| Nueva explicación para las explosiones más grandes del Universo
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Hay un cierto tipo de explosiones cósmicas que se convierten, en un instante, en la cosa más brillante del Universo, emitiendo durante unos segundos tanta radiación como un millón de galaxias.
No te preocupes por buscar alguna en el cielo, dado que la mayor parte de la luz está en la parte del espectro de los rayos gamma, un dominio que no podemos ver.
Sin embargo, los astrónomos observan estas colosales explosiones de rayos gamma con sus telescopios espaciales.
En general están de acuerdo en que sólo el nacimiento de un agujero negro podría aportar suficiente chispa para uno de estos intensos destellos, pero aún queda un grado de incertidumbre sobre qué convierte la energía de un agujero negro recién nacido en radiación que los astrónomos puedan detectar.
Recientes observaciones sugieren que este "conversor" es un rayo magnético de alta potencia, y no —como muchos teóricos creen— un chorro de alta velocidad de material caliente.
Este es el último debate sobre estos objetos excepcionalmente luminosos llamados explosiones de rayos gamma. Los investigadores discutían previamente si los GRBs provenían de nuestra galaxia o de fuera, y más tarde si surgían de una estrella moribunda o de la fusión de dos estrellas de neutrones.
El consenso actual es que la mayoría de los GRBs son las campanas fúnebres de una estrella masiva en una galaxia lejana. Tras agitar su suministro de combustible, el núcleo de la estrella colapsa en un agujero negro (o en una estrella de neutrones, comparativamente igual de densa), lo que actúa como un "motor central" para los dos chorros que salen de los polos.
Estos chorros es donde se transforma la energía del colapso en rayos gamma, pero nosotros sólo observamos un GRB si estamos alineados con uno de los chorros.
Esta descripción general está bastante bien establecida, pero la gran pregunta, de acuerdo con Tsvi Piran de la Universidad Hebrea de Jerusalén, es qué forma los chorros.
Cuando tú eres un chorro
El ampliamente aceptado modelo de la bola de fuego supone que las capas exteriores de una estrella moribunda se calientan a una gran temperatura. Este material caliente se expande hacia fuera en todas las direcciones, pero la expansión es más fácil a lo largo del eje rotacional de la estrella. Por tanto, el material de movimiento rápido emerge en los polos como chorros gemelos.
Pero el satélite Swift, un observatorio de la NASA dedicado a los GRB, ha detectado un número de GRBs que parecen desafiar el modelo de bola de fuego.
"Swift ha visto muchos GRBs misteriosos", cuenta Piran a SPACE.com. "Diría que la mitad de los casos tienen algo inesperado".
De los más de 200 GRBs que Swift ha registrado, algunos han tenido una luminiscencia de rayos-X muy larga, mientras que otros se han disipado y rebrillado de nuevo súbitamente.
"Lo que encontramos es que el motor centra no muere inmediatamente sino que continúa inyectando material en el flujo durante miles de segundos", dijo el teórico Dimitrios Giannios del Instituto Max Planck para Astrofísica en Garching, Alemania. "Esta larga actividad es más consistente con los modelos magnéticos".
Los campos magnéticos de una estrella se comprimen y amplían cuando al estrella colapsa en una agujero negro o una estrella de neutrones altamente magnetizada, llamada magnetar o magnetoestrella. Los modelos predicen que los campos son más fuertes —aproximadamente mil millones de veces el campo magnético de la Tierra— a lo largo del eje rotacional, donde forman una espiral similar a un sacacorchos que se amplía, de acuerdo con Giannios.
Dado que los campos magnéticos no tienen masa, son mucho más fáciles de acelerar que la materia. Los campos además serían más eficientes al portar la energía fuera del motor central.
El movimiento hacia fuera de los campos magnéticos finalmente disiparía su energía en rayos gamma —en un proceso muy similar a lo que sucede en las llamaradas solares, dijo Erin McMahon de la Universidad de Texas en Austin.
Las teorías predicen que esta producción de rayos gamma tiene lugar a 16 mil millones de kilómetros de la fuente central, unas 10 veces más lejos que el modelo de la bola de fuego. McMahon y sus colegas estudiaron recientemente una muestra de 10 GRBs y encontraron que la situación estimada de las emisiones de rayos gamma eran más consistentes con los flujos magnéticos.
Polarizado de forma opuesta
No es fácil confirmar la presencia de campos magnéticos en objetos astronómicos tan alejados, pero la luz que proviene de una fuente magnetizada debería estar polarizada, lo que significa que el campo eléctrico de la luz debería apuntar hacia una dirección específica.
"La polarización te da una forma de manejar los campos magnéticos", dijo la astrónomo Carole Mundell de la Universidad de Liverpool John Moores en el Reino Unido.
Mundell y sus colegas han construido un detector de polarización para GRBs; lo cual no es algo fácil de conseguir, dado que la luz se apaga con gran rapidez. El equipo recientemente capturó su primer estallido, pero falló en detectar cualquier polarización, descartando aparentemente un campo magnético fuerte y bien ordenado.
Sin embargo, Giannios cree que los campos magnéticos podrían estar orientados de una forma que oculte la polarización de la señal. El problema es que no se puede decir exactamente cómo se comportará el campo en un flujo magnético, debido que los astrónomos aún no han podido observar uno en alguna configuración.
En cambio, los chorros de materia se ven a menudo saliendo de los quásars.
Campo abierto
Los campos magnéticos quedan tras sus homólogos de la bola de fuego no sólo observacionalmente sino también teóricamente.v
"No sabemos aún cómo calcular todos los efectos de los campos magnéticos", dijo Piran. "El modelo no hace las suficientes predicciones".
Giannios coincide en que los investigadores del flujo tienen que acotarlos para ellos, especialmente al explicar qué que las luminiscencias brillen desde minutos a días.
"Pero la situación ha mejorado", dijo Giannios. "Ha habido cálculos detallados [del estallido inicial] y se han comparado con datos".
A la luz de los inesperados resultados procedentes del Swift, podría resultar que hay dos clases de GRBs: algunos nacidos del fuego y otros conducidos magnéticamente.
"Por ahora es un campo muy abierto", dijo Giannios. "Cada día nos trae nuevas sorpresas".
Traducido para Astroseti.org por Manuel Hermán
Fuente: http://www.astroseti.org/
| Los viejos cohetes llevan bacterias hacia las estrellas
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Las fases abandonadas de los cohetes que propulsaron cuatro naves espaciales hacia los límites de nuestro Sistema Solar y más allá probablemente llevan bacterias terrestres hacia la galaxia.
Las cuatro fases superiores de los cohetes "STAR", también conocidos como motores rápidos son los responsables de arrancar a las Voyager 1, Voyager 2 y Pioneer 10 de los límites del Sistema Solar, así como de enviar la nave New Horizons de la NASA a Plutón. Las fases del cohete están ellas mismas en camino, moviéndose más allá de la influencia del Sol en el espacio interestelar.
Aunque sus papeles fueron vitales para sus respectivas misiones, las fases superiores no tuvieron un trato tan generoso como las naves a las que acompañaban.
"Las fases superiores no requerían de esterilización", dijo John Rummel, científico senior de astrobiología en la NASA. Sólo había una directiva principal: "Sus requisitos eran no chocar contra ninguno de los planetas de nuestro Sistema Solar", una precaución necesaria debido a que las fases de los cohetes casi con seguridad harían de anfitriones a bacterias terrestres.
Estas bacterias habrían sido colocadas por las manos y el aliento de los ingenieros que construyeron las fases superiores.
Sobrevivir en el espacio
Los viajeros interestelares microscópicos están ahora en camino hacia el exterior de nuestro Sistema Solar a velocidades de entre 11 y 18 kilómetros por segundo, pero ¿están vivas?
"La supervivencia es más probable que la "prosperidad"'", dijo Mark Burchell de la Universidad de Kent en el Reino Unido. Las frías temperaturas probablemente sumergirían a los microbios en un estado similar a la hibernación llamado estado de espora.
Hay bacterias que han revivido en la Tierra tras millones de años de letargo y los experimentos que involucran la exposición de bacterias y líquenes al espacio han revelado lo resistentes que son estos simples organismos.
Entonces, ¿cuánto tiempo puede sobrevivir un microbio en el espacio enganchado en un cohete? "Esto aún se está debatiendo", dijo Burchell. "¿1000 años? ¿100 000 años? No lo sabemos".
Los cinturones de radiación podrían haber esterilizado las bacterias cuando las fases superiores alcanzaron Júpiter. La fase superior de la Pioneer 10 pasó cerca del planeta gigante y sufrió unos niveles de radiación muchas veces superiores a los que serían letales para los humanos cuando se sumergió en los cinturones de radiación de Júpiter. Pero tal vez algunos hayan sobrevivido.
"Algunas bacterias son bastante más duras que los humanos, por lo que probablemente no haya sido suficiente para acabar con las bacterias protegidas en el interior de la fase superior", dijo Rummel.
Pocas posibilidades
La fase superior del Voyager 1 ha estado en el espacio durante casi 30 años. Su diminuta carga tiene muchos miles de millones de años de viaje por delante.
En 40 000 años, este caprichoso trozo de metal de 84 kilogramos pasará por la estrella AC+79 3888 a una distancia de 1,64 años luz. AC+79 3888 es una estrella enana y su débil energía es improbable que sirva para revivir a las bacterias durmientes. Debe pasar mucho más tiempo para que las fases superiores encuentren una estrella con un entorno apropiado para los organismos terrestres.
"Salir del Sistema Solar no es en realidad el problema", dijo Burchell a SPACE.com. "El problema es que entonces entres en otro sistema solar y seas capturado por un planeta. Las opciones de esto son remotamente pequeñas".
Dada la enorme cantidad de tiempo que queda por delante de estos cuatro cohetes descartados, al menos uno es posible que finalmente encuentre un planeta. Pero incluso si el entorno de este planeta es propicio para la vida, las bacterias no chapotearán suavemente en algún océano exótico. No les espera un aterrizaje suave.
"Llegar a otro sistema solar es una cosa, pero detenerse de una forma no destructiva es otra muy distinta", dijo Rummel.
Traducido para Astroseti.org por Manuel Hermán
Fuente: http://www.astroseti.org/
| Físicos conectan la Teoría de Cuerdas con la física establecida
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La Teoría de Cuerdas, una de las ideas más controvertidas y prometedoras de la física moderna, puede ser capaz de ayudar a investigar el funcionamiento interno de las partículas subatómicas mejor de lo que se pensaba previamente.
La teoría ha sido elogiada por algunos físicos debido a su potencial para forjar el largamente buscado vínculo entre la gravedad y las fuerzas que dominan en el núcleo atómico. Pero la teoría— que propone que todas las partículas subatómicas son en realidad diminutas "cuerdas" que vibran de diferentes formas —también ha arrastrado críticas por ser incomprobable en el laboratorio, y tal vez imposible de conectar con los fenómenos del mundo real.
Sin embargo, los investigadores de Princeton han descubierto una nueva prueba matemática de que alguna de las predicciones de la Teoría de Cuerdas se entrelazan estrechamente con un cuerpo de la física muy respetable llamado "Teoría Gauge", el cual se ha demostrado que subyace en las interacciones entre quarks y gluones, los menudos objetos que se combinan para formar protones, neutrones y otras partículas subatómicas más exóticas. El descubrimiento, dicen los físicos, podría dar lugar a una gran cantidad de usos de la Teoría de Cuerdas atacando problemas de la física práctica.
"Estos problemas incluyen la descripción de las interacciones entre los dentro de los núcleos atómicos", dijo Igor Klebanov, Profesor Thomas D. Jones de Física Matemática en Princeton y autor de un artículo reciente sobre el tema. "Anteriormente hemos sido capaces de estudiar estas interacciones en detalle sólo en condiciones de alta energía dentro de aceleradores de partículas, pero con estos hallazgos podremos ser capaces de describir qué sucede dentro de los átomos que forman las rocas y árboles. Aún no podemos hacerlo, pero parece que las matemáticas de la Teoría de Cuerdas podrían ser el puente que necesitamos para salvar esta distancia".
El artículo del equipo apareció en el número del 30 de marzo de la revista científica Physical Review Letters. Los coautores de Klebanov incluyen al estudiante graduado Marcus Benna y a los profesores de posdoctorado Sergio Benvenuti y Antonello Scardicchio. v
Para Klebanov, los hallazgos representan un gran éxito en la búsqueda durante décadas de conexiones entre la Teoría de Cuerdas y la Teoría Gauge, la última de las cuales —para un físico de partículas— trazan las leyes establecidas que describen la materia común.
Las múltiples facetas de la Teoría Gauge añade se añaden a una descripción bien establecida y coherente de los comportamientos de quarks y gluones, los cuales componen mayormente las formas más comunes de la materia. Décadas de observaciones en aceleradores de partículas han demostrado que la Teoría Gauge justifica el comportamiento de los quarks y gluones bastante bien, al menos a los niveles de alta energía que existen cuando dos partículas aisladas se estrellan casi a la velocidad de la luz.
A estas altas energías, la fuerza de interacción que mantiene unidos a los quarks se hace más débil, y los científicos pueden separar sus constituyentes para observarlos. Desafortunadamente, estas observaciones —e incluso la misma Teoría Gauge cuando se aplica a estas altas energías— no revelan tanto como le gustaría a los físicos sobre el movimiento de la materia común a velocidades corrientes.
"La dura verdad es que cuando los quarks y gluones comienzan a unirse en protones y neutrones, esta fuerza de interacción se hace muy fuerte, y este difícil usar la Teoría Gauge para comprenderlo", dijo Klebanov. "Básicamente, para comprender cómo estamos hechos de todo esto en realidad, necesitamos comprender el comportamiento de los quarks y gluones cuando la fuerza de interacción se hace fuerte".
En los años 70, los físicos propusieron que cuando una Teoría Gauge pierde su potencia para describir el comportamiento de partículas como quarks unidos entre sí, la Teoría de Cuerdas sería capaz de dar un paso adelante y llevar a cabo este trabajo. Lo que los teóricos de cuerdas necesitaban era alguna indicación de que ambas teorías estaban encaminadas en la misma dirección.
El golpe de suerte llegó en 1997 y principios de 1998 cuando se conjeturó una relación precisa entre ambas en un trabajo de los físicos de Princeton Alexander Polyakov, Steven Gubser y Klebanov, así como Juan Maldacena y Edward Witten del Instituto de Estudios Avanzados. No obstante, se necesitaba más trabajo para explicar esta conexión.
"Era como si nuestra comprensión fuese un camino que comenzaba en el punto donde las interacciones entre quarks eran débiles", dijo Klebanov. "Podríamos seguir durante algunos kilómetros a través de fuerzas de interacción cada vez mayores, pero entonces se detiene antes de alcanzar las enormes fuerzas que existen en los átomos de las rocas y los árboles —que es la sección del camino que describe la Teoría de Cuerdas".
Entre estas dos partes del camino aparece un abismo matemático aparentemente insalvable, y Klebanov tenía algo más que una corazonada de que existía alguna transición moderada entre la Teoría de Cuerdas y la Teoría Gauge.
"En términos simples, lo que en realidad queríamos era alguna indicación de que tal transición suave existe, lo cual sugeriría que ambas partes del camino eran de la misma ruta", dijo Klebanov. "Pero teníamos problemas en hallar algún tipo de conexión entre ellas".
La Teoría de Cuerdas, por toda su belleza matemática, de nuevo parecía demasiado difícil de comprobar— hasta que Niklas Beisert, profesor asistente de física en Princeton, publicó un artículo a final de octubre del pasado año que contenía una ecuación que resultaba una parte crucial del puzzle.
"Beisert y sus colaboradores hicieron una conjetura muy inspirada basada en unas sofisticadas nociones del comportamiento de la Teoría Gauge", dijo Curtis Callan, Distinguido Profesor James S. McDonnell de Física en la Universidad de Princeton. "Su ecuación permitía a Igor y sus colegas resolver la "transición" entre los dos regímenes. Ellos demostraron que las predicciones de la Teoría de Cuerdas encajaban exactamente con el límite de interacción débil. Este fue la parte difícil".
Beisert dijo que el trabajo de su equipo proporcionó una útil prueba abstracta de la transición entre las fuerzas de interacción débil y fuerte, pero tal prueba numérica hasta ahora había estado ausente.
"El resultado del grupo de Klebanov da una maravillosa prueba numérica de la validez de nuestra propuesta", dijo Beisert, quien es también jefe del grupo de investigación en el Instituto Albert Einstein en Potsdam, Alemania. "Todos estos estudios nos hacen estar seguros de que la Teoría de Cuerdas y la bien establecida Teoría Gauge son en realidad dos caras de la misma moneda".
Lance Dixon, físico del Acelerador Lineal de Stanford (SLAC), dijo que el nuevo artículo del grupo de Klebanov proporciona una intercomprobación vital de las ecuaciones del equipo de Beisert, las cuales descansan sobre unas intuitivas pero no probadas suposiciones.
"El trabajo de Igor Klebanov y su grupo tuvo un verdadero éxito al eliminar todas las persistentes dudas sobre la validez de las ecuaciones", dijo Dixon, cuyo trabajo proporciona otra prueba a favor de la propuesta del equipo de Beisert. "La búsqueda se encuentra ahora en una amplia red de conexiones que unen el comportamiento de alta energía de quarks y gluones a la que funcionan las cuerdas, una red en la que la primera piedra ya ha sido puesto por el trabajo de ambos equipos".
Klebanov, aunque apunta las contribuciones de muchos otros científicos, acredita a Beisert por "proporcionar las técnicas y escribir esta fantástica ecuación", y dijo que los propios hallazgos de su equipo fueron posibles en gran medida debido al artículo del equipo de Beisert.
"Tal tipo particular de Teoría Gauge que en cierto sentido es "resoluble exactamente" da consigue un sueño ansiado durante mucho tiempo", dijo Klebanov. "Esto es casi como llegar a un bache que esperabas encontrar entre do secciones del camino y descubrir que alguien ha construido una suave conexión entre ambos que no habías notado cuando pasaste sobre él".
Esto no significa que la Teoría de Cuerdas se convierta en una explicación global aceptada de la física subatómica en algún futuro cercano. El equipo de Klebanov ha encontrado un puente que une la física establecida con la teoría matemática, lo cual es sólo un paso hacia una prueba sólida experimental de que el mundo está en realidad construido a partir de diminutas cuerdas vibrantes. E incluso este puente se aplica sólo a una faceta de la Teoría Gauge. Será necesario sobrepasar este obstáculo en otras facetas para permitir a los físicos comprender a nivel fundamental el interior de los protones y neutrones que conforman la Tierra que yace bajo nuestros pies.
"Creo que hay esperanza de que otras facetas de la Teoría Gauge sean susceptibles de un tratamiento similar", dijo Klebanov. "No sabemos con seguridad si podemos usar este descubrimiento para tratar otros problemas, pero al menos ahora tenemos nuevos métodos para salvar el vacío entre los regímenes de interacción fuerte y débil en la Teoría Gauge".
Esta investigación fue patrocinada en parte por la Fundación Nacional de Ciencia y el Centro de Física Teórica de Princeton.
Traducido para Astroseti.org por Manuel Hermán
Fuente: http://www.astroseti.org/
