Se mide el agujero negro más masivo e inusual

Fuente: Ciencia Kanija

Artículo publicado el 28 de noviembre de 2012 en la Universidad de Texas

El agujero negro del centro de la galaxia NGC 1277 es once veces más ancho que la órbita de Plutón alrededor del Sol.

Un equipo de astrónomos ha usado el Telescopio Hobby-Eberly de la Universidad de Texas, en el Observatorio McDonald en Austin, para medir la masa de lo que puede ser el agujero negro más masivo hasta la fecha — 17 000 millones de veces la masa del Sol — en la galaxia NGC 1277. El inusual agujero negro cuenta con el 14 por ciento de la masa de la galaxia, en lugar del 0,1 por ciento habitual. Esta galaxia, y varias más dentro del mismo estudio, podrían cambiar las teorías sobre cómo se forman y evolucionan las galaxias y los agujeros negros. El trabajo aparece en el ejemplar del 29 de noviembre de la revista Nature.

Diagrama de NGC1277 Crédito: D. Benningfield/K. Gebhardt/StarDate

NGC 1277 se encuentra a 220 millones de años luz de distancia, en la constelación de Perseus. La galaxia tiene apenas el 10 por ciento del tamaño y la masa de la Vía Láctea. A pesar del diminuto tamaño de NGC 1277, el agujero negro que yace en su corazón tiene más de 11 veces el diámetro de la órbita de Neptuno alrededor del Sol.

“Esta galaxia es realmente extraña”, dice el miembro del equipo Karl Gebhardt de la Universidad de Texas en Austin. “Casi toda es agujero negro. Podría ser el primer objeto de una nueva clase de sistemas galaxia-agujero negro”. Además, los agujeros negros más masivos se han observado en galaxias gigantes conocidas como “elípticas”, pero este aparece en una galaxia relativamente pequeña en forma de lente (en la jerga astronómica, “galaxia lenticular”).

El hallazgo se realizó gracias al Hobby-Eberly Telescope Massive Galaxy Survey (MGS). El objetivo del estudio es comprender mejor cómo se forman y crecen juntos agujeros negros y galaxias, un proceso que no se conoce bien.

“Por el momento, existen tres mecanismos completamente distintos que afirman explicar el vínculo entre la masa de los agujeros negros y las propiedades de las galaxias anfitrionas. No comprendemos aún cuál de estas teorías es la mejor”, dice el autor principal del artículo de Nature,  Remco van den Bosch, que empezó este trabajo mientras gozaba de la beca de posdoctorado W.J. McDonald en la Universidad de Texas en Austin. Ahora se encuentra en el Instituto Max Planck para Astronomía (Max Planck Institute for Astronomy) en Heidelberg, Alemania.

El problema es la falta de datos. Los astrónomos conocen la masa de menos de 100 agujeros negros en galaxias, pero medir la masa de los agujeros negros es difícil y lleva tiempo, por lo que el equipo desarrolló el HET Massive Galaxy Survey para acotar el número de galaxias que sería interesante estudiar en mayor detalle.

“Cuando tratas de comprender algo, siempre buscas los extremos: los más y menos masivos”, dice Gebhardt. “Elegimos una muestra muy grande de las galaxias más masivas del universo cercano” para aprender más sobre la relación entre los agujeros negros y sus galaxias anfitrionas.

Aunque aún está en proceso, el equipo ha estudiado 700 de las 800 galaxias con HET. “Este estudio solo es posible gracias a HET”, dice Gebhardt. “El telescopio funciona mejor cuando las galaxias están dispersas por todo el cielo. Esto es exactamente para lo que se diseñó HET”.

En el artículo actual, el equipo se centra en las seis galaxias más masivas. Encontraron que una de ellas, NGC 1277, ya se había fotografiado por el telescopio espacial Hubble. Esto proporcionó medidas del brillo de la galaxia a distintas distancias desde su centro. Cuando se combinaron con los datos de HET y distintos modelos ejecutados en supercomputadores, el resultado fue una masa para el agujero negro de 17 000 millones de soles (con un margen de error de 3000 millones).

“La masa de este agujero negro es mucho mayor de lo esperado”, dice Gebhardt. “Nos lleva a pensar que las galaxias muy masivas tienen unos procesos físicos diferentes sobre cómo crecen sus agujeros negros”.

---

Fecha Original: 28 de noviembre de 2012
Enlace Original

La sonda espacial Voyager 1 y la frontera del sistema solar

Fuente: Francis (th)E mule

Nadie sabe qué señal concreta marcará la salida de la sonda espacial Voyager 1 de los confines del Sistema Solar. Este año se han observado varias señales que indican que la Voyager 1 está atravesando una región interesante, que quizás sea la  frontera del Sistema Solar. Esta figura muestra la evolución en el tiempo de los rayos cósmicos recibidos por la Voyager 1; en concreto, núcleos con más de 200 MeV, electrones entre 6 y 14 MeV, y protones de ~1 MeV. Los cambios sufridos por estas señales este año son muy complejos. El más extraordinario ocurrió el 25 de agosto y las semanas siguientes (Voyager I recorre durante una semana una distancia de unos 0,07 UA). La señal de protones con una energía entre 2 y 10 MeV disminuyó bruscamente hasta la décima parte del valor que tenía con anterioridad, mientras que la intensidad de la señal de los núcleos y los electrones casi se duplicó. Estos valores se han mantenido casi constantes en los últimos meses. Nadie sabe exactamente lo que significa este cambio y habrá que esperar unos cuantos meses más para ver si vuelve a ocurrir algo parecido. Voyager 1 fue lanzada en 1977 para explorar los planetas gigantes del sistema solar y en 1989 emprendió un viaje en dirección al centro de la Vía Láctea. Su vida útil concluirá en 2025. Hasta entonces nos permitirá explorar las fronteras del sistema solar, aunque ahora mismo no comprendemos en detalle lo que Voyager I está observando, con toda seguridad acabaremos comprendiéndolo en detalle. El artículo técnico es W. R. Webber et al., “At Voyager 1 Starting on about August 25, 2012 at a Distance of 121.7 AU From the Sun, a Sudden Disappearance of Anomalous Cosmic Rays and an Unusually Large Sudden Increase of Galactic Cosmic Ray H and He Nuclei and Electron Occurred,” arXiv:1212.0883, 4 Dec 2012.

Se llama heliosfera a la región del espacio que se encuentra bajo la influencia del viento solar y de su campo magnético. Más allá de la heliosfera se supone que domina el viento interestelar. La frontera entre ambas regiones se llama heliopausa. El viento solar provoca una onda de choque de terminación. La opinión de algunos expertos es que el suceso del 25 de agosto observado en la Voyager I indica que ha cruzado esta onda de choque de terminación y que ahora está en la heliopausa. En dicho caso, en los próximos meses (o quizás años) acabará saliendo de esta región y observaremos otro cambio en su señal de rayos cósmicos. La información que nos dará Voyager I será clave para entender la composición del viento interestelar, culminando su gran legado a la ciencia. Los confines del sistema solar todavía guardan muchos secretos por desvelar.

Por cierto, la fuente de estas dos últimas imágenes es la wikipedia.

Nota dominical: La curiosa historia de la cromodinámica cuántica (QCD)

Fuente: Francis (th)E mule

“It is well known that theoretical physics is at present almost helpless in dealing with the problem of strong interactions. We are driven to the conclusion that the Hamiltonian method for strong interactions is dead and must be buried, although of course with deserved honour.” Lev D. Landau (c. 1960).

Muchos físicos teóricos parecen desesperados porque los experimentos no encuentran “nueva física” más allá del modelo estándar. Quizás este es el mejor momento para recordar el estado de la física de partículas en 1961. La teoría cuántica del campo electromagnético, la electrodinámica cuántica (QED), era todo un éxito, pero utilizaba un procedimiento matemático, la renormalización, que nadie entendía y que disgustaba incluso a sus descubridores (que la calificaban de “procedimiento para esconder los infinitos debajo de la alfombra”). La versión V-A de la teoría de Fermi para la interacción débil también era un éxito a nivel experimental, pero a nivel teórico era inconsistente para energías altas (aunque no fueran alcanzables en los experimentos). La interacción fuerte estaba en un estado deplorable, más allá de la clasificación de los hadrones de Gell-Mann y Zweig basada en la idea de los quarks (puras entelequias matemáticas). La mayoría de los físicos teóricos rehuía de las teorías gauge para la interacción fuerte (cuyo único éxito era la QED) y preferían ideas como el bootstrap o la democracia nuclear en el contexto de la teoría de la matriz S.
Todo se clarificó a finales de los 1960 gracias a los experimentos. La colisión de electrones de alta energía contra núcleos atómicos y nucleones (protones y neutrones) demostró que estaban compuestos de partículas (partones les llamó Feynman) que no interaccionaban entre sí. Lo más obvio era que los partones fueran los quarks, pero nadie entendía cómo era posible que a cortas distancias (o energía y momento grandes) se comportaran como partículas libres, mientras que a distancias más grandes (o energía y momento más pequeños) estuvieran ligados por una interacción muy fuerte. La conjetura entre los físicos teóricos era que las teorías cuánticas de campos no podían ser asintóticamente libres. Coleman y Gross propusieron demostrar esta conjetura de forma general a dos de sus estudiantes de doctorado, Politzer y Wilczek, quienes bajo la atenta guía de Gross demostraron en 1973 que la conjetura era falsa (por ello recibieron el Premio Nobel de Física en 2004). Las teorías de Yang-Mills no abelianas son asintóticamente libres (la QED es la excepción, por ser abeliana).
La teoría de la interacción fuerte, la cromodinámica cuántica (QCD), es asintóticamente libre porque los gluones tienen carga de color, mientras que la QED no lo es porque los fotones son neutros para la carga eléctrica. La teoría de la relatividad de Einstein implica que el vacío de una teoría cuántica de campos cuyos bosones gauge no tengan masa cumpla la relación εµ = 1 donde ε es la permitividad eléctrica, µ es la permeabilidad magnética y se ha usado c=1 (la expresión dimensional es εµ = 1/c²). En la QED el apantallamiento de la carga eléctrica implica que ε > 1, por lo que el vacío de la QED actúa como un material diamagnético (µ < 1). En la QCD los gluones tienen dos colores y actúan como dipolos permanentes de color (µ > 1), por lo que la teoría predice el anti-apantallamiento de la carga de color (ε < 1); este resultado se da para 3 colores si el número de sabores (o generaciones) de quarks es menor de 17.
En 1972, Fritzsch y Gell-Mann mencionaron la posibilidad de que la teoría de los gluones fuera no abeliana, aunque el nombre de cromodinámica cuántica aparece por primera vez en un artículo de Fritzsch, Gell-Mann y Minkowski en 1975 (una nota a pie de página sugiere “A good name for this theory is quantum chromodynamics”).
Referencias para profundizar.
[1] Gerhard Ecker, “Quantum Chromodynamics,” Lectures given at the 2005 European School of High-Energy Physics, Kitzbuehel, Austria, Aug. 21 – Sept. 3, 2005 [arXiv:hep-ph/0604165].
[2] Gerhard Ecker, “The Shaping of Quantum Chromodynamics,” Quark Confinement and the Hadron Spectrum X, Munich, Oct. 8, 2012 [slides - pdf].

El píxel ideal: Nanocubos de plata distribuidos al azar sobre una nanocapa de oro recubierta de polímero

Fuente: Francis (th)E mule

El píxel ideal para una célula fotovoltaica o el sensor CCD de una cámara digital debe ser eficiente, selectivo y barato de fabricar a gran escala. Los mejores absorbentes de luz son metamateriales, pero son difíciles de fabricar debido a su peculiar geometría. David Smith (Univ. Duke, Durham, Carolina del Norte) y sus colegas han fabricado el píxel ideal distribuyendo al azar nanocubos de plata (74 nm de lado recubiertos de 3 nm de oro) encima de una nanocapa de oro (50 nm de grosor) recubierta a su vez de una fina nanocapa de un polímero transparente (de solo unos nanómetros de grosor). El tamaño de los nanocubos y el grosor de la nanocapa de polímero determinan el rango de frecuencias ópticas que absorbe el píxel. El secreto es que cada nanocubo actúa como una nanoantena que produce plasmones en el metal, cuya relación de dispersión depende del ratio entre el grosor de la nanocapa de polímero y el lado del cubo de plata. La gran ventaja de la nueva propuesta nanotecnológica es que no importa la geometría de la distribución de los nanocubos, caigan donde caigan al fabricar el píxel sus propiedades no se ven afectadas. Una ida realmente sugerente y curiosa que se publica hoy en Nature. Nos lo cuenta Katharine Sanderson, ”Sprinkled nanocubes hold light tight. Device based on scattered silver cubes could scale up light absorption for solar power,” Nature News, 05 Dec. 2012. El artículo técnico es Antoine Moreau et al., “Controlled-reflectance surfaces with film-coupled colloidal nanoantennas,” Nature 492: 86-89, 06 Dec 2012.


El material ideal para absorber luz debe tener una baja reflectancia y una baja transmitancia. Lograr que ambos factores sean muy pequeños en un mismo material es muy difícil (por ejemplo, los materiales opacos como los metales tienen una baja transmitancia, pero su reflectancia es grande y actúan como espejos). Los metamateriales, que alternan en una geometría regular materiales con ambas propiedades, permiten diseñar absorbentes ideales para la luz, pero su fabricación utilizando técnicas litográficas es difícil debido a su geometría compleja; además, lograr que absorban luz visible requiere una geometría en la nanoescala, difícil de controlar, por lo que su uso práctico en la industria se limita a microondas y al infrarrojo lejano. Alcanzar el infrarrojo cercano y el visible con píxeles de metamateriales de fácil fabricación industrial requiere nuevos conceptos nanotecnológicos.

Un absorbente de luz ideal debería combinar un conductor eléctrico y un conductor magnético que compensen el campo electromagnético de la onda incidente impidiendo que se refleje y que se transmita; el problema es que los conductors magnéticos no existen. Sin embargo, podemos colocar una nanoantena resonante a una distancia g (gap) sobre una película conductora; en el gap se confinará el campo electromagnético en una serie de modos resonantes. Para los modos en los que el campo eléctrico es máximo en las aristas del cubo se produce una densidad de corriente superficial de campo magnético que fluye en el gap. Con un número suficiente de nanoantenas sobre un conductor eléctrico se logra que la densidad de corriente superficial del campo magnético sea suficiente para compensar la densidad de corriente eléctrica de la onda incidente. Esta compensación ocurrirá con preferencia a cierta frecuencia óptica del espectro que dependerá del cociente entre el lado de la nanoantena y el grosor del gap.

El nuevo artículo propone usar nanocubos como nanoantenas sobre una nanopelícula de oro recubierta de un polímero como dieléctrico (con índice de refracción 1,54). La eficiencia como absorbente de estas nanoantenas ha sido calculada numéricamente utilizando el software comercial COMSOL en Matlab (para las simulaciones en dos dimensiones) y un método espectral basado en series de Fourier para las simulaciones en tres dimensiones. La figura de arriba (abajo, derecha) muestra el campo magnético de un modo guiado de tipo plasmón en el gap entre el nanocubo y la superficie metálica. El índice de refracción del dieléctrico se reduce al reducir el grosor del gap, incrementando la frecuencia (longitud de onda) del modo resonante del plasmón. La eficiencia de absorción de un nanocubo es bastante alta, del orden del 97%, por lo que para lograr una absorción ideal (100%) basta recubrir el 3% de la superficie del conductor con nanocubos.

 

Los autores del estudio han fabricado los píxeles con los nanocubos distribuidos de forma aleatoria y diferentes grosores para el gap calculando el espectro de absorción de los píxeles y verificando que la banda de absorción es bastante estrecha (algo deseable en la mayoría de las aplicaciones). Para lograr un banda de absorción más ancha habría que controlar durante la fabricación la distancia de separación entre los nanocubos, garantizando una separación mínima entre ellos.

Quizás algún lector que haya llegado hasta aquí se preguntará por qué los autores usan nanocubos en lugar de nanoesferas, en apariencia más difíciles de fabricar. La razón es que el plasmón entre la nanoantena y la superficie metálica cambia mucho su forma y propiedades cuando la cavidad que lo confina no tiene paredes planas. Con nanoesferas es difícil logra un buen absorbente para luz incidente en la dirección normal al conductor. Además, la clave de la absorción está en el efecto de las bordes del cubo, mucho menor en el caso de las nanoesferas. En cuanto a la fabricación de los nanocubos, en la actualidad hay técnicas de síntesis química capaces de fabricarlos a escala industrial (que nacieron hace 10 años con el artículo de Yugang Sun, Younan Xia, “Shape-Controlled Synthesis of Gold and Silver Nanoparticles,” Science 298: 2176-2179, 13 Dec 2002). El mayor problema es lograr que todos los nanocubos tengan el mismo radio. La combinación de nanocubos de tamaño ligeramente diferente reduce la absorción de cada uno, lo que se puede compensar colocando un mayor número de nanocubos sobre la superficie del conductor.
En resumen, un trabajo técnico muy interesante y bastante prometedor.

Se realiza un experimento para resolver “un verdadero misterio” de la mecánica cuántica

Se realiza un experimento para resolver “un verdadero misterio” de la mecánica cuántica

Fuente: Ciencia Kanija

Artículo publicado el 1 de noviembre de 2012 en la Universidad de Bristol

¿De qué está hecha la luz, de ondas o de partículas? Esta pregunta básica ha fascinado a los físicos desde los primeros días a de la ciencia. La mecánica cuántica predice que los fotones, partículas de luz, son tanto ondas como partículas, simultáneamente. Según se informa en Science, físicos de la Universidad de Bristol han ofrecido una nueva demostración de esta dualidad onda-partícula de los fotones, conocida como “un verdadero misterio de la mecánica cuántica” por el ganador del premio Nobel Richard Feynman.

La historia de la ciencia está marcada por un intenso debate entra las teorías ondulatoria y corpuscular de la luz. Isaac Newton fue el principal defensor de la teoría corpuscular, mientras que James Clerk Maxwell y su tremendamente exitosa teoría del electromagnetismo, daban apoyo a la teoría ondulatoria. Sin embargo, las cosas cambiaron drásticamente en 1905, cuando Einstein demostró que era posible explicar el efecto fotoeléctrico (que había seguido siendo un misterio hasta ese momento) usando la idea de que la luz está hecha de partículas: los fotones. Este descubrimiento tuvo un gran impacto en la física, dado que contribuyó enormemente al desarrollo de la mecánica cuántica, la teoría científica más precisa jamás desarrollada.

Quantum Physics for Dummies © by Shiny Things

A pesar de su éxito, la mecánica cuántica presenta un gran desafío a nuestra intuición cotidiana. De hecho, la teoría predice con una notable precisión el comportamiento de objetos pequeños, tales como átomos y fotones. Sin embargo, cuando se echa un vistazo más de cerca a estas predicciones, tenemos que admitir que van totalmente contra la intuición. Por ejemplo, la teoría cuántica predice que una partícula (por ejemplo, un fotón), puede estar en distintos lugares al mismo tiempo. De hecho, incluso puede estar en infinitos sitios al mismo tiempo, exactamente como una onda. De aquí la idea de la dualidad onda-partícula, que es fundamental para todos los sistemas cuánticos.

Sorprendentemente, cuando se observa un fotón, se comporta como onda o como partícula, pero nunca se aprecian ambos aspectos a la vez. De hecho, el comportamiento que presenta depende del tipo de medida que se realice sobre el mismo. Este asombroso fenómeno se ha investigado experimentalmente en los últimos años, usando dispositivos de medida que pueden cambiar entre las medidas ondulatorias y corpusculares.

En un artículo publicado en la revista Science, los físicos de la Universidad de Bristol dan un nuevo giro a estas ideas. Los doctores Alberto Peruzzo, Peter Shadbolt y el profesor Jeremy O’Brien del Centro de Fotónica Cuántica se unieron a los teóricos cuánticos, el Dr. Nicolas Brunner y el profesor Sandu Popescu para idear un nuevo tipo de aparato de medida que pudiese medir a la vez el comportamiento corpuscular y ondulatorio. Este nuevo dispositivo funciona gracia a la no localidad cuántica, otro impactante efecto cuántico poco intuitivo.

El Dr. Peruzzo, miembro investigador en el Centro de Fotónica Cuántica, dice: “El aparato de medida detectó una fuerte no localidad, certificando que el fotón se comportaba simultáneamente como onda y partícula en nuestro experimento. Esto representa una sólida refutación de los modelos en los que el fotón es una onda o una partícula”.

El profesor O’Brien Director del Centro de Fotónica Cuántica, dice: “Para llevar a cabo esta investigación, usamos un chip fotónico cuántico, una novedosa tecnología desarrollada en Bristol. El chip es reconfigurable, por lo que puede programarse y controlarse para implementar diferentes circuitos. Hoy, esta tecnología es un enfoque principal en la búsqueda de la construcción de un computador cuántico y, en el futuro, permitirá nuevos y más sofisticados estudios de aspectos fundamentales de los fenómenos cuánticos”.

Una prometedora perspectiva para resolver un verdadero misterio de la mecánica cuántica. ¡Permanece atento!

---

Artículo de Referencia:
‘A Quantum Delayed Choice Experiment’ by Peruzzo et al. in Science
Fecha Origina: 1 de noviembre de 2012
Enlace Original

Nuevo paradigma cosmológico

Fuente: Neofronteras

Proponen un nuevo paradigma basado en la teoría cuántica de lazos para los momentos iniciales del Big Bang que podría comprobarse experimentalmente.
Como ya sabe el lector habitual de NeoFronteras, todavía no hay una teoría cuántica de gravedad. Hay, eso sí, algunos marcos conceptuales con los que se trabaja y que quizás algún día den lugar a una teoría de ese tipo. Uno de estos marcos conceptuales es la teoría cuántica de lazos, que fue propuesta por Abhay Ashtekar de Penn State. Usando este marco se propuso hace un tiempo un modelo que pretendía decir qué pasó antes del Big Bang y que proponía que el Big Bang era un rebote de un universo anterior.
Ahora, Ashtekar y sus colaboradores proponen un nuevo paradigma basado en la teoría cuántica de lazos para los momentos iniciales del Big Bang. Este nuevo paradigma permite, por primera vez, ver cómo pudieron evolucionar las grandes estructuras del Universo a partir de las fluctuaciones cuánticas del propio espacio-tiempo, pues proporciona un marco matemático y conceptual que permite describir la exótica geometría mecánico-cuántica del espacio-tiempo. La idea es entender la dinámica que la materia y la geometría experimentaron durante esas eras tan tempranas del Universo.
Se cree que durante el Big Bang la densidad del Universo era inimaginablemente alta de tal modo que la Teoría General de la Relatividad no puede describir ese estado. La densidad de materia alcanzaría los 10⁹⁴ gramos por centímetro cúbico, que es muchos órdenes de magnitud superior a la densidad de un núcleo atómico (10¹⁴ g/cm³).
En ese ambiente mecánico-cuántico las propiedades físicas serían muy distintas a las de hoy en día y se manifestarían probabilísticamente, tal y como dicta la Mecánica Cuántica.
No podemos reproducir esas condiciones en los laboratorios y además no hay ninguna observación que nos permita ver directamente ese estado, así que esta teoría, al igual que otras, tiene problemas de falsabilidad. Como ya sabemos, el Universo se hizo transparente por primera vez pasados unos 380.000 años después del Big Bang, evento que vemos ahora como el fondo cósmico de microondas. Se supone que hay un fondo cósmico de neutrinos y quizás un fondo cósmico de ondas gravitatorias, pero ninguno puede retrotraernos a los instantes iniciales del Big Bang cuando los fenómenos mecánico-cuánticos eran importantes.
Sin embargo, este nuevo paradigma permite, según sus proponentes, realizar algunas predicciones que podrían ser comprobadas observacionalmente.
Si el Big Bang hubiese sido perfecto y hubiera dado lugar a algo perfectamente homogéneo no tendríamos cúmulos de galaxias, galaxias, estrellas o planetas, sino un montón de átomos equidistantes. Para que la gravedad opere se necesita alguna irregularidad a la que poder agarrarse. El Big Bang clásico producía demasiadas irregularidades y daba lugar a un universo que no era homogéneo ni isótropo, pero lo que observamos es un universo homogéneo ni isótropo. La idea de inflación se introdujo para solucionar este problema. Según esta hipótesis el Universo sufrió un proceso rápido de inflación que hizo que creciera a velocidad superlumínica (el espacio no tiene límites a la hora de expandirse, pero los objetos en su interior no pueden ir más rápidos que la luz). Este proceso inflacionario aplanó el universo y lo dejó en un estado muy homogéneo e isótropo. A la vez habría aumentado las pequeñas fluctuaciones cuánticas del propio Big Bang y proporcionado las suficientes “semillas” para que la gravedad formara la estructura a gran escala del Universo.
Este nuevo trabajo proporciona precisamente esas fluctuaciones primigenias y los resultados muestran, según sus autores, que las condiciones iniciales en el comienzo del Big Bang dan de forma natural la estructura a gran escala del Universo que observamos. Las predicciones encajan con lo que se observa en el fondo cósmico de microondas (FCM), cuyas irregularidades son un reflejo de esas fluctuaciones primigenias.
Para ello asumen que nuestro universo procede de un universo previo en contracción que se colapsó y rebotó en lo que llamamos Big Bang. El estudio cubre una época desde la inflación hacia a atrás que cubre 11 órdenes de magnitud en densidad de materia y en curvatura del espacio-tiempo. Han conseguid además delimitar las condiciones iniciales que se dieron en el Gran Rebote y comprobado que la posterior evolución concuerda con las observaciones del FCM.
Quizás lo más interesante es que han encontrado una gama de valores estrecha para ciertos parámetros que permiten al nuevo paradigma predecir efectos novedosos que la teoría del Big Bang estándar más inflación no predicen.
“Es excitante que pronto podamos ser capaces de comprobar estas predicciones diferentes”, dice Ashtekar. Espera que en nuevas misiones de observación se comprueben estas predicciones y que además se pueda ganar una mayor comprensión del universo muy temprano.
Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3977
Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Copia del artículo en ArXiv.
Artículo en ArXiv.
Ivan Agullo, Abhay Ashtekar, and William Nelson. Quantum gravity extension of the inflationary scenario. Physical Review Letters, 11 de diciembre, 2012.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.

Pronta detección de ondas gravitatorias

Fuente: Neofronteras 

 

Según un estudio teórico la detección de ondas gravitatorias estaría a la vuelta de la esquina.
Una de las predicciones más interesantes de la Relatividad General es la existencia de ondas gravitatorias. Al igual que las ondas provocadas por un terremoto se propagan por la corteza terrestre, eventos extremadamente energéticos que se dan en el Universo producirían ondas. Estas ondas se moverían a la velocidad de la luz y estarían formadas por distorsiones del propio espacio-tiempo y no serían partículas u ondas que viajaran por él. A diferencia de las ondas que se propagan en un estanque al lanzar una piedra, las ondas gravitatorias tendrían más modos de vibración dependiendo del estado de polarización.
Así por ejemplo, si un frente de estas ondas gravitarías alcanza un volumen determinado del espacio éste se puede contraer y expandir alternativamente y con ello los objetos que contiene. Así por ejemplo en la animación se puede ver efecto de un haz de ondas gravitatorias sobre un anillo de partículas (fuente: Wikipedia).
Pero la intensidad de estas ondas es muy baja y esas contracciones y expansiones son mucho menores que el diámetro de un átomo. Ni la formación de agujeros negros, ni la colisión de estrellas de neutrones ni el propio Big Bang producen ondas gravitatorias que se puedan medir directamente en la actualidad.
La mejor prueba que hasta ahora se tiene sobre la existencia de estas ondas es la contracción orbital de un par de púlsares. Pérdida de energía cuya cuantía encaja con la energía que se llevaría la radiación de ondas gravitatorias que abandona el sistema.
Una manera de intentar detectar estas ondas directamente es usando interferómetros láser como LIGO. La idea es lanzar un haz de luz láser sobre unos brazos kilométricos en L sobre cuyos extremos se sitúan unos espejos. Las reflexiones reiteradas de este haz sobre ellos hacen que la distancia recorrida sea muy grande, lo que aumenta las posibilidades de detectar estas ondas. Ahora mismo hay varios grupos que trabajan en este asunto, mejorando cada vez más estos interferómetros. LIGO, que se encuentra en el estado de Washington, está bajo una actualización que le permitirá alcanzar gran sensibilidad, se espera que esta actualización termine antes de que finalice 2019.
La mejor oportunidad que se puede tener para detectar ondas gravitatorias es que se dé la colisión entre dos agujeros negros supermasivos, algo que se produce cuando dos galaxias colisionan. El problema es la frecuencia a la que se puede dar este tipo evento.
Ahora Sean McWilliams, de Princeton University, ha publicado un trabajo en el que calcula la probabilidad de que se dé una colisión entre ese tipo de agujeros negros. Llega a la conclusión de que la frecuencia con la que se da este tipo de eventos es mucho más alta de lo que se creía.
Según los datos astronómicos, en los últimos 6000 millones de años las galaxias han doblado su masa y quintuplicado su tamaño. Esto se habría dado gracias a la colisión de galaxias más pequeñas, fenómeno que se puede observar directamente con nuestros telescopios. Los modelos computacionales pueden reproducir muy bien esas colisiones que observamos y en ellos se predice la colisión de los agujeros negros que hay en sus centros.
A partir de esta información McWilliams calcula que la colisión de agujeros negros supermasivos es de 10 a 30 veces más frecuente de lo que se creía.
Esto significa que quizás este tipo de eventos ya ha sido registrado y se encuentra en las bases de datos. Sólo haría falta buscarlos, según McWilliams. En concreto, en los datos procedentes no de los interferómetros, sino de la observación de púlsares. Como cuanto mayor sea la distancia considerada mejor se pueden detectar estas ondas, se puede usar la distancia que media entre nosotros y ciertos púlsares. Las ondas de radio que emiten estos objetos se conocen con mucha precisión y emiten pulsos cada cierto intervalo preciso de tiempo. Así que si una onda gravitatoria cruza el espacio que media entre nosotros y esos objetos se producirá un cambio en el tiempo que recibimos algunos de esos pulsos de ondas de radio.
En el peor escenario posible McWilliams predice que por fin detectaremos ondas gravitarías por este método antes de 2016 con una probabilidad del 95%.
La detección de ondas gravitatorias supondría un triunfo más de Einstein desde la ultratumba y un hito científico. El equipo que lo registrase tendría el premio Nobel asegurado. A ver si con un poco de suerte lo contamos en NeoFronteras antes de 2016.
Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3975
Fuentes y referencias:
Artículo en ArXiv

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.