Entradas etiquetadas como ‘astrofísica’

Neutrinos, los ‘chivatos’ galácticos de las explosiones de estrellas

Mar Gulis

Nadie lo sabe. Pero los neutrinos, esas misteriosas partículas sin carga que pasan a través de la materia ordinaria sin apenas perturbarla, pueden servir de mensajeros y detectores tempranos de las supernovas, espectaculares explosiones estelares.

Supernova Remnant W49B

W49B. Resto de una supernova que explotó sobre el año 1000 /NASA Goddard Space Flight Center

Vayan por delante algunos números para familiarizarnos con estas partículas de masa muy pequeña [menos de una milmillonésima de la masa de un átomo de hidrógeno] que casi no se hablan con la materia ordinaria, lo que les ha valido el nombre de ‘partículas fantasma’, como nos cuenta el físico Sergio Pastor Carpi en su libro ‘Los neutrinos’ (CSIC-Los Libros de la Catarata).

Una persona es atravesada cada segundo por unos 600 billones (600 millones de millones) de neutrinos del Sol, del orden de 50.000 millones de neutrinos creados por la radiactividad natural y unos 10.000 millones de neutrinos originados en reactores nucleares, dependiendo de la distancia a la que se encuentre la correspondiente central. Además, en cada instante, el volumen medio de una persona está siendo atravesado por unos 20 millones de neutrinos remanentes de los primeros instantes del universo.

Hace unos 168.000 años estalló una estrella en una de las galaxias satélites de la Vía Láctea: la Gran Nube de Magallanes, visible desde el hemisferio sur. Cuando se descubren, las supernovas se nombran con SN seguido del año y de una letra o serie de letras. Como esta supernova fue la primera que se vio en 1987, recibió el nombre de SN 1987 A. El 23 de febrero de 1987 los neutrinos de SN 1987 llegaron a la Tierra, la atravesaron y produjeron señales en tres experimentos: KamiokanNDE, IMB  y un detector en Baksan, en el Cáucaso ruso.

Detector antártico de neutrinos

Detector antártico de neutrinos Ice Cube /Felipe Pedreros

Estas partículas subatómicas llegaron a nuestro planeta tres horas antes que la luz de la supernova, cuyo brillo puede superar al de una galaxia entera, fuera vista por los telescopios ópticos. El motivo no es que los neutrinos viajen más rápido que los fotones, sino que la luz tarda más en atravesar las capas externas de la supernova. Los neutrinos, por tanto, pueden avisarnos de la explosión de una supernova con tiempo suficiente para que los astrónomos apunten sus telescopios y estudien el fenómeno lo antes posible.

En la actualidad existe una red compuesta por seis detectores de neutrinos llamada SNEWS (Supernova Early Warning System, Sistema de Alerta Temprana de Supernova), creada para proporcionar un aviso coordinado de la detección de un pulso repentino de neutrinos como el esperado de una supernova. A través de su página web, cualquier persona puede inscribirse  para recibir en su móvil una alerta de detección de neutrinos de una supernova. Tiene sentido estar preparados para un acontecimiento así de excepcional: la última supernova visible en nuestra galaxia fue observada por Jonannes Kepler en 1604.

¿Queda algo por contar sobre los agujeros negros?

M. Villar

Por Montserrat Villar (CSIC)*

Se ha hablado y escrito tanto sobre los agujeros negros que, quizás, se podría pensar que es difícil contar algo nuevo e interesante. Sin embargo, hay motivos para afirmar sin dudarlo que aún queda mucho por decir sobre ellos.

Imagen generada por ordenador. Ilustra la distorsión visual que observaríamos en las proximidades de un agujero negro debida a los efectos de la gravedad. / Alain Riazuelo

Imagen generada por ordenador. Ilustra la distorsión visual que observaríamos en las proximidades de un agujero negro debida a los efectos de la gravedad. / Alain Riazuelo

Los agujeros negros siguen siendo objetos misteriosos. Según las ecuaciones de la teoría de la relatividad general de Einstein (enunciada hace unos cien años), toda la masa de un agujero negro está contenida en una zona infinitamente pequeña, no ocupa espacio en absoluto. Se trata de algo tan extraño que desde su predicción, y aún hoy, sigue desafiando a las mentes más brillantes. El propio Einstein afirmó que, aunque la teoría predijera su existencia, no podría haber objetos tan exóticos en el mundo real. Hoy todo parece indicar que existen. Es más, son algo común en el universo.

Contamos con dos teorías exitosas cuando se aplican por separado. Una de ellas es la teoría de Einstein que acabo de mencionar. Da cuenta de manera sublime de la forma en que la gravedad ejerce influencia sobre el movimiento de los planetas, estrellas y galaxias. Describe el mundo de las distancias enormes y las masas gigantescas. Pero no explica, por otro lado, el mundo en las escalas más pequeñas, el de los átomos y las partículas que los forman, aquel en que las masas son diminutas y la gravedad despreciable. Para ello contamos con una teoría diferente y también maravillosa: la mecánica cuántica, que describe cómo funciona la naturaleza en el nivel más fundamental. A su vez, no puede explicar la gravedad, que funciona en escalas de espacio y masas mucho mayores. Ambas teorías, por tanto, aportan visiones parciales de la realidad.

Los intentos de combinar la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad general de Eintein se engloban en la llamada teoría de la gravedad cuántica. / CERN

Los intentos de combinar la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad
general de Einstein se engloban en la llamada teoría de la gravedad cuántica. / CERN

En general, la mecánica cuántica y la relatividad general no entran en conflicto porque actúan en ámbitos en apariencia independientes. Sin embargo, existe un escenario en el que ambas deberían ser aplicables: allí donde el tamaño es muy pequeño y la masa gigantesca: los agujeros negros. Pues bien, aquí ambas teorías son incompatibles.

Hay miles de millones de agujeros negros en el universo y, por tanto, miles de millones de lugares donde dos teorías magníficas por separado, dejan de funcionar. Los esfuerzos que durante décadas se han dedicado a formular una teoría (la llamada gravedad cuántica) que unifique la relatividad general y la mecánica cuántica no han logrado el objetivo hasta el momento. Las dificultades son enormes, desde incertidumbres conceptuales en cuanto al tratamiento del espacio y del tiempo, hasta los obstáculos inherentes al diseño de experimentos y observaciones (particularmente en el área de la astronomía, en concreto la cosmología) y, por consiguiente, la escasez de datos que permitan poner a prueba los posibles avances teóricos. ¿Cómo pueden coexistir ambas teorías? No hay muchas preguntas que representen un reto tan grande para el pensamiento científico y filosófico.

Los agujeros negros seguirán dando que hablar durante mucho tiempo, porque son un símbolo de lo que no entendemos y porque son enigmáticos y complicados. El desafío de comprenderlos es formidable y, como consecuencia, mayor es su atractivo.

 

* Montserrat Villar es investigadora en el Centro de Astrobiología (INTA/CSIC) en el grupo de Astrofísica extragaláctica.

¿Qué tiene que ver la nieve de tu televisor con el origen del universo?

televisor nievePor Mar Gulis

Hay que echarle algo de imaginación, pero si nos lo proponemos podemos convertir cualquier momento en el que no haya nada interesante en la televisión en una observación de los orígenes del universo. Y todo sin moverse del sofá.

Lo primero es olvidarse de los canales digitales y ponerse a sintonizar alguna frecuencia analógica, igual que en los viejos tiempos. Como después del ‘apagón analógico’ en España ninguna cadena realiza este tipo de emisiones, encontraremos algo que seguramente nos resulte familiar: la famosa nieve o ruido blanco. La mayor parte de ese ruido proviene del mismo receptor o de otras emisiones de origen humano, como las de radio. No obstante, se estima que el 1% de ese ruido está provocado por la llamada radiación cósmica, que se originó hace unos 13.700 millones de años, cuando el universo ‘acababa’ de nacer.

La radiación cósmica había sido predicha por el astrofísico de origen ruso George Gamow en 1948, pero fueron los jóvenes radioastrónomos A. Penzias y R. Wilson quienes, en 1965, recogieron la primera evidencia de este fenómeno… aunque lo hicieron de forma totalmente casual.

Penzias y Wilson habían dedicado enormes esfuerzos a ‘limpiar’ el ruido parásito y las interferencias de una antena que pretendían utilizar para captar ondas de radio emitidas por nuestra galaxia. Sin embargo, había una extraña señal de microondas en forma de silbido que no lograban hacer desaparecer por  más que limpiaran y desmontaran la antena una y otra vez.

Lo asombroso de esa señal es que parecía venir de todas partes y llegaba a todas horas. Penzias y Wilson no comprendieron la importancia de este descubrimiento hasta que contactaron con el equipo de Robert Dicke, que casualmente estaba buscando aquello de lo que ellos querían librarse solo a 50 kilómetros de su antena, en la Universidad de Princeton. El divulgador Bill Bryson cuenta que poco después la revista Astrophysical Journal publicó un artículo de Penzias y Wilson en el que describían su experiencia con el silbido y otro de Dicke que explicaba que su origen era la radiación cósmica… pero el Nobel de física de 1978 fue solo para los primeros.

Una pena por Dicke, ¿pero qué es eso de la radiación cósmica? El físico del CSIC Alberto Casas explica que su origen se remonta a cuando el universo tenía ‘solo’ 380.000 años. Hasta entonces el cosmos era una especie de ‘sopa traslúcida’, conocida como plasma, compuesta principalmente por fotones, electrones y núcleos de elementos ligeros, como el hidrógeno y el helio.

Sin embargo, en aquel momento la temperatura descendió por debajo de los 3.000 grados y los electrones (con carga negativa) se hicieron suficientemente lentos como para que los núcleos (con carga positiva) los capturaran para formar átomos neutros. Eso, a su vez, hizo que los fotones dejaran de chocar constantemente con partículas positivas y negativas y pudiesen viajar libremente y en todas las direcciones sin interrupciones… La luz, tal y como la conocemos, acababa de ‘nacer’.

Final del plasma

Lo que pasa es que esos fotones han ‘envejecido’ junto con el universo y por eso ya no nos llegan en forma de luz, sino en forma de microondas: a medida que el cosmos se ha ido expandiendo, la longitud de onda de los fotones de la radiación cósmica también lo ha hecho.

Ondas

Como resultado estos fotones, además de invisibles, se han hecho menos energéticos y más fríos: ahora, en lugar de 3.000 grados centígrados, su temperatura es de 270 bajo cero. Esto puede parecer poco pero curiosamente significa que son la calefacción del universo: si no estuvieran en todas partes, la temperatura del cosmos se encontraría en el cero absoluto, a menos 273 grados.

Sin embargo, la temperatura de la radiacón cósmica no es totalmente homogénea. Existen pequeñísimas diferencias del orden de la cienmilésimas de grado en la radiación que alcanza la Tierra desde distintas direcciones. Los fotones de esta radiación que llegan a nuestro planeta ‘justo’ ahora partieron cuando el plasma dio lugar a un universo de átomos neutros, por lo que el mapa de nuestro cielo que representa las diferencias de temperatura de la radiación cósmica constituye la ‘fotografía’ más antigua que tenemos del universo. Esas inhomogeneidades de temperatura corresponden a las diferentes densidades que tenía el plasma en aquel momento y son una enorme fuente de información para conocer cómo era el cosmos en sus primeros años de vida.

Temperatura de la radiación de fondo

Mapa del cielo representando la temperatura de la radiación de fondo. / NASA-WMAP Science Team.

Así que la próxima vez que aparezca nieve en tu televisor no pienses que no hay nada que ver. Ese ruido puede tener más contenido que la programación habitual…

 

Si quieres más ciencia para llevar sobre la radiación cósmica y la historia del universo consulta el libro El lado oscuro del universo (CSIC-Catarata), de Alberto Casas.

Agujeros negros o estrellas salvajes, ¿de dónde vienen las misteriosas ondas de Arecibo?

Por Mar Gulis

El 2 de noviembre de 2012 el radiotelescopio de Arecibo (Puerto Rico), el más grande del planeta, detectó por primera vez unas intensas ráfagas de ondas de radio que duraron una fracción de segundo y no volvieron a repetirse. La noticia, que fue difundida el pasado jueves, ha dejado muchas preguntas en el aire.

¿Qué son estas ráfagas? ¿Cuál es su origen? ¿Por qué una parte de la comunidad científica trata de explicar este fenómeno? Hemos preguntado a investigadores del CSIC para que nos den algunas pistas.

Estas ráfagas rápidas de radio (Fast Radio Burst, por sus siglas en inglés) fueron detectadas por primera vez en 2007 por el observatorio de Parkes, en Australia. Después solo se registraron en otras seis ocasiones en ese mismo lugar, generando un intenso debate sobre cuál sería su procedencia. ¿Tenían un origen cósmico o se trataba de un fenómeno terrestre, relacionado con el entorno de Parkes o incluso debido a fallos del telescopio? “El hecho de que solo se detectasen en ese punto del planeta parecía apuntar a la segunda opción, es decir, que el propio observatorio las crease de forma artificial por error o que fuesen emitidas por alguna antena o radar próximos”, explica Emilio García, del Instituto de Astrofísica de Andalucía.

El Observatorio de Arecibo, en Puerto Rico, fue construido en 1960.

El Observatorio de Arecibo, en Puerto Rico, fue construido en 1960. / Wikipedia

Pero lo sucedido en 2012 en Arecibo cuestiona la teoría del origen terrestre y hace cobrar fuerza a la idea de que estamos ante un evento astronómico real, y no generado artificialmente por el observatorio o por emisiones de la Tierra.

De ser así, tendría todo el sentido preguntarse qué son esas ráfagas y de dónde proceden. El observatorio de Arecibo recoge habitualmente este tipo de ondas para su posterior análisis. Sin embargo, a diferencia de las explosiones de radio emitidas por algunos púlsares -estrellas de neutrones con una masa tres veces superior a la del Sol-, la ráfaga captada en 2012 no volvió a ocurrir. Se encendió brevemente y luego desapareció. “Los púlsares se comportan como un faro y son repetitivos, así que esta opción quedaría descartada”, señala Antxón Alberdi, astrofísico del mismo instituto.

Por ahora, solo pueden plantearse hipótesis porque, como señala este investigador, “el problema es que no se conoce la posición precisa de donde vienen las señales y además no se descubrieron inmediatamente sino tiempo después”. Alberdi cita al científico Scott Ramson, del National Radio Astronomy Observatory (NRAO), que afirma que el reto es “detectarlas en tiempo real. Así podría identificarse la galaxia que albergaría el punto del que ha salido la señal”.

Ahora bien, con los datos existentes Alberdi explica que “por la corta duración y su gran intensidad”, el origen de las ráfagas “tiene que ser un objeto muy compacto y en rotación”. Las opciones son varias. “Podrían proceder de dos estrellas de neutrones que hubiesen colisionado dando lugar a las ráfagas. O bien de un agujero negro que se hubiese comido una estrella o una nube de gas expulsando una especie de fogonazo”. Y una última opción: “Estrellas de neutrones muy magnetizadas que producen erupciones brutales y que no necesariamente se repiten”.

El también astrofísico José A. Caballero, del Centro de Astrobiología, piensa que “no hay nada ‘del otro mundo’: solo que una estrella de neutrones muy magnetizada o un agujero negro de otra galaxia ha eructado (le habrá sentado mal tragarse tanto gas de golpe). O que dos estrellas de neutrones estaban bailando salvajemente y han formado una melé. Como no hay muchas estrellas de neutrones y agujeros negros ‘heavys’ como estos (la mayoría de ellos son muy educados y se portan como en un concierto de música clásica), no les hemos oído alborotar muchas veces”.

Para explicar el fenómeno, tanto Alberdi como García recurren a otro análogo que sí es habitual en astrofísica: las explosiones de rayos gamma. “Son también episodios esporádicos y rápidos, pero mucho más energéticos, que han sido detectados por satélites que orbitan alrededor de la Tierra desde los años 70”, señala García. “Esto podría ser algo similar pero en radio, que es una frecuencia mucho menos energética”.

Los rayos gamma se asocian a la explosión de una estrella muy masiva, que llega al fin de sus días y, al colapsar, “vomita una radiación muy colimada, como un rayo, en una energía muy alta”, explica García. Ese material, al interaccionar con el medio interestelar a grandísima velocidad, produce el estallido de rayos gamma, pero este se ve durante más tiempo y no solo unas fracciones de segundo. “Por eso lo registrado por Arecibo no se trata de rayos gamma”, añade Alberdi.

¿Y cómo de largo ha sido el viaje realizado por esas ondas? El científico Duncan Lorimer, que investigó la primera ráfaga detectada en Australia, está convencido de que su origen es extra galáctico, de más allá de la Vía Láctea. “Estaríamos hablando de distancias cosmológicas, que superan los millones de años luz, de cuando el universo era muy joven”, añade García. Si se confirman todas estas hipótesis se trataría efectivamente de un fenómeno astronómico nuevo y habría que estudiar a qué principios físicos está asociado.

 

A vueltas con la vida extraterrestre

Noticias como la de Arecibo dan pie a especulaciones sobre la posibilidad de que las señales hubiesen sido emitidas por algún tipo de vida procedente de otros planetas. Hasta el momento, el Instituto para la Búsqueda de Inteligencia Extraterrestre (SETI) no ha captado ningún mensaje atribuible a moradores de otras galaxias. Solo la conocida como señal Wow!, una captación de radio de 70 segundos realizada por el radiotelescopio Big Ear (perteneciente a SETI) en 1977, generó dudas en este sentido y aún se estudia su origen.

Las ondas detectadas en Arecibo suscitan este tipo de conjeturas porque “si existiese otra civilización en el cosmos y se quisiera poner en contacto con nosotros, probablemente utilizaría frecuencias de radio, ya que son capaces de recorrer más distancia que otras sin llegar a extinguirse”, afirman los dos científicos del CSIC.

“Quien quiera pensar que lo sucedido en Arecibo indica la existencia de vida en otros planetas, que lo piense, pero lo más seguro es que se trate de un evento natural, puntual, que ocurre en un momento determinado y no vuelve a suceder nunca más o bien sucede otra vez dentro de millones de años”, remata García.

¿Es el universo infinito?

Por Mar Gulis

El otro día Gustavo Ariel Schwartz nos contaba que Edgar Alan Poe, gran aficionado a la astronomía, llegó a la conclusión de que el universo tuvo un principio después de estudiar lo que se conoce como la paradoja de Olbers.

Hoy compartimos un brevísimo vídeo que puede ayudar a entender mejor el razonamiento de Poe. Producido como parte de la serie ‘El universo en un minuto: diez preguntas clave de astronomía y cosmología’, en la que han participado astrofísicos del CSIC, este audiovisual explica que, como el universo nació hace unos catorce mil millones de años, solo podemos ver los objetos que están situados a menos de esa distancia.

¿Qué hay más allá? Aquí encontrarás algunas claves…

 

¿Qué había ‘antes’ del Big Bang?

Por Mar Gulis

Dice el físico Alberto Casas que hacerse esta pregunta tiene el mismo sentido que preguntar qué hay al sur del Polo Sur.

Universo dedalSi nos guiáramos solo por las apariencias y creyéramos que la Tierra es plana, podríamos imaginarnos caminando hacia el sur de forma indefinida, del mismo modo que la intuición nos puede hacer pensar que es posible remontarnos a un tiempo anterior al Big Bang. Sin embargo, desde hace algunos siglos sabemos que nuestro planeta es redondo y que, una vez alcanzado el Polo Sur, por más que sigamos caminando en la misma dirección nos estaríamos dirigiendo hacia el norte.

Pues bien, al espacio-tiempo le pasa algo parecido. En su libro El lado oscuro del universo, el investigador del CSIC explica que podemos representar la historia del universo como un gigantesco dedal colocado hacia abajo. En el vértice inferior estaría el Big Bang, “el instante cero en el que todo el universo conocido estaba comprimido en un punto”, y en la abertura superior, el universo actual, con una edad de nada más y nada menos que de 14.000 millones de años.

Si nos desplazáramos hacia arriba por la superficie del dedal encontraríamos que su anchura es cada vez mayor porque, como sabemos, el universo se encuentra en expansión. En cambio, si tratáramos de retroceder  en el tiempo y quisiéramos remontarnos ‘más allá’ del Big Bag nos encontraríamos volviendo a avanzar en el tiempo.

Campo ultraprofundo del Hubble. Se trata de la imagen más lejana del universo obtenida con luz visible / NASA, ESA

Campo ultraprofundo del ‘Hubble’. Se trata de la imagen más lejana del universo obtenida con luz visible / NASA, ESA

“Cuesta imaginarlo, pero matemáticamente no hay ningún problema en formularlo”, explica Casas. En cierto modo, esta conclusión es muy parecida a la que llegó San Agustín cuando, en el siglo V, los teólogos se preguntaban qué hacía Dios antes de crear la Tierra y los Cielos. Su respuesta fue que no tenía sentido preguntar a qué dedicaba Dios su tiempo antes de crear el tiempo.

No hay por qué desanimarse. Aunque la ciencia diga que no podemos remontarnos ‘antes’ del Big Bang, sí que puede explicarnos, y muy bien, qué pasó justo después. Tanto, que los físicos han establecido el ‘nacimiento’ de los primeros protones y neutrones una diezmillonésima de segundo después de la gran explosión, mientras que la aparición de los primeros núcleos formados por protones y neutrones (deuterio, helio, helio-3, litio) se habría producido a los 100 segundos.

Los primeros átomos no se formarían hasta pasados los 380.000 años, pero esta es otra historia de las que nos ocuparemos próximamente…