Dos agujeros negros ubicados en la galaxia SDSS J1430+2303, situada a 1.000 millones de años luz de la Tierra, se encuentran en trayectoria de colisión y el choque se sentirá en nuestro planeta en el 2025.
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De acuerdo con el reporte publicado en el sitio web deAstro Aventura, a escala cósmica, tres años significa que el impacto entre los agujeros negros será inminente y podría pasar a la historia como uno de los grandes eventos astronómicos modernos.
La colisión entre estos agujeros negros alcanzaría una masa combinada de alrededor de 200 millones de soles. El evento despierta interés de la comunidad científica porque permitirá estudiar cómo los agujeros aumentan su tamaño, cómo originan nuevas estructuras cósmicas y otros fenómenos.
Sería la segunda vez que se registra este fenómeno, luego de que en 2016 se generara un choque idéntico. En aquella ocasión, los observatoriosLIGO, Virgoy GEO600anunciaron la primera detección de ondas gravitacionales producidas por la fusión de dos agujeros negros.
Los misterios de la galaxia SDSS J 1430+2303
La SDSS J 1430+2303 es una galaxia elíptica, con una masa acumulada de 150 mil millones de soles y que presenta un núcleo galáctico activo, que está experimentando una variabilidad periódica en permanente aceleración.
Galaxia (Unsplash)
Los científicos creen que los agujeros negros, cerca del punto de fusión, podrían acoplarse y despedir un impresionante caudal energético incluso antes del final de este año.
Las variaciones en la luz de rayos X emitida por la galaxia y la emisión asociada con el hierro estarían indicando con un nivel de confianza del 99,96 por ciento que el fenómeno corresponde a la inminente colisión entre agujeros negros supermasivos.
Los investigadores no pueden determinar aún con certeza si realmente el fenómeno que está sucediendo en el corazón de la galaxia analizada es el escenario previo a la colisión. Indicaron que es imprescindible seguir observando la extraña galaxia SDSS J1430+2303, para ver si se puede identificar de manera concluyente el evento.
Imagen de portada: Ilustración artística de una colisión de agujeros negros SIMULATING EXTREME SPACETIMES (SXS) PROJECT (SIMULATING EXTREME SPACETIMES (S/Europa Press)
FUENTE RESPONSABLE: Fayer Wayer. Por Guy Acurero. 7 de octubre 2022.
Martin Rees no es un astrofísico del montón (si es que se puede ser un astrofísico «del montón»). Este cosmólogo británico ha sido presidente de la prestigiosa Royal Society de Londres, rector del no menos reputado Trinity College, y ejerce como profesor emérito de Cosmología y Astrofísica en la Universidad de Cambridge. Además, por si su currículo no fuese ya suficientemente impresionante, desde 1995 ostenta el título honorario de Astrónomo Real, lo que lo coloca en la misma senda por la que han caminado antes que él otros astrónomos célebres, como Edmund Halley o Sir Harold Spencer Jones.
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Durante su carrera ha estudiado fenómenos tan apasionantes y complejos como el rol que puede tener la materia oscura en la formación de las galaxias, la existencia de las ondas gravitacionales, la formación de los agujeros negros o cómo se distribuyen los cuásares a lo largo y ancho del Universo. También ha publicado varios centenares de artículos científicos y nueve libros de divulgación. Precisamente este artículo está dedicado al último de ellos. Y es que en un capítulo de‘En el futuro: perspectivas para la humanidad’Rees plantea la posibilidad de que los experimentos que llevamos actualmente a cabo en los aceleradores de partículas puedan destruir la Tierra. O, incluso, todo el Universo.
Durante su carrera Martin Rees ha estudiado fenómenos tan complejos como el rol que puede tener la materia oscura en la formación de las galaxias, las ondas gravitacionales o la formación de los agujeros negros
Solo un puñado de científicos puede permitirse escribir algo así en un libro de divulgación y salir indemne. Martin Rees es uno de ellos. Aborda esta idea apoyándose en los planteamientos de otros científicos, pero al explicar estas teorías en su obra tal y como lo hace les da cuando menos una mínima credibilidad. Y por esta razón merece la pena que indaguemos en ellas, pero únicamente como curiosidad con ambición científica. Sin intranquilizarnos lo más mínimo. Y es que en la última sección del artículo veremos qué opina sobre estas ideas Javier Santaolalla, un doctor en física de partículas español que participó en los experimentos del CERN que propiciaronel descubrimiento del bosón de Higgs.
Un agujero negro voraz capaz de devorarlo todo
Esta no es la primera vez que alguien defiende la posibilidad de que la colisión de las partículas que hacemos chocar en los aceleradores provoquela formación de un diminuto agujero negroque podría incrementar su masa absorbiendo la materia circundante. Pero en esta ocasión quien describe esta idea es Martin Rees, por lo que parece razonable aceptar que podría dejar de ser una «magufada» para ser considerada una curiosidad científica. En su libro Rees afirma que según la Teoría General de la Relatividad enunciada por Albert Einstein la energía necesaria para producir un agujero negro microscópico es muy superior a la que generan las colisiones que producimos en los aceleradores actuales.
Además, y esto es algo que Rees no refleja en su libro pero que ha sido defendido en innumerables ocasiones por muchos físicos de partículas, si durante las colisiones se produjese un agujero negro microscópico se evaporaría en una fracción mínima de tiempo por efecto de la radiación de Hawking.
Y no llegaría a comportarse como un objeto estable ni a engullir materia de forma insaciable. Explicar a fondo cómo funciona esta forma de radiación descrita porel recientemente desaparecido Stephen Hawkingrequeriría que le dedicásemos un artículo completo, pero nos basta saber que los agujeros negros emiten radiación, y, por tanto, pierden masa hasta desaparecer completamente. Y que los menos masivos son los que se evaporan con más rapidez.
Lo que Martin Rees aporta a esta discusión, y lo que la hace interesante más allá de lo que ya sabíamos, deriva de algunas implicaciones de laTeoría de supercuerdas.Esta teoría es una hipótesis descrita por varios modelos teóricos que son candidatos a afianzarse como una Teoría del todo, y que, por tanto, pretenden aglutinar las cuatro interacciones fundamentales de la naturaleza: la gravedad, la fuerza electromagnética, la interacción nuclear débil y la interacción nuclear fuerte. En su libro Rees defiende que estas teorías describen dimensiones espaciales que coexisten con las tres con las que todos estamos familiarizados y que podrían «reforzar el agarre de la gravedad».
La relación entre estas dimensiones espaciales adicionales y el tirón gravitatorio del que habla Martin Rees no está clara porque su explicación en el libro es muy escueta. Con toda probabilidad su brevedad se debe a que la física sobre la que están construidas las teorías de supercuerdas que los físicos teóricos proponen actualmente es extraordinariamente compleja. En cualquier caso, lo realmente interesante es que Rees da visibilidad a la posibilidad, previsiblemente mínima, de que el refuerzo de la gravedad provocado por estas dimensiones espaciales extra provoque que una partícula en unas condiciones muy concretas implosione, dando lugar a un agujero negro presumiblemente diminuto, al menos en su estadio inicial.
La Tierra podría transformarse en un enorme ‘strangelet’
La palabra strangelet es peculiar. Y no es en absoluto algo casual. Un strangelet es una partícula hipotética que, según algunas teorías de la física actual, podría ser un elemento constituyente de la materia extraña. Como veis, nos adentramos, de la mano de Martin Rees, en un terreno pantanoso que no va más allá de lo hipotético. Antes de seguir adelante es necesario que repasemos algunas nociones acerca de la materia extraña, una peculiar forma de materia compuesta tan solo por tres tipos de quarks de los seis que hay en total: arriba (up), abajo (down) y extraño (strange).
Los quarks son partículas fundamentales que interactúan entre ellas para constituir partículas subatómicas como los protones o los neutrones, que son, a su vez, las partículas que podemos encontrar en el núcleo de los átomos. Como ejemplo, un neutrón está formado por un quark arriba y dos quarks abajo, que permanecen unidos gracias a la interacción nuclear fuerte. La característica más sorprendente de la materia extraña es que no está formada por los protones y los neutrones con los que estamos familiarizados debido a que está sometida a una presión tan alta que estas partículas quedan disociadas en sus elementos constituyentes, que, precisamente, son los quarks de los que hemos hablado unas líneas más arriba.
Al mismo tiempo, la enorme presión a la que están sometidas estas partículas fundamentales provoca que estén muy juntas, propiciando que la materia extraña tenga una densidad descomunal. Una característica interesante de esta forma de materia que ha sido descrita por los físicos teóricos es que es más estable que la materia ordinaria con la que todos estamos familiarizados, la que está compuesta por protones, neutrones y electrones. Curiosamente, algunos astrofísicos están convencidos de que el interior de algunas estrellas de neutrones está sometido a una presión tan alta que los neutrones podrían aparecer disociados en forma de materia extraña. Un dato sobrecogedor: la densidad de una estrella de neutroneses tal que un «dado» de un centímetro cúbico pesaría mil millones de toneladas.
Ya tenemos cierta intuición acerca de la naturaleza de la materia extraña, por lo que podemos volver a nuestros strangelets, que, como vimos al principio de esta sección, son los elementos constituyentes de esta forma de materia. Lo que algunos físicos postulan, y Martin Rees recoge en su libro, es que si un strangelet entra en contacto con el núcleo de un átomo de materia ordinaria podría transformarlo en materia extraña, liberando durante el proceso una gran cantidad de energía y más strangelets. Estos últimos presumiblemente saldrían despedidos en todas direcciones y al entrar en contacto con otros núcleos atómicos producirían una reacción en cadena que transformaría la materia ordinaria en materia extraña.
La densidad de una estrella de neutrones es tal que un «dado» de un centímetro cúbico pesaría mil millones de toneladas.
Rees se hace eco de las hipótesis defendidas por algunos físicos que describen la posibilidad de que las colisiones de partículas que llevamos a cabo en los aceleradores en determinadas circunstancias den lugar a la aparición de strangelets. Y estos al entrar en contacto con la materia ordinaria de la que está hecho nuestro planeta (y también nosotros mismos) podrían transformar por contagio toda la Tierra en una esfera hiperdensa de materia extraña de alrededor de 100 metros de diámetro. Imaginad toda la masa de nuestro planeta comprimida hasta tal punto que quede confinada a una esfera tan pequeña. Desde luego no parece algo agradable. Afortunadamente solo se trata de una hipótesis que, como veremos en la última sección del artículo, ha sido desmontada por muchos más físicos de los que la defienden.
Una transición de fase podría desgarrar el continuo espacio-tiempo
El tercer accidente recogido por Martin Rees en su libro como posible resultado de las colisiones que llevamos a cabo en los aceleradores de partículas es si cabe aún más dramático que los dos anteriores. En su explicación Rees recurre a una metáfora muy ilustrativa que defiende que el espacio que contiene todas las partículas y las fuerzas fundamentales que gobiernan el mundo físico podría existir en varias «fases», de la misma forma en que el agua puede encontrarse en tres estados diferentes: líquido, sólido o gaseoso. Lo interesante de esta perspectiva es que, según Rees, algunos físicos defienden que el vacío del espacio podría ser frágil e inestable.
La inestabilidad del vacío en determinadas circunstancias propiciadas por el choque de las partículas en los aceleradores podría provocar que el espacio cambie de fase súbitamente
Durante su explicación desarrolla más la analogía del espacio y el agua describiendo la posibilidad de sobreenfriar el agua más allá de la temperatura a la que se congela. Sin embargo, esto solo es posible si el agua es totalmente pura y está en perfecto reposo.
Cualquier perturbación, por mínima que sea, provocaría que el agua abandone este estado de sobreenfriamiento y adopte nuevamente la forma de hielo. Con el espacio podría suceder algo similar. La fragilidad e inestabilidad del vacío en determinadas circunstancias propiciadas por el choque de las partículas en los aceleradores podría provocar que el espacio cambie de fase súbitamente, desgarrando así el continuo espacio-tiempo y dando lugar a una catástrofe que no solo afectaría a la Tierra, sino, quizá, a todo el Cosmos.
Todo esto tiene interés teórico, pero no tenemos por qué preocuparnos
Después de describir los tres «accidentes» en los que acabamos de indagar Martin Rees expone que las teorías más aceptadas son tranquilizadoras porque aseguran que el riesgo que entrañan los experimentos que estamos llevando a cabo en los actuales aceleradores de partículas, como los del CERN, es cero.
Las razones que esgrime el grueso de la comunidad científica para defender esta afirmación son contundentes: los rayos cósmicos, que están constituidos por partículas con una energía muy superior a la que manejamos en los aceleradores, colisionan con frecuencia en el Cosmos, y, que sepamos, no han producido ninguna catástrofe.
No obstante, no hace falta que nos remontemos a los confines de la galaxia para reforzar este argumento. Esos mismos rayos cósmicos de alta energía impactan constantemente con los núcleos atómicos de la atmósfera de nuestro planeta y es evidente que no han provocado la formación ni de agujeros negros, ni de strangelets, ni tampoco la ruptura del continuo espacio-tiempo.
En cualquier caso, para indagar un poco más en todo este asunto y clarificarlo en la medida de lo posiblehemos hablado con Javier Santaolalla, un doctor en física de partículas e ingeniero de telecomunicación español que ha trabajado en algunas de las instituciones científicas más respetadas, como la Agencia Espacial Francesa, el CIEMAT o el CERN. De hecho, dentro de esta última organización formó parte del equipo de físicos que hizo posible el descubrimiento en 2012 del bosón de Higgs.
Las primeras explicaciones de Javier, como esperaba, son profundamente tranquilizadoras: «Martin Rees habla de teorías muy improbables y exóticas.
En su descripción hay mucha especulación debido a que todos los escenarios que plantea son muy extraños. Podemos estar seguros de que las colisiones que llevamos a cabo en los aceleradores de partículas no entrañan riesgos si nos fijamos en los rayos cósmicos. Son mucho más energéticos que los choques que estamos produciendo ahora y los que produciremos en el futuro, y no hemos observado que ningún planeta haya colapsado o desaparecido debido a la acción de estas partículas de altísima energía».
«Martin Rees habla de teorías muy improbables y exóticas. Podemos estar seguros de que las colisiones que llevamos a cabo en los aceleradores de partículas no entrañan riesgos si nos fijamos en los rayos cósmicos»
Además, Javier apunta varias ideas muy interesantes que sin duda enriquecen esta discusión: «Una teoría incluso ha predicho que el campo de Higgs podría tener una forma tal que diese lugar a un efecto túnel capaz de desgarrar el Universo.
A mí personalmente, como físico experimental, estas teorías me hacen pensar que estamos tan perdidos acerca de la forma en que debemos avanzar en nuestro conocimiento de la física fundamental que aparecen ideas tan extrañas como estas. Yo creo que el Universo es más sencillo que todo eso, y defiendo que la teoría que vendrá después no introducirá este tipo de ideas tan especulativas y raras».
Fotografía aérea de las instalaciones del CERN en la frontera entre Francia y Suiza.
Antes de concluir mi conversación con Javier me resistí a dejar escapar la oportunidad de preguntarle si durante su estancia en el CERN había hablado en alguna ocasión con algún físico veterano acerca de la posibilidad de que los experimentos que estaban llevando a cabo produjesen un accidente.
«En una ocasión durante mi estancia allí hablé con un físico veterano y reconoció que hipotéticamente, en algún escenario muy particular, aun teniendo en cuenta los rayos cósmicos se podría producir algún efecto no deseado. Pero de nuevo es un planteamiento hipotético que se apoya en un escenario muy particular», rememoró Javier.
Y concluyó su explicación apuntando: «Estas ideas surgen sobre el papel para proponer algo que podría hipotéticamente ser posible, pero en la práctica es muy probable que no sean correctas.
Además, aun siendo correctas deben enfrentarse a la improbabilidad de que se den las circunstancias apropiadas para que ese efecto tenga lugar. Por estas razones todo esto suena más a ciencia ficción que a ciencia. El LHC seguirá funcionando; continuará llevando a cabo colisiones sin ningún problema y el mundo no va a desaparecer porque no hay ninguna evidencia plausible por la que tengamos que preocuparnos».
Uno de los acontecimientos más esperados de la astronomía moderna podría estar a punto de ocurrir luego de que una galaxia situada a unos mil millones de años luz presentara un extraño comportamiento.
Después de realizar una serie de investigaciones, los astrónomos dijeron a finales de febrero de 2022 que creen haber encontrado la pareja de agujeros negros supermasivos más cercana hasta la fecha.
Dicha pareja está separada solamente por unas 2.000 unidades astronómicas, es decir, 2.000 veces la distancia entre la Tierra y el Sol, lo que significa que están atrapados en una espiral de muerte, acercándose cada vez más a una explosión cataclísmica, la cual podría ocurrir en los próximos 100 a 300 días.
Esta pareja de agujeros negros se encuentra en una galaxia a 9.000 millones de años luz de distancia, orbitando alrededor de un centro común, completando una vuelta en un tiempo aproximadamente igual a dos años terrestres. Cabe mencionar que cada agujero negro supermasivo contiene cientos de millones de masas solares.
Las variaciones en la luz observadas en el centro de la galaxia SDSS J1430+2303, coinciden con lo esperado para los momentos previos de una colisión entre agujeros negros supermasivos.
Los científicos aseguran que su fantástica fusión sacudirá el tejido del espacio y el tiempo, enviando ondas gravitacionales a través del universo, como predijo Albert Einstein hace más de 100 años.
La unión de estos agujeros negros se produciría en algún momento de los próximos tres años y nos daría la posibilidad de ver cómo sucede este evento por primera vez. Además, será crucial para obtener información que permita a los científicos entender cómo los agujeros negros aumentan tanto su tamaño, así como para determinar el papel de estos increíbles eventos en la formación de nuevas estructuras cósmicas.
Científicos de Alemania especialistas en agujeros negros, descubrieron uno «inactivo» en la Gran Nube de Magallanes, este además estaría enlazado con la inmensa estrella que orbita, siendo uno de los primeros agujeros negros binarios descubiertos a la fecha.
El hallazgo tuvo lugar en la galaxia enana vecina conocida como la Gran Nube de Magallanes. Allí encontraron un agujero negro inactivo, que causó varias dudas entre los astrónomos, puesto que no emite radiación como otros que ya se conocen.
El objeto misterioso se reveló a través de su acción gravitatoria y no por su radiación. Además, sería el primer agujero negro inactivo encontrado fuera de la Vía Láctea. Los astrónomos estiman que se formó sin una explosión de una supernova, como es común.
El estudio fue publicado en la revistaNature (Astronomy)y se desarrolló gracias a un equipo de expertos que se apodan “La policía de agujeros negros”. Esto porque se enfocan exclusivamente en estudios del área.
“Aquí, informamos sobre VFTS 243: un binario masivo débil de rayos X en la Gran Nube de Magallanes. Con un período orbital de 10,4 días, comprende una estrella de tipo O de 25 masas solares y una compañera invisible de al menos nueve masas solares”, dice el paper.
Adicionalmente, señalan que a pesar de su inmensidad, es un agujero negro débil y notaron que no nació de una supernova tras estudiar su órbita. “La órbita (casi) circular y la cinemática de VFTS 243 implican que el colapso del progenitor en este agujero negro se asoció con poco o ningún material expulsado”, indican.
Y es que al objeto se le llama “inactivo” porque no está emitiendo rayos X, razón por la que se ha detectado a la mayoría de agujeros negros que se conocen hoy. Este en particular se encuentra orbitando una estrella, es por esto lo catalogaron como “binario”.
¿Cómo encontraron este tipo de agujero negro?
La coautora Julia Bodensteiner, investigadora del Observatorio Europeo Austral (ESO) en Alemania, cuenta para el medio Deutsche Welle, que el proceso tomó bastante tiempo. “Durante más de dos años, hemos estado buscando este tipo de sistemas binarios de agujeros negros”, dijo.
Para encontrarlo, La policía de los agujeros negros rastreó casi 1000 estrellas masivas que habitan en la Nebulosa Tarántula de la Nube de Magallanes. Los expertos estimaban que estas estrellas podrían tener agujeros negros enlazados a ellas.
Algunos de los autores del estudio, incluso admiten que no creían que este tipo de objetos existieran. “Como investigador que ha refutado posibles agujeros negros en los últimos años, era extremadamente escéptico con respecto a este descubrimiento”, señaló Tomer Shenar, autor principal.
Esto pone en duda algunos de los principales conocimientos sobre agujeros negros que han recopilado los científicos con el tiempo. Puesto que, siempre han teorizado que estos objetos nacen tras el colapso de una estrella moribunda, ahora existen nuevos procesos que estudiar sobre su formación.
“La evidencia de este escenario de colapso directo ha surgido recientemente, pero podría decirse que nuestro estudio proporciona una de las indicaciones más claras. Esto tiene enormes implicaciones para el origen de las fusiones de agujeros negros en el cosmos”, complementa Shenar.
Imagen de portada: Pixabay | Imagen referencial
FUENTE RESPONSABLE: biobioChile.cl Chile. Por Sara Jerez. 20 de julio 2022
¿Cuántos tipos hay? ¿Toda estrella es un agujero negro en potencia? Cuál es el rol que tuvieron Albert Einstein y Stephen Hawking .
Roberto Emparan, físico e investigador responde las preguntas más frecuentes.
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Son uno de los objetos más misteriosos y sugerentes del Universo… pero ¿qué son exactamente los agujeros negros? Por qué fascinan tanto a los científicos y no científicos, a qué se debe su particularidad gravitacional y en qué lugar del universo se encuentran.
Aquí algunas respuestas a uno de los grandes misterios de la astronomía que dio Roberto Emparan, físico e investigador de ICREA (Institución Catalana de Investigación y Estudios Avanzados) del Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona.
1. ¿Qué es un agujero negro?
Un lugar del espacio de donde nada puede escapar, ni siquiera la luz.
2. ¿Por qué no todas las estrellas se convierten en agujeros negros?
Tan solo forman agujeros negros las estrellas muy masivas. Cuando agotan su combustible al final de su vida, colapsan sobre sí mismas de forma catastrófica e imparable y en su desplome forman un pozo en el espacio: un agujero negro.
Si no son tan masivas, la materia de la que están hechas puede detener el colapso y formar una estrella moribunda que apenas brilla: una enana blanca o una estrella de neutrones.
3. ¿Cuántos tipos de agujeros negros hay?
Los agujeros negros se distinguen por su tamaño. Los estelares son los que tienen masas comparables a la del Sol y radios de decenas o cientos de kilómetros.
Aquellos cuyas masas son millones o hasta miles de millones de veces la masa del Sol, son los agujeros negros supermasivos de los núcleos de las galaxias.
También es posible que existan -pero todavía no se han detectado- agujeros negros intermedios, de centenares de miles de masas solares, y agujeros negros primordiales, formados al comienzo del Universo, con masas que podrían ser muy pequeñas.
4. ¿Por qué nada puede escapar de un agujero negro?
La fuerza de su gravedad es tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar de su atracción. Y si la luz, que es lo que más rápido viaja en nuestro Universo no puede salir, entonces nada podrá hacerlo.
Imágenes de los campos magnéticos de un agujero negro
5. ¿Los agujeros negros pueden estar ubicados en cualquier lugar del Universo?
Sí. Creemos que en la mayoría de las galaxias hay un agujero negro supermasivo en su centro y centenares de miles de agujeros negros estelares.
El agujero negro conocido más cercano a la Tierra se halla a unos 3.000 años-luz de nosotros.
6. ¿Qué es el horizonte de sucesos?
El borde del agujero negro, el límite más allá del cual es imposible ver nada, ni escapar de él si uno lo cruza.
7. ¿Quiénes son los científicos que más han contribuido a saber sobre los agujeros negros?
Albert Einstein formuló la teoría que los predice, aunque él nunca llegó a entenderlos ni aceptarlos. Karl Schwarzschild fue el primero en hallar una solución de las ecuaciones de Einstein que describe un agujero negro (si bien él murió antes de que esto se entendiese). John Wheeler los popularizó y les dio el nombre más acertado de la historia de la física. Stephen Hawking describió sus propiedades y nos dejó un paradoja al intentar conjugar los agujeros negros con la física cuántica.
8. ¿Por los agujeros negros qué fascinan más allá de a los científicos?
Los agujeros negros combinan de forma única elementos que todos podemos compartir: la fascinación de lo absoluto en esas prisiones de oscuridad total, incondicionales y definitivas; la intriga sobre el misterioso destino de lo que entra en ellos; la dificultad casi imposible de entender qué le sucede al tiempo en el agujero negro. Y además, todo esto con un nombre que es el mayor acierto comercial de la ciencia: científicamente apropiado, breve, sencillo, y hasta un punto sexy.
Imagen de portada: Los agujeros negros, uno de los mayores misterios del universo
FUENTE RESPONSABLE: Página 12. Argentina.Por Roberto Emparan, físico e investigador de ICREA (Institución Catalana de Investigación y Estudios Avanzados) del Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona.
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Un nuevo tipo de materia oscura, que se comporta como ondas invisibles que rebotan alrededor de las galaxias, incluida nuestra propia Vía Láctea, podría ser descubierto empleando un avanzado detector de ondas gravitacionales.
Un grupo de científicos de la Universidad de Cardiff, en Reino Unido, sostiene que una nueva clase de materia oscura podría ser detectada mediante el análisis de ondas gravitacionales. Con ese objetivo, los investigadores ya están utilizando un potente y avanzado detector, que incorpora un interferómetro láser. El estudio ha sido publicado recientemente en la revista Nature.
Según unanota de prensa,tradicionalmente se creía que la materia oscura, que aunque todavía no ha podido ser observada se sabe que constituye aproximadamente el 85% de toda la materia del universo, estaba compuesta por partículas elementales pesadas. Sin embargo, como todavía no ha podido ser detectada los científicos están ampliando poco a poco sus concepciones y considerando otras alternativas.
Ondas invisibles.
Una de las posibilidades, que constituiría un nuevo tipo de materia oscura, se encuentra en un concepto que se ha denominado campo escalar. De acuerdo a esta hipótesis, la materia oscura estaría conformada por ondas invisibles que rebotan en las inmediaciones de las galaxias, incluyendo por supuesto a la Vía Láctea. Los científicos británicos creen que las ondas gravitacionales podrían revelar a ese tipo de materia oscura.
Para lograr este objetivo, están utilizando el detector GEO 600, desarrollado por Reino Unido y Alemania. Se trata de un interferómetro laser altamente sensible, que se empleó para producir gran parte de la tecnología necesaria para detectar ondas gravitacionales. Ahora, se está usando por primera vez para intentar resolver el misterio de la materia oscura.
La nueva técnica.
La interferometría es un método de medición que aplica el fenómeno de interferencia de las ondas, ya sea que se trate de ondas de luz, radio, sonido o gravitacionales. ¿Cómo funciona? Dos rayos de luz, o generalmente un rayo desdoblado en dos, conforman un patrón de interferencia donde se superponen los dos rayos.
Como la longitud de onda del rayo visible es extremadamente corta, pueden detectarse pequeños cambios en las diferencias de las trayectorias ópticas, o sea la distancia recorrida entre los dos rayos, al producirse notables variaciones en el patrón de interferencia. Debido a estas características, la interferometría óptica se ha transformado en una técnica de medición de enorme valor desde hace más de cien años: además, últimamente su precisión se ha mejorado claramente con la aplicación del láser.
En el interior de un interferómetro láser, dos haces de luz rebotan entre espejos antes de encontrarse en un detector. Gracias a esto, los científicos pueden medir con absoluta precisión la desincronización existente entre ambos rayos de luz, que funciona como un indicador de cualquier perturbación que encuentren los rayos. De esa forma pueden detectar las ondas gravitacionales, y ahora también quizás la materia oscura.
Según explicaron los científicos, las vibraciones de los espejos colocados en instrumentos como el detector GEO600 perturbarían a los rayos de luz de una forma particular, que sería característica de la nueva clase de materia oscura y que marcaría una diferencia en cuanto a la identificación de las ondas gravitacionales. Los investigadores creen que serían capaces de detectarla mediante esta técnica, en función de las propiedades exactas de este tipo de materia oscura conocido como campo escalar.
Aunque los detectores fueron creados originalmente para buscar ondas gravitacionales, los especialistas sostienen que pueden ser muy útiles para descubrir finalmente a lamateria oscura.El efecto gravitacional de este tipo de materia en los objetos de todo el universo es evidente, por eso los científicos están convencidos de su existencia. Por ejemplo, esta materia invisible puede explicar los giros y la formación de las galaxias, entre otros importantes aspectos.
La expansión acelerada del universo podría estar afectando el tamaño de los agujeros negros, según un equipo de astrofísicos.
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En 2015, dos agujeros negros fueroncapturados fusionándosecuando se detectaron en la Tierra las ondas en el espacio-tiempo que crearon.
Desde entonces, los detectores de ondas gravitacionales han encontrado muchas más de estas fusiones, ampliando nuestra comprensión de las colisiones más épicas conocidas por la ciencia.
Ahora, un equipo de astrofísicos que examina los datos de estas detecciones ha propuesto que los agujeros negros supermasivos en realidad se están expandiendo junto con el universo mismo.
El universo se está expandiendo a un ritmo acelerado, pero no es que todo simplemente se esté agrandando. Más bien, enormes masas como las galaxias se están alejando más de nosotros (y entre sí) a medida que el espacio intermedio se expande.
No experimentamos esta expansión localmente, porque la gravedad mantiene unido nuestro sistema solar y otras colecciones de materia, pero podemos ver la expansión cuando miramos hacia el espacio y notamos galaxias distantes que se alejan de nosotros (la luz que vemos de ellas es de tipo “rojo desplazado”, lo que significa que las longitudes de onda se han extendido por el espacio expandido).
Nadie sabe exactamente por qué el universo se está expandiendo cada vez más rápido, pero los astrofísicos culpan a algo inexplicable llamadoenergía oscura.
Sin embargo, según un nuevo estudio de investigación, la expansión del universo puede estar agrandando ciertos objetos.
Los agujeros negros supermasivos tienen masas lo suficientemente grandes y vidas lo suficientemente largas como para verse afectados por esta expansión, argumentan los investigadores, lo que significa que, a diferencia de la Tierra o el Sol u otros objetos ligados gravitacionalmente, los agujeros negros crecen notablemente a lo largo del universo. El artículo fue publicado enAstrophysical Journal Letters.
La detección de 2015 fue realizada por la colaboraciónLIGO-Virgo, experimentos subterráneos que utilizan rayos láser y espejos para atrapar ondas en el espacio-tiempo conocidas como ondas gravitacionales. El equipo detrás del nuevo artículo observó los agujeros negros como los dos objetos que causaron la señal de 2015.
“En cualquier fusión individual, LIGO Virgo ve algo así como los últimos 10 segundos del emocionante tráiler de una nueva serie. Nuestro modelo propuesto describe todo el arco de la historia de la serie completa, colocando en contexto los clips utilizados para hacer el tráiler”, explicó Duncan Farrah, astrofísico de la Universidad de Hawai’i en Mānoa, en un correo electrónico aGizmodo.
El equipo modeló el tamaño de los agujeros negros en proporción a la expansión del universo y descubrió que los agujeros negros crecerían a medida que giraban en espiral uno hacia el otro. (Esta expansión de los agujeros negros sucedería incluso a los que no estuvieran girando en espiral entre sí, pero esos son los que podemos ver a través de las detecciones de sus ondas gravitacionales). Y los agujeros negros en los centros de las galaxias también se expandirían junto con el universo.
Kevin Croker, también astrofísico de la Universidad de Hawai’i en Mānoa y coautor del artículo, dijo a Gizmodo en un correo electrónico que “hemos propuesto que la masa de cualquier agujero negro es proporcional al tamaño del universo, elevado a algún exponente. Este exponente da la ‘fuerza’ del acoplamiento. En cualquier universo en expansión, todas las masas de agujeros negros crecerán de esta manera. Si la expansión del universo se acelera, las masas de los agujeros negros crecerán cada vez más rápido. Por lo tanto, no es la aceleración de la expansión lo que causa el crecimiento, solo la expansión en sí”.
Por lo general, los agujeros negros se modelan en un universo que no se expande; básicamente, es una medida momentánea que permite a los astrofísicos calcular cosas como la masa de un agujero negro sin tener que preocuparse por cómo la expansión del universo como cambia las cosas.
Imagen de un artista de un agujero negro supermasivo en su disco de acreción, arrojando un chorro de partículas.Ilustración: NASA/JPL-Caltech
Losagujeros negros, que son los objetos más densos conocidos en el universo y se forman cuando las grandes estrellas colapsan sobre sí mismas, pueden unirse en fusiones que tienen lugar durante escalas de tiempo muy largas, a veces miles de millones de años. Debido a la duración de estas fusiones, significa que el tamaño del universo cuando se formaron los agujeros negros era mucho más pequeño que la versión que existe cuando los agujeros realmente chocan. Según Michael Zevin, astrofísico de la Universidad de Chicago, becario del Hubble de la NASA y coautor del artículo, las masas involucradas en cualquier fusión dependerían de sus tamaños originales en la formación, la forma y el tamaño de sus órbitas y, por supuesto, su edad.
Esto sigue siendo en gran medida una hipótesis, pero el acoplamiento cosmológico, es decir, las propiedades de una partícula u objeto vinculadas a las propiedades del cosmos, existe en otros lugares. Los fotones, o partículas de luz, están cosmológicamente acoplados, pero a la inversa: mientras que los agujeros negros ganan energía a medida que crecen, los fotones pierden energía a medida que el universo se expande, porque sus longitudes de onda se alargan con el tiempo.
Lo que hace que esto sea aún más impactante es que el rasgo de acoplamiento no sería exclusivo de los agujeros negros y los fotones. Gregory Tarlé, astrofísico de la Universidad de Michigan y coautor del artículo, dijo en un correo electrónico que la materia de las masas más comunes, como tu propio cuerpo o el núcleo del Sol, se acoplaría muy, muy débilmente con la tasa de expansión del universo. “Parecería que el efecto solo se vuelve observable en los entornos más extremos de nuestro universo: agujeros negros y, posiblemente, estrellas de neutrones”, dijo Tarlé.
Por ahora, esto es solo una idea, pero una vez que se construya un nuevo detectorde ondas gravitacionales, las personas que estudien estas ondas podrán localizar sus orígenes con mucha mayor especificidad y comprender mejor cómo se produjeron las colisiones. Los nuevos telescopios que se lanzarán en breve podrán captar imágenes de casi cualquier evento dentro del universo observable, lo que permitirá a los astrónomos observar mejor estos fenómenos y sus efectos. Quizás estemos al borde de un descubrimiento.
Estos agujeros negros están más cerca de la Tierra que cualquier otro par de agujeros negros supermasivos conocido.
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Si miras a través de un telescopio estándar, la cercana galaxia NGC 7727 parecerá una especie de telaraña flotando en el cielo nocturno. Pero dentro de ella hay dos agujeros negros supermasivos que han comenzado una danza que terminará con su violenta fusión. Como descubrió recientemente un equipo de astrónomos, cuya investigación se publicará en Astronomy & Astrophysics, estos objetos están más cerca de la Tierra que cualquier otro par de agujeros supermasivos conocido.
Uno de los agujeros negros tiene 6,3 millones de veces la masa del Sol, mientras que el otro tiene la friolera de 154 millones de masas solares. El dúo se encuentra a 89 millones de años luz de la Tierra en la constelación de Acuario. Los astrónomos pudieron determinar la masa de ambos objetos estudiando cómo su atracción gravitacional afectaba a las estrellas cercanas.
Los agujeros negros supermasivos acechan desde el centro de las galaxias. Nuestra propia galaxia alberga a Sagitario A*, un agujero negro de aproximadamente 4 millones de masas solares que se encuentra a 26.000 años luz de la Tierra. Cuando dos galaxias se fusionan, los agujeros negros terminan dando vueltas entre sí hasta que finalmente se fusionan. Estas fusiones entre dos agujeros negros son algunos de los fenómenos astrofísicos más violentos del universo, y generan las ondas gravitacionales que predijo Einstein y que fueron observadas por primera vez por el Observatorio de ondas gravitacionales LIGO en 2015.
“Una vez que los agujeros negros se acerquen mucho más entre sí, se unirán gravitacionalmente y comenzarán a orbitarse el uno al otro”, dijo la autora principal del estudio, Karina Voggel, en un correo electrónico a Gizmodo. “Esto es observable en teoría, pero esta etapa en la evolución de los agujeros negros dura sólo un corto tiempo a escala de tiempo cósmica, y hasta ahora no lo hemos observado”. Voggel, un astrónomo de la Universidad de Estrasburgo, dijo que fusiones de galaxias como esta podrían aumentar el número total de agujeros negros supermasivos hasta en un 30%.
“Actualmente, LIGO puede detectar ondas gravitacionales de la fusión de agujeros negros que tienen un par de veces la masa de nuestro Sol”, agregó Voggel. “Cuando la misión espacial LISA entre en funcionamiento en unos pocos años, seremos capaces de detectar también los eventos de ondas gravitacionales provenientes de la fusión de tales agujeros negros supermasivos”.
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Si bien la galaxia es visible a través de un telescopio normal, cuando se ve a través del Very Large Telescope del Observatorio Europeo del Sur, se pueden distinguir pequeños orbes de luz dentro de la galaxia que marcan dónde están los agujeros negros. (La atracción gravitacional de los agujeros negros es tan fuerte que la luz no puede escapar de ellos, pero los objetos a menudo están rodeados de plasma sobrecalentado que brilla intensamente).
“La pequeña separación y velocidad de los dos agujeros negros indican que se fusionarán en un único agujero negro monstruoso”, dijo el autor del estudio Holger Baumgardt, astrofísico de la Universidad de Queensland en un comunicado del ESO.
La astronomía de los agujeros negros está a punto de recibir un impulso vital, ya que el Very Large Telescope será reemplazado por un nuevo telescopio a finales de esta década. Este nuevo telescopio se ubicará en lo alto del desierto de Atacama chileno, un lugar atractivo para los astrónomos por su altitud, sus cielos despejados y la falta de contaminación lumínica.
“Esta detección de un par de agujeros negros supermasivos es solo el comienzo”, dijo Steffen Mieske, astrónomo del ESO y coautor del estudio. “Podremos hacer detecciones como ésta considerablemente más lejos de lo que es posible actualmente. El nuevo telescopio será fundamental para comprender estos objetos”.
Los observatorios modernos de ondas gravitacionales son capaces de detectar las ondas que se producen en el espacio-tiempo creadas por las colisiones de los agujeros negros, así como las colisiones entre agujeros negros y estrellas de neutrones. Pero probablemente no tendremos la oportunidad de ver a esta pareja de agujeros negros darse su abrazo final, ya que según los investigadores tendrá lugar “dentro de los próximos 250 millones de años”.
Imagen de portada: Gentileza de NASA La galaxia NGC 7727 (derecha) y una vista ampliada (izquierda) que muestra los dos núcleos galácticos que contienen los dos agujeros negros supermasivos.
FUENTE RESPONSABLE: GIZMODO. Por Bylsaac Schultz.Diciembre 2021
Investigadores del Dartmouth College han demostrado que es posible producir la luz a partir del vacío cuántico, lo que significa que es posible obtener algo de la nada y que cada vez nos acercamos más al control del misterioso vacío cuántico.
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Investigadores del Dartmouth College, una de las universidades más antiguas de Estados Unidos, han demostrado teóricamente que es posible producir luz a partir del vacío cuántico.
“En esencia, hemos producido algo de la nada; la idea de eso es genial», expresa el profesor de física Miles P. Blencowe, autor principal del estudio, en un comunicado.
En la física clásica, el vacío se considera la ausencia de materia, luz y energía. En física cuántica, sin embargo, el vacío se define como el estado cuántico que contiene la menor energía posible, a pesar de lo cual, según el astrofísico británico Martin Rees,determina a largo plazo el destino del universo.
En su interior fluctúan fotones, partículas de luz que no necesitan un medio material para propagarse: existen y dejan de existir en un proceso interminable.
Lo que ha conseguido la nueva investigación es dar con una forma viable de detectar los fotones que aparecen y desaparecen en el interior del vacío cuántico.
“En un sentido cotidiano, los hallazgos parecen sugerir la capacidad de producir luz a partir del vacío”, añade Blencowe.
Nitrógeno imperfecto
La teoría, publicada en Communications Physics, predice que unas imperfecciones basadas en nitrógeno, presentes en una membrana de diamante que se acelera rápidamente, pueden hacer la detección de los fotones en el vacío cuántico.
En el experimento propuesto, un diamante sintético del tamaño de un sello postal, que contiene los detectores de luz a base de nitrógeno, se suspende en una caja de metal súper enfriada que crea un vacío en su interior.
La membrana, que actúa como un trampolín atado, se acelera a un ritmo enorme y produce fotones en estado de entrelazamiento cuántico, ha descubierto esta investigación.
«Esta producción de fotones emparejados y entrelazados es una prueba de que los fotones se producen en el vacío cuántico y no a partir de otra fuente», destaca Hui Wang, doctoranda de la citada universidad en Física y Astronomía, que también participó en la investigación.
El estudio es el primero en explorar el uso de múltiples detectores de fotones (los defectos del diamante) para amplificar la aceleración y aumentar la sensibilidad de detección.
La oscilación del diamante también permite que el experimento tenga lugar en un espacio controlable a velocidades intensas de aceleración, destacan los investigadores.
La luz detectada aparece en frecuencia de microondas, por lo que no es visible para el ojo humano, pero los investigadores esperan que el trabajo contribuya a la comprensión de las fuerzas físicas elementales.
Hawking en el horizonte
En particular, el trabajo puede arrojar luz experimental sobre la predicción de Hawking de la radiación de agujeros negros.
En los años 70 del siglo pasado, el astrofísico Stephen Hawking, fallecido en 2018, predijo que un agujero negro podría emitir espontáneamente pares de partículas.
Según su teoría, una de esas partículas sería tragada por el agujero, pero la otra escaparía hacia fuera, lo que un observador externo podría detectar como una emisión espontánea de radiación por parte del agujero negro.
Científicos de todo el mundo llevan décadas tratando de replicar este fenómeno en el laboratorio, e incluso el físico canadiense William George Unruh propuso en 1976 que un fotodetector, acelerado lo suficientemente rápido, podría «ver» la luz en el vacío.
Siguiendo esta trayectoria, la nueva investigación ha podido darle la razón a Unruh, para quien la propia idea del vacío cuántico depende de la trayectoria del observador a través de espacio-tiempo.
Hacia el control del vacío cuántico
La nueva investigación profundiza también en otro significativo estudio sobre el vacío cuántico: en 2019, investigadores suizos abrieron por primera vez el camino para el control humano del misterioso vacío cuántico.
Descubrieronlas correlaciones entre ondas electromagnéticas y partículas elementales que fluctúan en su interior, posibilitando una óptica cuántica ultrarrápida y una mejor comprensión de los agujeros negros.
Esta investigación previa también constató algo observado en el nuevo estudio: que las partículas del vacío cuántico muestran relaciones entre sí que se corresponden con el entrelazamiento cuántico, uno de los fenómenos más desconcertantes de la mecánica cuántica que se manifestó también al agitar la membrana del diamante.
Imágenes de los campos magnéticos de un agujero negro
Andando tras tu encuentro... 