Monday, July 21, 2008

In auguración del Instituto Avanza do de Cosmología

Con motivo de la inauguración del Instituto Avanzado de Cosmología, en México, George Smoot, que apadrina al instituto, ofreció la conferencia magistral “Cuando el Universo llamó”, en El Colegio Nacional.


El profesor de la Universidad de California en Berkeley apadrinó la ceremonia que formalizó el arranque del Instituto Avanzado de Cosmología, una organización mexicana que suma, en principio, el trabajo de 48 científicos de 18 instituciones del País, interesados en profundizar investigaciones sobre el origen, formación y comportamiento del Cosmos.

Galardonado el año pasado junto con John C. Mather por el trabajo de ambos en la Agencia Aeroespacial de Estados Unidos (NASA) como responsables del satélite COBE, siglas de Cosmic Backround Explorer o Explorador de Fondo Cósmico—, Smoot aportó datos que comprueban el origen del Universo, así como la formación de galaxias y estrellas.

El satélite COBE logró medir la radiación de fondo o “calor original” generada por temperaturas de unos 3 mil grados Celsius durante el origen del Universo, hace 13 mil 700 millones de años, según la teoría del Big Bang o Gran Explosión.

Al presentar a Smoot, el científico Axel de la Macorra, investigador del Instituto de Física de la UNAM y director del Instituto Avanzado de Cosmología, señaló que no ha habido momento en la historia de la humanidad en el cual el estudio de la cosmología haya tenido un tiempo más emocionante y fructífero.

“El Instituto Avanzado de Cosmología será la herramienta que permitirá a México una participación adicional en proyectos que contribuyan significativamente a la comprensión del cosmos”, enfatizó el Premio Nobel de Física, George Smoot.
El profesor de la Universidad de California refrendó su apoyo para el desarrollo de la cosmología en México, donde existen, dijo, científicos del más alto nivel en este campo.
Acompañado por el físico Octavio Novaro, miembro de El Colegio Nacional, Smoot ofreció la conferencia “Cuando el universo llamó” para apadrinar el nacimiento del Instituto Avanzado de Cosmología (IAC), un grupo de 48 científicos mexicanos de más de 18 instituciones académicas del país, que buscan cohesionar e intercambiar ideas sobre la cosmología en México.
El director del IAC, Axel de la Macorra Pettersson, informó que, hasta el momento, el instituto se conforma a investigadores, científicos y expertos de diversas áreas de la física como teoría cuántica, astronomía y astrofísica.

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La NASA esta blece oficina para estudiar el origen del cosmos

La agencia espacial estadounidense ha creado una nueva oficina para estudiar con más detalle algunos de los más exóticos fenómenos del universo: energía oscura, agujeros negros y radiación de fondo de microondas.

Composición del programa Beyond Einstein - NASA

La nueva oficina llamada Einstein Probes Office (Oficina de Sondas Einstein) facilitará futuras misiones científicas para investigar estos profundos misterios cósmicos. La oficina formará parte del programa Beyond Einstein (Más allá de Einstein) del Centro Espacial Goddard.

El programa consiste en cinco misiones propuestas: dos grandes observatorios y tres pequeñas sondas. Ya se están realizando desarrollos tecnológicos para los observatorios. El Laser Interferometer Space Antenna o LISA orbitaría el Sol midiendo ondas gravitacionales en nuestra galaxia y más allá. Constellation-X vería materia cayendo en agujeros negros supermasivos.

Las sondas propuestas investigarían la naturaleza de la energía oscura, la física del Big Bang y la distribución y tipos de agujeros negros.

Las sondas serían:
The Joint Dark Energy Mission (JDEM): Hace menos de una década no sabíamos de la existencia de esta energía que, aparentemente, causa la aceleración de la expansión del universo. Esta energía compromete un 70% de la masa-energía del Cosmos, pero no sabemos qué es. La misión es una colaboración entre agencias, NASA y el Departamento de Energía, para desarrollar una misión que estudiará esta energía oscura y para determinar cómo evoluciona con el tiempo. Varias ideas para Sondas de estudio de la energía oscura se han propuesto y tres de estos conceptos han sido recientemente seleccionados para mayor estudio.

La Inflation Probe (Sonda de Inflación):
Inmediatamente luego del Big Bang, el Universo parece haber tenido un período de inflación que se expandió tan rápidamente que las partes del universo se separaron más rápido que la velocidad de la luz. Esta rápida expansión permitió ligeras diferencias de densidad en el denso cosmos primitivo que permitió la ulterior formación de estrellas, galaxias y grandes vacíos que hoy se ven. Pero ?qué produjo esa inflación?. ¿Será la misma fuerza que está acelerando la expansión del universo hoy?. A eso se dedicará esta sonda.

Black Hole Finder Probe (Sonda de búsqueda de agujeros negros):
Los científicos han identificado dos principales clases de agujeros negros: los pequeños, del tamaño de estrellas que se forman del colapso de estrellas masivas; y los supermasivos en el núcleo de la mayoría de las galaxias. Estos últimos pueden contener la masa de millones de miles de millones de soles y crecen al “tragarse” estrellas y gas que se acerquen. Esto libera grandes cantidades de energía, pero la luz proveniente de estos agujeros negros no es suficiente para explicar ese crecimiento. La sonda en cuestión realizará un censo de estos ultracompactos objetos, tratando de revelar cuándo, dónde y cómo se forman y permitirá estudiar la evolución cósmica de los agujeros negros.

Las misiones de observacion
Big Bang Observer
Para explorar el comienzo del tiempo, un “Observador del Big Bang” será construido con LISA para medir directamente las ondas gravitacionales del universo muy temprano, todavía presentes. En contraste a la Sonda de Inflación, que medirá las huellas congeladas de ondas más largas en el fondo de microondas, este Observador observará las ondas gravitacionales en su forma original del todavía temprano Big Bang. Una visión directa de la creación del espacio-tiempo.

Black Hole Imager
Para explorar las fronteras del espacio, Constellation-X medirá las firmas espectrales del gas cayendo a los agujeros negros y LISA grabará las estrellas que estén a su alrededor. Pero no hay sustitutos para la imagen directa. Un instrumento para observar agujeros negros, basado en una técnica conocida como interferometría de rayos-x, podría tomar imágenes, revelando directamente el destino de la cercana a un agujero negro.

La agencia espacial y el Departamento de Energía Norteamericano han comisionado un comité del Consejo de Investigación para evaluar cuáles de las misiones debería desarrollarse y lanzarse primero. Las recomendaciones deberían realizarse en septiembre de este año.

El programa Beyond Einstein está diseñado para proveer información clave que ayude a contestar preguntas fundamentales acerca del origen y evolución del universo

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Realizan la simulación cosmo lógica más detallada a la fecha

El modelo incorpora a los agujeros negros, lo que ayuda a predecir dónde ubicar los futuros telescopios.

Galaxias de cerca
Esta imagen de la simulación es un acercamiento a la galaxia huésped del agujero negro más masivo en el universo actual.


Al incorporar la física de los agujeros negros en un modelo altamente sofisticado corriendo en una supercomputadora, un equipo internacional de científicos produjo una simulación sin precedentes de la evolución cósmica que verifica y profundiza nuestro entendimiento de las relaciones entre agujeros negros y las galaxias en las que residen. Llamada BHCosmo, la simulación muestra que los agujeros negros son esenciales a la estructura del cosmos y puede ayudar a la guía de los futuros telescopios, mostrándoles qué buscar al intentar localizar los eventos cósmicos más tempranos y desenredar la historia del universo. El equipo de investigación está liderado por la Universidad Carnegie Mellon e incluye científicos del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics y el Max Planck Institute for Astrophysics. La investigación está por publicarse en The Astrophysical Journal.

“La nuestra es la primera simulación que incorpora la física de los agujeros negros”, comenta Tiziana Di Matteo, una cosmóloga teórica y profesora asociada de física en el Colegio de Ciencias de Carnegie Mellon. “Es un reto computacional que involucra más cálculos que cualquier modelo similar anterior del cosmos, y el resultado nos ofrece la mejor imagen a la fecha de cómo se formó el cosmos”.

Di Matteo realizó su simulación usando el sistema Cray XT3 en el Centro de Supercomputación de Pittsburg (PSC), el más poderoso sistema disponible.

Observaciones experimentales revelan que los agujeros negros son importantes reguladores de la formación galáctica y, en última instancia, la fábrica del universo actual, de acuerdo a la investigadora. Sin embargo, las simulaciones previas no tomaron en cuenta los agujeros negros porque la demanda computacional era prohibitiva.

La distribución proyectada de la densidad del gas y agujeros negros (mostrado como círculos amarillos) a diferentes corrimientos al rojo cosmológico (Z).

“Incluir los agujeros negros en simulaciones computacionales es crítico. Las galaxias que vemos hoy se ven de esa forma gracias a la física de los agujeros negros”, añade Springel, investigador junior del Max Planck. “Debemos hacer simulaciones para entender el rol que los agujeros negros jugaron en formar estructuras tanto en el universo temprano como en el actual”.

Los grandes agujeros negros, llamados supermasivos, se encuentran en los centros de las galaxias. Pueden originarse inicialmente cuando las primeras estrellas colapsaron bajo su propia gravedad. Rodeados de gas densos, consumen el material, gas y estrellas y rápidamente crecen hacia tamaños monstruosos, algunos con masas de miles de millones de soles. Pero la evidencia sugiere que los agujeros negros supermasivos se autoregulan - no se dan un festín eterno y no “tragan” una galaxia entera, dice Di Matteo.

En su simulación, así como en la realidad, las galaxias colisionan rutinariamente.
Los agujeros negros supermasivos ocultos en los centros de estas galaxias coreografían la dinámica de la colisión galáctica. El resultado es un tremendo estallido de energía producido al fusionarse los agujeros negros y formar un luminoso estado llamado cuásar. “La formación de cuásars realmente captura cuando lo divertido ocurre en una galaxia”, comenta Di Matteo. “Sólo puedes usar una simulación para seguir una compleja, no linear historia como esta para entender cómo cuásars y otras estructuras cósmicas se originan”.

La simulación cubrió múltiples escalas de tiempo y espacio hasta 100 millones de años luz, lo que es imposible sin una supercomputadora como la XT3.

La simulación se seteó las condiciones iniciales para reflejar la radiación de fondo de microondas producida en el nacimiento del universo. Luego se sembró la simulación con un cuarto de mil millones de partículas que representan la materia. Para la simulación, Di Matteo usó esferas de fluído para representar trozos de materia como el gas. Este paso fue esencial para que los investigadores pudieran calcular todas las fuerzas físicas en estos trozos. Además se tuvo en cuenta la gravedad ejercida por la materia oscura. Adicionalmente, sus cálculos tuvieron en cuenta las fuerzas asociadas con varios fenómenos cósmicos, incluyendo agujeros negros y estrellas en explosión.

Implicaciones:”Creemos que nuestro trabajo tiene profundas implicaciones para la cosmología”, dice la científica.

Para que la computación fuera posible, los científicos usaron 2.000 procesadores -todo el sistema- del Cray XT3 durante cuatro semanas de tiempo computacional. Incluso con todo ese poder informático, se requirieron técnicas especiales para computar todas las fuerzas gravitacionales involucradas. Por ejemplo, se construyó un “árbol” en el cual las partículas cósmicas cercanas ocupaban la misma “rama” y las ramas cercanas estaban relacionadas. Al computar las fuerzas en las partículas del árbol entero, el número de cálculos requeridos se redujo en un factor de unos pocos millones a algo manejable.

El resultado permite a los científicos seguir fácilmente el colpaso de galaxias. “Creemos que nuestro trabajo tiene profundas implicaciones para la cosmología”, dice la científica. “Hemos encontrado que los agujeros negros más masivos tempranos no son los que vemos hoy, por lo que la simulación de la dinámica evolución de estas estructuras es crítica para entender la historia cósmica”.

“Con nuestras simulaciones, podemos predecir qué deberían ver la próxima generación de telescopios al mirar atrás 13 mil millones de años en el tiempo, justo después del Big Bang. “

La científica espera poder realizar sus próximas simulaciones en computadoras más poderosas y ser audaces como para modelar todo el universo en las escalas observadas con el Sloan Digital Sky Survery (SDSS). El SDSS es el más grande estudio del cosmos que ha catalogado cerca de 100 millones de galaxias a la fecha.

Además, Di Matteo está trabajando con la facultad de ciencias de la computación de Carnegie Mellon para desarrollar maneras más rápidas de combinar la física de lo muy grande con lo muy pequeño en los mísmos cálculos usando un conjunto de herramientas llamadas mallas dinámicas(dynamic meshing).

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¿Qué pa só antes del Big Bang?

Un grupo de científicos aplicó un nuevo modelo matemático, basado en la combinación de la Teoría General de la Relatividad y la mecánica cuántica, que permite obtener detalles del universo antes del Big Bang: antes de la gran explosión existía un universo en contracción que “rebotó” en un Big Bounce o Gran Rebote para dar origen a nuestro universo actual.

Una niña infla un globo con estrellas que se alejan unas de otras, al igual que se expande el universo luego del Big Bang. Foto: Urbin.

La idea de que el universo comenzó con un Big Bang ha sido una gran barrera en los intentos científicos de entender el origen de nuestro universo en expansión.
Esto es así porque la física imperante en el inicio no nos es accesible, aunque sí lo es, aquello que ocurrió algunos segundos después de ese momento.
Como se describe en la Teoría General de la Relatividad de Einstein, el origen del Big Bang es un estado matemático -una singularidad de cero volumen que sin embargo contiene infinita densidad y energía.

A pesar de esto, Martin Bojowald profesor asistente de física en la Universidad Penn State han usado un nuevo modelo matemático para meterse en territorio desconocido: ¿Qué ocurrió ANTES del Big Bang?

El modelo usado combina la Teorgía de la Relavitivad con la física cuántica, específicamente la teoría Loop Quantum Gravity (Gravedad cuántica de bucles). La teoría está siendo desarrollada en el Penn State Institute for Gravitational Physics and Geometry y es un nuevo acercamiento a la meta de unificación de la relatividad con la cuántica.

Usando esta teoría, los científicos rastrearon hacia atrás el universo y encontraron que su punto de comienzo tenía un mínimo volumen que no es cero y una energía máxima que no es infinita. Como resultado, las ecuaciones continuaron produciendo resultados matemáticos válido incluso antes del Big Bang. Básicamente, con este método se pierde la singularidad que impedía avanzar en los cálculos. Pero, avanzar ¿hacia dónde?. Pues hacia un universo anterior que antes de colapsar, “rebotó” generando el universo actual. La idea del Universo oscilante no es nueva, fue propuesta por Richard Tolman, del Instituto Tecnológico de California, cuyos estudios y propuestas fueron publicados a comienzos de la década de 1930.

Esta teoría de gravedad cuántica indica que la fábrica del espacio-tiempo tiene una geometría atómica que está tejido con una dimensión cuántica. Esta fábrica se desgarró bajo las extremas condiciones dominantes por la física cuántica cerca del Gran Rebote, causando que la gravedad se vuelva fuertemente repulsiva, por lo que, en vez de desaparecer hasta el infinito como se predice en la Teoría de la Relatividad, el universo rebotó en el Gran Rebote que dio nacimiento a nuestro universo en expansión. La teoría revela un universo en contracción antes del Gran Rebote, con una geometría espacio-temporal que era similar a la del univeso actual.

Bojowald encontró que tenía que crear un nuevo modelo matemático para usar con la teoría del Bucle de gravedad cuántica para explorar el universo antes del Gran Rebote (Big Bounce) con más precisión.

Además de ser más preciso, el nuevo modelo es más corto. El científico reformuló los modelos usando una descripción matemática diferente lo que le permitió resolver explicitamente las ecuaciones y obtener una fuerte simplificación.

Las ecuaciones del modelo requieren parámetros para describir el estado del actual universo con precisión.Luego usó ese modelo para viajar atrás en el tiempo, “des-evolucionando” el universo para revelar su estado en tiempos anteriores.

Las ecuaciones del modelo contienen algunos parámetros “libres” que no son conocidos con precisión, aunque necesarios para describir ciertas propiedades. Bojowald descubrió que dos de estos parámetros son complementarios: uno es relevante casi exclusivamente luego del Big Bounce y el otro casi exclusivamente luego del Gran Rebote.

Los dos parámetros libres, que se encontraron complementarios, representan la incertidumbre cuántica en el volumen total del universo antes y después del Big Bang. “Estas incertidumbres son parámetros adicionales que aplican cuando pones un sistema en un contexto cuántico, como una teoría de la gravedad cuántica”, comentó el científico. “Es similar a las relaciones de incertidumbre en física cuántica, donde hay complentaridad entre la posición de un objeto y su velocidad - si puedes medir una no puedes simultáneamente medir la otra”. Similarmente, el estudio indica que hay complementaridad entre los factores de incertidumbre para el volumen del universo antes y después del Big Bounce. “Para todos los propósitos prácticos, la precisión de los factores de incertidumbre para el volumen del universo previo nunca será determinada por un procedimiento de cálculo hacia atrás desde condiciones actuales del universo, incluso con mediciones más exactas que seamos capaces de hacer”.

“Un problema con el modelo número anterior es que no ves claramente qué son realmente los parámetros libres y cuál es su influencia. Este modelo matemático te da una mejorada expresión que contiene todos los parámetros libres y puedes inmediatamente ver la influencia de cada uno”, explicó Bojowald.

El científico alcanzó una conclusión adicional luego de encontrar que al menos uno de los parámetros del universo previo no sobrevivió el Big Bounce. Esto permite pensar que los sucesivos universos no serán réplicas perfectas uno de otro. “La recurrencia eterna de universos absolutamente idénticos parece ser prevenida por la aparente existencia de un intrínseco olvido cósmico”.

El trabajo se publica en la edición online de Nature Physics y será publicada en su versión impresa en la edición de agosto

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Se concedió el premio Gruber de Cos mología 2007

Saul Perlmutter y Brian Schmidt y sus equipos: el Proyecto Supernova Cosmology y el High-z Supernova Search Team, recibirán el Premio Gruber de Cosmología 2007 por su descubrimiento de la aceleración de la expansión del universo. Recibirán el premio en una ceremonio en la Universidad de Cambridge el 7 de septiembre.

Saul Perlmutter y Brian Schmidt
Premio Gruber
Saul PerlmutterBrian Schmidt

Un universo en expansión acelerada es un resultado que fue difícil de aceptar. Sin embargo, dos equipos, corriendo cabeza a cabeza, llegaron simultáneamente a la misma conclusión. Su descubrimiento lleva a la idea de una fuerza de expansión, la energía oscura; y sugiere que el destino del universo es seguir expandiéndose, cada vez más rápido.

Los dos equipos esperaban encontrar que el universo se contraería luego de la expansión o que se expandería por siempre pero enlenteciéndose con el tiempo. Pero había un creciente número de pistas de que no estaba todo bien con las teorías del momento.

Para averiguarlo, no sólo necesitaron ser capaces de medir la velocidad con la que los objetos distantes están alejándose, sino también a qué distancia están. Y para ello, necesitaron estandarizar las fuentes de luz. Para ello utilizaron las supernovas Tipo Ia, pero encontrarlas no fue fácil. Luego, los análisis de los resultados eran sorprendentes. Durante meses, los equipos intentaron encontrar dónde se habían equivocado, pero los datos eran correctos, el modelo aceptado de universo estaba equivocado.

Actualmente, Perlmutter, Schmidt y sus colegas continúan explorando las implicaciones de sus trabajos. Schmidt está planeando el proyecto SkyMapper, un telescopio para mapear el cielo del sur. Perlmutter está trabajando en una misión satelital que estudiará las supernovas y la naturaleza de la energía oscura.

El premio, de u$s 500.000 será repartido en cuatro partes: por Schmidt -en la Universidad Nacional de Australia; Perlmutter - en la Universidad de California, Berkeley; y los 51 co-autores de los papers claves, algunos de los cuales se detallan a continuación:
§ Riess et al., 1998, AJ, 116, 1009, “Observational Evidence from Supernovae for an Accelerating Universe and a Cosmological Constant” http://www.journals.uchicago.edu/AJ/journal/issues/v116n3/980111/980111.web.pdf

§ Perlmutter et al. 1999, ApJ, 517, 565, “Measurements of Omega and Lambda from 42 High-Redshift Supernovae” http://www.journals.uchicago.edu/ApJ/journal/issues/ApJ/v517n2/39148/39148.web.pdf

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Se des cubren la colisiones más grandes del Universo

Los telescopios orbitales de rayos-X Chandra y XXM-Newton han captado un par de cúmulos de galaxias fusionándose en uno gigante. El descubrimiento se agrega a la evidencia de que los cúmulos galácticos pueden colisionar más rápido de lo previamente pensado.
Abell 576
Abell 576. Crédito:University of Michigan (R. Dupke)

Renato Dupke y colegas de la Universidad de Michigan, Ann Arbor, usaron los observatorios de rayos-X de la ESA para desentrañar el cúmulo galáctico Abell 576.

Observaciones previas daban pistas de que el gas no se estaba moviendo uniformemente a través del cúmulo. Usando la sensibilidad y resolución de los observatorios orbitales de la agencia europea, Dupke tomó lecturas de dos locaciones en el cúmulo y vio que había una diferencia distintiva en la velocidad del gas. Una parte del cúmulo parecía estar alejándose de nosotros más rápido que la otra.

El problema era que el gas en movimiento era frío para los estándares astronómicos. Si el gas se movía a semejantes velocidades, debería tener una temperatura de más del doble de la medida.
“La única explicación era tomar el cúmulo Bullet y ponerlo en la línea de visión, así un cúmulo es directamente detrás del otro”, dice Dupke.

Foto Cúmulo Bullet

El cúmulo Bullet es un par de cúmulos galácticos que han colisionado, más estudiado. Un cúmulo ha pasado a través del otro, como una bala (bullet) viajando a través de una manzana. En el cúmulo Bullet eso está pasando a través de nuestra línea de visión, por lo que podemos verlos claramente.

Dupke se dio cuenta que Abell 576 es también una colisión, pero vista de frente, por lo que un cúmulo está casi directamente detrás del otro. Las “frías” nubes de gas son los núcleos de cada cúmulo, que han sobrevivido la colisión inicial pero que eventualmente se fusionarán en uno solo.

Los datos revelan que los cúmulos han colisionado a una velocidad de 3300 km/s. Esto es interesante porque hay algunos modelos computacionales de cúmulos en colisión que sugieren que semejantes velocidades son imposibles de alcanzar.

Sin embargo, el cúmulo Bullet se estima que colisionó a una velocidad similar. “Existe ahora un creciente cuerpo de evidencia de que estas altas velocidades de colisión son posibles”, dice Dupke. El trabajo de explicar estas velocidades queda ahora en manos de los cosmólogos.

Las grandes colisiones de cúmulos se esperan que sean raras, estimándolas entre menos de una en mil cúmulos hasta una en cien.

En las colisiones, el gas interno se desequilibra y si no se reconoce causa una subestimación de su masa entre el 5 y el 20 porciento. Esto es importante porque las masas de varios cúmulos son usados para estimar parámetros cosmológicos que describen cómo se expande nuestro universo. Por lo que identificar los sistemas en colisión resulta muy importante.

Dupke y sus colegas están investigando otros varios cúmulos que también parecen estar interactuando.

Los descubrimientos aparecen en el paper: ‘The merger in Abell 576: a line of sight bullet cluster?’ , por R. A. Dupke, N. Mirabal, J. N. Bregman & A. E. Evrard, aceptado para su publicación en Astrophysical Journal.

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¿Está la en ergía oscura en una dimensión oculta?

Una teoría del conocido Brian Greene intenta explicar el origen de la aceleración del universo como un campo gravitacional repulsivo escondido en pequeña dimensión.
Dibujo de cuerda

Desde que se descubrió, a mediados de los ‘90, que las galaxias se alejan aceleradamente de nosotros, los físicos han intentado encontrar una explicación. La favorita son las vibraciones cuánticas en el vacío del espacio, llamada energía de vacío, que puede producir gravedad repulsiva.

De acuerdo a los cálculos, sin embargo, estas vibraciones deberían o bien poseer una densidad de alta energía ridículamente alta, 122 órdenes de magnitud mayor a lo observado, o bien ser canceladas a cero. Para hacerlas casi cero pero no del todo, de acuerdo a las observaciones, significa adulterar las ecuaciones del campo cuántico.

A menos que el las vibraciones cuánticas estén atrapadas en un pequeño espacio. Brian Greene y Janna Levin de la Universidad de Columbia en NY, se dieron cuenta que en un espacio confinado, las frecuencias de resonancia naturales prevendrían a las vibraciones de cancelarse totalmente.

Aunque la vibración está aprisionada en estas otras dimensiones, puede extender su influencia gravitacional hacia nuestro espacio. Como su gravedad es repulsiva en nuestro espacio, causaría la aceleración cósmica. Para obtener la misma cantidad de aceleración vista por los astrónomos, Green y Levin calcularon que las dimensiones extra tener una escala de 0.01 milímetro.

Hasta ahora, los dos físicos han sólo esbozado la idea.
Pero ya pueden usarla para tratar de solucionar otro problema. Una de las teorías más populares candidatas a unificar las fuerzas, la teoría de cuerdas, requiere siete dimensiones extra, enrrolladas. Pero, desafortunadamente, se vuelven inestables.
En la nueva teoría, estas dimensiones extras pueden ser forzadas: el correcto balance de los campos de fuerza cuánticos actuarían como un rígido muelle con las dimensiones extras, arreglándolas a un determinado tamaño.

“Parece valer la pena explorar más para ver a dónde lleva la idea”, dice Glenn Starkman, un cosmólogo teórico en la Universidad Case Western Reserve.

Kimball Milton, de la Universidad de Oklahoma, dice: “El modelo por ellos presentado parece altamente implausible. Sin embargo, debemos tomar esto como la existencia de una prueba de solución estable, por lo que espero y deseo que despierte renovados esfuerzos en esta dirección”.

Test experimental
Si las dimensiones están de hecho en 10 micrones, porqué no podemos verlas? Al momento, la teoría de Greene y Levin sólo funciona en el mundo “brana” de la cosmología, que describe nuestro universo tridimensional como una membrana flotante en un espacio de mayores dimensiones. La mayoría de las partículas y campos están firmemente agarradas de la brana, por lo que no podemos ver las dimensiones extra.

En la versión básica de las branas, la única fuerza cuyo alcance está más allá de la brana es la gravedad. El campo gravitacional solo no tendría vibraciones con las propiedades correctas para la teoría de Greene y Levin, por lo que deben añadir otro campo ad hoc y corregir su fuerza para producir la correcta cantidad de repulsión.

Una causa de optimismo, sin embargo, es que su pretendido campo tiene casi la misma fuerza como el campo asociado a los neutrinos. El campo agregado no puede venir de neutrinos ordinarios porque, como otras partículas, están identificados con nuestra brana. Pero sugieren que un “neutrino estéril” podría existir en las dimensiones extra, haciendo sentir su presencia como la fuente de la energía oscura.

La teoría de Greene y Levin implica que la gravedad debería volverse más fuerte en rangos cortos, alrededor de la escala de las dimensiones extra. Eric Adelberger y su equipo de la Universidad de Washington en Seattle, han realizado una serie de experimentos usando un péndulo para medir la fuerza de la gravedad en un corto rango, y descarta dimensiones extras mayores a 0.1 milímetros. Están planeando un nuevo experimento para probar en distancias más cortas aún.

Si el péndulo de Adelberger comienza a ver que la gravedad crece debajo de los 0.01 milímetros, podría ser un signo de que la teoría de Greene y Levin es correcta, y que la fuerza que está acelerando nuestro universo es realmente un invasor de otra dimensión.

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En cuentran un enorme agujero en el Universo

Astrónomos de la Universidad de Minnesota encontraron un enorme hoyo en el Universo, de cerca de mil millones de años luz, vacío de materia normal como estrellas, galaxias y gas, así como de la misteriosa materia oscura. Mientras estudios previos han mostrado otros huecos o vacíos en la estructura a gran escala del Univeso, este nuevo descubrimiento, los empequeñece a todos.

El agujero en el Universo. Crédito:Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF, NASA

“No sólo nadie ha encontrado un vacío de este tamaño, sino que nunca esperamos encontrar uno así”, dice Lawrence Rudnick, profesor de la Universidad de Minnesota, quien junto a su graduado Shea Brown y la profesora Liliya Williams reportaron sus descubrimientos en un paper aceptado para su publicación en Astrophysical Journal.

Los astrónomos han sabido que en grandes escalas, el Universo tiene vacíos. Sin embargo, la mayoría de estos huecos son mucho menores que el que se descubrió recientemente.

Los astrónomos llegaron a sus conclusiones al estudiar datos del cielo del Very Large Array de NRAO (NVSS), un proyecto que observa todo el cielo visible al VLA en un mapa del fondo cósmico de microondas (CMB por sus siglas en inglés de Cosmic Microwave Background) realizado con el satélite WMAP. El fondo cósmico de microondas es el remanente de radiación del Big Bang. Las irregularidades de este fondo de microondas muestra estructuras que existieron sólo unos pocos cientos de miles de años luego de la “Gran explosión”.

El satélite WMAP midió diferencias de temperaturas en el fondo cósmico que son de sólo millonésimas de un grado. La fría región en Eridanus fue descubierta en 2004.

Los astrónomos se preguntaron si la región fría era intrínseca al fondo cósmico y si indicaría alguna estructura en el Universo temprano o si sería causada por algo más cercano. Encontrar la escasez de galaxias en esa región al estudiar los datos de NVSS resolvió la cuestión.

“Aunque nuestros sorprendentes resultados necesitan una confirmación independiente, la tan baja temperatura del fondo cósmico en esta región parece ser causada por un enorme agujero vacío de toda materia de entre 6 y 10 mil millones de años luz de distancia a la Tierra”, dijo Rudnick.

¿Como una falta de materia causa una baja temperatura en la radiación de fondo vista desde la Tierra?

La respuesta radica en la energía oscura, que se volvió dominante en el Universo recientemente, cuando el cosmos ya tenía unas tres cuartas partes de su tamaño actual. La energía oscura trabaja en oposición a la gravedad y está acelerando la expansión del universo. Gracias a la energía oscura, los fotones del fondo cósmico que pasan por un gran vacío antes de llegar a la Tierra tienen menos energía que aquellos que pasan a través de un área con una distribución normal de materia.




Izq: una región de 25 grados de la emisión del Fondo cósmico de microondas alrededor de la región de la zona fría del WMAP (en círculo). Los colores representan pequeñas variaciones (partes en 100.000) alrededor de la temperatura promedio de 2.7 grados sobre el cero absoluto, con colores azules para lo más frío. Datos del WMAP.

Derecha: Una porción del NVSS mostrando emisión de radio galaxias. Los colores azules representan un brillo de aproximadamente 20% por debajo del promedio.

Crédito:Rudnick et al., NRAO/AUI/NSF, NASA



En una expansión simple, sin energía oscura, los fotones que se acerquen a una gran masa -como un supercúmulo de galaxias- toman energía de su gravedad. Al alejarse, la gravedad le quita energía y terminan con la misma cantidad de energía que al comienzo.

Pero los fotones que pasan a través de un espacio rico en materia cuando la energía oscura es dominante no vuelven a su estado anterior. La energía oscura contrarresta la influencia de la gravedad y así las grandes masas no le quitan mucha energía a los fotones. Así, éstos arriban a la Tierra con mayor energía o temperatura.

A la inversa, los fotones que pasen por un espacio vacío, pierden energía. La aceleración de la expansión del Universo y la energía oscura fueron descubiertas hace menos de una década. Las propiedades físicas de la energía oscura no se conocen aunque es por mucho la más abundate forma de energía en el Univeso actual. Aprender su naturaleza es uno de los problemas de mayor importancia en la moderna astrofísica.

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Ralph Al pher (1921-2007)

El 12 de agosto, a la edad de 86 años, falleció uno de los pioneros de la teoría del Big Bang.

Ralph Alpher. Foto:c. Kolin Smith, 1999

Físico estadounidense que en 1948 expuso matemáticamente en su tesis doctoral que la materia del universo proviene de un cataclismo originario, lo que hoy se denomina Big Bang. Su tutor fue nada menos que George Gamov. Pero en ese entonces, pareció descabellada la idea de este joven descendiente de inmigrantes ucranianos y fe judaica. La historia de daría la razón en 1964 con el descubrimiento de la radiación cósmica de fondo. Dirigió hasta el 2000 el Dudley observatory.

La sección Física de Par@ educ.ar - Aportes para la enseñanza en el Nivel Medio, presenta una completa actualización de los conocimientos de Física, que puede utilizarse para enriquecer el debate. Los apartados siguientes se relacionan con los temas trabajados por Alpher:

Núcleo teórico / Recorrido histórico

Más información en educ.ar:

El descubrimiento del cielo. Entrevista de educ.ar a la astrofísica gloria Dubner

Un balance de fin de siglo: La física contemporánea y su visión del mundo, por Guillermo Mattei, publicado originalmente en la revista Exactamente, Nº 14, 1999, y que forma parte de la Biblioteca Digital de educ.ar.

Para los más chicos:

Un universo inflado, un sencillo experimento y explicaciones para que los más pequeños se acerquen a la comprensión del big bang, preparado por Curiosikid, el Museo de los Niños de Caracas.

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Cómo se en frió el Big Bang

Ud. podría pensar que justo después del Big Bang, el Universo estaría muy, muy caliente. Sin embargo, según afirman algunos científicos, las cosas podrían haber estado bastante más frías de lo imaginado.

Imagen:Wikipedia.

Los cosmólogos creen que el Universo pasó por una etapa de rápida expansión conocida como Inflación. Pero, según Pedro Ferreira de la Universidad de Oxford, no se está teniendo en cuenta los efectos de la temperatura en la inflación. “A las violentas temperaturas que asumimos que habría en este momento, todo se estaría moviendo muy rápido”, dice.

Ferreira y João Magueijo, piensan que cualquier ruido térmico se habría amplificado durante la inflación. Si el ruido ha sido muy alto, habría deshecho la formación de galaxias y habría dejado enormes huellas en la radiación de fondo cósmica.

Como no se ven esas huellas y sí vemos galaxias y cúmulos, tenemos alguna pista de la temperatura del universo primitivo. El par de científicos calculó que al final del período inflacionario, unos 10 a la -32 segundos luego del Big Bang, la temperatura máxima habría sido de 11.000º C.

“Eso es extremadamente frío, en relación a los millones de grados esperados”, finaliza diciendo Magueijo

Posted by marcas_d in 21:21:52 | Permalink | No Comments »