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4 de enero de 2021

Cosmología - Nuevas estimaciones del tamaño de las estrellas de neutrones y la expansión del universo



Una combinación de mediciones astrofísicas ha permitido a los investigadores poner nuevas restricciones al radio de una estrella de neutrones típica y proporcionar un novedoso cálculo de la constante de Hubble que indica la tasa de expansión del universo.

"Estudiamos señales que provenían de diversas fuentes, por ejemplo, recientes fusiones observadas de estrellas de neutrones ", dijo Ingo Tews, teórico del grupo de Física Nuclear y de Partículas, Astrofísica y Cosmología del Laboratorio Nacional de Los Álamos, que trabajó con una colaboración internacional de investigadores en el análisis que apareció en la revista Science. "Analizamos conjuntamente las señales de ondas gravitacionales y las emisiones electromagnéticas de las fusiones, y las combinamos con mediciones previas de masa de los púlsares o con resultados recientes del Neutron Star Interior Composition Explorer de la NASA. Encontramos que el radio de una estrella de neutrones típica es de unos 11,75 kilómetros y que la constante de Hubble es de aproximadamente 66,2 kilómetros por segundo por megaparsec".

La combinación de señales para comprender los fenómenos astrofísicos distantes se conoce como astronomía multi-mensajero. En este caso, el análisis multi-mensajero de los investigadores les permitió restringir la incertidumbre de su estimación de los radios de las estrellas de neutrones a menos de 800 metros.


Colisión de dos estrellas de neutrones mostrando las emisiones de ondas electromagnéticas y gravitacionales durante el proceso de fusión. La interpretación combinada de múltiples mensajeros permite a los astrofísicos comprender la composición interna de las estrellas de neutrones y revelar las propiedades de la materia en las condiciones más extremas del universo. (Foto: Tim Dietrich)

Su novedoso enfoque para medir la constante de Hubble contribuye a un debate que ha surgido de otras determinaciones de la expansión del universo que compiten entre sí. Las mediciones basadas en observaciones de estrellas explotando conocidas como supernovas están actualmente en desacuerdo con las que provienen de observar el Fondo Cósmico de Microondas (CMB), que es esencialmente la energía sobrante del Big Bang. Las incertidumbres en el nuevo cálculo del Hubble son demasiado grandes para resolver definitivamente el desacuerdo, pero la medición es ligeramente más favorable al enfoque del CMB.

El principal papel científico de Tews en el estudio fue proporcionar la información de los cálculos de la teoría nuclear que son el punto de partida del análisis. Sus siete colaboradores en el documento comprenden un equipo internacional de científicos de Alemania, los Países Bajos, Suecia, Francia y los Estados Unidos. 

23 de diciembre de 2019

Nuevos datos sobre la formación de elementos pesados en nuestra galaxia

Ilustración de la fusión de dos estrellas de neutrones, uno de los escenarios propuestos para la formación de muchos de los elementos pesados. / NATIONAL SCIENCE FOUNDATION/LIGO/SONOMA STATE UNIV
Científicos de la Universidad de Granada y otros centros europeos han presentado un modelo de evolución química de galaxias con el que se puede simular la interacción entre estrellas de diferente masa y metalicidad con el gas interestelar. De esta forma se puede calcular la evolución de las abundancias de los elementos químicos en la Vía Láctea.
La detección en el año 2017 de elementos pesados, como el oro o el platino, en el evento resultante de la fusión de dos estrellas de neutrones (fenómeno denominado kilonova) asociado a la señal de ondas gravitacionales GW 170717, ha supuesto un hito en el campo de la nucleosíntesis estelar y astrofísica nuclear. Nunca antes la investigación sobre el origen de los elementos químicos pesados (aquellos con masa atómica superior a 70) había despertado tanto interés entre la comunidad científica.

A raíz de este descubrimiento observacional, se vienen realizando una cantidad ingente de trabajos teóricos que intentan reproducir mediante modelos estelares estas observaciones. El objetivo de estos estudios es identificar con precisión cómo, dónde y cuándo se forman los elementos más pesados que el hierro.
Los investigadores describen cómo se forman elementos químicos más pesados que el hierro en el interior de las estrellas
Esta es la idea fundamental del trabajo publicado recientemente en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society del cual es autor el investigador de la Universidad de Granada Carlos Abia, del departamento de Física Teórica y del Cosmos, junto con investigadores franceses e italianos. Los autores describen cómo se forman elementos químicos más pesados que el hierro en el interior de las estrellas.

La mayoría de los isótopos más pesados que el hierro se producen en los interiores estelares mediante un proceso de captura de neutrones: bien mediante la captura de neutrones lenta (proceso-s o slow), o la captura rápida (proceso-r o rapid); aunque algunos de estos isótopos pueden ser también producidos (mínimamente) a través de captura de protones (el proceso-p).

Sin embargo, los modelos teóricos que intentan reproducir el proceso-r tienen un poder predictivo todavía muy limitado, debido a la complejidad en reproducir estas explosiones estelares, así como a la enorme incertidumbre existente en las propiedades nucleares de los isótopos que se encuentran lejos del denominado valle de estabilidad.

En este artículo, se ha estimado la contribución del proceso-s utilizando un modelo de evolución química de galaxias mediante el cual se simula numéricamente la interacción entre estrellas de diferente masa y metalicidad de diversas generaciones y el gas interestelar, a fin de calcular la evolución temporal (y espacial) de las abundancias de los elementos químicos en nuestra galaxia.

La cantidad de un elemento small

Entre los ingredientes fundamentales de esta simulación figura la cantidad de un elemento 's' producido (lo que se conoce como yields) en el interior de las estrellas masivas (aquellas con masa superior a aproximadamente ocho veces la masa del Sol) que es expulsada al medio interestelar al final de su evolución, así como en las estrellas de masa baja e intermedia (estrellas entre una y ocho veces la masa solar), durante su última fase de evolución (denominada fase de la rama asintótica de las gigantes).
Se usa un modelo de evolución química de galaxias para calcular la evolución de las abundancias de los elementos químicos en la Vía Láctea
Por primera vez, la producción estelar de los diversos elementos químicos se ha calculado mediante códigos numéricos estelares homogéneos, es decir, utilizando las mismas aproximaciones e ingredientes físicos. La novedad del método empleado es que el resultado final se obtiene a partir de una secuencia de modelos de evolución química que corrigen iterativamente la contribución 's' y 'r' a la composición química del sistema solar hasta alcanzar el nivel de convergencia deseado.

La comparación entre el nuevo modelo con la distribución de abundancias observadas en el Sistema Solar (originadas hace 4567 millones de años) muestra un acuerdo excelente considerando los errores observacionales, como se puede apreciar en la Figura 1. En la parte inferior de la misma figura se muestra el resultado teórico separando las tres componentes: proceso-s (puntos azules), producidos en estrellas; proceso-r (cuadros rojos), probablemente resultado de la fusión de estrellas de neutrones; y proceso-p (cruces verdes), responsable de la producción de algunos isótopos pesados ricos en protones.

Finalmente, como un tributo de los autores del trabajo a la celebración del 150 aniversario de la Tabla Periódica de Dimitri I. Mendeleiev, en la Figura 2 (también publicada en el artículo) se muestra de manera más gráfica la contribución de cada proceso de nucleosíntesis a los isótopos pesados.

Fuentes: Sinc

10 de enero de 2018

Logran medir la edad del Universo con una onda gravitacional

NGC4993, la galaxia que alberga ele vento de onda gravitacional GW170817 que se ha utilizado para medir al edad del Universo - NASA/ESA

El mismo evento que permitió ver por primera vez la fusión de dos estrellas de neutrones confirma que el Cosmos tiene entre 11.900 y 15.700 millones de años

La detección directa de las ondas gravitacionales, esas perturbaciones en el espacio-tiempo que se mueven a la velocidad de la luz por todo el Cosmos, han supuesto una revolución en el mundo de la astrofísica. No solo han confirmado el modelo predicho por Albert Einstein, sino que además han proporcionado información sobre la formación masiva de estrellas, las explosiones de rayos gamma, la naturaleza de las estrellas de neutrones e incluso el origen de elementos muy pesados, como el oro. Y ahora han dado un nuevo chivatazo. Una sola de estas débiles ondas ha sido capaz de decirnos la edad del Universo: entre 11.900 y 15.700 millones de años.

No es que no la supiéramos de antenamo. Según los datos de la sonda Planck de la Agencia Espacial Europea (ESA), nuestro querido Cosmos tiene 13.820 millones de años. Esa indiscreción se conoce desde hace tiempo gracias a las observaciones de la radiación cósmica de fondo de microondas (CMBR) y los movimientos de las galaxias, pero esta nueva herramienta viene a confirmar los cálculos previos.

Los astrónomos del Centro de astrofísica Harvard-Smithsonian (CfA), autores del nuevo hallazgo, fueron miembros de un equipo de 1.314 científicos de todo el mundo que lograron la primera imagen de la fusión de un par de estrellas de neutrones después de la detección de las ondas gravitacionales que había generado.

El análisis de las ondas gravitacionales de ese evento, el quinto descubierto pero en gran medida único, permitió conocer la distancia a la que se encuentra su fuente, la galaxia anfitriona NGC4993, situada a unos 140 millones de años luz. Saber lo lejos que está y lo rápido que se está moviendo respecto a nosotros permite a los científicos calcular el tiempo transcurrido desde que comenzó la expansión: la edad del universo: entre 11.900 y 15.700 millones de años debido a las incertidumbres experimentales.

La edad derivada de este evento único es consistente con las estimaciones de décadas de observaciones basadas en métodos estadísticos que utilizan otras dos fuentes: la radiación cósmica de fondo de microondas (CMBR) y los movimientos de las galaxias. El primero se basa en el mapeo de la muy débil distribución de la luz que data de unos cuatrocientos mil años después del Big Bang; el último implica un análisis estadístico de las distancias y los movimientos de decenas de miles de galaxias en tiempos relativamente recientes.

Resultado intrigante

Según los autores del estudio, el hecho de que este único evento de ondas gravitacionales permita determinar una edad para el Universo es notable, y no es posible con cada detección de ondas gravitacionales. En este caso, había una identificación óptica de la fuente (de modo que se podía medir una velocidad), que además no era demasiado distante ni demasiado débil. Con una gran muestra estadística de eventos de ondas gravitacionales de todos los tipos, el rango actual de valores para la antigüedad del Cosmos se reducirá.

El nuevo resultado es intrigante por otra razón. Aunque tanto las mediciones CMBR como las de galaxias son bastante precisas, parecen estar en desacuerdo entre sí aproximadamente al nivel del diez por ciento. Este desacuerdo podría ser solo un error de observación, pero algunos astrónomos sospechan que podría ser una diferencia real que refleja algo que falta actualmente en nuestra imagen del proceso de expansión cósmica, tal vez relacionado con el hecho de que el CMBR surge de una época del tiempo cósmico muy diferente de la que los datos de la galaxia. Este tercer método, el de las ondas gravitacionales, pueden ayudar a resolver el rompecabezas.

Fuentes: ABC

25 de noviembre de 2017

La expansión acelerada del universo se puede explicar sin recurrir a la materia y la energía oscuras

Un estudio pone en duda la existencia de la materia oscura y la energía oscura, conceptos elaborados hace casi un siglo. THINKSTOCK
  • Un nuevo modelo teórico la predice sin añadir la energía oscura como factor
  • La materia oscura y la energía oscura son conceptos sin evidencia científica
Durante casi un siglo, los investigadores han planteado la hipótesis de que el universo contiene más materia de la que se puede observar directamente, conocida como "materia oscura". También han postulado la existencia de una "energía oscura" que es más poderosa que la atracción gravitacional. Estas dos hipótesis, como se ha argumentado, explican el movimiento de las estrellas en las galaxias y la expansión acelerada del universo, respectivamente.


Pero, según un investigador de la Universidad de Ginebra (UNIGE), Suiza, André Maeder, estos conceptos pueden dejar de ser válidos: los fenómenos que supuestamente describen pueden demostrarse sin ellos. Esta investigación, que se publica en The Astrophysical Journal, resuelve potencialmente dos de los mayores misterios de la astronomía, explotando un nuevo modelo teórico basado en la invariancia de escala del espacio vacío (esto es, su capacidad de no cambiar incluso si varían la escala de longitud o la energía).

En 1933, el astrónomo suizo Fritz Zwicky hizo un descubrimiento que dejó al mundo sin palabras: había, según Zwicky, sustancialmente más materia en el universo de la que realmente podemos ver. Los astrónomos llamaron a esta materia desconocida "materia oscura", un concepto que adquirió aún más importancia en la década de 1970, cuando la astrónoma estadounidense Vera Rubin recurrió a este enigmático asunto para explicar los movimientos y la velocidad de las estrellas.

Posteriormente, los científicos han dedicado considerables recursos a identificar la materia oscura, en el espacio, en el suelo e incluso en CERN (la Organización Europea para la Investigación Nuclear), pero sin éxito. En 1998, un equipo de astrofísicos australianos y estadounidenses descubrieron la aceleración de la expansión del universo, ganándose el Premio Nobel de Física en 2011.

Sin embargo, a pesar de los enormes recursos que se han implementado, ninguna teoría o la observación ha sido capaz de definir esta energía negra supuestamente más fuerte que la atracción gravitacional de Newton. En resumen, la materia negra y la energía oscura son dos misterios que han dejado perplejos a los astrónomos durante más de 80 y 20 años respectivamente.
Modelo de consenso: un 'big bang' seguido de una expansión
La forma en que representamos el universo y su historia se describe mediante las ecuaciones de la relatividad general de Einstein, la gravitación universal de Newton y la mecánica cuántica. El modelo de consenso actualmente es el de un 'big bang' seguido de una expansión.

"En este modelo, hay una hipótesis de partida que no se ha tenido en cuenta, en mi opinión -dice André Maeder, profesor honorario en el Departamento de Astronomía de la Facultad de Ciencias de UNIGE-. Con eso me refiero a la invariancia de escala del espacio vacío, en otras palabras, el espacio vacío y sus propiedades no cambian después de una dilatación o contracción".

El espacio vacío juega un papel primordial en las ecuaciones de Einstein, ya que opera en una cantidad conocida como "constante cosmológica", y el modelo del universo resultante depende de ello. Sobre la base de esta hipótesis, Maeder está ahora reexaminando el modelo del universo, señalando que la invariancia de escala del espacio vacío también está presente en la teoría fundamental del electromagnetismo.

Expansión acelerada del universo sin intervención de energía oscura

Cuando Maeder llevó a cabo pruebas cosmológicas en su nuevo modelo, descubrió que coincidía con las observaciones. También detectó que el modelo predice la expansión acelerada del universo sin tener que factorizar ninguna partícula o energía oscura. En resumen, parece que la energía oscura puede no existir realmente ya que la aceleración de la expansión está contenida en las ecuaciones de la física.

En una segunda etapa, Maeder se centró en la ley de Newton. La ley también se modifica ligeramente cuando el modelo incorpora la nueva hipótesis de Maeder. De hecho, contiene un término de aceleración externa muy pequeño, que es particularmente significativo en bajas densidades.

Esta ley modificada, cuando se aplica a cúmulos de galaxias, conduce a masas de cúmulos en línea con la de materia visible (contrariamente a lo que argumentó Zwicky en 1933): esto significa que no se necesita materia oscura para explicar las altas velocidades de las galaxias en los clústers.

Dos pruebas adicionales

Una segunda prueba demostró que esta ley también predice las altas velocidades alcanzadas por las estrellas en las regiones exteriores de las galaxias (como Rubin había observado), sin tener que recurrir a la materia oscura para describirlas.

Finalmente, una tercera prueba observó la dispersión de las velocidades de las estrellas que oscilaban alrededor del plano de la Vía Láctea. Esta dispersión, que aumenta con la edad de las estrellas relevantes, se puede explicar muy bien utilizando la hipótesis del espacio vacío invariante, mientras que antes no había acuerdo sobre el origen de este efecto.

El descubrimiento de Maeder allana el camino para una nueva concepción de la astronomía, que planteará preguntas y generará controversia. "El anuncio de este modelo, que por fin resuelve dos de los mayores misterios de la astronomía, sigue siendo fiel al espíritu de la ciencia: nada puede darse por sentado, ni en términos de experiencia, observación o razonamiento de los seres humanos", concluye Maeder.

Fuentes: Rtve

24 de febrero de 2016

Nuevos «ojos» para explorar el Universo



El 14 de septiembre de 2015 se inauguraba una nueva etapa en la forma en que los científicos pueden observar el Universo. 
La detección de las ondas gravitacionales por primera vez desde su formulación teórica por Albert Einstein hace más de 100 años, abre todo un campo a la investigación y desarrollo de nuevos instrumentos de medición. 
Hasta ahora, solo podíamos «ver» los objetos en el Cosmos que reflejaban la luz en todo el espectro electromagnético, a partir de este momento, otros elementos como los agujeros negros serán mucho más fáciles de medir y comprender. 
Puedes ver las implicaciones del descubrimiento en el videoblog sobre estas líneas, con José Manuel Nieves. 

Fuentes: ABC

17 de enero de 2016

10 curiosidades sobre las galaxias


Millones de galaxias

Los astrónomos estiman que en el universo observable hay entre 100.000 y 200.000 millones de galaxias. La nuestra es de tipo espiral –destacan por sus brazos–, tiene una edad de 13.200 millones de años y un diámetro de 100.000 años luz.

La Vía Láctea

La Vía Láctea se mueve en su órbita a una velocidad de 965.000 km/h y su periodo de rotación es de 200 millones de años. Esto es, la última vez que completó un giro, la Tierra estaba poblada por los dinosaurios.


Millones de estrellas

Nuestra galaxia está formada por entre 200.000 y 400.000 millones de estrellas. El Sol se encuentra a unos 28.000 años luz del centro galáctico, en un brazo menor conocido como Espolón de Orión.


Colisión con la galaxia Andrómeda

Dentro de 4.000 millones de años, la Vía Láctea entrará en colisión con la cercana Andrómeda, una galaxia más masiva que la nuestra. El gigantesco objeto que se originará como consecuencia de este proceso ha sido bautizado como Lactómeda.

La materia oscura

Si prescindimos de la elusiva materia oscura, las galaxias cuentan con grandes espacios vacíos. Imaginemos que convertimos una en una enorme cesta, y que sus estrellas fuesen del tamaño de naranjas. Pues bien, cada una de estas se encontraría a casi 5.000 km de la más cercana.


El supercúmulo de Virgo

El supercúmulo de Virgo es solo una parte de Laniakea, una titánica región del espacio de 520 millones de años luz dada a conocer el verano de 2014. Integra más de 100.000 galaxias.


Laniakea

El supercúmulo de Virgo es solo una parte de Laniakea, una titánica región del espacio de 520 millones de años luz dada a conocer el verano de 2014. Integra más de 100.000 galaxias.


El Gran Atractor

Las miles y miles de galaxias de Laniakea fluyen hacia el Gran Atractor, una enigmática anomalía gravitatoria situada en su centro que parece tirar de ellas.


El universo se expande

Pese a la acción de la gravedad, que mantiene unidas las galaxias, el universo sigue expandiéndose de forma acelerada. Esto podría deberse a la acción de una misteriosa energía oscura que, en esencia, llenaría el aparente vacío del espacio.


El Big Rip

Una hipótesis sobre el posible destino final del universo sostiene que en un proceso de expansión infinito, la gravedad acabaría siendo tan débil que las galaxias y todos sus elementos dejarían de estar cohesionados. Con el tiempo, este proceso originaría el desgarramiento de la materia, también conocido como Big Rip.


Fuentes: Muy Interesante

23 de agosto de 2015

Sondeando el Supervacío de Eridanus, la mayor estructura del Universo observable


En 2004, los astrónomos que analizaban los datos obtenidos durante el primer año de operaciones del satélite WMAP identificaron un área del firmamento con temperaturas inusualmente bajas y una extensión mayor a la esperada, ubicada en la constelación de Eridanus, a la que se denominó informalmente “Punto Frío”. Ahora, otro equipo de astrónomos ha logrado encontrar una explicación plausible para este fenómeno, al que caracterizaron como “la mayor estructura individual identificada hasta ahora por el ser humano”.

Unos 380.000 años después del Big Bang, el plasma opaco que conformaba el Universo se enfrió lo suficiente para permitir la formación de átomos neutros de hidrógeno. De esta forma, el Universo se volvió transparente a la radiación, permitiendo la libre circulación de fotones, que ya no eran dispersados por protones y electrones. Los cosmólogos llaman a ese proceso recombinación, y los primeros fotones que pudieron desplazarse libremente se han seguido propagando desde entonces, perdiendo energía a causa de la expansión del Universo. En la actualidad los detectamos como una débil radiación de microondas, observable en todas direcciones.

La física de la teoría del Big Bang predice la existencia de leves diferencias de temperatura al observar esa radiación de fondo cósmico a lo largo de todo el firmamento. Esas irregularidades son las únicas evidencias que tenemos de las estructuras existentes apenas cientos de miles de años después del nacimiento de nuestro Universo. La sonda WMAP, al igual que otras misiones como el satélite COBE y el más reciente telescopio espacial Planck, fue diseñada para crear un mapa cada vez más preciso de esas diferencias de temperatura, que los cosmólogos denominan anisotropías. Sin embargo, la detección de un área tan extensa y excepcionalmente fría resultó una sorpresa inesperada para los científicos.

En 2013, los datos obtenidos por la misión Planck confirmaron de manera independiente la existencia de esa región anómala, que sin embargo seguía sin tener una explicación convincente. Las características del Punto Frío resultaban sumamente problemáticas para el modelo cosmológico actual, ya que estadísticamente su temperatura está muy por debajo de las fluctuaciones anticipadas por nuestras teorías sobre el origen del Universo.


Esta proyección de las observaciones realizadas con altísima precisión a lo largo de todo el firmamento por el satélite Planck de la ESA permite confirmar la existencia de dos características anómalas en la radiación del fondo cósmico de microondas, ya detectadas por su antecesora, la sonda WMAP de la NASA. La primera es una asimetría en la temperatura promedio de los hemisferios celestes, divididos por la línea curva, que muestra temperaturas levemente superiores al sur de la eclíptica. La segunda es el denominado Punto Frío, una zona de temperatura notablemente inferior a sus alrededores, rodeada por el círculo, con un tamaño mucho mayor al de las predicciones teóricas. Créditos: ESA / Colaboración Planck.

Si el Punto Frío se originó a partir del Big Bang, podría ser evidencia de algún tipo de física exótica que la cosmología no es capaz de explicar. Por el contrario, si su detección se debe a una estructura ubicada entre nosotros y la radiación de fondo cósmico de microondas, estaríamos en presencia de una estructura a gran escala, algo extremadamente inusual en la distribución de la materia en nuestro Universo observable.

Recientemente, un equipo liderado por el astrónomo Istvan Szapudi, del Instituto de Astronomía de la Universidad de Hawaii, reportó el descubrimiento de un vasto “supervacío” con un diámetro de 1.800 millones de años luz, donde prácticamente no hay galaxias y la densidad de la materia es muy inferior a la del espacio circundante. Al combinar las observaciones del telescopio Pan-STARRS1 (PS1) en longitudes de onda ópticas, y el satélite WISE de la NASA en longitudes de onda infrarrojas, los astrónomos estimaron la distancia y posición de cada galaxia en ese sector del firmamento. De esa forma determinaron con un alto grado de precisión la existencia de una gigantesca estructura que se interpone entre la radiación de fondo cósmico y nuestra perspectiva desde la Tierra.

Un estudio anterior había observado un área mucho menor en la dirección del Punto Frío, pero sólo pudo establecer que no había estructuras muy distantes en esa parte del firmamento. Paradójicamente, identificar grandes estructuras a poca distancia es más difícil que encontrar otras más lejanas, ya que deben mapearse porciones más grandes del cielo para detectar las estructuras cercanas.

Este supervacío se encuentra relativamente cerca, a unos 3.000 millones de años luz de nuestra galaxia, y está centrado exactamente en el mismo punto del firmamento donde se detectó el Punto Frío, en la constelación de Eridanus. Su diámetro en el cielo terrestre es de casi 10°, mientras las fluctuaciones más grandes de temperatura en la radiación de fondo cósmico suelen occurir a lo largo de escalas angulares de no más de 1°.


 Esta es la mejor imagen del Supervacío de Eridanus obtenida hasta el momento. Créditos: Proyecto Pan-STARRS / Gergő Kránicz.

Habiendo confirmado la existencia de este supervacío, los astrónomos liderados por Szapudi se abocaron a encontrar una explicación para las temperaturas extremadamente bajas del Punto Frío, y creen haber encontrado el culpable: la misteriosa energía oscura, responsable de la aceleración en la expansión del Universo detectada observacionalmente por primera vez en 1998.

Si colocamos una enorme “burbuja” de vacío, con muy poca materia, entre la radiación del fondo cósmico de microondas y un observador en la Tierra, esa radiación residual del Big Bang deberá atravesar el supervacío para llegar hasta nosotros. En términos de energía, podemos pensar en ese vacío como un plano inclinado: cuando los fotones ingresan a esa burbuja, deben perder algo de energía al escalar ese plano inclinado. Si la expansión del Universo no se estuviera acelerando a causa de la energía oscura, la estructura del supervacío no evolucionaría de forma significativa, por lo que los fotones descenderían del plano inclinado al salir de la burbuja de vacío, recuperando la totalidad de la energía que perdieron al ingresar en ella.

Sin embargo, debido a la aceleración de la expansión del Universo, el plano inclinado se estira mientras esos fotones viajan en el interior de la burbuja de vacío. Atravesar una estructura tan grande puede tomar millones de años, incluso a la velocidad de la luz; para el momento en que esos fotones emergen del otro lado de la burbuja, el plano se ha hecho menos inclinado, por lo que al descender por él, los fotones no pueden recuperar toda la energía que perdieron al ingresar en el supervacío. Esa radiación continúa su trayecto hacia el observador, ya con menos energía, y por lo tanto, con longitudes de onda más largas, que corresponden a temperaturas más bajas. Este fenómeno, denominado efecto Sachs-Wolfe integrado, es detectable a grandes escalas y podría confirmarse como la explicación definitiva para el Punto Frío, una de las anomalías más significativas encontradas hasta el momento en la radiación del fondo cósmico.

Si bien la existencia del Supervacío de Eridanus y su efecto sobre el fondo cósmico de microondas no alcanzan a explicar todas las características del Punto Frío, resulta extremadamente improbable que ambos tengan la misma ubicación en el firmamento simplemente por una coincidencia. “Serán necesarios estudios posteriores para investigar observacionalmente este supervacío y establecer de manera definitiva sus características excepcionales”, concluye el paper publicado por Szapudi y su equipo.

Los astrónomos seguirán analizándo ese colosal vacío cósmico mediante datos cada vez más precisos, provenientes del telescopio PS1 en Maui, Hawaii, y del proyecto Dark Energy Survey, una exploración del cielo en busca de energía oscura que actualmente se está llevando adelante a través de uno de los telescopios del Observatorio Interamericano de Cerro Tololo, en Chile. 


Fuentes: Astronomia Online, MNRAS, Arxiv.org, IFA – Universidad de Hawaii

30 de marzo de 2015

El viento de los agujeros negros puede detener la formación de estrellas

El viento de un agujero negro arrastra el gas de una galaxia

Gracias al observatorio espacial Herschel de la ESA, los astrónomos han descubierto que el viento generado por un agujero negro está barriendo la galaxia en la que se encuentra, llevándose consigo la materia prima necesaria para formar nuevas estrellas.

Los agujeros negros supermasivos se encuentran en el centro de la mayoría de las galaxias, y son objetos extremadamente densos y compactos cuya masa puede ser millones o miles de millones de veces superior a la de nuestro Sol.

Muchos de ellos, como el que ocupa el centro de nuestra Vía Láctea, son relativamente pasivos, pero otros están destruyendo su entorno con gran voracidad. 


El viento de un agujero negro




Los agujeros negros no sólo engullen el gas que los rodea; a veces también lo expulsan en forma de potentes chorros o vientos. Los astrónomos sospechaban desde hace tiempo que estos escapes de materia podrían ser los responsables de vaciar a las galaxias de gas interestelar, y en particular de las moléculas a partir de las que se forman las nuevas estrellas.

Con el paso del tiempo estos vientos acabarían afectando a la actividad de formación de estrellas en la galaxia, pudiendo llegar a detenerla por completo.

Sin embargo, hasta la fecha no se había logrado estudiar este proceso. Los astrónomos habían detectado fuertes vientos en las inmediaciones de los agujeros negros gracias a los telescopios de rayos X, y habían descubierto escapes de gas a gran escala a través de las observaciones en el infrarrojo, pero nunca habían observado estos dos fenómenos en una misma galaxia.

Un nuevo estudio acaba de cambiar el panorama, al lograr observar los vientos a pequeña y a gran escala desencadenados por un mismo agujero negro.



La galaxia IRAS F11119+3257




“Es la primera vez que vemos un agujero negro supermasivo en acción, barriendo los depósitos de gas de su galaxia”, explica Francesco Tombesi, del Centro Goddard de la NASA y de la Universidad de Maryland, Estados Unidos, quien dirigió la investigación publicada ayer en la revista Nature.

Al combinar las observaciones realizadas por el satélite europeo Herschel en las longitudes de onda del infrarrojo con los nuevos datos en la banda de los rayos X recogidos por el satélite japonés-americano Suzaku, los astrónomos han sido capaces de comparar los vientos en las inmediaciones del agujero negro central con sus efectos a gran escala, arrastrando las reservas de gas de la galaxia IRAS F11119+3257.

Los vientos empiezan siendo locales y fuertes, con ráfagas que alcanzan el 25% de la velocidad de la luz y que son capaces de arrastrar una masa solar de gas al año.

A medida que se alejan del agujero negro central los vientos se frenan, pero consiguen empujar fuera de la galaxia una cantidad de gas equivalente a cien veces la masa de nuestro Sol.



Escape de gas de una galaxia




Esta es la primera prueba firme de que los vientos provocados por un agujero negro pueden despojar a una galaxia de gas, a través de escapes a gran escala.

Este descubrimiento refuerza la teoría de que los agujeros negros podrían llegar a detener el proceso de formación de estrellas en la galaxia en la que se encuentran.

“Herschel ha revolucionado las teorías sobre la formación de las estrellas. Estos nuevos resultados nos ayudan a comprender cómo y por qué varía la actividad de formación de estrellas en algunas galaxias, pudiendo llegar a detenerse por completo”, explica Göran Pilbratt, científico del proyecto Herschel para la ESA.

“Hemos encontrado al culpable de este gran misterio cósmico. Como muchos sospechaban, un agujero negro central puede desencadenar escapes de gas a gran escala, deteniendo la actividad de formación de estrellas”.

Sigue leyendo sobre este descubrimiento


Más información

Wind from the black-hole accretion disk driving a molecular outflow in an active galaxy,” de F. Tombesi, et al, ha sido publicado en la edición del 26 de marzo de 2015 de la revista Nature.

Este estudio está basado en las observaciones realizadas con el instrumento PACS (Photoconductor Array Camera and Spectrometer) del observatorio espacial Herschel de la ESA, y en los datos recogidos por la misión japonesa-estadounidense Suzaku.


Fuentes: ESA

7 de febrero de 2015

Planck descubre que las primeras estrellas nacieron tarde

Polarización de la radiación de fondo cósmico (CMB)

Los nuevos mapas de la luz polarizada que llena todo el cielo procedente del universo temprano, obtenidos por el satélite Planck, de la ESA, han revelado que las primeras estrellas se formaron mucho más tarde de lo que creía.

La historia de nuestro universo comenzó hace 13.800 millones de años. Los científicos se esfuerzan en leerla estudiando los planetas, asteroides, cometas y otros objetos de nuestro sistema solar, y observando la luz de estrellas y galaxias lejanas, y de la materia entre ellas.

Una fuente esencial de información es la radiación de fondo cósmico de microondas, o CMB -siglas en inglés-, la luz fósil procedente de una era en que el universo era caliente y denso, apenas 380.000 años tras el big bang.

Gracias a la expansión del universo hoy en día esta luz -no visible al ojo humano, solo detectable en el rango de las microontas- llena todo el cielo.

Entre 2009 y 2013 Planck barrió el cielo para estudiar esta luz primigenia con un grado de precisión nunca logrado. Las pequeñas diferencias en la temperatura de esta radiación en distintas regiones del cielo son indicativas de variaciones de densidad en el universo en la época en que se emitió la radiación CMB, y son las semillas de las acumulaciones de materia que vemos en el presente: las estrellas y galaxias.

Los científicos de Planck han publicado los resultados del análisis de la luz fósil emitida poco después del big bang en varios trabajos científicos a lo largo de los últimos dos años, confirmando el escenario cosmológico de nuestro Universo en gran detalle.

“Pero hay más aún. La radiación de fondo contiene todavía más información sobre nuestra historia cósmica, codificada en su polarización”, explica Jan Tauber, jefe científico de Planck, de la ESA.

“Planck ha medido esta señal por primera vez a alta resolución en todo el cielo, generando los mapas hoy hechos públicos”.

Historia del Universo

La luz se polariza cuando vibra en una dirección preferente, un fenómeno que puede producirse cuando los fotones -las partículas de luz- rebotan tras chocar con otras partículas. Eso es exactamente lo que sucedió cuando se emitió la CMB, 380.000 años después del big bang.

En un principio los fotones estaban atrapados en una densa y caliente sopa de partículas que, cuando el universo tenía apenas unos segundos de edad, consistía sobre todo en electrones, protones y neutrinos. Debido a la alta densidad, los electrones y fotones chocaban con tanta frecuencia que el universo temprano estaba lleno de 'niebla'.

Poco a poco, a medida que el cosmos se expandía y enfriaba, los fotones y las demás partículas se alejaban cada vez más, y las colisiones se volvían menos frecuentes.

Esto trajo dos consecuencias: los electrones y protones pudieron finalmente combinarse y dar lugar a átomos neutros sin ser destrozados por los choques con los fotones, y los fotones pudieron viajar libremente por primera vez, sin estar inmersos en la niebla cósmica.


Fuentes: ESA

28 de octubre de 2014

¿Resuelto el problema de la antimateria?

Archivo
Cuando una partícula de materia entra en contacto con una de antimateria, ambas se aniquilan por completo


Investigadores descubren una extraña partícula subatómica, el mesón Bs, que se comporta de forma única y puede explicar uno de los más grandes misterios del Universo

Un grupo de investigadores de la Universidad de Syracusa acaba de anunciar una serie de importantes hallazgos sobre una extraña partícula subatómica, el mesón Bs, que podrían explicar por qué el Universo contiene mucha más materia que antimateria.

La cuestión de la "antimateria perdida" ha intrigado a los Físicos durante décadas. Según predicen los modelos vigentes, durante el Big Bang tuvo por fuerza que producirse una cantidad igual de materia que de antimateria. Pero en la actualidad todo lo que vemos a nuestro alrededor está hecho de materia. ¿Dónde está, pues, la antimateria que falta?

Igual que la materia, también la antimateria está constituida por átomos y partículas. De hecho, a cada partícula de materia que existe le corresponde su propia antipartícula, que es exactamente igual a ella excepto por la carga eléctrica, que es la opuesta. Por ejemplo, la antipartícula del electrón es el positrón, la del protón se llama antiprotón, y así sucesivamente. 


Aniquilación espontánea
Se da la circunstancia de que, cuando una partícula de materia entra en contacto con una de antimateria, ambas se aniquilan por completo en un súbito y luminoso fogonazo. Si un astronauta pusiera el pie sobre un hipotético planeta hecho de antimateria, todos sus átomos se desintegrarían al instante, al mismo tiempo que una cantidad equivalente de "antiátomos" del planeta haría lo propio.

Sin embargo, parece poco probable que existan planetas, estrellas o incluso galaxias enteras hechas de antimateria. Si así fuera, seríamos capaces de ver cómo ambas se aniquilan en la frontera entre la antimateria y la materia que las rodea. Y nadie ha visto jamás señal alguna de que algo parecido esté ocurriendo.

Sin embargo, en septiembre de 2006 un equipo de físicos del Fermilab descubrieron en su laboratorio un tipo de partícula, el mesón Bs, que hasta ese momento había sido solo una posibilidad teórica. Se da la circunstancia de que el mesón Bs tiene la extraordinaria capacidad de oscilar entre una partícua de materia y una de antimateria. Es decir, que puede ser, alternativamente, materia y antimateria.

El extraordinario hallazgo prometía abrir las puertas de una nueva física hasta ahora desconocida. Por eso, comprender mejor las características de este extraño mesón se ha convertido en uno de los principales objetivos del experimento LHCb, en el CERN, el laboratorio de Física más importante del mundo, con sede en Ginebra. Los físicos del LHCb llevan a cabo complicados experimentos que intentan aclarar lo que sucedió durante los primeros instantes del Big Bang, y cómo la materia que hoy nos resulta tan común logró crearse y extenderse por todo el Universo.

Fue precisamente allí, en un taller celebrado en el CERN, donde el profesor Sheldon Stone acaba de anunciar sus hallazgos. "Muchos experimentos internacionales -afirma el científico- están interesados en el mesón Bs porque es una partícula que puede oscilar entre materia y antimateria. Comprender sus propiedades podría explicar la violación de la simetría CP, que se refiere a la necesidad de que exista un equilibrio entre materia y antimateria en el Universo y cuyo aparente incumplimiento es uno de los mayores desafíos de la física de partículas". 


Quark y antiquark
Los investigadores creen que, hace unos 14.000 millones de años, la energía del Big Bang se fue transformando en cantidades idénticas de materia y de antimateria. Pero a medida que el Universo se enfriaba y se expandía, su composición fue cambiando. Tras el Big Bang, toda la antimateria desapareció dejando tras de sí a la materia ordinaria, a partir de la cual se fueron creando las primeras estrellas y galaxias, y todo lo demás hasta llegar a la Tierra y a las formas de vida que hay en ella.

"Algo tuvo que ocurrir -afirma Stone- para causar esta violación de la simetría CP y, por consiguiente, formar el Universo que podemos ver en la actualidad".

Stone está convencido de que parte de la respuesta está, precisamente, en el mesón Bs, que está formado por un antiquark y un quark extraño (una de las familias de los quarks) a los que mantiene unidos gracias a la interacción fuerte. Como se sabe, los quark son los componentes fundamentales de otras partículas, como protones y neutrones, dentro del núcleo atómico.

Stone y su equipo han estudiado a fondo los resultados de dos experimentos llevados a cabo en 2009 en el Fermilab, en Chicago, donde se encuentra otro de los aceleradores de partículas más grandes del mundo.

"Los resultados de esos experimentos - explica Stone- mostraban que las oscilaciones materia-antimateria del mesón Bs se desviaban de lo predicho por el Modelo Estandar de la Física, pero las propias incertidumbres alrededor de esos resultados eran demasiado altas como para llegar a conclusiones sólidas".

Así que el investigador, junto a sus colegas, no tuvo más remedio que desarrollar por sí mismo una nueva técnica que le permitiera tomar medidas mucho más precisas del mesón Bs. Y sus nuevos resultados muestran que las oscilaciones del mesón Bs entre materia y antimateria son, exactamente, las que predice el Modelo Estandar.

Stone afirma que las nuevas mediciones restringen enormemente los "reinos" en los que esa nueva física podría esconderse, lo que obligará a los investigadors a ampliar sus búsquedas en otras áreas. "Todo el mundo sabe que existe una nueva física -dice Stone-. Sólo necesitamos llevar a cabo análisis más sensibles para lograr olfatearla".





Fuentes: ABC.es

El Universo podría ser más viejo de lo que parece

efe
El estudio de una vieja estrella, cuya edad se data en 14.460 millones de años, ha llevado a los científicos a determinar que el Universo (datado actualmente en 13.817 millones de años) podría ser más viejo de lo que se creía 

El estudio de la estrella «Matusalén», cuya edad se data en 14.460 millones de años, ha llevado a los científicos a determinar que el Cosmos es más antiguo

El estudio de una vieja estrella, cuya edad se data en 14.460 millones de años, ha llevado a los científicos a determinar que el Universo (datado actualmente en 13.817 millones de años) podría ser más viejo de lo que se creía.

El astro, llamado HD 140283 o «estrella Matusalén», se encuentra a 190 años luz de la Tierra en la constelación de Libra y ha dejado a los investigadores «perplejos». Se trata de una rara estrella sub-gigante y pobre en metales, que fue descubierta desde hace un siglo como una estrella de alta velocidad, aunque su presencia en el vecindario del Sistema Solar y su composición ponían en duda esta teoría.

En el artículo, publicado en «International Journal of Exergy», los científicos revelaron que, en última instancia, los márgenes de error en la estimación de la edad de la estrella eran mucho más anchos de lo que la investigación original (la de su descubrimiento) sugería.

Estos márgenes de error podrían rejuvenecerla, pero aún así seguiría siendo uno de los objetos estelares más antiguos conocidos en el Universo, aunque dentro de los límites del tiempo desde el Big Bang. Pero esto plantea preguntas como si existe alguna posibilidad de que esta estrella fuera tan antigua como sugieren las mediciones originales.
«Disipador térmico»

Uno de los autores, Birol Kilkis, cree que sí. Este científico introdujo en 2004 el Modelo de Radiación del Universo (RUM), que sugiere que la exergía (una propiedad termodinámica que permite determinar el potencial de trabajo útil de una determinada cantidad de energía) fluye desde el Big Bang, hasta lo que él llama un «disipador térmico» de tamaño infinito en el cero absoluto (0ºK) lejano, lejano en el futuro.

Usando el modelo RUM, Kilkis calcula la edad del Universo en 14.885 +/- 0,040 mil millones de años, lo cual es ligeramente mayor que la estimación de fondo de microondas (los restos dejados por el Big Bang), pero se adapta fácilmente a la edad original de HD 140283.

La teoría RUM de Kilkis sugiere que la expansión del Universo se ha acelerado 4.400 millones años después del Big Bang, que bien puede adaptarse a la idea de la energía oscura.
 
 
Fuentes: ABC.es

24 de agosto de 2014

Investigadores japoneses hallan una posible huella de las primeras estrellas del universo


Reproducción artística del Observatorio Astronómico de Japón.
  • Estaría formada por estrellas gigantes, con masas cientos de veces la del Sol
  • Podrían explotar y expulsar material que incluiría elementos pesados
Investigadores del Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) pueden haber encontrado el rastro de una población estelar hipotética conocida como población III, las primeras estrellas del universo.

La teoría predecía que esta primera generación estelar estaría formada por estrellas gigantes, con masas cientos de veces la del Sol, que habrían colapsado en supernovas particularmente violentas.

Ahora un equipo de científicos liderados desde el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) informa en Science que una estrella en principio muy pobre en metales conocida como SDSS J0018-0939, probablemente fue enriquecida con elementos como el hierro por una supernova de este tipo, por lo que lleva la huella impresa de una población estelar III. Así lo revelan los datos recogidos del Sloan Digital Sky Survey de EE.UU. y el telescopio japonés Subaru, informa Sinc.

En la imagen se muestra como las estrellas masivas y luminosas de primera generación del universo podrían formar un grupo o clúster. Entre ellas, las más masivas, con más de cien veces la masa del Sol, podrían explotar y expulsar material que incluiría elementos pesados​​, especialmente el hierro.


Fuentes: Rtve.es

14 de agosto de 2014

Dos galaxias muy lejanas confirman que sus estrellas se formaron en distintas fases

Centro de NGC 1569 observado por el Telescopio Espacial Hubble.
ESA, NASA y P. Anders
  • Las estrellas se formaron hace 100 y dos millones de años
  • Anteriormente se pensaba que las estrellas se formaban de manera continua
  • El estudio se ha realizado con las observaciones del Gran Telescopio Canarias
Dos galaxias primitivas muy próximas entre sí y que interactúan con una tercera, han tenido al menos dos brotes de formación estelar, es decir, la formación de sus estrellas no ha sido continua. El primero ocurrió hace 100 millones de años y otro muy reciente, hace tan solo dos millones de años.

Ambas datan de hace 12.550 millones de años, siendo la edad actual del universo de 13.700 millones de años.

Así lo han podido confirmar investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y de la Universidad de La Laguna (ULL), quienes las han analizado con el espectrógrafo Osiris del Gran Telescopio Canarias (GTC), en el Observatorio del Roque de los Muchachos (La Palma).

 
Espectro bidimensional (arriba) y espectros de cada una de las galaxias (paneles central e inferior) del estudio.
Rodríguez Espinosa et al. 2014, MNRAS



Primeras estructuras del universo

El objetivo de este estudio, publicado en la revista MNRAS Letters, era comprender cómo se formaron las primeras estructuras en el universo a través de las galaxias más lejanas, según ha informado el IAC.

SHARDS, un proyecto ESO/GTC aprobado en 2009, pretende detectar decenas de miles de galaxias a diferentes distancias y, tras estudiarlas con detalle, comprender en mayor profundidad cómo se han formado las galaxias a lo largo de la vida del universo.

“El proyecto SHARDS puede, no obstante, usarse para encontrar galaxias con líneas de emisión. De entre ellas, hemos seleccionado dos galaxias muy próximas que parecen estar interaccionando entre sí e, incluso, con una tercera”, explica José Miguel Rodríguez Espinosa, investigador del IAC/ULL y primer autor del artículo publicado. 


Formación de estrellas episódica

A estas galaxias, muy difíciles de observar, se las reconoce porque las líneas espectrales de sus elementos químicos aparecen muy desplazadas hacia el rojo.

El espectrógrafo OSIRIS del GTC ha permitido confirmar, en tan solo dos horas, un desplazamiento al rojo de ambas galaxias en torno a z= 5,07, mediante la detección de su emisión en Lyman-alfa, la radiación que emite el hidrógeno cuando es ionizado por fuentes muy energéticas, como son las estrellas masivas y jóvenes.

La emisión Lyman-alfa es uno de los pocos trazadores disponibles para el estudio de las primeras galaxias que se formaron en la historia del universo debido a su desplazamiento al rojo cosmológico.

La combinación de los datos espectroscópicos con fotometría multibanda -del rango ultravioleta al visible- ha revelado también la presencia de dos poblaciones de estrellas distintas en cada una de las galaxias: una población muy joven, con poca masa en su conjunto, más una población vieja, responsable de la mayor parte de la masa de las galaxias observadas.

“Es la primera vez que se detecta formación estelar episódica en galaxias muy primitivas, aunque aún queda pendiente comprobar si este modo de formación estelar es común en galaxias lejanas o se debe a que las galaxias observadas se encuentran en un proceso de interacción”, ha subrayado Rodríguez Espinosa. 


Arqueología astronómica

El modelo teórico más aceptado que explica cómo se formaron las galaxias ('modelo jerárquico') establece que las más grandes se formaron como resultado de la fusión de galaxias más pequeñas.

En estos violentos procesos siempre se producen intensos brotes de formación estelar, tras los que se generan nuevas galaxias, más grandes y masivas que sus progenitoras.

En las últimas décadas, se ha progresado mucho en el estudio de estas galaxias lejanas gracias a una mejor instrumentación en los grandes telescopios y a nuevas técnicas de observación.

Sin embargo, una pregunta clave que aún faltaba por desvelar es cómo era la producción de estrellas en esas galaxias primigenias. La mayor parte de los estudios asume que las estrellas se formaban de manera continua, consumiendo paulatinamente el gas de la galaxia y convirtiéndolo en estrellas.

En el presente estudio también han participado investigadores de la Universidad Complutense de Madrid y del Centro de Astrobiología (CSIC-INTA), de la Universidad de Ginebra, la empresa pública GRANTECAN, el Instituto de Astrofísica de Cantabria (CISC-UC) y la Universidad de Bochum.



Fuentes: Rtve.es

9 de julio de 2014

Kepler 10c, La primera "Mega Tierra"

El descubrimiento de este nuevo mundo 17 veces mayor que la Tierra ha causado sorpresa entre los astrónomos



El descubrimiento de Kepler 10c ha derribado un nuevo mito gracias a su tamaño y composición. Con una masa equivalente a la de 17 tierras, por lo que se sabe hasta hoy, nunca debería haberse formado como un ente sólido y rocoso, sino como un gigante gaseoso similar aJúpiter o Neptuno.

En el videoblog sobre estas líneas, José Manuel Nieves explica la posible formación de este planeta que se incluye en la categoría de las «megatierras».



Fuentes: ABC.es

6 de julio de 2014

El universo



Representación artística de la Vía Láctea
Crédito: NASA















 


Representación artística del Sistema Solar
Crédito: NASA









¿Dónde estamos?

Nuestro pequeño planeta, inmerso en el espacio, que gira alrededor de una estrella común, se encuentra en el brazo (brazo de Orión) de una enorme galaxia espiral, la Vía Láctea, una más de las innumerables que se encuentran distribuidas por el universo. Cerca de la Tierra se encuentran otros planetas, planetas enanos, satélites, asteroides y cometas, todos ellos orbitando nuestro Sol, atrapados por su potente fuerza de atracción gravitatoria, formando lo que llamamos el Sistema Solar.


Alrededor de nuestro sistema estelar, a miles de años luz de distancia, se encuentran millones y millones de estrellas de todo tipo, enanas, supergigantes, agujeros negros, púlsares, estrellas múltiples ...; hay lugares donde nacen las estrellas y otros donde quedan los restos de las muertes de otras, como las nebulosas; y existen lugares donde parecen congregarse las estrellas, como los cúmulos. Todo este impresionante conjunto forma nuestra galaxia, la Vía Láctea. Se piensa que nuestra galaxia puede albergar unos 100.000 millones de estrellas.

La Vía Láctea se encuentra en un grupo de galaxias, el llamado Grupo Local, formado por unas 30 galaxias, divididas en 3 grandes grupos, uno por cada galaxia masiva del grupo:

- El Sistema de Andrómeda, que lo integran la propia Andrómeda (M31), M32, M110, NGC 147, NGC 185, Andrómeda I, Andrómeda II, Andrómeda III y Andrómeda IV.

- El Sistema de la Vía Láctea, integrado por la Vía Láctea, Enana de Sagitario, Gran Nube de Magallanes, Pequeña Nube de Magallanes, Enana de Ursa Minor, Enana de Draco, Enana de Carina, Enana de Sextans, Enana de Sculptor, Enana de Formas, Leo I, Leo II y Enana de Tucana.

- El Sistema del Triángulo, integrado por M33 y Enana de Piscis.




Galaxia NGC 4038-4039
Crédito: NASA , ESA , and the Hubble Heritage Team ( STScI / AURA )- ESA /Hubble Collaboration


















Galaxia espiral del Triángulo (M33)
Crédito: NASA 
















A su vez, este cúmulo de galaxias, queda integrado dentro del Supercúmulo de Virgo, el cual está formado por unos 10 grupos o cúmulos de galaxias. Se estima que pueden existir unos 10 millones de supercúmulos en el universo.

Cómo comenzó

Se cree que todo comenzó hace unos 15.000 millones de años, cuando todo el material del universo se encontraba concentrado en un solo punto. Las investigaciones indican que hubo una gran explosión, el llamado Big Bang, y desató el inicio de la formación del universo. En los primeros instantes de la explosión el universo se convierte en una inmensa bola de fuego que aumenta de tamaño a muchísima velocidad y con una temperatura de miles de millones de grados. Aproximadamente un minuto después de la explosión, el universo se ha convertido en un enorme reactor termonuclear y se comienzan a formar los primeros núcleos de helio a partir de los de hidrógeno. Es necesario que transcurran miles de años para que la temperatura descienda lo suficiente para que se puedan formar los átomos, es entonces cuando la materia comienza a agruparse por la fuerza de la gravedad y surgen las primeras estrellas. Se necesitarán aún miles de millones de años para que, gracias a la formación de inmensas nubes de gas, compuestas primordialmente de hidrógeno y helio, y por su propia gravitación, comiencen a aparecer las primeras galaxias.


Evolución del universo y de las galaxias
Crédito: NASA, ESA y A. Feild (STScl)




Galaxias espirales, NGC 2207 y 2163 interactuando
Crédito: NASA, ESA, Hubble Heritage Team (STScl) 

No se conoce la forma exacta del mecanismo de la formación de una estrella, pero de alguna manera el gas se empieza a aglutinar en diferentes puntos bajo el efecto de su propia gravedad, formando nubes cada vez más densas. Un núcleo denso, que podría ser unas 60 veces mayor que el sol, la protoestrella, empieza a formase rodeado por un halo de gas. Debido al aumento de presión, cada vez mayor, y tras unos 50.000 años, el centro de la protoestrella se vuelve tan caliente que da principio la combustión nuclear y se inicia la transformación de átomos de hidrógeno en átomos de helio. Ha nacido una estrella.

La fuerza de expansión de la energía liberada en esta transformación contrarresta la fuerza de la gravedad de la estrella, lo que impide que se colapse totalmente y se estabilice. Al cabo de unos 10 millones de años se acaba el hidrógeno del núcleo. Al no existir una fuerza que contrarreste a la gravedad, éste se contrae y calienta aún más. Al mismo tiempo, el hidrógeno restante, en una corteza exterior, continúa fusionándose y se convierte en helio; la estrella se expande hasta llegar a ser una gigante roja. El núcleo se calienta al grado de poder convertir, por fusión, el helio en carbono. En fusiones sucesivas, el carbono da origen a elementos mas pesados, hasta llegar al hierro. Al llegar a éste ya no se genera más energía por fusión nuclear, y la parte media de la estrella se desintegra en forma catastrófica por efecto de su propia gravedad. El colapso libera energía hacia las partes exteriores y origina la explosión mas violenta que se conoce en el universo: la supernova.


Supernova 1994D en Galaxia NGC 4526 (abajo-izquierda)
Crédito: NASA, ESA, The Hubble Key Project Team, and The High-Z Supernova Search Team 





Después de la explosión, la supernova despide ondas de choque y nubes de gas. A partir de este gas se forma una nueva generación de estrellas, enriquecidas con elementos creados en las fusiones de la vieja estrella y elementos mas pesados creados en la tremenda explosión, y en el caso el Sol, de planetas en los que puede evolucionar la vida. Así, cada átomo de nuestro mundo se fusionó en el núcleo incandescente de una estrella gigante, que al explotar esparció los elementos necesarios para la formación de estrellas y planetas. Fue la primera generación de estrellas, estrellas gigantes, las cuales han desaparecido casi en su totalidad, y vivimos gracias a su legado. No todas las estrellas de la primera generación fueron así, pero estas son las que hicieron posible la creación de los planetas y de nosotros mismos.

De la supernova solo sobrevive el núcleo, de una extraordinaria densidad y de pocos kilómetros de diámetro. La enorme presión generada logra triturar absolutamente todo hasta convertirlo en neutrones, los que se concentran y compactan. Ha nacido una estrella de neutrones, la cual gira hasta 30 veces por segundo y emite señales de radio que se concentran en los polos magnéticos. Al barrer el espacio como el haz de la luz de un faro, los radioastrónomos captan esas señales en forma de pulsaciones, por ello, en su descubrimiento se los llamó púlsares.

Si la masa inicial es de 50 veces la del Sol, en vez de convertirse en una supernova, la inmensa fuerza de la gravedad hará que la estrella implosione sin remedio hasta convertirla en un agujero negro, donde ni siquiera la luz es capaz de escapar al intenso campo gravitatorio y donde el espacio y el tiempo se funden y contraen.



Visión artística de un agujero negro
Crédito: NASA, G. Bacon (STScl) 


Nuestro sistema

Durante la formación de una estrella como el Sol, los fragmentos de una nube de gas llegan a tardar un millón de años en contraerse hasta el tamaño del sistema solar. A medida que la nube se compacta, la liberación de energía gravitacional calienta el núcleo, el cual comienza a resplandecer. Un millón de años después de la condensación de la nube original, el Sol medía la mitad de su diámetro actual y su brillantez era de una vez y media la de la actual. En su núcleo se inician las reacciones termonucleares. La rotación obtenida al contraerse, aplanó la nube original y la cambió a un disco plano. El polvo y el gas del disco se aglutinaron en la periferia hasta formar protoplanetas.

30 millones de años después, el Sol alcanzó un estado semejante al que tiene ahora. Se inicia la transformación de hidrógeno en helio. Los protoplanetas crecieron lo suficiente para lograr atraer casi todas las partículas circundantes y convertirse así en planetas. El sistema se estabiliza y transcurren unos 4.600 millones de años así.

El hidrógeno de nuestra estrella se consumirá en unos 4.000 millones de años más. En ese momento, la combustión del hidrógeno se extenderá a las capas exteriores, las cuales se expandirán, como una gigante roja, absorbiendo en ese proceso a todos los planetas interiores. El helio que quedaba en el núcleo también se agotará, haciendo que el núcleo se contraiga y se caliente más, aunque no lo suficiente como para quemar elementos mas pesados. Las capas superiores del hidrógeno sin quemar se expandirán y formarán una nebulosa planetaria, y las capas inferiores darán lugar a una estrella enana blanca. Con el tiempo, la enana blanca se enfriará hasta convertirse en una enana negra, fría y densa, que no irradiará energía y será invisible.




Nebulosa Planetaria
Crédito: NASA, Raghvendra Sahai, John Trauger (JPL), and the WFPC2 Science Team 



















Visión artística de una enana blanca, Sirio B
Crédito: NASA, ESA y G. Bacon (STScl) 











Nacimiento de un planeta

De una forma similar a las estrellas se forman los planetas, pues se forman a partir de las mismas nubes de gas y polvo, con la diferencia de que se trata de objetos en los que no se desarrollan procesos de fusión nuclear. El comienzo de su creación parte de los discos de gas y polvo que se han observado alrededor de algunas estrellas recién formadas, discos en los que las partículas se atraen unas a otras y se fusionan en objetos que cada vez tienen un mayor tamaño. Con el incremento de masa, se aumenta cada vez más rápidamente su fuerza de atracción sobre los objetos circundantes, terminando por "limpiar" la vecindad de su órbita.



Anillo de polvo alrededor de Fomalhaut. Estas observaciones se consideran la evidencia de la presencia de un planeta gigante modelando la densidad de polvo en el anillo de material observado.
Crédito: NASA , ESA , P. Kalas and J. Graham (University of California, Berkeley) and M. Clampin ( NASA /GSFC) 







Ilustración del supuesto planeta que orbita Fomalhaut por el interior del anillo, con estrellas y constelaciones de fondo, incluido el Sol en la constelación de Leo.
Crédito: NASA , ESA and A. Feild ( STScI ) 







En nuestro sistema contamos con ocho planetas, cuatro de tipo telúrico o rocosos (Mercurio, Venus, la Tierra y Marte) y otros cuatro de tipo joviano, esencialmente gaseosos (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno).

Desde el año 1955, cuando se descubrió el primer planeta extrasolar (exoplaneta) orbitando la estrella 51 Pegasi b, la cifra ha ascendido a mas de 200 planetas, que en su mayoría corresponden con planetas gigantescos del tipo joviano y en algunos casos corresponden con sistemas planetarios múltiples (mas de un planeta orbitando una misma estrella, siendo el primer sistema múltiple detectado el de Upsilom Andromedae), aunque esto es normal, pues son los más fáciles de detectar con los medios técnicos disponibles. El planeta con una masa mas parecida a nuestra Tierra es OGLE-2005-BLG-390L b, orbitando a una estrella en la constelación de Sagitario, con unas 5,5 veces la masa de la Tierra.



Visión artística del exoplaneta OGLE-2005-BLG-390L b
Crédito: NASA y ESA 











Como evolucionan las estrellas

Como será una estrella y su final depende casi en exclusiva de la masa que tenía la nube de gas que se compactó para crearla. Si la nube original no tuviera la masa suficiente para iniciar procesos termonucleares del hidrógeno, se parecerían mas a un planeta gaseoso como Júpiter. A estas estrellas se las denomina enanas marrones. Objetos con una masa inferior a 80 veces la masa de Júpiter exhiben este comportamiento.




Objeto candidato a enana marrón (B), CHXR 73 B. orbitando alrededor de una enana roja (A)
Crédito: NASA, ESA y K. Luhman (Penn State University)













Si la masa inicial está por debajo de 0,5 veces la del Sol, solo conseguirán quemar el hidrógeno, convirtiéndose en enanas blancas de helio, con una vida en torno a los 50.000 millones de años. Son los objetos más longevos del universo.

Si la masa está entre 0,5 y 10 veces la del Sol, al agotar el hidrógeno serán capaces de calentarse lo suficiente como para iniciar la combustión del helio, acabando sus días como enanas blancas de carbono y oxígeno; y formando una nebulosa planetaria. Es el caso de nuestra estrella.

Si la masa es superior a 11 veces la del Sol, evolucionan a través de todas las fases de combustión hasta llegar al hierro y agotar así toda la energía potencial nuclear de que disponen. El final de estas estrellas será el inmenso estallido de una supernova, dejando como remanente una estrella de neutrones.

Mas allá de las 50 masas solares, la gravedad es tan excesiva que no hay nada que pueda contrarrestar el colapso total de la estrella, convirtiéndose en un agujero negro.


Como acabará

Desde el gran estallido original, Big Bang, el universo se sigue expandiendo, y las últimas mediciones indican que cada vez lo hace a mayor velocidad. Al mismo tiempo, toda la materia del universo se atrae la una a la otra por efecto de la gravedad. Esta fuerza podría ser capaz de detener la expansión, incluso de invertirla, todo dependerá de la cantidad de materia que exista, y esta es la gran incógnita, pues solo somos capaces de ver aproximadamente el 1% del total. El 99% restante la materia se cree que está ubicada en los inmensos halos que rodean a las galaxias, pero no la podemos ver ni medir, a esta materia es a la que se denomina materia oscura.



Posibles escenarios para el universo
Crédito: NASA y A. Feild (STScl) 


Dependiendo de la cantidad de materia total se vierten dos hipótesis:

La primera se basa en que la masa total existente no será suficiente para detener la expansión, abocando al universo a una expansión infinita, en la que las estrellas terminarán por consumir el total del combustible disponible y se terminarán apagando. Se trata de un universo oscuro, frío y yelmo. Se trata del Big Rip o Gran Desgarramiento, en la que la gravedad se llega a hacer tan débil que primero los sistemas solares perderían su cohesión, se difuminarían las estrellas y los planetas y al final terminarían destruyéndose los átomos, llegando el fin del tiempo, el cual se ha estimado en unos 35.000 millones de años.

La segunda es todo lo contrario. Si la masa disponible en el universo es suficiente para detener la expansión e invertirla, donde el universo volvería a comprimirse hasta colapsarse en una singularidad dentro de unos 20.000 millones de años, se trata del Big Crunch o la Gran Implosión. Este colapso podría volver a originar un nuevo Big Bang. 



Fuentes: El cielo del mes