Este blog pretende recopilar las noticias más representativas de los avances de la física de estos últimos años, antes de que desaparezcan de la web.

domingo, 23 de abril de 2017

Los problemas que la física fundamental no explica

Materia oscura
Hace 50 años se observó que la rotación de los cúmulos de galaxias no se explica con la masa de los astros visibles. Se sugirió que debe de existir una materia oscura desconocida. El LHC espera producir partículas como las que constituirían esta materia. La partícula Z’ o el leptoquark no serían candidatas a serlo, pero podrían dar pistas sobre otras que sí lo serían.

Asimetría materia-antimateria

El Modelo Estándar prevé la existencia de materia y antimateria (es decir, una materia igual a la familiar, pero con la carga eléctrica de signo opuesto) en cantidades iguales. Por esto no explica por qué en realidad la materia ha prevalecido sobre la antimateria.

Unificación entre cuántica y gravedad
Existen leyes comunes para tres de las cuatro fuerzas de la naturaleza (la electromagnética, la débil y la fuerte). La cuarta, la gravedad, no se ajusta a esas leyes. La existencia de agujeros negros o el Big Bang no se acaban de entender por esta incoherencia.

Energía oscura
En 1998 se observó que algunas estrellas lejanas brillan menos de lo previsto, lo que sugiere que el Universo se está expandiendo de forma acelerada. Por tanto, debe de existir una energía desconocida que vence la gravedad y empuja esta aceleración.

Unos fenómenos microscópicos anómalos apuntan a nueva física

Los mesones B, unas de las partículas constituyentes de la materia, se desintegran de forma no prevista por el Modelo Estándar
Las desviaciones se deberían a la existencia de nuevas partículas nunca observadas pero propuestas por teorías alternativas


El comportamiento anómalo de unas partículas elementales (los mesones B), observado en fechas recientes en diversos laboratorios del mundo, está poniendo en cuestión la teoría de la naturaleza más asentada en la física, el llamado Modelo Estándar (ME).
De confirmarse, sería la primera observación experimental de una nueva física más allá de la teoría establecida hace ya más de cuatro décadas. El ME ha tenido grandes éxitos, como la explicación de por qué los objetos tienen masa (por medio del hallazgo del Bosón de Higgs en el 2012), pero no explica, entre otras cosas, por qué el mundo está hecho de materia y no de antimateria, o de qué está hecha la materia oscura que abunda en el Universo.
La semana pasada, investigadores del Gran Colisionador de Hadrones LHC (el acelerador del CERN en Ginebra en el cual chocan partículas a gran energía) anunciaron anomalías en la desintegración de los mesones B. Eso sí, se trata de evidencias preliminares que podrían ser desmentidas cuando aumente el número de desintegraciones observadas en los próximos meses.
No obstante, durante la misma semana, otro grupo de científicos -entre ellos Bernat Capdevila y Joaquim Matías, de la Universitat Autònoma de Barcelona- publicó el borrador de un artículo en el que combina esa medida con otras conseguidas en otros laboratorios.




30 OBSERVACIONES
“Hemos encontrado indicios sólidos de que el ME no puede acomodar una serie de medidas hechas en diversos experimentos”, explica Matías. En concreto, 30 medidas de 5 tipos distintos de desintegración de mesones B revelan que estos procesos se desvían de lo previsto por el ME, y lo hacen de una forma sistemática y coherente. En el 2013, el grupo de Matías sugirió la primera medida que manifestó una desviación.
“Estamos emocionados, pero preferimos ser cautos”, afirma Marie Helene Schune, investigadora del CNRS francés y de LHCb, el experimento del CERN que detectó las anomalías. El mesón B, una de las partículas que constituyen la materia, suele desintegrarse y producir electrones y muones, otras partículas. Según el ME, estas se deberían producir en igual cantidad.
Esta predicción tiene el altisonante nombre de “universalidad del sabor leptónico”. Ahora bien, LHCb ha detectado un déficit de muones. La cantidad de observaciones hechas es suficiente para anunciar una evidencia preliminar, pero aún cabe la opción de que el efecto sea una pura fluctuación casual.
“Cuando supimos de esta medida ya teníamos la redacción de nuestro artículo bastante avanzada: nos pusimos a trabajar a toda velocidad para incluir las nuevas observaciones”, explica Matías. Estas no hicieron más que confirmar lo que otras medidas sugerían. “Un patrón coherente de desviación que apunta a una misma solución de nueva física”, afirma Matías. En otras palabras, estas desviaciones apuntan todas a la misma dirección, de manera estadísticamente significativa.

NUEVAS PARTÍCULAS
“Podrían ser provocadas por unas nuevas partículas”, explica Matías. Se trataría de unas partículas nunca observadas, pero prevista sin embargo por teorías alternativas al ME. Las candidatas, explica Matías, se llaman Z’ o leptoquark. “O podría ser alguna partícula que Matías aún no ha imaginado”, afirma medio en broma Schune.
“Los estudios globales [de Matías] están realmente bien hechos. Toda la información disponible apunta en la misma dirección. Sin embargo, ninguna medida experimental por sí sola tiene la suficiente significancia estadística: hasta que no la tenga, no me atrevería a decir que tenemos nueva física”, comenta Arantza Oyanguren, investigadora en la Universitat de València y de LHCb. La confirmación definitiva, o desmentido, se espera en los próximos meses.

jueves, 13 de abril de 2017

Un agujero negro como 17.000 millones de soles

Los agujeros negros que produjeron los fenómenos más luminosos del universo hace miles de millones de años subsisten dormidos en el centro de galaxias como la Vía Láctea

Si uno piensa en un agujero negro, con esa atracción gravitatoria que ni siquiera deja escapar la luz, es probable que se imagine un gran hueco oscuro en el universo rodeado por nada. Sin embargo, cuando se observan desde lejos, el efecto es muy diferente. Los cuásares, los objetos más brillantes del universo, son precisamente agujeros negros supermasivos que habitan el interior de grandes galaxias. El poder de estos monstruos gravitatorios atrae a sus fauces sistemas solares completos, pero también acelera gran parte de la materia que los rodea que sale disparada a velocidades cercanas a la de la luz. Esos chorros de partículas, extremadamente luminosos, se han observado en el universo primitivo, cuando tenía unos pocos cientos millones de años, y los astrónomos sospechan que han cumplido un papel importante como motores de formación galáctica.


Galaxias como la Vía Láctea acogen en su interior agujeros negros supermasivos que han perdido ya el ímpetu destructor y creador de una etapa antigua en la que se comportaban como un cuásar. En la búsqueda de herederos apaciguados de aquellos leviatanes que poblaron el cosmos hace 13.000 millones de años, los investigadores han encontrado ejemplares con una masa hasta 10.000 millones de veces la del Sol en agrupaciones de galaxias como la Gran Muralla, que incluye cúmulos como el de Coma o el de Leo. Esta semana, un equipo internacional de científicos liderado por Jens Thomas, investigador del Instituto Max Planck para Física Extraterrestre en Garching (Alemania), publica en la revista Nature el estudio de un agujero negro con 17.000 millones de veces la masa del Sol en NGC 1600, una galaxia elíptica relativamente aislada a 200 millones de años luz de la Tierra. Los astrónomos no esperaban encontrar estos grandes agujeros en lugares tan poco concurridos y es posible que el hallazgo indique que son más frecuentes de lo que se creía.

Las dimensiones de la influencia de esta máquina cósmica son difíciles de imaginar. Los científicos han calculado que su horizonte de sucesos, el punto alrededor del agujero negro a partir del que ya no es posible escapar, se encuentra a 335 veces la distancia de la Tierra al Sol. Este tamaño, explican, convierte al agujero negro de NGC 1600 en uno de los mejores candidatos para ser observados por el proyecto Event Horizon Telescope después de Sagitario A, el agujero que ocupa el centro de nuestra propia galaxia. Esta iniciativa, que se pondrá en marcha en la próxima década, pretende combinar la capacidad de observación de radiotelescopios de todo el mundo para acercarse más que nunca a la región observable de los agujeros negros.

Trabajos como el que hoy se publica en Nature buscan reconstruir el linaje de los superagujeros negros, los objetos que iluminaron los cuásares cuando el universo aún estaba en su infancia y ahora duermen en el centro de las galaxias. En la historia de la evolución de esos objetos se encuentra también el origen de la nuestra.

*Actualización. En la primera versión del artículo el titular hablaba de un agujero negro como 17.000 soles en lugar de los correctos 17.000 millones

Un telescopio del tamaño de la Tierra para tomar la primera imagen de un agujero negro

Una colaboración de radiotelescopios de todo el mundo observa durante cinco días el horizonte de sucesos del agujero negro del centro de la Vía Láctea 



 Durante los últimos días, equipos de astrónomos repartidos por el mundo se han puesto de acuerdo para observar dos objetos hasta ahora invisibles. El agujero negro que ocupa el centro de nuestra galaxia, Sagitario A*, y el que se encuentra en la galaxia vecina, M87, tienen masas descomunales, pero ocupan espacios relativamente pequeños. Sagitario A*, por ejemplo, es tan masivo como cuatro millones de soles, pero su horizonte de sucesos, el punto a partir del cual nada que lo rebase, ni siquiera la luz, podrá retornar, tiene 24 millones de kilómetros de diámetro, solo 17 veces más que el Sol. A 26.000 años luz de distancia, es un objeto diminuto.

La estrategia para captar lo que sucede alrededor de esos dos objetos oscuros ha consistido en construir temporalmente un telescopio tan grande como la Tierra. El Event Horizon Telescope (EHT), como se ha bautizado el proyecto, se ha logrado uniendo telescopios de radio de todo el mundo a través de una técnica que se conoce como interferometría. Observatorios desde el Polo Sur hasta Chile, Hawái o España se coordinaron entre el 4 y el 14 de abril para lograr cinco días completos de observación. “Necesitábamos que hubiese buen tiempo a la vez en los lugares en los que estaban los ocho telescopios que se han utilizado para la observación”, explica Rebecca Azulay, investigadora del Instituto Max Planck de Radioastronomía en Bonn (Alemania) y parte del equipo que ha pasado las últimas noches en el Observatorio IRAM del Pico Veleta en Sierra Nevada, en Granada (España).

Hasta ahora, se habían observado los chorros de partículas que salen impulsadas por la tremenda fuerza gravitatoria de los agujeros negros, pero los resultados de este esfuerzo internacional pueden llegar más allá. “Veríamos una especie de anillo creado por la deformación de la luz al acercarse al horizonte de sucesos”, explica Eduardo Ros, investigador de la Universidad de Valencia y del Instituto Max Planck de Radioastronomía de Bonn y colaborador en esta iniciativa. “Será la primera imagen directa de un agujero negro”, concluye.



Si se trata de observar Sagitario A con telescopios ópticos como el Hubble o el Gran Telescopio de Canarias, el gas y el polvo que se acumulan en el centro de la galaxia lo oscurecen e impiden su observación. Los telescopios reclutados para este proyecto permiten estudiar el universo a través de ondas de entre tres y un milímetro de longitud, una parte del espectro electromagnético que permite superar los obstáculos del gas y el polvo. Pero antes de hacerlo, los astrónomos debieron adaptar los instrumentos de observatorios que fueron diseñados para captar ondas ligeramente diferentes. ALMA, un radiotelescopio de 66 antenas ubicado en el desierto de Atacama, en Chile, también se ha empleado en esta observación. Según explica Ros, aquella instalación de 1.000 millones de euros, la mayor de sus características, “ha funcionado por primera vez como un solo telescopio” para unirse a este proyecto.

Por ahora, según explican Ros y Azulay, el tiempo ha sido apropiado y no ha habido imprevistos. Ahora, queda un tiempo para que los datos recogidos por todo el mundo, que fueron grabados en discos duros, lleguen a los centros de procesamiento en Boston y Bonn. “Cuando grabamos con un telescopio se acumulan 32 Gigabits cada segundo”, apunta Ros. A ese ritmo, un USB se llena en dos o tres segundos y una jornada de observación como en la que colaboró Azulay en el Pico Veleta duraba de 12 de la noche a 8 de la mañana. Los responsables del proyecto calculan que necesitarán meses para procesar toda la información recogida.

Después de observaciones como la que el año pasado realizó el experimento LIGO, que observó el choque entre dos agujeros negros a partir de la detección de las ondas gravitacionales que produjeron, los resultados del EHT serán una herramienta más para tratar de entender qué pasa en esos extraños objetos.

Según explica Carlos Sopuerta, investigador del Instituto de Ciencias del Espacio (IEEC-CSIC), en Barcelona, experimentos como este pueden servir para comprobar si la Teoría de la Relatividad General de Albert Einstein sigue sirviendo para explicar lo que sucede ante la presencia de un agujero negro o si sus efectos gravitatorios cambian las reglas y requieren alguna modificación de la teoría. “Hay una estrella que orbita bastante cerca del agujero negro del centro de nuestra galaxia”, cuenta Sopuerta. “Su movimiento ha servido para calcular la masa del agujero y el otro cálculo que nos interesa sobre ese objeto es cómo rota, algo que es más difícil de medir”, añade.

Este experimento podría descubrir otras estrellas más cercanas al horizonte de sucesos que fuesen una referencia mejor para conocer la rotación del agujero negro. “Sería interesante ver si hay alguna deformación respecto a lo que predice la Relatividad General, ver por ejemplo si lo que nos parece un agujero negro es en realidad algún tipo de materia extraña de la que no tenemos información actualmente, algo que pareciera un agujero negro, pero fuese otra cosa”, continúa Sopuerta. “Si las teorías para explicar lo que sucede en los agujeros negros funcionan, veremos una sombra parecida a un donut y las órbitas de las cosas que caigan en el agujero serán elípticas, como las de los planetas alrededor del Sol”, añade Ros. “Pero si la teoría no funciona, la forma cambia bastante”.

Después de cinco días de observación toda la información sobre lo que sucede en los horizontes de sucesos de Sagitario A* y el agujero negro de M87 está ya en poder de los astrónomos. Sin embargo, aún no saben qué han podido recoger los radiotelescopios. Probablemente, será necesario esperar al año que viene a ver por primera vez un agujero negro.