Carnaval de la Física: Somos polvo de estrellas


Posiblemente, ésta sea una de las citas más célebres de la ciencia. En apenas cuatro palabras, algunas más en la versión original (We are made of star stuff) en su obra Cosmos, uno de los grandes genios de la ciencia del siglo XX como es Carl Sagan, condensa de forma maravillosa el poder de la palabra y la realidad científica.

No es sólo una poética forma de expresar nuestro origen y conectarnos con el universo que nos rodea, sino un hecho científico clave para comprender quíenes somos, de dónde venimos, y cómo hemos llegado a ser lo que somos. Esta cita aparece en numerosas ocasiones en distintos contextos pero, ¿estamos seguros de lo que significa? Hagamos un breve recorrido sobre esta cuestión y rastreemos nuestros orígenes cósmicos.




Miramos a nuestro alrededor y vemos un mundo complejo, rebosante de vida y estructuras que se han ido ensamblando a partir de pequeños componentes para construir el universo que vemos. Si vamos poco a poco acercando el microscopio vemos que a nivel fundamental, existen un puñado de elementos que hacen de bloques básicos sobre los que se asientan el resto de estructuras. La simplicidad del agua, simple hidrógeno y oxígeno, base de la vida; el carbono, clave para la biología tal y como la conocemos; silicio, fósforo, calcio… ¿de dónde salieron cada uno de ellos? ¿Cómo llegaron hasta aquí?

El proceso mediante el cual se forman los elementos que vemos en la tabla periódica se conoce generalmente como nucleosíntesis, y consta de distintos grupos en cuanto a tipo de síntesis:

  • Nucleosíntesis del Big Bang: También conocida como nucleogénesis. En los primeros instantes del universo, según la teoría aceptada por la comunidad científica, se formaron principalmente los átomos de elementos ligeros, como el hidrógeno, helio, y parte de litio y berilio. Durante los primeros 300 segundos del universo, el plasma de quark-gluón generado por el Big Bang, se enfrió por debajo del billón de grados permitiendo que se “congelara” para formar protones y neutrones que formasen los núcleos de estos elementos en forma de plasma. Posteriormente, debido a la expansión y enfriamiento del universo, este plasma pudo asentarse en forma de átomos neutros.
  • Nucleosíntesis estelar: En el segundo paso, los elementos ligeros generados en la nucleosíntesis del Big Bang, se unen debido a la fuerza de la gravedad en enormes bolas de gas, las estrellas. Posiblemente la nucleosíntesis estelar sea la más conocida debido a que es la que observamos de forma cotidiana. De todos es sabido que las estrellas obtienen su energía a partir de un proceso conocido como fusión nuclear. En dicho proceso, dos átomos ligeros, merced a la presión y temperatura en el núcleo de la estrella, se fusionan en un núcleo más pesado, generando una gran energía. Como si del atanor de un alquimista se tratara, distintos isótopos de elementos ligeros van fusionándose para generar elementos pesados. Del hidrógeno al helio, y llegando a elementos como el oxígeno, el carbono y el hierro y el níquel.
  • Nucleosíntesis explosiva: Ya tenemos algunos de los sospechosos habituales para la vida, oxígeno, hidrógeno, carbono; así como otros elementos habituales como el hierro, calcio, fósforo etc… Pero, ¿cómo salieron de los nucleos estelares donde estaban encerrados? ¿Y cómo se formaron el resto de elementos pesados? Aquí es donde entra la nucleosíntesis explosiva. En este proceso, la muerte de una estrella da origen a los elementos más pesados, y su onda expansiva esparce estas semillas por todo el universo. Durante el proceso de nucleosíntesis estelar que vimos antes, la estrella en su proceso de fusionar elementos ligeros, conforme agota los mismos no puede mantener la generación de energía que es lo que mantiene la estabilidad del núcleo, evitando que colapse bajo la gravedad. Al faltar este proceso de generación de energía el nucleo de la estrella se contrae y estalla, liberando una gran cantidad de energía… y los elementos pesados que contiene en su interior. Durante el proceso de estallido las energías generadas en la explosión hacen que se formen átomos pesados como el uranio o torio, más pesados que el hierro y níquel de la nucleosíntesis estelar.

Podemos resumir el camino brevemente. El Big Bang generó un plasma de quark-gluones que al enfriarse generó protones y neutrones que se combinaron para formar los núcleos de los primeros elementos. Tras varias fases posteriores en el universo de enfriamiento, reionización etc… estos elementos ligeros iniciales se unieron gravitatoriamente en bola de gas que formaron las primeras estrellas, que en el interior de sus núcleos fusionaban los elementos ligeros formando otros más pesados. Finalmente, en la muerte de estas estrellas con un estallido de supernova, se forman el resto de elementos pesados y se dispersan por el universo. A partir de los restos de estos estallidos y nubes de gas se forman nuevas estrellas con planetas a su alrededor, en los que estos elementos pesados, fruto de procesos que duran miles de millones de años, se combinan para dar origen a lo que vemos.

Ahora mírate, y piensa en el maravilloso viaje que cada átomo de tu cuerpo ha realizado, desde los confines del cosmos y las entrañas de una estrella, para llegar a formar quien eres.

Fuente | Ciencia Kanija


Leer más...

Identificada una bomba de relojería estelar


Usando el Telescopio Muy Grande de ESO y su capacidad para lograr imágenes tan definidas como si se tomasen desde el espacio, los astrónomos de la Universidad de Warwick y de la Universidad de Manchester han realizado la primera película por intervalos de una inusual capa de materia eyectada por una “estrella vampiro”. Ver el video.

La “estrella vampiro”, conocida como V445 en la constelación de Puppis (‘la Popa’), ha estado consumiendo gas de una estrella compañera cercana provocando que sufra una explosión de nova, haciéndose 250 veces más brillante que antes y eyectando una gran cantidad de materia al espacio.





Esto permitió a un equipo de astrónomos, incluyendo a investigadores del Reino Unido de la Universidad de Warwick y la Universidad de Manchester, estudiar V445 Puppis en gran detalle y determinar la distancia y brillo intrínseco del objeto en explosión. El Consejo de Instalaciones Tecnológicas y Científicas patrocina la membresía del Reino Unido en ESO, permitiendo a los astrónomos acceder a sus telescopios para llevar a cabo las investigaciones.

A partir de los hallazgos, en la edición del 20 de noviembre de la revista Astrophysical Journal, parece que este sistema estelar doble es un candidato principal para ser uno de los progenitores buscados desde hace tiempo de las estrellas en explosión conocidas como supernovas de Tipo Ia, críticas para el estudio de la misteriosa energía oscura.

V445 Puppis es la primera, y hasta ahora única, nova que parece no tener hidrógeno. Esto proporciona la primera evidencia de un estallido en la superficie de una enana blanca dominada por el helio. El Dr. Danny Steeghs, de la Universidad de Warwick, uno de los miembros clave del equipo y coautor del artículo dijo: “Esto es crítico, dado que sabemos que las supernovas de Tipo Ia carecen de hidrógeno y la estrella compañera en V445 Pup encaja muy bien también con esta carencia, volcando en lugar de éste, gas de helio en la enana blanca”

El equipo de astrónomos usó el instrumento de óptica adaptativa NACO sobre el Telescopio Muy Grande de ESO para obtener imágenes muy detalladas de V445 Puppis a lo largo de un lapso de tiempo de dos años después del estallido de noviembre de 2000. Las imágenes muestran una capa bipolar, incialmente con una cintura muy estrecha, con lóbulos a cada lado. También se ven dos nudos en ambos extremos de la capa, los cuales parecen moverse a aproximadamente 30 millones de kilómetros por hora. La cobertura – al contrario que en cualquier nova anteriormente observada — se mueve ella misma a 24 millones de kilómetros por hora. Un grueso disco de polvo, el cual debe haber haberse generado durante el último estallido, oscurece las dos estrellas centrales.

“El increíble detalle que podemos ver en escalas tan pequeñas — aproximadamente 100 miliarcosegundos, que es el tamaño aparente de una moneda de un euro vista a unos 40 kilómetros — es sólo posible gracias a la tecnología de óptica adaptativa disponible en telescopios terrestres tales como el VLT de ESO”, añade el Dr. Steeghs.

Una supernova es una forma en la que una estrella puede acabar su vida, estallando en un espectáculo de fuegos artificiales. Una familia de supernovas, conocidas como supernovas de Tipo Ia, son particularmente interesantes para la cosmología dado que pueden usarse como “candelas estándar” para medir distancias en el universo y también pueden usarse para calibrar la expansión acelerada dirigida por la energía oscura.

Las supernovas de Tipo Ia se cree que son el resultado de explosiones de enanas blancas, estrellas muertas súper-densas de aproximadamente el tamaño de la Tierra que una vez fueron el núcleo de estrellas como el Sol y cuyas capas exteriores se han perdido en el espacio.

Una característica que define a las supernovas de Tipo Ia es la falta de evidencias de hidrógeno en la luz que producen, aunque el hidrógeno es el elemento químico más común en el universo. Tales supernovas surgieron muy probablemente en sistemas compuestos por dos estrellas, una de elas mismas siendo una enana blanca. Cuando tales enanas blancas, actuando como vapiros estelares que absorben materia de una estrella compañera, se hacen más pesadas de cierto límite, se hacen inestables y explotan.

El coautor del artículo, el Dr. Tim O’Brien, del Centro Jodrell Bank para Astrofísica de la Universidad de Manchester continúa: “Cuando la enana blanca se alimenta de su compañera, el gas capturado se acumula en su superficie hasta que empieza la reacción termonuclear, provocando una explosión masiva que expulsa materia hacia el espacio a velocidades fenomenales”.

Una vez que termina el estallido, el gas se acumulará de nuevo en la enana blanca hasta que en algún momento futuro, V445 Pup explote de nuevo. La pregunta clave es si, aferrándose a parte de la materia canibalizada de su compañera, la enana blanca logra ganar peso tras cada ciclo de estallidos.

Como explica el Dr. O’Brien: “Si la enana blanca aumenta su masa entonces finalmente alcanzará el punto en el que será destrozada en una titánica explosión de supernova y su ciclo de estallidos llegará a su fin”.

Combinando imágenes de NACO con datos obtenidos de varios telescopios los astrónomos pudieron determinar la distancia al sistema — aproximadamente 25 000 años luz al Sol — y su brillo intrínseco – unas 10 000 veces más brillante que el Sol. Esto implica que la enana blanca vampiro de este sistema tiene una masa que está cerca de su límite fatal y aún está siendo alimentada por su compañera a un ritmo alto.

El Dr. Patrick Woudt, de la Universidad de Ciudad del Cabo, autor principal del artículo que informa de los resultados dice:: “Uno de los problemas principales en la astrofísica moderna es el hecho de que aún no sabemos exactamente qué tipo de sistema estelar estalla como una supernova de Tipo Ia. Dado que estas supernovas desempeñan un papel crucial al demostrar que la expansión del universo está actualmente acelerando, empujada por la misteriosa energía oscura, esto resulta bastante vergonzoso. Si finalmente V445 Puppis estallará como supernova, o su los actuales estallidos de nova han reemplazado ese camino expulsando demasiada materia al espacio, es algo que no está claro. ¡Pero tenemos un sospechoso bastante bueno para una futura supernova de Tipo Ia!”

Fuente | Ciencia Kanija


Leer más...

La luz de una estrella se convierte en el objeto astronómico más lejano observado en la Tierra

La luz de una estrella que explotó hace 13.000 millones de años ha alcanzado la Tierra y se convierte así en el objeto astronómico más lejano nunca observado antes, según publica hoy la revista Nature.

Las características de esta explosión, en realidad un estallido de rayos-X, muestra que las estrellas "masivas" (aquellas que tienen un tamaño superior a ocho masas solares, unas 2.600.000 veces la masa de la Tierra) se formaron hace "solamente" 630 millones de años después del Big Bang.


La luz de una estrella que explotó hace 13.000 millones de años se convirtió en el objeto astronómico más lejano observado desde la Tierra. En la foto, el nuevo telescopio público del Museo Aire y Espacio de Washington. EFE/Archivo



Dos equipos de astrónomos -liderados por el profesor Nial Tanvir, de la Universidad de Leicester, y Rubén Salvaterra, de la Universidad Milano-Bicocca- son los autores de este estudio, en el que analizaron el "corrimiento hacia el rojo" de la estrella y lo situaron en 8,2.

Esta técnica sirve para medir la longitud de onda de la luz y otras radiaciones electromagnéticas y, a través de ella, los investigadores concluyeron que la explosión tuvo lugar cuando el universo tenía menos del 5 por ciento de su edad actual.

El anterior récord lo tenía una galaxia con un "corrimiento hacia el rojo" de 6,96, por lo que era 150 millones de años más joven que la descubierta ahora.

La edad del objeto detectado recientemente abre una ventana a una era cosmológica que no era accesible a la observación, que, según se cree, terminó hace unos 800 ó 900 millones de años después del Big Bang, cuando la luz procedente de las estrellas y galaxias reionizó el gas que impregnaba el universo anteriormente.

Cuantas más explosiones de rayos gamma de aquellos años se detecten, más probabilidades habrá de identificar el progreso de esta reionización, defienden en Nature los autores del estudio.

Leer más...

El gas más caliente del universo


Científicos espaciales han descubierto el lugar más caliente conocido en el universo con temperaturas que llegan hasta unos asombrosos 300 millones de grados C.

Una nube de gas abrasador está rodeando a un enjambre de galaxias agrupadas entre sí a 5000 millones de años luz de distancia en la constelación de Virgo.

El punto caliente cósmico fue detectado por un telescopio de rayos-X a bordo del satélite japonés Suzaku. El cúmulo de galaxias, conocido como RXJ1347, tiene 5 millones de años luz de anchura.

Los científicos combinaron sus resultados con imágenes en rayos-X tomadas por el telescopio espacial Chandra para revelar que el gas que rompió el récord está contenido en un área de 450 000 años luz de anchura que brilla como un punto de luz.


Una imagen del cúmulo de galaxias RXJ1347 tomada con el telescopio espacial Hubble y la misma región en rayos-X por Chandra. (NASA)


Los astrónomos están desconcertados debido a que el gas está muchas veces más caliente que cualquier otro observado en galaxias anteriormente. En comparación, el centro del Sol arde a “sólo” 15 millones de grados C.

Su mejor opción para explicar las abrasadoras temperaturas del gas es que las galaxias colisionaron violentamente con otro cúmulo de galaxias a velocidades de 4000 kilómetros por segundo.

El Profesor Asistente Naomi Ota de la Universidad de Tokio dijo: “Este es el evento terrible. Estas colisiones de cúmulos de galaxias son los eventos celestes más violentos en términos de energía desde el Big Bang”. Informe completo aquí.

Fuente | Ciencia Kanija


Leer más...

El sorprendente contenido de los lagos de Titán


Los lagos de Titán tienen algunos contenidos químicos sorprendentes, de acuerdo con los últimos datos de la nave Cassini.

Uno de los exóticos atractivos de Titán, la luna de Saturno, es la posibilidad de que tenga océanos y lagos con olas, no muy distintos a los de la Tierra. En la década de 1990, los astrónomos descartaron la posibilidad de un océano global usando medidas de radar tomadas desde la Tierra pero la posibilidad de lagos permanecía. Y, efectivamente, en 2005, la nave Cassini observó una gran característica similar a un lago conocido como Ontario Lacus cerca del polo sur y desde entonces se han observamos otros muchos de menor tamaño.



Pero, ¿de qué están hechos los lagos? La idea común es que los lagos deben ser una mezcla de etano líquido, metano y nitrógeno. No obstante, la cantidad de metano en la atmósfera hace que sea difícil verlo en forma líquida a nivel del mar y sólo se ha observado directamente etano líquido en Ontario Lacus.

La única otra forma de deducir la composición de los lagos es crear un modelo termodinámico de la atmósfera usando datos de naves y laboratorios y cálculos teóricos. Y, por supuesto, los datos de Cassini están revolucionando estos cálculos.

Hoy, Daniel Cordier de la Escuela Nacional Superior de Química de Rennes en Francia, et al., presentan la última aproximación a los datos. Su tratamiento de los datos revela que: “los constituyentes principales de los lagos son etano (76-79%), propano (7-8%), metano (5-10%), cianuro de hidrógeno (2-3%), buteno (1%), butano (1%) y acetileno (1%)”.

Ésta es una mezcla más rica de lo esperado. Pero también es útil debido a que permite cálculos más detallados sobre el papel del líquido en la superficie de Titán. “Nuestros resultados proporcionan los datos químicos necesarios para calcular la cantidad de deposición de distintos hidrocarburos y nitrilos en valles fluviales en las latitudes medias de Titán”, dice el equipo.

Y esto debería permitir a los geólogos planetarios construir y probar una nueva generación de modelos que demuestran cómo los ríos y flujos han excavado la superficie de Titán. Los geólogos esperarán ansiosamente. Las diferencias así como las similitudes con los procesos que tienen lugar en la tierra deberían formar una lectura fascinante.

Fuente | Ciencia Kanija

Leer más...
 
ir arriba