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La Física de Astropartículas o Astrofísica de Partículas es un campo relativamente reciente de investigación que se dedica al estudio de las partículas elementales de origen astrofísico.

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La física de partículas es la rama de la física que estudia los componentes elementales de la materia y las interacciones entre ellos.

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Estudiar y determinar la naturaleza, energía y lugar de origen de los rayos cósmicos como vía para comprender mejor el origen del Universo.

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sábado, 27 de octubre de 2012

La magnetosfera terrestre actúa como un colador

La magnetosfera terrestre actúa como un colador
El cuarteto de satélites de la ESA dedicado al estudio de la magnetosfera terrestre, Clúster, ha descubierto que nuestra burbuja protectora deja pasar el viento solar en un mayor rango de condiciones de lo que se pensaba.

El campo magnético terrestre es la primera línea de defensa de nuestro planeta ante el bombardeo del viento solar, una corriente de plasma expulsada por el Sol que viaja a través del Sistema Solar arrastrando su propio campo magnético.
En función de cómo esté alineado el campo magnético interplanetario (IMF) del viento solar con el campo magnético terrestre, se producen distintos fenómenos en las inmediaciones de nuestro planeta.

Uno de los procesos mejor conocidos es la reconexión magnética, que se produce cuando líneas de campo que apuntan en direcciones opuestas se abren de forma espontánea y se reconectan con otras líneas cercanas. Esto expulsa su carga de plasma hacia la magnetosfera, dejando la puerta abierta para que el viento solar alcance la Tierra.

Bajo ciertas circunstancias esto puede influir en la ‘meteorología espacial’, generando espectaculares auroras, interrumpiendo las señales de GPS o afectando a los sistemas eléctricos en tierra.

En el año 2006 Clúster realizó un sorprendente descubrimiento: unos enormes remolinos de plasma que se extendían a lo largo de más de 40.000 kilómetros en el límite de la magnetosfera – la magnetopausa. Estos remolinos dejaban pasar el viento solar incluso cuando el campo magnético terrestre y el IMF estaban alineados.

Estos remolinos se encontraban a latitudes ecuatoriales, donde la alineación entre los dos campos magnéticos es mayor.

Estos vórtices están regulados por el proceso conocido como efecto Kelvin-Helmholtz (KH), que se produce en la naturaleza cuando hay un gradiente de velocidad en la interfaz entre dos flujos adyacentes.

Este fenómeno es el responsable de la formación de olas bajo la acción del viento que sopla sobre la superficie del mar, o de las nubes en la atmósfera.

El análisis de los datos recogidos por Clúster revela que las inestabilidades KH se pueden producir en otras regiones de la magnetopausa, y en distintas configuraciones del IMF, constituyendo un mecanismo que permite el transporte continuo de viento solar hacia el interior de la magnetosfera terrestre.

“Descubrimos que cuando el campo magnético interplanetario llega en dirección este u oeste, la mayor parte de la capa límite de la magnetosfera a altas latitudes experimenta inestabilidades KH. Estas regiones están bastante alejadas de donde se había observado este fenómeno antes”, explica Kyoung-Joo Hwang, del Centro Goddard de la NASA y autor principal del artículo que presenta estos resultados en el Journal of Geophysical Research.

“De hecho, resulta difícil imaginar una situación en la que el plasma del viento solar no pueda filtrarse en la magnetosfera, ya que no es una burbuja magnética perfecta”.

Estos resultados confirman las predicciones teóricas y están de acuerdo con las simulaciones realizadas por los autores de este estudio.

“El viento solar puede entrar en la magnetosfera en un rango de ubicaciones y condiciones que no conocíamos hasta ahora”, añade Melvyn Goldstein, también del Centro Goddard de la NASA y coautor de esta publicación.

“Todo esto sugiere que la magnetopausa actúa como una especie de ‘colador’ que permite que el viento solar se filtre de forma continua hacia la magnetosfera”.

Las inestabilidades KH también se han detectado en las magnetosferas de Mercurio y de Saturno. Según este estudio, en estos planetas también podrían constituir un mecanismo de transporte continuo de viento solar hacia sus respectivas magnetosferas.

“Las observaciones de Clúster nos ayudan a comprender mejor el comportamiento del viento solar y su interacción con la magnetosfera, que es la clave para el estudio de la meteorología espacial”, explica Matt Taylor, científico del proyecto Clúster para la ESA.

“En este caso, la (relativamente) poca separación entre los cuatro satélites de Clúster mientras cruzaban la magnetopausa diurna a altas latitudes nos ha permitido echar una mirada microscópica al proceso que rasga la magnetopausa, dejando pasar a las partículas procedentes del Sol”.

European Space Agency, ESA

miércoles, 17 de octubre de 2012

Vientos estelares emiten rayos X tras colisionar a gran velocidad

Vientos estelares emiten rayos X tras colisionar a gran velocidad
El trabajo conjunto de los telescopios espaciales XMM-Newton de la ESA y Swift de la NASA ha permitido detectar por primera vez los rayos X emitidos por la colisión del viento de dos estrellas masivas que se orbitan mutuamente.

El viento estelar, una corriente de partículas arrancadas de la superficie de una estrella masiva por su intensa luz, puede alterar en gran medida su entorno.
En algunos lugares, es capaz de desencadenar el colapso de nubes de polvo y gas, comenzando el proceso de formación de una nueva estrella.

En otros, puede disipar la nube antes de que ésta tenga la oportunidad de empezar a colapsar.

Los telescopios espaciales XMM-Newton y Swift han descubierto la ‘Piedra Rosetta’ de estos vientos en un sistema binario conocido como Cyg OB2 #9, en la región de formación de estrellas de Cygnus (El Cisne). Allí, el viento emitido por dos estrellas masivas que se orbitan mutuamente colisiona a gran velocidad.

Cyg OB2 #9 fue todo un enigma durante muchos años. Su peculiar emisión de ondas electromagnéticas sólo se podría explicar si se tratase de un sistema formado por dos estrellas, hipótesis que finalmente se confirmó en el año 2008.

Por aquel entonces, sin embargo, no se encontraron pruebas directas de que el viento de las dos estrellas colisionase, aunque se esperaba poder detectar este fenómeno en su huella de rayos X.

Para obtener esta huella se tenía que estudiar a las estrellas a medida que se aproximaban al punto de máximo acercamiento en su órbita de 2.4 años, una oportunidad que se presentó por primera vez entre los meses de junio y julio de 2011.

Los telescopios espaciales descubrieron que los vientos estelares chocaban a velocidades de varios millones de kilómetros por hora, generando un plasma a millones de grados centígrados que emitía una fuerte radiación en la banda de los rayos X.

Durante este periodo se detectó cuatro veces más energía que la que emite el sistema cuando las estrellas se encuentran en su posición más alejada.

“Es la primera vez que encontramos pruebas claras de la colisión de vientos estelares en este sistema”, explica Yael Nazé, de la Universidad de Lieja, Bélgica, autora principal del artículo que presenta estos resultados en la publicación Astronomy & Astrophysics.

“Solo conocemos otros pocos ejemplos de colisiones de vientos estelares en sistemas binarios, pero este caso se podría considerar el arquetipo de este fenómeno”.

Al contrario que en los otros sistemas, en los que también se detectan colisiones de vientos estelares, el comportamiento de Cyg OB2 #9 permanece uniforme a lo largo de toda la órbita de las estrellas, exceptuando el incremento en la intensidad de la radiación cuando las estrellas se acercan.

“En los otros casos la colisión es turbulenta; el viento de una estrella puede llegar a chocar con la otra cuando se aproximan demasiado, causando una caída brusca en el nivel de rayos X detectados”, explica Nazé.

“Sin embargo, esto no sucede en Cyg CB2 #9, lo que nos lleva a considerarlo el primer ejemplo ‘simple’ que conocemos. Esto le convierte en la clave para desarrollar nuevos modelos que nos ayuden a comprender mejor las características de estos poderosos vientos estelares”.

“Este sistema binario en particular supone un gran paso para el estudio de las colisiones de vientos estelares y de sus emisiones asociadas. Su descubrimiento fue posible gracias a la observación de un sistema binario de estrellas con telescopios de rayos X”, añade Norbert Schartel, científico del proyecto XMM-Newton para la ESA.

European Space Agency, ESA

martes, 9 de octubre de 2012

Nobel de Física 2012 para el control de las partículas en el mundo cuántico

Nobel de Física 2012 para el control de las partículas en el mundo cuántico
La Real Academia Sueca de las Ciencias ha anunciado que el Premio Nobel de Física de este año lo comparten el investigador francés Serge Haroche y el estadounidense David J. Wineland "por sus métodos experimentales innovadores que permiten la medición y manipulación de sistemas cuánticos individuales”.

Los científicos Serge Haroche, profesor del Collège de France and Ecole Normale Supérieure en Paris (Francia), y David J. Wineland, investigador del National Institute of Standards and Technology (NIST) y la Universidad de Colorado Boulder (EEUU), son los ganadores del Premio Nobel de Física 2012.

Así lo ha anunciado hoy la Real Academia Sueca de las Ciencias, quien reconoce los trabajos que han desarrollado los dos galardonados en el campo de la física cuántica. En concreto, han inventado y desarrollado métodos para medir y manipular partículas individuales sin alterar su naturaleza cuántica.

Las reglas de la física clásica dejan de funcionar en la escala de las partículas individuales de luz o materia. Es entonces cuando entra en juego la física cuántica, pero las partículas individuales no son fáciles de aislar de su entorno y enseguida pierden sus misteriosas propiedades cuánticas según interaccionan con el exterior.

Hasta ahora estos fenómenos no se podían observar directamente, y solo se formulaban planteamientos teóricos. Pero los trabajos de los dos galardonados han demostrado con ingeniosas técnicas de laboratorio que se pueden cuantificar y controlar los frágiles estados cuánticos.

Wineland atrapa iones –átomos cargados eléctricamente–, controlándolos y midiéndolos con partículas de luz, con fotones. Sin embargo, Haroche utiliza el enfoque opuesto: manipula y mide fotones mediante el envío de átomos a través de una trampa.

El investigador francés, que nació el 11 de septiembre de 1944 en Casablanca (actual Marruecos), es principalmente conocido por demostrar la ‘decoherencia cuántica’ (explica la mecánica que ocurre a escala ‘micro’ en física cuántica). Haroche obtuvo su licenciatura en la Universidad Pierre y Marie Curie de París en 1971.

Por su parte, el estadounidense Wineland, que nació en Milwaukee en 1944 y se licenció en la Universidad de Harvard en 1970, ha desarrollado avances relevantes en óptica. Sus líneas de investigación se han centrado en el enfriamiento láser de partículas iónicas y en el uso de iones atrapados para implementar operaciones de computación cuántica.

Entre sus múltiples premios destaca la medalla Benjamín Franklin en Física que recibió en 2010 de manos del Instituto Franklin, junto al español Juan Ignacio Cirac y Peter Zoller.

Ambos laureados trabajan en el campo de la óptica cuántica estudiando la interacción entre la luz y la materia, un ámbito que ha progresado de forma considerable desde mediados de los 80. Los métodos innovadores que han introducio han permitido avanzar hacia la construcción de un nuevo tipo de computadora cuántica súper rápida que puede revolucionar la informática del futuro.

Además, sus investigaciones también han ayudado a la construcción de relojes extremadamente precisos, que podrían convertirse en la base de un nuevo estándar de tiempo, con una precisión cien veces superior a los actuales relojes de cesio.

Haroche y Wineland compartirán, a partes iguales, los 8 millones de coronas suecas con los que la Real Academia Sueca de las Ciencias dota al Nobel de Física.

SINC

domingo, 7 de octubre de 2012

Nueva medida de la expansión del universo

Nueva medida de la expansión del universo
El universo está estirándose desde la gran explosión inicial, el Big Bang, hace unos 13.700 millones de años, y determinar la tasa de dicha expansión con la mayor precisión posible ha sido un objetivo fundamental de los cosmólogos desde hace décadas.

Fue el astrónomo estadounidense Edwin Hubble quien descubrió, a finales de los años veinte del siglo pasado, que el universo no es estático, sino que las galaxias están alejándose unas de otras, y estableció la llamada constante que lleva su nombre, según la cual a mayor distancia de una galaxia, mayor es su velocidad de recesión respecto al observador. Tan importante es determinar el valor de la Constante de Hubble (para conocer el tamaño y la edad del universo) que el mítico telescopio espacial del mimo nombre se lanzó al espacio (en 1990) con el cometido prioritario de establecer dicho valor; de este proyecto de investigación se encargó la astrónoma Wendy Freedman, que lidera ahora el equipo que ha mejorado la medida. El valor de ahora establecido es 74.3 (más/menos 2,1) kilómetros por segundo por megaparsec (un megaparsec es aproximadamente tres millones de años luz). Esto significa mejorar el resultado obtenido con el telescopio Hubble reduciendo la incertidumbre a un 3%, lo que supone “un paso de gigante en la precisión de las medidas cosmológicas”, destaca la NASA.

El Spitzer observa el cielo en infrarrojo y, gracias a esta capacidad, ve a través de nubes de polvo que pueden estar envolviendo los astros. Por eso ha podido estudiar mejor con un tipo concreto de estrellas, llamadas cefeidas, que los astrónomos utilizan para medir distancias en el universo.

Las cefeidas son estrellas pulsantes y su pulso está directamente relacionado con su brillo intrínseco, como descubrió Henrietta Leavitt en 1908, por lo que se puede calcular directamente la distancia a la que están y son peldaños fundamentales de la llamada escala de distancias cósmicas. Los expertos de la NASA lo explican con el ejemplo de una persona que sujeta una vela mientras se aleja del observador: cuanto más lejos esté más débil de verá la luz de la vela, pero si uno conoce su el brillo intrínseco puede calcular la distancia. De igual modo, como de una cefeida se conoce su brillo intrínseco por su pulso, se puede saber cómo de lejos está. Los astrónomos combinan esta información con la velocidad a la que se están alejando los cuerpos celestes de nosotros para determinar el valor de la Constante de Hubble. Y si se logra obtener medidas más precisas que las previas de cefeidas, como ha hecho ahora el Spitzer, mejora la estimación de dicho valor...

ELPAIS.com

Calculan por primera vez el radio de un agujero negro

Calculan por primera vez el radio de un agujero negro
Los agujeros negros, regiones del espacio donde la fuerza de la gravedad es tan fuerte que nada, ni siquiera la luz, puede escapar, son uno de los mayores misterios de la astronomía. En realidad, nadie ha visto jamás directamente uno de estos puntos de no retorno -la primera fotografía de uno de ellos se espera con impaciencia- pero su existencia se deduce de los poderosos efectos que causan en su entorno. De esa forma, sabemos que estos pozos cósmicos pueden ser miles de millones de veces más masivos que nuestro Sol y que residen en el corazón de la mayoría de las galaxias. Y ahora conocemos una cosa más gracias a un equipo internacional de investigadores, dirigido por el Observatorio Haystack del Instituto Tecnológico de Massachussetts (MIT), que ha medido por primera vez el radio de un agujero negro situado en el centro de una galaxia distante. Se trata de la distancia más cercana a la que la materia puede acercarse ante de ser irremediablemente devorada por el agujero. El estudio aparece publicado en la revista Science.

Para conseguir realizar esta medición, los científicos unieron antenas de radio de Hawai, Arizona y California para crear un conjunto de telescopios llamado «Event Horizon Telescope» (EHT), que puede ver detalles 2.000 veces más pequeños que el telescopio espacial Hubble. Las antenas fueron dirigidas hacia la galaxia M87, situada a 50 millones de años luz de la Vía Láctea, donde reside un agujero negro 6.000 millones de veces más masivo que nuestro Sol. El equipo observó el resplandor de la materia cerca del borde del agujero negro, lo que se conoce como el «horizonte de sucesos».

«Una vez que los objetos caen a través del horizonte de sucesos, están perdidos para siempre», dice Shep Doeleman, director asistente en el Observatorio Haystack del MIT e investigador del Observatorio Astrofísico Smithsoniano. «Es una puerta de salida de nuestro universo. Puedes traspasar esa puerta, pero no puedes regresar».

Los agujeros negros supermasivos son los objetos más extremos predichos por la teoría de la gravedad de Albert Einstein. En ellos, explica Doeleman, «la gravedad se vuelve completamente loca y aplasta una enorme masa en un espacio increíblemente reducido». En el borde de un agujero negro, la fuerza gravitatoria es tan fuerte que tira de todo lo que pasa por sus alrededores. Sin embargo, no todo lo que puede cruzar el horizonte de sucesos se mete en el agujero negro. El resultado es un «atasco de tráfico cósmico», en el que el gas y el polvo se acumulan, creando una capa de materia conocida como disco de acreción. Este disco orbita el agujero negro a casi la velocidad de la luz, alimentándolo con una dieta constante de material sobrecalentado. Con el tiempo, este disco puede provocar que el agujero negro gire en la misma dirección que el material en órbita.

Atrapados en este flujo en espiral quedan también campos magnéticos que aceleran el material caliente y cuyo resultado se cree que es el chorro lanzado por el agujero negro, que sale disparado a través de la galaxia extendiéndose por cientos de miles de años luz. Estos chorros pueden influir en muchos procesos galácticos, incluyendo la rapidez con la que se forman las estrellas.

El equipo utilizó una técnica llamada interferometría de base muy larga, o VLBI, que vincula los datos de antenas de radio ubicadas a miles de kilómetros de distancia. Las señales de las diferentes antenas, en conjunto, crea un «telescopio virtual» con el poder de resolución de un solo telescopio tan grande como el espacio entre las distintas antenas. La técnica permite a los científicos ver los detalles extremadamente precisos en galaxias lejanas.

De esta forma, Doeleman y su equipo midieron la órbita más interior del disco de acreción, que resultó ser solo 5,5 veces el tamaño del horizonte de sucesos del agujero negro. El equipo planea expandir su conjunto de telescopios, añadiendo antenas de radio en Chile, Europa, México, Groenlandia y la Antártida, con el fin de obtener imágenes aún más detalladas de los agujeros negros en el futuro.

ABC.es

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