que muy pocos fotones, si no es que ninguno, ha decaído desde la Gran Explosión hace 13,700 millones de años. Este análisis le permite a Keeck calcular que la duración mínima de un fotón es de 10 a la 18 potencia o lo que significa billones y billones de años.

Sin embargo, a pesar de que el modelo que afirma que el fotón no tiene masa parece ser correcto, la perspectiva de un modelo con masa plantea intrigantes posibilidades. Por ejemplo, si los fotones decayeran en partículas menos pesadas, ¿qué tipo de partículas serían? Esta es sin duda la cuestión fundamental. Una posibilidad es que estos fotones se conviertan en neutrinos que vienen en diferentes variedades o sabores.

La investigación de Heeck ha sido publicada el pasado 11 de Julio en la revista Physical Review Letters y representa el primer cálculo del tiempo mínimo de vida de un fotón.

Algo que también es interesante de mencionar es lo que pudo haber sucedido después de que la radiación de fondo de microondas se formara. Y es que aquellos primeros fotones probablemente fueron absorbidos por la materia interestelar para luego ser reemitidos cambiando así sus propiedades.

___

Traducido y editado por Julio García.

Referencia: Scientific American

_____________________

Los agujeros negros supermasivos son la clave para entender el universo

agujeros_supermasivos

Hace no mucho tiempo, los científicos revelaron que el universo se expande a una velocidad mucho más rápida de lo que se creía. El hallazgo hizo que, en 2011, a Saul Perlmutter, Brian Schmidt y Adam Riess, se les concediera el Premio Nobel de Física.

Pese a este importantísimo descubrimiento, todavía sigue siendo un dolor de cabeza para los físicos medir la velocidad de esta aceleración sobre distancias muy grandes.

Pero, recientemente, un equipo internacional de físicos de diversas universidades, han desarrollado un método con el potencial de medir distancias de millones de años luz con un alto grado de precisión. El método utiliza un cierto tipo de agujeros negros activos [agujeros negros supermasivos] que se encuentran en el centro de muchas galaxias como la nuestra.

Y es que la posibilidad de medición de distancias muy grandes se traduce en dar testimonio de lo que sucedía en el universo cuando este se formó y con lo que también es posible estimar su velocidad de expansión en una edad muy temprana.

Este nuevo sistema de medición toma en cuenta la radiación emitida por el material que rodea a un agujero negro antes de que éste material sea devorado. En la medida en que el material es absorbido, comienza a calentarse y luego emite una gran cantidad de radiación que es de miles de veces la energía producida por una galaxia que contenga 100 mil millones de estrellas. Por esta razón, las explosiones energéticas que suceden alrededor de los agujeros negros pueden ser observadas con mucha facilidad desde lugares remotos como la Tierra.

En este sentido, utilizar la radiación para medir distancias es un método que se utiliza con mucha frecuencia en astronomía, pero hasta ahora los agujeros negros nunca habían sido utilizados para medir estas distancias.

Gracias a la combinación de medidas de la cantidad de energía que es emitida desde la vecindad de un agujero negro, con la cantidad de energía que de este llega a la Tierra, los científicos pueden inferir la distancia a la que se encuentra uno de estos devoradores galácticos, así como el tiempo en la historia del universo en que dicha energía fue emitida.

Por otro lado, obtener una medida precisa de la radiación que fue emitida depende de las propiedades del agujero negro estudiado. Para el tipo de agujeros negros que se utilizaron en este nuevo trabajo, la cantidad de radiación emitida mientras el objeto atraía materia hacia su interior, es proporcional a su masa. Por consiguiente, métodos establecidos desde hace mucho tiempo para medir esta masa, pueden ser utilizados ahora para estimar la cantidad de radiación que está implicada en todo el proceso.

La viabilidad de esta teoría fue probada utilizando las propiedades conocidas de los agujeros negros que se encuentran en nuestro propio vecindario: a unos ¡cientos de millones de años luz!

Para el profesor Netzer de la Universidad de Tel aviv, desde donde se llevaron a cabo las parte de las observaciones [también participó el Observatorio de París]  su sistema les dará a los astrónomos una herramienta muy importante para medir distancias que se encuentren mucho más lejos y sirviendo como complemento al método existente que utiliza las explosiones de estrellas supernovas para medir la velocidad de expansión del universo.

La habilidad de medir distancias lejanas tiene el potencial de revelar algunos de los más grandes misterios del universo, que tiene una edad aproximada de 13,800 millones de años. “Cuando estamos mirando distancias de miles de años luz, estamos observando hacia el pasado”, explica. “La luz que hoy podemos ver fue producida por primera vez cuando el universo era mucho más joven”.

Uno de estos grandes misterios es la llamada energía oscura: la fuente de energía más significativa del universo presente. Esta energía, que se manifiesta como un tipo de anti-gravedad, se cree que contribuye a la expansión acelerada del universo.

Por lo tanto, el objetivo final es comprender de qué está compuesta la energía oscura y responder a preguntas clave sobre si dicha energía siempre ha estado presente en la misma cantidad y si su volumen podría cambiar en el futuro.

_______________________________________________________

Traducido y editado por Julio García.

Referencia: Daily Galaxy.

_____________________

El universo podría tener más planetas como la Tierra de los que hasta ahora se creía

galaxia1

Para que la naturaleza sea capaz de construir un planeta tipo terrestre como la Tierra, requiere la presencia de materiales que no estaban presentes en las primeras etapas en las que se formó el universo.

El Big Bang, o Gran Explosión, llenó el espacio de hidrógeno y helio. Los elementos químicos como el silicón y el oxígeno (componentes clave en la formación de rocas) se formaron con el transcurso de miles de años en el interior de las estrellas. ¿Pero cuánto tiempo duró la formación de estos elementos pesados? Y sobre todo: ¿Cuántos de estos compuestos químicos son necesarios para formar planetas?

Estudios recientes han mostrado que mundos gigantes como Júpiter tienden a formarse alrededor de estrellas que contienen elementos químicos más pesados que el Sol. Sin embargo, una investigación llevada a cabo por un equipo de astrónomos de la Universidad de Harvard encontraron que los planetas más pequeños que Neptuno se encuentran localizados alrededor de una gran variedad de estrellas, incluyendo aquellas que poseen menos elementos pesados que el Sol. Como resultado, los planetas rocosos como la Tierra podrían haberse formado más temprano de lo esperado en la historia del universo.

“Este trabajo sugiere que los planetas terrestres podrían haberse formado en cualquier momento en la historia de nuestra galaxia. Esto quiere decir también que no se requiere de muchas generaciones de estrellas que exploten para que se produzcan ”, afirmó David Latham del Instituto Smithsoniano de Astrofísica de Harvard.

Hay que mencionar que los científicos llaman metales a aquellos elementos que son más pesados que el hidrógeno y el helio y que se forman cuando los dos elementos anteriores se fusionan en el interior de las estrellas para dar lugar a compuestos cada vez más pesados y complejos.

Por otro lado, para llegar a sus más recientes conclusiones, los astrónomomos midieron la cantidad de metal que contienen otras estrellas utilizando como punto de referencia al Sol, encontrado que los astros con un mayor número de elementos pesados son considerados como ricos en metales, mientras que a los que tienen pocos elementos pesados se les consideran pobres en metales.

En 2012, Latham y sus colegas examinaron más de 150 estrellas en las que orbitaban planetas, todo esto con la finalidad de conocer la cantidad de metales pesados que contenían. Posteriormente relacionaron dicha `metalicidad´con el tamaño de los planetas asociados a los astros estudiados.

Y encontraron que los planetas más grandes tienden a orbitar estrellas con la misma cantidad de metales que el Sol o inclusive más. Los planetas más pequeños, sin embargo, se pudieron encontrar tanto en estrellas ricas en metales como en las que no los tenían. “Los planetas gigantes prefieren estrellas ricas en metales. Los pequeños no”, explica Latham.

También encontraron que los planetas terrestres se forman en un abanico de `metalicidades´, incluyendo sistemas con solamente un cuarto de la cantidad de metales que contiene el Sol. El descubrimiento también apoya el modelo de acreción del núcleo en la formación planetaria, en el cual el polvo primordial se acumula lentamente hasta formar cuerpos más grandes y, finalmente, planetas. Cuando uno de estos cuerpos es 10 veces más grande que la Tierra, es capaz de atraer hidrógeno y convertirse en un planeta gaseoso como Júpiter.

En este sentido, el núcleo de un planeta gigante debe formarse rápidamente ya que el hidrógeno en el disco protoplanetario se disipa rápidamente y, si no es atraído por la fuerza de gravedad de dicho planeta, entonces el hidrógeno es arrasado por los vientos solares en tan sólo unos pocos millones de años.

En conclusión: mayor `metalicidad´significa que es más fácil que se formen núcleos más grandes, lo que a su vez explicaría por qué es más probable encontrar a un gigante gaseoso orbitando una estrella rica en metales.

Y la posibilidad de que existan más planetas como la Tierra en el universo, como se ha podido demostrar con esta investigación, nos abre el camino para no detenernos en la búsqueda de una civilización como la nuestra, la cual podría estar a la vuelta de la esquina.

_______________________________________________________

Traducido y editado por Julio García.

Referencia: Daily Galaxy.

_____________________