Colosales cantidades de materia expulsadas hacia el espacio intergaláctico

Se acepta en la comunidad científica desde hace tiempo que, a juzgar por los modelos teóricos asumidos como ciertos, muchas galaxias deberían ser más masivas de lo que son y tener más estrellas que las que en realidad poseen.

Para intentar explicar porqué tienen menos masa y menos estrellas, se barajan dos posibles mecanismos principales que podrían ralentizar o detener el proceso de crecimiento de acumulaciones de masa y el de la formación de estrellas:

Uno de ellos es el de la acción de los violentos vientos estelares generados durante episodios de formación de muchas estrellas en una misma zona y en un periodo breve de tiempo.

El otro es la acción de los inmensos chorros polares disparados desde las inmediaciones del agujero negro supermasivo situado en el centro de numerosas galaxias. Un agujero negro es una concentración de masa tan densa que ni siquiera la luz puede escapar de su interior.

Gracias a las imágenes de alta resolución proporcionadas por una combinación intercontinental de radiotelescopios, el equipo internacional de Raffaella Morganti, del Instituto de Radioastronomía de los Países Bajos, ha sido capaz de identificar enormes masas de gas frío siendo expulsado desde el centro de una galaxia distante mediante los chorros polares energizados por su masivo agujero negro.

Imagen obtenida a partir de señales captadas por radiotelescopios que muestra a la galaxia 4C12.50. El recuadro destacado y ampliado muestra más detalladamente el sitio, en el tramo final apreciable del chorro ultraveloz de partículas, donde una masiva nube de gas, representada en color amarillo anaranjado, está siendo empujada por dicho chorro. (Imagen: Morganti et al., NRAO/AUI/NSF)

El gas atraído hacia un agujero negro acaba, durante su caída a éste, girando en espiral hacia él y acumulándose formando un disco giratorio, conocido como disco de acreción, donde se comprime y calienta. Cerca del borde interior del disco, en el umbral del horizonte de sucesos del agujero negro (la frontera más allá de la cual nada que la cruce puede volver a salir), parte del material es acelerado y expulsado como un par de chorros que fluyen en direcciones opuestas a lo largo del eje de rotación del agujero negro. Estos chorros contienen partículas moviéndose a casi la velocidad de la luz, produciendo rayos gamma cuando interactúan.

En algunas galaxias hay chorros de esta clase que han funcionado durante un tiempo lo bastante largo como para que su actividad acabe generando corrientes de gas claramente perceptibles que se extienden a lo largo de millones de años-luz.

Morganti y su equipo usaron radiotelescopios de Europa y Estados Unidos, combinando sus señales para conformar un único y gigantesco radiotelescopio virtual. Entre los radiotelescopios participantes, figuran los de la red VLBA de la Fundación Nacional Estadounidense de Ciencia (NSF) y una antena del observatorio Karl G. Jansky VLA en Socorro, Nuevo México, Estados Unidos.

Los científicos estudiaron una galaxia llamada 4C12.50, a unos 1.500 millones de años-luz de la Tierra. Eligieron esta galaxia porque se encuentra en una etapa en la que el "motor" del agujero negro que produce los chorros se está poniendo en marcha. A medida que el agujero negro atrae material, éste forma el disco de acreción. Los procesos en el disco se nutren de la tremenda energía gravitacional del agujero negro para propulsar el material hacia el exterior desde los polos del disco.

En los extremos de los dos chorros, los investigadores han encontrado acumulaciones de gas (esencialmente hidrógeno) moviéndose hacia fuera de la galaxia a 1.000 kilómetros por segundo. Una de las nubes tiene una masa de nada menos que 16.000 veces la del Sol, mientras que la otra es aún mayor, albergando la cantidad colosal de 140.000 veces la masa del Sol. La nube más grande mide aproximadamente unos 160 por 190 años-luz.

Ésta es una de las evidencias más definitivas de que existe una interacción entre el chorro de movimiento rápido de galaxias como ésta y las nube densas de gas interestelar como las observadas en esta investigación.

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El pasado violento del meteorito de Chelyabinsk

Una investigación reciente realizada en Rusia respalda la idea de que el objeto de once mil toneladas que en febrero pasado entró en la atmósfera terrestre y explotó a poco más de 23 kilómetros de altura sobre la superficie de Chelyabinsk, Rusia, ya había colisionado con otro cuerpo del sistema solar (quizá como parte de un objeto mayor) o bien pasó tan cerca del Sol como para sufrir efectos destructivos de magnitud similar a la de esa colisión.

Los resultados de este estudio se han presentado públicamente en el Congreso Goldschmidt de Florencia, Italia.

Un equipo de investigadores del Instituto de Geología y Mineralogía, dependiente de la Rama Siberiana de la Academia Rusa de Ciencias, en la ciudad de Novosibirsk, ha analizado fragmentos del meteorito. El trozo principal del mismo cayó al fondo del Lago Chebarkul, cerca de Chelyabinsk, el 15 de febrero (ó 14 según otros husos horarios).

Aunque todos los fragmentos estudiados se componen de los mismos minerales, la estructura y textura de algunos fragmentos muestran que el meteorito había sufrido un proceso súbito e intensivo de fusión antes de ser sometido de nuevo a temperaturas extremadamente altas al entrar en la atmósfera terrestre.

El meteorito que cayó cerca de Chelyabinsk es de un tipo conocido como condrita LL5. Es bastante común que los meteoritos de esta clase hayan experimentado un proceso de fusión previo antes de caer en la Tierra. Esto seguramente significa que hubo una colisión entre el meteorito de Chelyabinsk y otro cuerpo en el sistema solar, o que el meteorito pasó muy cerca del Sol, tal como hemos dicho antes.

Basándose en el color y la estructura, el equipo de Victor Sharygin ha dividido los fragmentos del meteorito en tres tipos: claros, oscuros e intermedios. Los fragmentos más claros son los más comunes, pero los fragmentos oscuros aparecieron con una frecuencia creciente a lo largo de la trayectoria del meteorito, con la mayor cantidad localizada cerca de donde el objeto golpeó la superficie de la Tierra.

Los fragmentos oscuros incluyen una gran proporción de material de grano fino, y su estructura, textura y composición mineral muestran que tales bloques fueron formados por un proceso de fusión muy intensivo, probablemente debido una colisión con otro cuerpo o por su proximidad al Sol. Este material es distinto de la "corteza de fusión", la capa delgada de material en la superficie del meteorito que se derrite mientras viaja a través de la atmósfera terrestre y luego se solidifica.

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Movimiento Rectilineo Parte 5

Integral definida

 

Dada la velocidad del móvil en función del tiempo, vamos a calcular el desplazamiento del móvil entre los instantes t₀ y t.  En los casos en los que la velocidad es constante o varía linealmente con el tiempo, el desplazamiento se calcula fácilmente

Si v=35 m/s, el desplazamiento del móvil entre los instantes t₀=0 y t=10 s es Δx=35·10=350 m



Si v=6·t, el desplazamiento del móvil entre los instantes t₀=0 y t=10 s es el área del triángulo de color azul claro Δx=(60·10)/2=300 m




Si v=-8·t+60. el desplazamiento del móvil entre los instantes t₀=0 y t=10 s es la suma de las áreas de dos triángulos:

el de la izquierda tiene un área de (7.5·60)/2=225 

el de la derecha tiene un área de (-20·2.5)/2=-25

El desplazamiento es el área total Δx=225+(-25)=200 m

En otros casos, podemos calcular el desplazamiento aproximado, siguiendo el procedimiento que se muestra en la figura

En el instante t_i-1 la velocidad del móvil es v_i-1, en el instante t_i la velocidad del móvil es v_i. La velocidad media <v_i> en el intervalo de tiempo Δt_i=t_i-t_i-1 comprendido entre t_i-1 y t_i es
<vi>=v(ti)+v(ti−1)2
El desplazamiento del móvil durante el intervalo de tiempo Δt_i=t_i-t_i-1 comprendido entre t_i-1 y t_i es aproximadamente el área del rectángulo <v_i>·Δt_i. El desplazamiento total x-x₀ entre el instante inicial t₀, y el instante final t=t_n es, aproximadamente
x−x0≈∑i=1n<vi>Δti
donde n es el número de intervalos
Si v=-t²+14t+21 (m/s) y tomamos n=10 intervalos iguales, entre el instante t₀=0 y t=10 s el desplazamiento aproximado vale
x-x₀≈27.7+39.8+49.8+57.7+63.7+67.7+69.7+69.8+67.8+63.8=577.5 m
Cuando el número de intervalos en los que se ha dividido un intervalo dado (t₀, t) es muy grande Δt_i→0. En el límite, el desplazamiento se expresa como
x−x0=∫t0tv⋅dt
Si v=-t²+14t+21 (m/s), el desplazamiento entre el instante t₀=0 y t=10 s vale
x−x0=∫010(−t2+14t+21)⋅dt=−t33+7t2+21t∣∣∣100=17303 m

Primer mapa de nubes de un planeta de otra estrella

Unos astrónomos, utilizando datos de los telescopios espaciales Kepler y Spitzer de la NASA, han creado el primer mapa de las nubes de un planeta situado en órbita a una estrella distinta del Sol. Este planeta, conocido como Kepler-7b, es un gigante gaseoso como Júpiter pero muchísimo más caliente que éste.

Estudios previos a partir de datos obtenidos con el Spitzer han resultado en mapas de temperatura de planetas en órbita a otras estrellas, pero éste es el primer vistazo a las estructuras nubosas de un mundo distante.

En el exoplaneta Kepler-7b, la meteorología es altamente predecible, tal como han comprobado unos científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, Estados Unidos, y otras instituciones: En un día cualquiera, el exoplaneta, que está a casi 1.000 años-luz de la Tierra, está densamente nublado de un lado, mientras que en el otro probablemente reina un tiempo claro y despejado.

El nuevo trabajo constituye la vez primera en que se logra cartografiar la distribución de nubes de un exoplaneta.

El equipo internacional de Brice-Olivier Demory, del Instituto Tecnológico de Massachusetts en Cambridge, Estados Unidos, observó que uno de los hemisferios de Kepler-7b está cubierto con una densa capa de nubes, mucho más densa que el más encapotado y plomizo de los cielos de la Tierra, y es tan tupida que refleja una porción significativa de la luz de su estrella. Este escudo de nubes hace al planeta más fresco que otros de su tipo, creando un entorno que fomenta la formación de más nubes en él.

Demory y sus colegas también analizaron la luz proveniente de Kepler-7b en varias fases de su órbita, encontrando que gran parte de la reflectividad del planeta se debe a la presencia de nubes, y que esta cubierta de nubes se distribuye de forma desigual.

Kepler-7b está entre los primeros exoplanetas identificados a partir de observaciones hechas por el telescopio espacial Kepler, de la NASA. Desde entonces, se han confirmado más de 130 planetas de fuera de nuestro sistema solar detectados inicialmente por el Kepler.

Al planeta Kepler-7b se le considera un Júpiter caliente, ya que se compone principalmente de gas y es alrededor del 50 por ciento más voluminoso que Júpiter, aunque tiene sólo la mitad de su masa.

Aún no está del todo claro el motivo exacto de tan marcado contraste entre hemisferios en cuanto a cubierta nubosa.

La meteorología de Kepler-7b debe ser muy distinta a la de la Tierra, y no solo por ser un planeta gigante gaseoso, sino también porque su temperatura se estima que es de entre 800 y 1.000 grados centígrados (entre 1.500 y 1.800 grados Fahrenheit aproximadamente). Por supuesto la temperatura es muy tórrida, pero, gracias a las nubes, menos alta que la que debería tener por su gran proximidad a su estrella, tan solo 9 millones de kilómetros, una distancia menor a la existente entre Júpiter y algunas de sus lunas.

En la investigación también han trabajado Julien de Wit, Nikole Lewis, Andras Zsom y Sara Seager del MIT, Jonathan Fortney de la Universidad de California en Santa Cruz, Heather Knutson y Jean-Michel Desert del Instituto tecnológico de California (Caltech) en Pasadena, Nikku Madhusudhan de la Universidad de Yale en New Haven, Connecticut, y Nicolas Cowan de la Universidad del Noroeste en Evanston, Illinois, todas estas instituciones en Estados Unidos, así como Kevin Heng de la Universidad de Berna en Suiza, Michael Gillon de la Universidad de Lieja en Bélgica, y Vivien Parmentier del Centro Nacional francés para la Investigación Científica (CNRS).

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Un dron para vigilancia agrícola

Las pequeñas aeronaves no tripuladas conocidas como drones o como UAVs, por sus siglas en inglés, son robots aéreos semiautónomos cuya presencia en los cielos del mundo es cada vez más habitual. Sus primeras aplicaciones han estado en el ámbito militar y en el policial, con misiones tales como patrullar el espacio aéreo de una ciudad ante el temor de un atentado terrorista, espiar territorio enemigo durante una guerra o incluso realizar incursiones de ataque contra objetivos muy específicos, lo cual, esto último, ha cosechado muchas polémicas, sobre todo cuando los objetivos han sido blancos humanos. Sin embargo, poco a poco van apareciendo drones diseñados para otras aplicaciones y mucho más baratos.

Ahora es el turno de un nuevo dron diseñado por la Universidad Estatal de Michigan en Estados Unidos, y que está pensado para tareas de vigilancia agrícola en grandes campos de cultivo. La idea es que los drones de este tipo se vuelvan, con un precio lo bastante bajo y una utilidad lo bastante grande, tan comunes entre los enseres de una gran explotación agrícola como lo es por ejemplo el tractor.

El equipo de Bruno Basso, experto en ecosistemas, de la citada universidad, está usando este dron para ayudar a los agricultores a maximizar sus rendimientos agrícolas mediante la vía de mejorar su gestión del nitrógeno y del agua, así como también reducir los impactos medioambientales como por ejemplo la filtración de nitratos o la emisión de óxido nitroso.

Para esta iniciativa, el nuevo dron mide cómo los cultivos reaccionan ante el  estrés ambiental, el cual puede incluir situaciones como la sequía, la escasez de nutrientes, o el ataque de animales herbívoros. El dron sobrevuela el campo agrícola documentando el estado de prácticamente cada palmo cuadrado del terreno, con una resolución del orden de los centímetros. El conjunto global de datos da a los agricultores detalles valiosos y actualizados sobre el estado de salud de sus campos de cultivo.

Disponiendo de estos conocimientos, los agricultores pueden actuar de inmediato en las áreas problemáticas de su campo, solucionando muchos problemas antes de que empeoren demasiado, algo que mediante la inspección ocular a pie de cultivo les llevaría mucho más tiempo descubrir, y aumentaría notablemente su riesgo de pasar por alto alguna zona problemática.

El UAV tiene tres sensores: un radiómetro de alta resolución, una cámara térmica empleada para monitorizar la temperatura de las plantas y su nivel de hidratación, y un escáner láser que mide en centímetros la altura de cada planta individual. A diferencia de una avioneta convencional, el dron puede volar de manera segura a altitudes tan bajas como 30 metros (100 pies) o incluso menos, así como en unas condiciones meteorológicas muy diversas, con el único requisito de que el viento no sea muy fuerte. Al volar, este dron, al igual que otros UAVs, no necesita que ningún humano lo pilote desde tierra, ya que sigue un patrón preprogramado de vuelo mediante piloto automático que está pensado para reunir la mayor cantidad posible de datos del campo que sobrevuela y con la mayor economía de vuelo posible.

"El UAV es como una máquina de rayos X", resume Basso. "Antes de que podamos diagnosticar un problema, debemos reunir tantos detalles sobre el mismo como sea posible".

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Observan por primera vez un cometa del cinturón principal dividido en cuatro fragmentos

El hallazgo contribuirá a esclarecer la naturaleza de los cometas del cinturón principal (MBC, en su acrónimo inglés), cuerpos que siguen la órbita de los asteroides pero que, sin embargo, presentan una cola similar a la de un cometa. El trabajo ha sido realizado por un equipo español de investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA).

No es un asteroide porque, al igual que un cometa, tiene cola. Sin embargo, tampoco es un cometa porque su órbita sólo podría realizarla un asteroide. La comunidad científica denomina a esta clase de objetos, de los que apenas se conoce una docena, cometas del cinturón principal (MBC, en su acrónimo inglés). Por primera vez, un equipo español de investigadores ha detectado uno de estos cuerpos tras haberse dividido en, al menos, cuatro fragmentos menores. El hallazgo, observado a través del Gran Telescopio Canarias (GTC), supone una oportunidad única para estudiar la estructura interna de un MBC y descubrir el mecanismo que le convierte en un asteroide con cola, una suerte de híbrido entre un asteroide y un cometa.

El trabajo, liderado por el astrofísico del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), Javier Licandro, cuenta con la participación de investigadores adscritos al GTC y del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA). El propio Licandro contextualiza la investigación: “Una de las dudas en torno a los MBC es el mecanismo por el que eyectan polvo y forman, como los cometas, una coma y una cola. Los asteroides no podrían dar pie a la formación de una cola recurriendo a los mismos mecanismos que emplean los cometas, que lo logran al contener no sólo rocas sino también hielo en su composición. Hasta hace muy poco se consideraba que los asteroides se formaban únicamente a base de rocas y de metales”.

Y añade: “Los MBC no provienen de las mismas regiones de las que vienen los cometas: el cinturón transneptuniano y la nube de Oort. Estas regiones están pobladas de cuerpos de hielo y silicatos, hielos que al calentarse cuando el objeto se acerca al Sol se subliman y arrastran el polvo formando las colas cometarias. En cambio, los MBC trazan la órbita típica de un asteroide del cinturón principal y se sabe que dinámicamente es casi imposible que un cometa adquiera una órbita así”.

El hallazgo del equipo español puede resultar de gran utilidad para resolver este enigma. En concreto, han observado y caracterizado el MBC P/2013 R3 (CATALINA-PANSTARRS), localizado a 1,2 unidades astronómicas de La Tierra (unos 170.000 millones de kilómetros). El objeto acaba de dividirse en al menos cuatro fragmentos, en un proceso de fragmentación probablemente similar al que sufren los cometas. “Estas cuatro piezas, si sobreviven, darían lugar a cuatros nuevos MBC. Es probable que el núcleo actual y al menos el fragmento más brillante, puedan observarse en un futuro”, apunta Licandro.

Ahora, prosigue el astrofísico, el grupo del IAC e IAA trata de determinar los elementos que componen estas cuatro piezas y, con ello, averiguar por fin cuál es la naturaleza del núcleo de un MBC. En sus observaciones, los investigadores han empleado el instrumento OSIRIS del GTC, ubicado en el observatorio del Roque de Los Muchachos (La Palma), así como el observatorio de Sierra Nevada, en Granada.
 
IAC

Los campos magnéticos, arquitectos del universo tan importantes como la gravedad

¿Por qué se forman astros, como por ejemplo las estrellas, a partir de materia en rotación? La cuestión, una de las más importantes de la astrofísica, no puede explicarse recurriendo tan solo a la fuerza de la gravedad.

Cuando Johannes Kepler propuso por primera vez sus leyes del movimiento planetario a principios del siglo XVII, no podría haber previsto el papel clave que los campos magnéticos cósmicos desempeñan en la formación de los sistemas planetarios. Hoy en día, se acepta cada vez más que en ausencia de campos magnéticos, la masa no sería capaz de concentrarse en cuerpos compactos como los de las estrellas y los agujeros negros.

En el caso de nuestro sistema solar, éste se formó hace 4.600 millones años a través de la condensación de una nube gigante de gas, cuya atracción gravitatoria concentró a las partículas en el centro, culminando con la formación de un gran disco. Sin embargo, estos discos de acreción son muy estables desde un punto de vista hidrodinámico ya que, según las leyes de Kepler del movimiento planetario, el momento angular se incrementa desde el centro hacia la periferia.

En definitiva, debe existir un mecanismo que actúa para desestabilizar el disco giratorio y que al mismo tiempo permite transportar la masa hacia el centro y el momento angular hacia la periferia, tal como argumenta Frank Stefani del Centro Helmholtz de Dresde-Rossendorf (HZDR, por sus siglas en alemán).

Ya en 1959, Evgenij Velikhov conjeturó que los campos magnéticos son capaces de provocar turbulencias dentro de flujos de rotación estable. Sin embargo, no fue hasta 1991 cuando los astrofísicos Steven Balbus y John Hawley comprendieron plenamente la importancia fundamental de la inestabilidad magnetorrotacional en la formación de estructuras cósmicas.

Para poder demostrar que la inestabilidad magnetorrotacional funciona realmente, hay que demostrar que los discos exhiben un grado determinado de conductividad eléctrica. En áreas de baja conductividad, como las "zonas muertas" de los discos protoplanetarios o las regiones alejadas de los discos de acreción que rodean a los agujeros negros supermasivos, el efecto de la inestabilidad magnetorrotacional resulta numéricamente difícil de evaluar y es, por lo tanto, tema de disputas científicas.

Oleg Kirillov y Frank Stefani, del Centro Helmholtz de Dresde-Rossendorf, han dado ahora con una nueva explicación teórica de este fenómeno, mostrando cómo exactamente los campos magnéticos también pueden causar turbulencias dentro de las "zonas muertas", y atando así los cabos sueltos que habían quedado tras los últimos avances fundamentales en este capítulo de la física.

Se confirma, por tanto, el importante papel de los campos magnéticos en la construcción de muchas de las estructuras del universo.

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