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1 ago. 2007

La expansión del universo podría originarse en otras dimensiones

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Una nueva teoría física, formulada por científicos norteamericanos, sugiere que la expansión del universo tiene su origen en dimensiones adicionales situadas muy cerca de las dimensiones conocidas, que son las que acogen a la energía oscura y el origen de la fuerza gravitacional repulsiva. La teoría explica también por qué esas dimensiones no pueden ser percibidas directamente y establece que son estables y perpendiculares a las tres dimensiones de nuestro universo. La teoría deja una pista para ser verificada y las primeras pruebas indican que podría ser cierta. Por Eduardo Martínez de Tendencias Científicas.


La misteriosa energía oscura, que acelera la expansión del universo, podría estar escondida en las dimensiones ocultas del espacio, según una nueva teoría física elaborada por Brian Greene y Janna Levin, de la Columbia University de New York.
La teoría ha sido explicada en un interesante artículo de la revista Newscientist Space, y los autores han publicado un artículo más extenso en Arxiv, el repositorio online de acceso abierto y gratuito de artículos de física, a la espera de publicarlo en una revista especializada.
La energía oscura es una forma hipotética de energía que inunda todo el espacio y que produce una presión negativa, convirtiéndose en una fuerza gravitacional repulsiva, supuesto origen de la expansión acelerada del universo.
La propuesta de ambos físicos señala que la energía oscura está oculta en las dimensiones imperceptibles del universo y explica por qué estas dimensiones ocultas no pueden ser percibidas directamente, una cuestión muy importante de la Teoría de Cuerdas.
La Teoría de Cuerdas es un modelo fundamental de la física que afirma que todos los bloques de materia son en realidad expresiones de un objeto básico unidimensional extendido llamado "cuerda". El universo surge cuando una cuerda vibra en relación a las otras.
La teoría de cuerdas está fundamentada en 11 dimensiones y establece que, debido a que las dimensiones adicionales se enroscaron sobre sí mismas a escalas microscópicas durante el nacimiento del Universo, no pueden ser percibidas directamente con nuestros sentidos. Además, considera la teoría de cuerdas, son dimensiones muy inestables.
La existencia de dimensiones adicionales en el universo fue detectada recientemente por otro grupo de científicos, tal como informamos en otro artículo: utilizando geometrías matemáticas simples, estos científicos han podido reconstruir un mapa de energía alternativo de los momentos primigenios del universo, en el que se aprecian indicios de al menos otras siete dimensiones. De esta forma, las dimensiones extra sobre las que ha teorizado la teoría de cuerdas habrían sido observadas gracias a un metafórico viaje al instante posterior al Big Bang.

Alejamiento de galaxias

La nueva teoría aporta asimismo una explicación a la expansión del universo. A mediados de los años 90, los astrónomos descubrieron que las otras galaxias se alejan de la nuestra acelerándose. Más adelante, los físicos han atribuido esa expansión a la así llamada energía del vacío o a la constante cosmológica.
La energía del vacío es una energía de fondo existente en el espacio incluso en ausencia de todo tipo de materia y está relacionada con la aparente aceleración actual de la expansión del Universo. Algunos astrofísicos piensan que la energía del vacío podría ser responsable de la energía oscura del universo, asociada a la fuerza de gravedad repulsiva que contribuye a la expansión del Universo.
La constante cosmológica ha sido otra de las hipótesis de la expansión del universo. Es un parámetro establecido por Einstein en sus ecuaciones de la relatividad general que, aunque quedó en entredicho cuando se descubrió que el universo estaba en expansión, ha vuelto a ser considerado al analizar la energía del vacío, la teoría cuántica de campos o la aceleración del universo.
La actual hipótesis de los científicos para explicar la expansión del universo se basa en las vibraciones cuánticas del vacío espacial. El espacio está lleno de campos gravitacionales y electromagnéticos que vibran como campos cuánticos. Esta energía de las vibraciones cuánticas sería la que produciría la fuerza de gravitación repulsiva que aleja a las galaxias.
Sin embargo, los cálculos realizados hasta la fecha sobre la densidad de esas vibraciones cuánticas del vacío espacial cuestionan las ecuaciones de la Teoría Cuántica de campos, por lo que explicación clásica de la expansión del universo no está consolidada.

Dimensiones ocultas, pero próximas…

Este dilema se resuelve con la nueva teoría, que considera que las vibraciones cuánticas del vacío espacial no están limitadas a un espacio único. Brian Greene y Janna Levin consideran al respecto que las vibraciones cuánticas del vacío espacial son vibraciones de campos de fuerza cuánticos y fluctuantes producidos por un conjunto de dimensiones perpendiculares a nuestras tres dimensiones conocidas.
Aunque la vibración cuántica esté atrapada en estas otras dimensiones adicionales, podría extender su influencia gravitacional en nuestro espacio, afirman estos científicos. La fuerza de gravitación obtenida de esas dimensiones adicionales es repulsiva, provocando la aceleración cósmica que provoca el alejamiento de las galaxias.
Greene y Levin calculan que las dimensiones adicionales deberían ser al menos del orden del 0,01 milímetros para provocar la aceleración observada por los astrónomos. La energía oscura alojada en esas dimensiones adicionales se ocultaría así sólo a algunas micras de nosotros (un micrón o micra es la unidad de longitud equivalente a la millonésima parte de un metro).
Hasta ahora, ambos autores sólo han esbozado su teoría, pero ya se puede utilizar para resolver otro problema, todavía más complicado. La Teoría de Cuerdas, que pretende la unificación de las cuatro fuerzas del universo, necesita siete dimensiones adicionales minúsculas, enroscadas sobre sí mismas, que son muy inestables.…

y estables

La nueva teoría atribuye a estas dimensiones adicionales un comportamiento estable. El equilibrio preciso de los campos de fuerza cuánticos actuaría como un resorte tenso en las dimensiones suplementarias, manteniéndolas a un cierto tamaño estimado en 10 micras.Como quiera que la nueva teoría sólo funciona en el marco de una cosmología de branas, que describe a nuestro universo como una especie de membrana flotante en un espacio de dimensión superior, la mayoría de las partículas y de los campos que lo integran están unidos a esta brana, lo que explica por qué estas dimensiones adicionales no pueden ser percibidas, ni siquiera orientarnos en su dirección, explican Greene y Levin.
En la versión básica de las branas, la única fuerza susceptible de pasar a través de una brana, ese objeto extenso, dinámico que posee una energía en forma de tensión respecto a su volumen de universo, es la gravitación.

Campos supuestos, neutrinos estériles

Pero las vibraciones asociadas al campo gravitacional no poseen las propiedades requeridas por la teoría de Greene y Levin, por lo que ambos autores han añadido un campo suplementario y fijado su intensidad para obtener un valor repulsivo coherente. Para alcanzar esta coherencia, señala Levin a Newscientist, "hemos fabricado un modelo reducido con campos supuestos".
Otro arreglo a la teoría de ambos autores es que el campo que describen no puede proceder de neutrinos normales, ya que, como las demás partículas, están íntimamente ligados a nuestra brana. Por ello proponen la existencia de un neutrino estéril en las dimensiones adicionales, cuya presencia sería detectada en nuestro espacio en forma de energía oscura.

Una pista a seguir

La teoría de Greene y Levin, explica Newscientist, implica que la gravitación se hace más intensa a menos distancia, y adquiere el tamaño de las dimensiones suplementarias o adicionales. De momento se trata de la única pista disponible para validar la teoría.Ya hay una prueba experimental de esta reacción de la gravitación, de la que ha informado Scientific American: en la universidad de Washington en Seattle, se ha medido la fuerza gravitacional a corta distancia y se han descartado dimensiones suplementarias adicionales mayores de 0,1 milímetros. Si existen esas dimensiones adicionales, deben medir menos de 44 micrómetros (0.044 milímetros), aseguran estos investigadores en un artículo publicado en Physical Review Letters.
Los científicos de esta universidad pretenden realizar nuevos experimentos para medir la gravitación en distancias todavía más cortas. Si en estos experimentos se pudiera comprobar un aumento de la gravitación por debajo de 0,01 milímetros, podríamos comprobar que la teoría de Greene y Levin es correcta y que la fuerza que provoca la expansión de nuestro universo viene de otra dimensión, concluye Newscientist Space.

Fuente: La flecha



25 may. 2007

Mares y montañas en Titán

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Las imágenes de la luna mayor de Saturno publicadas por la NASA muestran que su topografía es similar a la de la Tierra


Titán, la luna mayor de Saturno, tiene mares, montañas, islas y bahías y su topografía es similar a la de la Tierra, según muestran las fotografías transmitidas por la nave espacial Cassini y publicadas por la NASA.

Los mares de Titán no son azules ni de agua, sino negros intensos debido a que se componen principalmente de metano y etano. La ausencia de brillo en algunas regiones mostradas por las fotografías sugiere que la profundidad del líquido marino puede ser de varios metros, según los científicos de la NASA. El contorno de las islas sigue la misma dirección de las penínsulas, lo que significa que han sido formadas presumiblemente por una inundación.

Las imágenes han sido captadas por el radar de Cassini el pasado 12 de mayo, cuando la nave realizaba su aproximación número 31 a Titán. La misión de esta sonda es un proyecto conjunto de la NASA, la Agencia Espacial Europea y la Agencia Espacial de Italia. La nave inició su misión el 15 de octubre de 1997 y entró en la órbita de Saturno en julio de 2004.

En enero de 2005 se desprendió de la sonda Huygens, que descendió sobre Titán y de inmediato comenzó a transmitir información sobre sus condiciones ambientales.

Fuente: www.elpais.com

6 mar. 2007

El ojo de Sack

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An Old Star Gives Up the Ghost


NGC 6369
Hubbelsite

El ojo de Simón

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The Cat's Eye Nebula: Dying Star Creates Fantasy-like Sculpture of Gas and Dust

http://hubblesite.org

5 mar. 2007

Las lunas de Barsoom

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Fobos y Deimos
Composición fotográfica a escala de imágenes de las sondas Viking
© NASA

Por Angel Gómez Roldán
06-04-2005

De los cuatro mundos rocosos del Sistema Solar, únicamente el Planeta Azul tiene un satélite de un tamaño respetable, ya que la Luna es sólo cuatro veces más pequeña que la Tierra. En cambio, Mercurio y Venus carecen de compañeros conocidos, y en el caso de Marte sus dos diminutos satélites son más bien asteroides capturados que giran muy cerca del planeta, y no lunas. Sin embargo, es precisamente su pequeñez y proximidad al planeta lo que los hace peculiares.

A principios del siglo XX, en una de las más brillantes sagas de ciencia ficción, Edgard Rice Burroughs (1876-1950) sitúa dos satélites en torno al Marte de sus novelas, denominado Barsoom. Las lunas de Barsoom, Cluros y Thuria, giran alrededor del planeta en trayectorias polares. En cambio, los satélites reales Fobos y Deimos, orbitan sobre el ecuador marciano. Sus nombres proceden de la mitología griega: se trata de dos de los hijos de Ares y Afrodita (Marte y Venus para los romanos).

Miedo y Pánico, o Fobos y Deimos, fueron descubiertos telescópicamente en el siglo XIX por el astrónomo estadounidense Asaph Hall. El 12 de agosto de 1877 visualizó Deimos, cuya órbita es más excéntrica, y una semana después Fobos. Su color oscuro, pequeñas dimensiones, giro rápido y cercanía al resplandor rojizo de Marte determinaron que durante cien años no se supiera casi nada de ellos.

Hasta las primeras sondas espaciales a Marte en los años setenta del siglo pasado, sólo se tenía una idea aproximada de sus parámetros orbitales y tamaño. Los astrónomos observaron que Fobos es la mayor de las dos lunas, y también la que orbita más cerca del Planeta Rojo: a menos de 6.000 kilómetros de altura, tarda ocho horas en rodearlo. Se le calculaba un diámetro de unos treinta kilómetros, por lo cual no podía ser esférica. Deimos, que ocupa la mitad, orbita a más de 20.000 kilómetros del planeta y necesita 1,3 días para completar una vuelta a su alrededor.

En 1971, la sonda de la NASA Mariner 9 fue la primera en fotografiar de cerca Fobos mostrando un cuerpo irregular con cráteres de impacto en su superficie. Ello no sorprendió a nadie pues, pese que nunca se hubiera fotografiado un cuerpo del tamaño de un asteroide, los científicos creían que este tipo de objetos (así como las lunas de Marte) debieran tener ese aspecto. Los orbitadores de las sondas Viking 1 y 2 tomaron en 1977 imágenes en gran detalle que revelaron que Fobos estuvo a punto de ser desintegrado por el choque de un meteorito que le causó una enorme cicatriz: el cráter Stickney. Con un tamaño aproximado de diez kilómetros, se trata de uno de los mayores cráteres respecto al cuerpo impactado del Sistema Solar. Asimismo, esa colisión podría ser también la causante de las fracturas y grietas paralelas que se aprecian. Más recientemente, la Mars Global Surveyor de la NASA, en 2001, y la europea Mars Express, en 2004, han mostrado que la superficie está cubierta por una densa capa de un polvo fino similar al regolito lunar. De un metro de espesor, seguramente es el resultado del efecto de “erosión” de la radiación solar.

Una de las características más singulares de Fobos es que, visto desde Marte, sale por el oeste, cruza rápidamente el cielo, y se pone por el este. Como su órbita es tan cercana al planeta, da tres vueltas a su alrededor en el tiempo que éste gira una vez sobre sí mismo. Además, se ha calculado que las fuerzas de marea de la gravedad marciana están frenándolo y atrayéndolo a razón de unos dos metros por siglo Cuando un cuerpo sólido se aproxima a una cierta distancia de un planeta (el llamado límite de Roche) se desintegra en fragmentos debido a las fuerzas de marea y forma un anillo de material en su órbita. Si Fobos continúa yendo hacia Marte, en menos de cincuenta millones de años alcanzará ese límite y se descompondrá.

El aspecto de Deimos no es tan interesante, o conocido. Su posición, tres veces más alejada de Marte, ha impedido a los orbitadores espaciales tomar otras imágenes significativas de este satélite además de las de las Viking en los años setenta.

La mayoría de los investigadores están de acuerdo en que probablemente el efecto gravitatorio de Júpiter expulsó los asteroides hacia el interior del Sistema Solar, donde fueron atrapados por el Planeta Rojo. Lo que se desconoce es cómo un planeta relativamente pequeño como Marte pudo capturar los dos cuerpos errantes. Algunos astrónomos especulan con que, hace unos dos o tres mil millones de años, cuando había agua líquida en su superficie, una atmósfera marciana mucho más densa que la actual los aerofrenó.

Tanto Fobos como Deimos están formados por rocas poco densas de compuestos de carbono. Su espectro es muy similar al de los asteroides más comunes, los de tipo C. Es posible que también contengan hielo de agua. A finales de 1988, algunos datos obtenidos por la sonda soviética Phobos 2 revelaron una débil emisión gaseosa procedente de Fobos, seguramente debida a la sublimación del agua. Fue una lástima que una avería de su ordenador la pusiera fuera de servicio en marzo de 1989, puesto que estaba previsto que la sonda se aproximara hasta unas decenas de metros de la superficie para depositar dos pequeñas plataformas de experimentos.

En este momento no están previstas misiones espaciales centradas en estas lunas, pues el mucho más interesante Barsoom muestra cada día más pruebas de un pasado y un presente en los que el agua tiene un papel fundamental, con todas las implicaciones biológicas que ello podría suponer. No obstante, la privilegiada situación orbital de ambos satélites podría convertirlos en unas plataformas de observación excelentes durante la futura exploración de Marte.

En Caos y ciencia

El ojo de Dios

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The Helix Nebula: a Gaseous Envelope Expelled By a Dying Star

En Hubblesite

Como entender las escalas del Universo

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Uno de los problemas más comunes a la hora de dar una visión realista del tamaño del Universo o de las escalas cósmicas es elegir un modelo apropiado que pueda mostrarnos lo pequeñas y grandes que son al mismo tiempo los cuerpos celestes que estudiamos o los bloques de construcción de materia que los forman.


Nuestro sistema planetario es ciertamente enorme, pero se resulta al mismo tiempo minúsculo en comparación con la distancia entre éste y las Nubes de Magallanes o con las dimensiones del Grupo Local de galaxias. Pero las escalas se rompen cuando necesitamos enlazar estas inmensidades los sus componentes fundamentales, por ejemplo, los núcleos atómicos, micromundos en comparación con los orbitales atómicos; los primeros, protagonistas de la creación de la energía estelar que alcanza nuestras pupilas durante las noches despejadas tras viajar interminables distancias; los segundos, partícipes de innumerables fenómenos que nos permiten entender la identidad de la materia de la que está formados los mundos que deseamos visitar en el futuro. En la Astronomía todas las escalas están entrelazadas en una compleja red.

Existen recursos muy interesantes que muestran una visión del Universo a todas las escalas, útiles para comprender en que órdenes de magnitud nos movemos. A continuación presentamos tres de ellos:


Saltos de diez en diez

Una visión muy lógica, rigurosa y especialmente acertada de las escalas cósmicas fue un documental corto en el que se mostraba una visión del universo macroscópico y microscópico en saltos de potencias de 10. Este documental, de obvio título -"Potencias de diez"- adquirió la fama cuando Carl Sagan lo presentó durante de un programa de entrevistas en la TV estadounidense hacia los años ’70 (Johnny Carson - The Tonight Show). En éste se muestra un "viaje" de nueve minutos en el que se toma como punto de partida a una pareja tomando un picnic en un parque costero: el viaje de ida nos muestra un área progresivamente creciente en potencias de diez, que nos transporta por el sistema planetario, nuestra galaxia, el grupo local y en pocos minutos abarca todo el Universo conocido; tras la vuelta, la cámara lleva al espectador a un "mundo interior" en dirección hacia las células, las moléculas, el átomo y sus componentes fundamentales. Este documental sería en cierto modo un precursor de las espectaculares animaciones que el propio Sagan mostraría pocos años después en su serie «Cosmos», aunque con una perpectiva científicamente más romántica y aventurera.

El documental "Potencias de diez" fue realizado por Charles y Ray Eames en 1968, dos destacados diseñadores del siglo XX que trabajaron en arquitectura, diseño industrial y arte fotográfico. Un vistazo a la web que muestra su legado [Más información] nos dará una visión más amplia de su trabajo, en su mayor parte muy alejado de la Astronomía...


Si bien el video original se vende desde su propia web en diferentes formatos (libro, CD, DVD) [Más información], hay otros ejemplos en internet perfectamente válidos sobre "Potencias de diez", algunas de ellos inspirados directamente del propio documental. El mejor de ellos es accesible desde la web de la Universidad Estatal de Florida y nos presenta una animación bastante similar y bien trabajada en la que es posible seleccionar el intervalo de tiempo entre cada fotograma y en la que podemos avanzar automática o manualmente hacia el mundo megascópico, microscópico o nanoscópico. [Más información]



El maravilloso mundo de las escalas logarítmicas

Otro ejemplo magnífico fue publicado en la conocida revista Astrophysical Journal en 2005. Se trata de un mapa del Universo en escala logarítmica realizado por varios autores (J. Richard Gott III, Mario Juric, David Schlegel, Fiona Hoyle, Michael Vogeley, Max Tegmark, Neta Bahcall y Jon Brinkmann) en el que se hallan representados con gran detalle los objetos más destacados del Cosmos partiendo desde el núcleo terrestre hasta el límite del Universo. El juego interesante que hacen estos científicos es emplear la escala logarítmica en el mapa, en el que caben desde la posición del Telescopio Espacial Hubble hasta el Gran Atractor, pasando por la Luna, los planetas, la Nube de Oort, las estrellas cercanas, el Grupo Local, las galaxias más próximas y lejanas, varios quasars y el fondo de microondas.


El mapa en diferentes formatos y la propia publicación -no del todo apta para principiantes- se encuentra en la propia web de uno de los autores [Más información]. El mapa, además de formar parte de una publicación especializada, ha tenido tanto éxito que ha llegado a ser publicado en revistas divulgativas como New Scientist o Astronomy.

En La flecha

Los sonidos de Titán (archivo de audio)

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