Detalles reveladores sobre las estructuras minerales a las que se enlaza el CO2

Las emisiones globales de dióxido de carbono (CO2) continúan subiendo. Se estima que solo en 2012, 35.700 millones de toneladas de este gas de efecto invernadero se incorporaron a la atmósfera. Una parte de este CO2 es absorbido por los océanos, otra por los vegetales y otra por el suelo, de tal modo que representan algo así como almacenes de carbono, cada uno con sus características propias de funcionamiento, y donde el CO2 queda inmovilizado, mitigándose así un poco el incremento de las concentraciones atmosféricas de este gas.

Unos científicos han descubierto ahora cómo exactamente funciona este mecanismo de almacenamiento de carbono orgánico en el almacén del suelo. Básicamente, el carbono sólo se enlaza químicamente a ciertas estructuras moleculares existentes en el suelo, y no a otras que se creía que también lo permitían. Esto significa que la capacidad de los suelos para absorber CO2 necesita ser reevaluada e incorporada con su verdadera gama de características en los modelos climáticos empleados en la actualidad.

Algunos estudios anteriores establecieron que el carbono se enlaza a las partículas minerales de diminuto tamaño. En este último estudio, unos investigadores de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) y el Centro Helmholtz de Múnich, ambas instituciones en Alemania, han demostrado que la superficie de los minerales ejerce un papel tan importante como su tamaño. El carbono se enlaza a partículas minerales que tienen un tamaño del orden de las milésimas de milímetro, y se acumula allí solo en superficies rugosas y angulosas.

Se asume que las superficies minerales rugosas brindan un hábitat atractivo para los microbios. Éstos transforman el carbono y contribuyen a enlazarlo a los minerales. El equipo de la profesora Ingrid Kögel-Knabner, catedrática de ciencias del suelo en la Universidad Técnica de Múnich, descubrió concentraciones tan altas de carbono en puntos muy específicos de parcelas de suelo, que tales sitios merecen ser llamados "puntos calientes". Además, en dichos puntos sigue acumulándose más carbono.

El carbono tiene la tendencia a enlazarse a superficies minerales bastante específicas, caracterizadas entre otras cosas, por resultar rugosas. En la imagen, los puntos de una estructura mineral en los que más tiende a acumularse el CO2 están señalados en amarillo. (Imagen: © C. Vogel / TUM)

Estos puntos calientes de carbono solo se pueden encontrar en cerca de un 20 por ciento de las superficies minerales. Antes se asumía que, aparte de por las características básicas que determinan la absorción de carbono en suelos, éste se distribuía de manera homogénea en el suelo.

Gracias al estudio realizado por el equipo de Kögel-Knabner y Cordula Vogel, ahora es posible identificar con total precisión y certeza el suelo que es especialmente bueno para almacenar en él, mediante procesos artificiales de inyección, CO2 que de otro modo podría acabar en la atmósfera. Esta estrategia de almacenar CO2 por vía artificial en un medio natural en el que se supone que permanecerá inmovilizado se conoce como secuestro de carbono. Es prometedora como forma bastante expeditiva para mitigar a corto plazo el problema de la creciente concentración de CO2 en la atmósfera, pero todavía hay muchas dudas con respecto a la seguridad y la eficacia de esa estrategia, por lo que existe en la comunidad científica y en la opinión pública un debate muy acalorado sobre el tema.

En el estudio también han intervenido Carsten W. Müller, Carmen Höschen, Franz Buegger, Katja Heister, Stefanie Schulz y Michael Schloter.

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El primer mapa del tiempo de una enana marrón

El telescopio VLT (Very Large Telescope) de ESO ha sido el instrumento utilizado para crear el primer mapa del tiempo de la superficie de la enana marrón más cercana a la Tierra. Un equipo internacional ha hecho un mapa de las zonas claras y oscuras en WISE J104915.57-531906.1B, conocido comúnmente como Luhman 16B, una de las dos enanas marrones descubiertas recientemente que forman pareja y que se encuentra a tan solo seis años luz del Sol. Los nuevos resultados se publican el 30 de enero de 2014 en la revista Nature.

Las enanas marrones son el eslabón entre los planetas gigantes gaseosos, como Júpiter y Saturno, y las estrellas frías débiles. No contienen la suficiente masa como para iniciar fusiones nucleares en su interior y solo pueden brillar débilmente en longitudes de onda infrarrojas de la luz. La existencia de la primera enana marrón se confirmó hace tan solo veinte años y solo se conocen unos pocos cientos de estos elusivos objetos.

Las enanas marrones más cercanas al Sistema Solar forman una pareja llamada Luhman 16AB y se encuentran a tan solo seis años luz de distancia de la Tierra, en la constelación austral de La Vela. Esta pareja es el tercer sistema más cercano a la Tierra después de Alfa Centauri y de la Estrella de Barnard, pero fue descubierta a principios de 2013. Se ha descubierto que el componente más débil, Luhman 16B, cambia ligeramente su brillo cada pocas horas a medida que rota — una clave que indica que puede tener marcadas características en su superficie.

Ahora los astrónomos han utilizado la potencia del telescopio VLT (Very Large Telescope) de ESO, no solo para obtener imágenes de estas enanas marrones, sino para establecer las zonas de luz y oscuridad en la superficie de Luhman 16B.

Ian Crossfield (del Instituto Max Planck de Astronomía, Heidelberg, Alemania), autor principal de este nuevo artículo, resume los resultados: “Observaciones previas sugerían que las enanas marrones pueden tener superficies moteadas, pero ahora podemos hacer un mapa. Pronto seremos capaces de ver cómo se forman los patrones de nubes, cómo evolucionan y se disipan en esta enana marrón — por último, los exometeorólogos podrán predecir si un visitante de Luhman 16B tendrá cielos cubiertos o despejados”.

Para hacer este mapa de la superficie los astrónomos utilizaron una ingeniosa técnica. Observaron las enanas marrones con el instrumento CRIRES del VLT. Esto les permitió no solo ver los cambios en el brillo a medida que Luhman 16B rotaba, sino que además pudieron ver si las zonas oscuras o iluminadas se movían desde o hacia el observador. Combinando toda esta información pudieron recrear un mapa de las áreas claras y oscuras de la superficie.

Las atmósferas de las enanas marrones son muy similares a las de los calientes exoplanetas gaseosos gigantes, por lo que estudiando a modo comparativo las enanas marrones más accesibles los astrónomos pueden aprender más sobre las atmósferas de planetas gigantes jóvenes — muchos de los cuales se descubrirán en un futuro cercano gracias al nuevo instrumento SPHERE que se instalará en el telescopio VLT en el 2014.

Crossfield termina con un comentario personal: “Nuestro mapa de esta enana marrón nos acerca un paso más a la meta de conocer los patrones climáticos en otros sistemas solares. Desde muy pequeño me enseñaron a apreciar la belleza y la utilidad de los mapas. ¡Es emocionante que estemos empezando a hacer mapas de objetos que están fuera de nuestro Sistema Solar!”.

ESO

Descubren una zona de formación de sistema planetario gigante

Un equipo de investigación, encabezado por astrónomos de las universidades de Osaka e Ibaraki, usaron ALMA para observar una joven estrella de la constelación del Lobo (Lupus) conocida como HD142527. La imagen de ALMA muestra polvo cósmico —el material que da origen a los planetas— describiendo un anillo asimétrico alrededor de la estrella. Tras medir la densidad del polvo en la parte más densa del anillo, los astrónomos descubrieron que hay grandes posibilidades de que allí se estén formando planetas gaseosos gigantes como Júpiter o planetas rocosos como la Tierra. El área observada se encuentra lejos de la estrella, a una distancia cinco veces superior a la que separa al Sol de Neptuno. Esta es la primera vez que se encuentran indicios de formación planetaria tan lejos de la estrella central de un disco protoplanetario. El equipo pretende seguir usando ALMA para observar HD142527 y otros discos protoplanetarios con el fin de llevar a cabo una investigación más profunda y comprender mejor los procesos de formación planetaria.

A la fecha se han descubierto más de 1.000 planetas extrasolares, y es sabido que el Sol no es la única estrella que tiene planetas. En el marco de investigaciones de este tipo, los astrónomos han encontrado una gran variedad de planetas, tales como gigantes gaseosos similares a Júpiter que giran alrededor de estrellas centrales describiendo órbitas mucho más pequeñas que la de Mercurio, o bien planetas con una órbita mucho más grande que la de Neptuno. Pese a todos estos hallazgos, los astrónomos todavía no comprenden a cabalidad el proceso de formación de los planetas, lo que constituye hoy una de las grandes prioridades de la astronomía. Cada vez son más las observaciones orientadas a la exploración de zonas de formación planetaria alrededor de estrellas jóvenes.

Las estrellas recién nacidas tienen un anillo de polvo y gas que la rodean y que contiene el material a partir del cual se forman los planetas. Las recientes observaciones en infrarrojo cercano realizadas con el telescopio Subaru del Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ, por su sigla en inglés) revelaron que los discos protoplanetarios presentan una estructura mucho más compleja de lo que se creía. En teoría, las estructuras en espiral o que presentan vacíos delatarían la presencia de planetas ocultos en el disco.

No obstante, es imposible calcular la cantidad de polvo y gas presente en la zona más densa del disco mediante observaciones en infrarrojo cercano debido a que, al ser fácilmente absorbida o dispersada cuando hay grandes cantidades de polvo, la luz infrarroja cercana no sirve para estudiar el núcleo de la zona más densa del disco. Ahí es donde entra en juego ALMA, que permite observar las ondas milimétricas y submilimétricas. Se trata de ondas de mayor longitud que la luz infrarroja cercana, por lo que son menos absorbidas por el polvo y permiten a los astrónomos estudiar el interior del disco. Antes, las observaciones de las ondas milimétricas y submilimétricas tenían la desventaja de que no permitían alcanzar una gran resolución espacial, pero con ALMA se ha mejorado considerablemente ese aspecto.

El equipo de investigación eligió la joven estrella HD142527 de la constelación del Lobo (Lupus) como objeto para observar con ALMA. Anteriormente, usando el telescopio Subaru para observar el disco alrededor de HD142527, los astrónomos habían descubierto un vacío dentro del disco, y les había llamado la atención la peculiar forma del disco exterior. Con ALMA se estudiaron las emisiones submilimétricas del anillo de polvo que circunda la estrella y se descubrió una distribución heterogénea, al observar que el costado norte es 30 veces más brillante que el lado sur. "Estamos muy sorprendidos con el brillo del lado norte", señala Misato Fukagawa, profesor asistente de la Universidad de Osaka que encabeza el equipo, quien agrega que "el área más brillante en el espectro submilimétrico se encuentra lejos de la estrella central, a una distancia equivalente a unas cinco veces la que separa al Sol de Neptuno. Nunca había visto un punto tan brillante en una posición tan alejada. Esta intensa emisión submilimétrica puede interpretarse como un indicio de que hay una gran cantidad de material acumulado allí, y cuando se acumula material suficiente, se pueden formar planetas o cometas. Para investigar esta posibilidad, medimos la cantidad de material".

Para calcular la cantidad de material a partir de la intensidad de la emisión submilimétrica, la temperatura de dicho material constituye un parámetro muy importante. El equipo midió la temperatura en la zona densa observando isotopómeros de monóxido de carbono que lo llevaron a plantear dos posibilidades: allí se gesta un planeta gaseoso gigante o bien un planeta rocoso. Si bien la cantidad de polvo y gas es comparable con la que suele haber normalmente en el Universo (con una razón de 1 a 100 en la proporción de polvo y gas), la región más densa es lo suficientemente masiva como para atraer grandes cantidades de gas gracias a su propia gravedad y formar planetas gaseosos gigantes con una masa varias veces superior a la de Júpiter.

Aunque se trata de un fenómeno similar al proceso de formación de estrellas en nubes cósmicas, es la primera vez que la observación de discos protoplanetarios permite inferir directamente la posible existencia de un proceso de formación planetaria. Otra posibilidad es la formación de una “trampa de polvo”, que provoca una acumulación excepcional en una parte del disco y que, de formarse dentro de él, puede dar nacimiento a planetas rocosos similares a la Tierra, pequeños cuerpos como los cometas o bien núcleos de planetas gaseosos. En ambos casos, hay altas probabilidades de que se estén formando planetas en la parte más densa del disco que rodea HD142527.

Estos dos principios de formación planetaria ya se habían postulado teóricamente hace más de 30 años. Los astrónomos parten del supuesto de que los planetas de nuestro Sistema Solar comenzaron a formarse mediante la colisión y fusión de una gran cantidad de polvo que, al agolparse, fue formando núcleos planetarios (protoplanetas) que, a su vez, terminaron transformándose en planetas luego de numerosas colisiones y fusiones. Algunos de estos núcleos capturan atmósferas masivas y forman gigantes gaseosos.

Hasta ahora se creía que en los sistemas planetarios similares a nuestro Sistema Solar ambos procesos se desarrollaban cerca de la estrella central (alrededor de las órbitas de Júpiter y Saturno), pero los resultados obtenidos con ALMA contradicen esa teoría. Munetake Momose, profesor de la Universidad de Ibaraki que participó en el estudio, afirma: "Una de las metas más importantes de ALMA es observar directamente los lugares donde se forman planetas. Nuestras observaciones permitieron ubicar un candidato de características únicas en un lugar excepcionalmente distante de la estrella central. Creo que ALMA nos reserva más sorpresas".

El equipo de investigación llegó a la conclusión de que hay dos procesos de formación planetaria posibles en el disco alrededor de HD142527. El próximo paso consiste en alcanzar un cálculo preciso de la cantidad de gas para saber de qué proceso se trata. Para ello, el equipo continuará sus observaciones con las funcionalidades incrementadas de ALMA. Fukagawa señala: "HD142527 es un objeto peculiar, de acuerdo con nuestros limitados conocimientos. Sin embargo, se han descubierto otros discos protoplanetarios asimétricos desde que comenzaron las operaciones de la etapa de Ciencia Inicial en ALMA. Nuestra meta final es revelar el proceso físico principal que explica la formación de los planetas. Para ello, es importante lograr una visión exhaustiva del proceso de formación mediante observaciones de numerosos discos protoplanetarios, y esperamos formar parte de esta importante misión". (Fuente: ALMA/DICYT)

Hervir agua en media billonésima de segundo

Un nuevo método para calentar agua a velocidad de vértigo permite llevarla al punto de ebullición en tan solo media billonésima de segundo.

Mediante esta técnica asombrosa, será posible realizar experimentos que hasta ahora eran inviables o muy difíciles de llevar a cabo.

El concepto teórico ideado por el equipo de Oriol Vendrell, del Centro Alemán para la Ciencia del Láser de Electrones Libres (CFEL), aún no ha sido demostrado en la práctica, pero todo apunta a que podría calentar una pequeña cantidad de agua hasta 600 grados centígrados en apenas media billonésima de segundo (medio picosegundo).

La capacidad descrita haría de esta técnica la más rápida en el mundo para calentar agua.

Este método logra calentar agua muy deprisa usando un destello concentrado de radiación del orden del terahercio.

Este tipo de radiación se compone de ondas electromagnéticas con una frecuencia entre la de las ondas de radio y la de los rayos infrarrojos.

Se pueden generar destellos de esta radiación usando los dispositivos conocidos como láseres de electrones libres, los cuales aceleran del modo idóneo los electrones.

En la investigación también han trabajado Pankaj Kumar Mishra y Robin Santra, también del CFEL.

El CFEL es una entidad dependiente de tres instituciones germanas: El Sincrotrón Alemán de Electrones (DESY, por sus siglas en alemán), la Universidad de Hamburgo y la Sociedad Max Planck de Alemania.

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Materia de algas convertida en petróleo en minutos

Un equipo de ingenieros químicos ha ideado un revolucionario proceso químico que produce petróleo crudo útil minutos después de su puesta en marcha al aplicarlo a la pasta verdosa de las algas cosechadas.

En el proceso, desarrollado por especialistas del Laboratorio Nacional estadounidense del Pacifico Noroeste (PNNL), en Richland, Washington, la pasta de algas es bombeada dentro del extremo frontal de un reactor químico. Una vez que el sistema está en funcionamiento, sale el petróleo crudo en menos de una hora, junto con el agua y un flujo de subproductos entre los que figura un material que contiene fósforo, el cual puede ser reciclado para promover el crecimiento de más algas.

Con un proceso de refinado convencional adicional, el petróleo crudo de algas se convierte en gasolina, gasóleo o incluso combustible para aviación. Y el agua con residuos se somete a un proceso adicional, que produce gas utilizable como combustible, y sustancias como el potasio y el nitrógeno, las cuales, junto con el agua depurada, también pueden ser recicladas para fomentar el crecimiento de más algas.

Aunque a las algas se las ha considerado desde hace mucho tiempo una fuente prometedora de biocombustibles, y de hecho varias empresas han producido ya con éxito combustibles a base de algas aunque a escala de laboratorio y para fines de investigación, se prevé que el combustible elaborado a base de algas será caro, al menos al principio. La tecnología del Laboratorio Nacional del Pacifico Noroeste aprovecha el potencial energético de las algas de manera más eficiente e incorpora una serie de métodos para reducir el costo de producción de combustible de algas.

El costo es en este momento el gran obstáculo para la producción comercial de combustible a base de algas. El proceso creado por el equipo de Douglas Elliott constituye un avance decisivo en el abaratamiento de los costos de fabricación dentro de este floreciente sector químico.

De hecho, ya hay una compañía de biocombustibles, Genifuel Corp., con sede en Utah, Estados Unidos, que ha establecido un acuerdo con el Laboratorio Nacional del Pacífico Noroeste para emprender una aventura comercial basada en esta tecnología. Se construirá una planta piloto, y si los resultados de esta veloz refinería de petróleo de algas son lo bastante buenos, la comercialización de sucedáneos de combustibles fósiles puede que entre en la antesala de su Época Dorada.

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Estado electrónico universal de importancia capital para un tipo de superconductividad

Se ha descubierto un estado electrónico universal que controla el comportamiento de las cerámicas de óxido de cobre que son superconductoras a temperaturas relativamente altas.

La superconductividad, el fenómeno en el que la electricidad fluye sin resistencia, aparece en algunos materiales a temperaturas muy bajas. Existen cupratos que pueden conducir la electricidad sin resistencia a temperaturas sin precedentes, superiores al punto de ebullición del nitrógeno líquido. Debido a sus inigualables características, constituyen los mejores candidatos para hacer avanzar la tecnología actual de superconductores, la cual incluye una amplia gama de aplicaciones tales como captación de imágenes por resonancia magnética (MRI), magnetometría de alta precisión, trenes de levitación magnética con alta velocidad, computadoras cuánticas, y líneas de trasmisión eléctrica sin pérdidas.

La nueva investigación, a cargo de especialistas de la Universidad de la Columbia Británica (UBC) en Canadá y otras instituciones, revela la existencia universal de ondas de densidad de carga (ondas estáticas formadas por la autoorganización de electrones en un estado normal del material). Estas ondas, por así decirlo, portan las semillas de las cuales nace la superconductividad.

El progreso en el conocimiento científico de la superconductividad en la familia de los cupratos ha estado obstaculizado por la amplia diversidad de los órdenes electrónicos en escena.

La situación puede que cambie ahora de manera considerable gracias al hallazgo hecho por el equipo de Riccardo Comin, Andrea Damascelli, George Sawatzky y Bernhard Keimer. Lo descubierto sugiere la existencia de un orden universal de carga que es común a todos los cupratos, y desvela su conexión con el surgimiento del comportamiento superconductor.

El trabajo también demuestra que los investigadores pueden utilizar indistintamente dos técnicas, que son microscopía de Efecto Túnel (STM) y la dispersión resonante de rayos X, para examinar los misterios de las ondas de densidad de carga.

Las ondas de densidad de carga son rasgos fundamentales, pero muy sutiles, que sólo dejan una huella espectroscópica muy débil. El éxito obtenido al detectar estas ondas en la distribución de electrones demuestra el gran potencial de estas técnicas complementarias, y su papel fundamental en el avance del conocimiento científico sobre los materiales cuánticos.

En la investigación también han trabajado especialistas del Instituto de Materia Cuántica (entidad conjunta de la Universidad de la Columbia Británica en Canadá y el Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido en Alemania) así como de instituciones de investigación científica en Canadá, Estados Unidos y Japón.

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Investigan nuevas teorías más allá del modelo estándar de física de partículas

El descubrimiento del Bosón de Higgs, en julio del año 2012, cerró una etapa en las investigaciones de los físicos de partículas pero una serie de temas aún por descifrar mantienen en alerta a los científicos del mundo. En Chile, el Investigador Joven del Departamento de Física de la Universidad Técnica Federico Santa María y Doctor en Física, Antonio Cárcamo, se adjudicó un proyecto Fondecyt de Iniciación para desarrollar su investigación titulada “Multi Higgs Models with discrete Flavour symmetries”.

El objetivo de este proyecto es “estudiar las implicaciones de diferentes teorías que van más allá del modelo estándar de física de partículas, en las masas y mezclas de fermiones elementales (quarks y leptones)”, señala el Dr. Antonio Cárcamo, quién explica que una de las problemáticas con el modelo estándar es que “éste no explica la jerarquía de masas de los fermiones elementales, es decir, de los quarks y los leptones, y tampoco explica los ángulos de mezcla de las diferentes familias de fermiones”.

Agrega que “en el modelo estándar no se explica por qué los ángulos de mezcla entre las familias de quarks son pequeños mientras que dos de los ángulos de mezcla entre las familias de leptones son grandes y uno es pequeño. Tampoco el modelo estándar explica por qué hay tres familias de fermiones elementales”. En el modelo estándar, el problema de la jerarquía de masas de los fermiones elementales se traslada al problema de la jerarquía en la intensidad de las interacciones de dichas partículas con el bosón de Higgs.

“Las partículas elementales adquieren masa mediante la interacción con el bosón de Higgs y dicha masa es directamente proporcional a la intensidad de dicha interacción. Un electrón al moverse en el campo de Higgs siente una fricción o resistencia a su movimiento, la cual corresponde a su masa. El quark top interactúa muy fuertemente con el bosón de Higgs; la intensidad de su interacción con el campo de Higgs es un millón de veces más fuerte que la del electrón, y su masa es de alrededor de un millón de veces mayor que la del electrón. El fotón no interactúa con el Higgs, y su masa es nula”.

En ese sentido, su investigación se plantea como una extensión del modelo estándar de física de partículas. “Uno trata de explicar las jerarquías de masa y ángulos de mezcla entre las familias de los fermiones elementales, entonces hay diferentes posibilidades que uno puede explorar. Además, uno tiene que asumir que aparte del Bosón de Higgs descubierto hay otros bosones más pesados así como también, en algunos casos, suponer la existencia de fermiones exóticos (quarks y leptones exóticos) muy pesados, los cuales todavía no han sido descubiertos”. Las masas de dichas partículas y la intensidad de sus interacciones con el resto de partículas quedarán restringidas por observables, como por ejemplo la probabilidad de decaimiento del bosón de Higgs a pares de fotones y la razón entre las masas de los bosones W y Z, portadores de la interacción electrodébil”.

“Lo que yo espero es encontrar una teoría que permita dar con una simetría discreta entre las partículas elementales y que permita predecir la jerarquía de masa y los ángulos de mezcla entre las familias de fermiones y que tenga el menor número posible de parámetros. Una teoría predictiva tiene menor cantidad de parámetros que de observables. Entonces lo que yo busco es explorar diferentes posibilidades, para ver cuál es la teoría más consistente con los resultados experimentales”, explica.

A juicio del Dr. Cárcamo, la determinación de la existencia del Bosón de Higgs vino a confirmar el actual modelo de la física de partículas. “Lo que no se sabe hasta el momento es si este bosón es parte del modelo estándar de física de partículas o si pertenece a una teoría más complicada, que tiene otras partículas adicionales más pesadas que no se han descubierto hasta el momento. Tampoco se sabe si el bosón de Higgs es una partícula elemental o una partícula compuesta. Además, el modelo estándar carece de un mecanismo que explique por qué la masa del bosón de Higgs es 126 GeV, es decir 126 veces la masa del protón. Hay que tener en cuenta que la escala hasta la cual se supone que el modelo estándar es válido es 17 órdenes de magnitud mayor y las correcciones cuánticas a la masa del bosón de Higgs en este modelo dependen cuadráticamente de dicha escala”.

Respecto a los nuevos horizontes que abrió este descubrimiento, el investigador cree aún queda mucho por explorar, “pienso que en unos años, cuando se aumente la energía del gran Colisionador de Hadrones, se podrá confirmar o descartar la existencia de partículas adicionales al Bosón de Higgs”.

Pero las interrogantes por resolver no se quedan solo en ese tema, ya que el modelo estándar tiene, en opinión del experto, otros vacíos, como por ejemplo éste no provee una explicación para la materia oscura ni para la energía oscura. Sabemos que “la materia visible, es decir la materia contenida en las galaxias del universo corresponde al 5% de la materia del universo, mientras que el 20% del universo es de materia oscura. La existencia de la materia oscura se postuló para poder suministrar una explicación teórica de las curvas de rotación de las galaxias que sea consistente con las observaciones”.

“Por otro lado, para explicar la expansión del universo se necesita un 75% más de energía que la predicha con las teorías de gravitación de Einstein. A esta energía se le llama energía oscura. Hasta el momento no se ha determinado cuál es la partícula que corresponde a la materia oscura. Hay varios candidatos a materia oscura, como por ejemplo los neutrinos y los bosones de Higgs pesados. Dado que una partícula candidata a materia oscura debe interactuar débilmente con las partículas conocidas, podría existir la posibilidad de que bosones de Higgs adicionales que todavía no han sido descubiertos tengan las características para ser candidatos a materia oscura. Probablemente las partículas más pesadas pueden ser candidatas a materia oscura, es un tema que hay que investigar”, finaliza. (Fuente: USM/DICYT)

Microelectrónica flexible para ojos y hojas

Un equipo de científicos del instituto suizo ETH de Zúrich presenta esta semana en la revista Nature Communications un procedimiento para transferir dispositivos electrónicos muy delgados y flexibles a casi cualquier tipo de superficie. Los circuitos se pueden, incluso, envolver en cabellos humanos sin dejar de funcionar.

El método consiste en fabricar una ‘oblea’ con distintas capas: una base de silicio, una lámina de alcohol de polivinilo y otra encima de parileno, una sustancia transparente y biocompatible que lleva los componentes electrónicos.

Después, la capa de alcohol se diluye en agua, se desprende la base de silicio y queda disponible el parileno con los transistores para ser utilizados en superficies tan variadas como tejidos textiles, hojas de plantas o piel humana.

“El parileno que empleamos como sustrato tiene tan solo una micra de espesor, pero se puede depositar a gran escala”, destaca a SINC Giovanni Salvatore, el autor principal del trabajo.

“Podemos fabricar dispositivos de una micra, pero potencialmente se podrían alcanzar tamaños todavía más pequeños, lo que permitiría sobrepasar los 100 MHz  (como los que usan las etiquetas RFDI o de identificación por radiofrecuencia)”, añade el investigador.

Según sus promotores, la versatilidad de esta sencilla técnica abre nuevas posibilidades en el campo de los biosensores, especialmente en aquellos que miden parámetros sobre la salud.

“Proveemos su aplicación en lentes de contacto inteligentes que servirán para controlar la presión intraocular en pacientes con glaucoma”, apunta Salvatore.

“Pero además –añade–, esta técnica se podría usar para implantar sensores en la piel o en otros tejidos animales o vegetales, con conexiones inalámbricas, así como en el desarrollo de células solares ultraligeras que proporcionen energía a los dispositivos portátiles”. (Fuente: SINC)
 

Una supernova que actúa como fábrica de polvo cósmico

Nuevas e impactantes observaciones realizadas con el telescopio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) captan, por primera vez, los restos de una supernova reciente en presencia de grandes cantidades de polvo cósmico formado hace poco tiempo atrás. Si una cantidad suficiente de este polvo lograra realizar la peligrosa transición hacia el espacio interestelar, podría explicar cómo muchas galaxias adquirieron su aspecto oscuro y polvoriento.

Las galaxias pueden contener enormes cantidades de polvo y se cree que las supernovas son una de sus principales fuentes de producción, especialmente en el Universo primitivo. Pero la evidencia directa que demuestra la verdadera capacidad que tienen las supernovas de generar polvo ha sido muy escasa hasta el momento, y no da respuesta a los grandes volúmenes de polvo detectados en galaxias jóvenes y distantes. Sin embargo, observaciones realizadas con ALMA están cambiando este escenario.

"Hemos encontrado una masa de polvo de enormes proporciones concentrada en la parte central del material eyectado de una supernova relativamente joven y cercana", dijo Remy Indebetouw, astrónomo del Observatorio Radioastronómico Nacional de los Estados Unidos (NRAO) y de la Universidad de Virginia, ambos localizados en Charlottesville, Estados Unidos. "Esta es la primera vez que realmente hemos logrado obtener imágenes del lugar en donde se formó el polvo, lo que es de gran importancia para comprender la evolución de las galaxias".

Un equipo internacional de astrónomos usó ALMA para observar los brillantes remanentes de la Supernova 1987A, ubicada en la Gran Nube de Magallanes, una galaxia enana que orbita la Vía Láctea a unos 160.000 años luz de la Tierra. La SN 1987A es la explosión más cercana alguna vez captada desde la observada por Johannes Kepler dentro de la Vía Láctea en 1604.

Los astrónomos predijeron que a medida que el gas se enfriara luego de la explosión, se formarían grandes cantidades de polvo una vez que los átomos de oxígeno, carbono y silicio se combinaran en las frías regiones centrales del remanente. No obstante, las primeras observaciones de la SN 1987A con telescopios infrarrojos, realizadas durante los primeros 500 días posteriores a la explosión, sólo detectaron una pequeña cantidad de polvo caliente.

Con la resolución y sensibilidad sin precedentes de ALMA, el equipo de investigación fue capaz de fotografiar el polvo frío, el que se encuentra en mayores proporciones y brilla intensamente en luz milimétrica y submilimétrica. Los astrónomos estiman que el remanente ahora contiene alrededor del 25 por ciento de la masa del Sol en polvo recién formado. Además, descubrieron que se habían generado importantes cantidades de monóxido de carbono y monóxido de silicio.

"La SN 1987A es un lugar especial, ya que no se ha mezclado con su entorno, es por esto que lo que observamos allí se generó allí", comenta Indebetouw. "Los nuevos resultados producidos por ALMA, los primeros de su clase, revelan un bloque conformado por el remanente de la supernova colmado de material que simplemente no existía hace unas décadas".

Sin embargo, las supernovas no solo pueden crear sino también destruir las partículas de polvo.

Cuando la onda expansiva de la explosión inicial se propagó hacia el espacio, produjo anillos brillantes de material, como se pudo apreciar en observaciones anteriores realizadas con el Telescopio Espacial Hubble de NASA/ ESA. Después de colisionar con esta capa de gas, expulsada por la estrella progenitora, una gigante roja, al acercarse al final de su vida, una parte de esta poderosa explosión cambió de dirección, devolviéndose hacia el centro del remanente. "En algún momento, esta onda de choque que viene de regreso colisionará con estos abultados cúmulos de polvo recién formado", indica Indebetouw. "Es probable que en ese punto alguna fracción del polvo sea desintegrado. Es difícil predecir exactamente cuánto, tal vez sólo un poco, posiblemente la mitad o dos tercios". Si una buena parte subsiste y logra alcanzar el espacio interestelar, podría explicar la abundante cantidad de polvo que los astrónomos detectan en el Universo primitivo.

"Las primeras galaxias contienen enormes cantidades de polvo y este posee un rol fundamental en la evolución de las mismas", dijo Mikako Matsuura de la Escuela Universitaria de Londres, Reino Unido. "Hoy sabemos que el polvo se puede generar de varias maneras, pero en los inicios del Universo la mayor parte debe haber provenido de las supernovas. Por fin tenemos una evidencia clara que avala esa teoría".
 
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