1. Lo más caliente del universo
07 de marzo 2011 por Stephen Battersby
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Caliente en el núcleo (Imagen: Hubble/AURA/STScI/NASA)
Un viaje a través de los más calientes climas del cosmos debe comenzar pasando por el sol, el fuego central de nuestro sistema solar. Con una temperatura superficial de 5,800 grados Kelvin, nuestra estrella está lejos de ser fría, pero no es una plusmarquista cósmica tampoco. Las estrellas supergigantes azules, cuya mayor masa comprime sus núcleos y atiza el fuego nuclear dentro, alcanzan más de 50,000 K.
Incluso estas son superadas por algunas enanas blancas, esferas compactas calientes remanentes de una estrella más bien pequeña que agotó su combustible. Una de estas cenizas estelares, llamada HD62166, alcanza unos abrasadores 200 000 K y enciende una vasta nebulosa con su terriblemente brillante atmósfera.
Sumergirse en el interior de una estrella le llevará a los más infernales reinos. La más grande de las estrellas supergigantes puede tener temperaturas centrales de más de mil millones de grados Kelvin. Para una estrella estable, el límite máximo teórico es de unos 6000 millones kelvin. A esta temperatura, la materia dentro de la estrella comienza a emitir fotones que son tan peligrosamente energéticos pueden crear pares de electrones y positrones cuando chocan. El resultado es una reacción fuera de control que destruye la estrella en una explosión colosal.
El primer avistamiento sospechado de una \supernova par-inestable\ se produjo en 2007, cuando la explosión de una estrella brillante y de excepcional larga duración fue observada, lo que sugirió la existencia de una estrella mucho más grande de lo que se había pensado posible (Nature, vol 462, p 624).
Durante una supernova, las temperaturas estelares brevemente puede elevarse muy por encima de 6000 millones kelvin. En 1987, una estrella fue vista explotando en la Gran Nube de Magallanes, una galaxia satélite de nuestra Vía Láctea a unos 160.000 años luz de distancia de nosotros. Los neutrinos de su núcleo detectados en la Tierra revelaron una temperatura interna de aproximadamente 200 mil millones kelvin.
Sin embargo, eso no es nada en comparación con lo que produce un estallido de rayos gamma. Estos breves destellos de ultra-alta energía de luz se vieron una o dos veces al día por telescopios especialmente ajustados. Se cree que los GRB marcan el nacimiento de un agujero negro, ya sea cuando el núcleo de una estrella gigante colapsa o cuando dos ultra densas estrellas de neutrones chocan. De alguna manera la energía gravitatoria se convierte en un haz de rayos gamma y otras radiaciones. Si bien los detalles de este proceso se desconocen en la actualidad, debe implicar una bola de fuego de partículas relativistas calentadas a alrededor de un billón de grados Kelvin.
Más cerca de casa está un lugar que es aún más caliente: no es un infierno natural, pero si un detector debajo de la generalmente templada periferia de Ginebra en Suiza. Allí, entre el 8 de noviembre y 6 de diciembre de 2010, núcleos de átomos de plomo chocaron entre sí por primera vez en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, en un intento de imitar algunos de los momentos iniciales del universo. El resultado fue la más alta temperatura jamás registrada en la Tierra, una bola de fuego subatómica que registró varios billones de grados Kelvin.
Este experimento nos da una pista de donde se encuentra el extremo más caliente del universo, no aquí ni ahora. Mirando hacia el corazón del big bang, en la singularidad de la temperatura y la densidad en la que nuestro universo comenzó, la temperatura máxima es sólo cuestión de cuántos ceros se puedan escribir antes de que nuestra comprensión de la física se venga abajo. Eso es probablemente alrededor de unos 32.
2. Lo más frío en el universo
08 de marzo 2011 por Stephen Battersby
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El espacio en sí no es ni frío ni caliente. A falta de materia con vibraciones térmicas, la temperatura no tiene sentido. Pero existe una plenitud de cosas frías en el espacio.
En nuestro sistema solar, el punto más frío conocido está bastante cerca. En 2009, la Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA encontró que los crateres de sombra permanente cerca del polo sur de la luna tenían sólo 33 grados Kelvin (-240 ° C), más frío aún que cualquier temperatura medida en el oscuro y lejano Plutón. Conforme la exploración continúe y mejoren las mediciones, éste récord es probable que pase a algunas lunas o planetas enanos más lejanos al sol, tal vez en sus propios protegidos y frígidos cráteres.
Más allá de nuestro sistema solar hay certeza de que existan algunas rocas aún más frías, y las más heladas de todos estos vagabundos solitarios es probable que se encuentren en espacios vacíos intergalácticos. Calentadas sólo por el débil resplandor de microondas del Big Bang y una tenue luz de estrellas distantes, su temperatura sería no más de 3 K.
Ya que que el fondo de microondas de 2.7 K baña todo el universo, es posible imaginar que nada podría ser más frío que este. Pero no es así. Una nube de gas que se llama la nebulosa Boomerang, a 5000 años luz de distancia, tiene una temperatura de sólo 1 K. La nebulosa se expande rápidamente, por lo que activamente se enfría su gas de la misma forma en que se enfría el líquido refrigerante que se expande en un refrigerador doméstico o unidad de aire acondicionado.
Para la Boomerang, mantener su estatus como el objeto natural más frío conocido, aún está por verse, ya que en esta área los humanos no tienen problemas para superar a la naturaleza. En 2003, una nube de átomos de sodio en un laboratorio en el Instituto de Tecnología de Massachusetts se enfrió a 0,45 nanokelvin, menos de la mitad de una mil millonésima de grado sobre el cero absoluto, mucho más frío que cualquier temperatura del amplio universo encontrada (Science, vol 301, p 1513).
3. Lo más rápido en el universo
09 de marzo 2011 por Stephen Battersby
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La velocidad es relativa. No existe una norma absoluta sobre lo \estacionario\ en el universo. Tal vez lo más cercano es la toda-penetradora radiación del fondo cósmico de microondas. Su desplazamiento Doppler que atraviesa el cielo - azul en una dirección, rojo en otra - revela que, en relación con el CMB, el sistema solar está moviéndose a lo largo de 600 kilómetros por segundo. Las microondas son más insustanciales, por lo que no se siente el viento en nuestro cabello.
Las galaxias distantes también se están moviendo a un buen ritmo. El espacio se expande en todas direcciones: entre mas distante es el espacio observado las galaxias son más rápidas y se están alejando de nosotros. Tan suficientemente lejanas están estas galaxias que efectivamente se retirán más rápido que la velocidad de la luz, lo que significa que nunca podremos verlas porque su radiación no puede llegarnos.
Si bien tales extremos inaccesibles pueden tener apariencia abstracta, la velocidad se vuelve mucho más interesante si se tiene un rápido movimiento relativo en relación con algún gran objeto cercano.
Dentro de nuestro sistema solar, Mercurio, el mensajero de los dioses, es el planeta más rápido en movimiento, con una velocidad orbital de cerca de 48 kilómetros por segundo, la Tierra sólo consigue a unos 30 km/s. En 1976, Mercurio fue superado por primera vez por un artefacto humano, la sonda solar Helios 2, que llegó a más de 70 km/s, ya que pasó zumbando por el sol. Los cometas solares que se precipitan desde fuera del sistema solar, rozan la superficie solar a más de 600 km/s. La velocidad no es garantía de escape: unos pocos chocan con el sol y son tragados.
Los confines de la Vía Láctea son también el hogar de algunos extrañamente ocupados cuerpos: las \estrellas hiperveloces\ rápidamente atraviesan el total de la galaxia a velocidades de hasta 850 km/s. La teoría es que éstas fueron arrojadas en un encuentro cercano con el agujero negro gigante en el centro de nuestra galaxia. Los agujeros negro son hondas cósmicas especialmente eficaces debido a su gravedad sin par de gran alcance. Algunos también crear tornados magnéticos que lanzan chorros de tenue materia a más del 99 por ciento de la velocidad de la luz.
Las estrellas de neutrones en rotación que conocemos como púlsares también hacen magia magnética de alta velocidad. Los pulsares pueden girar hasta 1000 veces por segundo, lo que significa un movimiento superficial de hasta 20 por ciento de la velocidad de la luz. El suficientemente lejos de la superficie, el campo magnético proyectado por el púlsar, incluso puede moverse más rápido que la luz. Eso no está en conflicto con las leyes de la física debido a que el campo magnético no lleva energía o información. Estos super campos son quizá la fuente de los pulsos de gran alcance regular de radiación que los púlsares envian a nuestro camino. Pequeñas variaciones en el tiempo de los pulsos pronto podrían ser utilizadas para detectar ondas gravitacionales que viajan deformando el espacio, predichas por la relatividad de Einstein (New Scientist, 20 de marzo de 2010, p 30).
Incluso los objetos sólidos pueden acercarse a la velocidad de la luz, con la ayuda de la gravedad de un agujero negro. En el horizonte de sucesos de un agujero, una sola roca, simplemente desaparecerá sin un toque, pero dos rocas en diferentes trayectorias podrían chocar entre sí. Según los cálculos publicados online el año pasado por Tomohiro Harada en la Universidad de Tokio, Japón, y su colega Masashi Kimura, la rotación del agujero negro desata un torbellino en el espacio circundante y aumenta la velocidad al máximo de colisión. El resultado es que en algún lugar del universo, dos rocas atrapados en las garras de un agujero negro que gira rápidamente podrían ser lanzadas a toda velocidad una hacia la otra casi a la velocidad de la luz (arxiv.org/abs/1010.0962).
4. Lo más brillante en el universo
09 de marzo 2011 por Stephen Battersby
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Las unidades de uso cotidiano son demasiado pequeñas para enfrentar correctamente al brillante cosmos. En cambio, los astrónomos utilizan el sol, y su emisión deslumbrante de luz de 4×10(26) vatios, como una lámpara estándar.
El sol es en realidad una estrella por encima de la media en términos de brillo, pero algunos estelares fanfarrones lo eclipsan por lejos. El ejemplo más luminoso claramente visible a simple vista es Epsilon Orionis, la estrella central del Cinturón de Orión. Esta supergigante azul está a 1300 años luz de distancia y es 400.000 veces más brillante que el sol. Mucho más lejos dentro de nuestra galaxia, y/u oscurecidas por el polvo, existen aún más brillantes estrellas, como la inestable Eta Carinae, que bombea tanta luz como 5 millones de soles.
En julio de 2010, los astrónomos encontraron una nueva rompe récords. R136a1 es una estrella en la Gran Nube de Magallanes que es tan brillante como casi 9 millones de soles. Con una masa estimada en 250 veces la del sol, este cuerpo monstruoso es más pesado de lo que nadie creía posible, al menos para una estrella que parte de la clase de mezcla de sustancias químicas disponibles en el gas de la Vía Láctea y sus vecinos. ¿Podría estar constituída a partir de una fuente casi pura de hidrógeno y helio que habría sobrevivido de alguna forma sin contaminarse desde los primeros tiempos del universo, o hay algo mal con nuestras teorías de la estructura estelar?
Algunas ardientes estrellas masivas son aún más brillante - pero sólo durante un par de semanas y a costo de su vida. Una supernova llamada SN 2005ap, en una galaxia a 4700 millones años luz de distancia, califica como la explosión estelar más brillante de la historia, alcanzando un máximo de cerca de 100 mil millones de soles.
Los estallidos de rayos gamma emiten más energía que una supernova, y lo pueden emitir en cuestión de segundos en lugar de difundirlo durante varias semanas. Una explosión puede hacer que incluso nuestra unidad de energía solar parezca absurdamente débil: su luminosidad puede ser igual a más de 10(18) soles.
Si tales explosiones parecen insatisfactoriamente transitorias, a continuación, las luces más brillantes constantes en el universo son los quásares, en los que un agujero negro masivo se alimenta de una fuente abundante de estrellas y gas. Conforme este material condenado cae en espirales hacia el interior se vuelve incandescente, y puede brillar con la luz de más de treinta billones de soles.
5. Lo más redondo que hay en el universo
10 de marzo 2011 por Stephen Battersby
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En la cosmología medieval, el universo era una serie de anidadas esferas de cristal perfecto que contenian al sol, la luna, los planetas y las estrellas. Ahora sabemos que el espacio es más bien desordenado, pero, éste contiene algo que refleje esa visión de la perfección esférica?
Los planetas mismos están conformados en formas esferoidales bastante ordenadas por la fuerza de su propia gravedad. La más prominente protuberancia de la Tierra y la más profunda de sus depresiones, desde el monte Everest a la Fosa de las Marianas, puntúan en menos de un 0,2 por ciento del radio del planeta. Si no fuera por la forma ligeramente aplastada causada por la rotación diaria de la Tierra - achatada en los polos, abultada en el medio - nuestro hogar haría una buena bola de billar cósmico.
La Tierra es verdaderamente escarpada en comparación con las estrellas de neutrones. Su enorme densidad da como resultado una gravedad en la superficie de 200 mil millones de veces más fuerte que la de la Tierra. Eso es suficiente para aplastarlo todo, inclusive la más mínima irregularidad: el Everest en una estrella de neutrones sería probablemente de no más de 5 milímetros de altura. Como estas estrellas tienen normalmente de 10 a 15 kilómetros de diámetro, la altura del Himalaya es menos de una parte en un millón del radio de la estrella.
Durante un período de 16 meses durante 2004 y 2005, lanzamos nuestra propias bolas al espacio que rivalizaron en redondez con las estrellas de neutrones. La sonda Gravity Probe B fue un satélite diseñado para observar las distorsiones en el espacio-tiempo creado por la gran masa de nuestro planeta, las cuales están predichas por la teoría general de la relatividad de Einstein. Una de ellas es un efecto llamado torsión por arrastre, en los que el espacio es arrastrado con la rotación de la Tierra. La sonda Gravity Probe B utilizó cuatro giroscopios basados en pequeñas esferas de cuarzo pulido tan detalladamente que no tienen irregularidades mayores de 0,4 partes por millón.
La relatividad pasa a ofrecernos algo más redondo incluso que las esferas sonda. El horizonte de sucesos de un agujero negro marca la región de la que ninguna luz puede escapar para llegar al ojo de un observador distante. No es exactamente una superficie: no se podría correr la mano sobre él y maravillarse con su nueva suavidad afeitada. Pero pronto los astrónomos podrán ser capaces de discernir las imágenes de algunos horizontes de sucesos de los agujeros negros y, finalmente, darnos una imagen nítida de estas pseudosuperficies que son tal vez lo más parecido en la naturaleza a la redondez perfecta.
La observación de la materia cayendo en un horizonte de sucesos podría ser una prueba más severa de Einstein. Si vemos jirones de gas en órbitas ligeramente diferentes de las predicciones de la relatividad, es posible que tengamos una nueva teoría de la gravedad. Y, por supuesto, si los agujeros negros resultan no tener el horizonte de sucesos que se esperaba, sería una sorpresa.
6. Lo más oscuro que hay en el universo
10 de marzo 2011 por Stephen Battersby
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Las galaxias se supone que son brillantes joyas, salpicadas de miles de millones de estrellas brillantes y resplandecientes nebulosas. No así Segue 1, el caballo negro de la vecindad galáctica. Segue 1 está sólo a 75.000 años luz de distancia, por lo que es un vecino cercano de la Vía Láctea, sin embargo, permaneció sin descubrir hasta el año 2006 debido a que su emisión de luz total es de sólo 300 veces la de nuestro sol.
Eso es extraño. Pocas estrellas de Segue 1 se mueven en forma bastante rápida, por lo que su gravedad debe ser bastante fuerte, lo que implica que contiene al menos un millón de masas solares de materia. Muy poca de ella puede ser justificada con las estrellas visibles y el gas, lo que sugiere que casi todo debe ser materia oscura exótica.
El estudio de las galaxias enanas como Segue 1 podría decirnos más sobre la materia oscura. Por ejemplo, si los núcleos de estas galaxias son menos densos que lo predicho por las hipótesis estándar sobre como debe comportarse la fría materia oscura, podría significar que es caliente, o propensa a la autodestrucción, o que está formada por partículas ultra ligeras.
Mejor aún sería encontrar una \estrella oscura\, una fría bola de gas calentada lentamente desde el interior por la degradación de materia oscura. Se cree que tales bestias han existido en las primeras etapas del universo, y que hoy en día pueden existir algunas todavía, pero ninguna ha sido descubierta.
En tanto, el Gran Colisionador de Hadrones del CERN está siendo utilizado para cazar posibles partículas de materia oscura, así que quizás lo más caliente en la Tierra pronto iluminará a lo más tenue del espacio.
7. Lo más oscuro que hay en el universo
11 de marzo 2011 por Stephen Battersby
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Con las modestas temperaturas y presiones de la superficie de la Tierra, el material más denso conocido es el elemento metálico osmio, el cual comprime 22 gramos en un centímetro cúbico o más de 100 gramos en una cucharadita. Sin embargo, incluso el osmio está repleto de \pelusas\ en forma de nubes de electrones que separan el denso núcleo atómico. Aunque enrarecidas, estas nubes son robustas, e incluso las inmensas presiones en las profundidades del planeta sólo pueden comprimir materia sólida en un grado moderado.
Podemos encontrar una mayor presión dentro del colapsado núcleo de una estrella gigante, un remanente que conocemos como estrella de neutrones. Allí, la materia se encuentra en alguna forma exótica y ultra densa con muy probablemente neutrones, y posiblemente algunos protones y electrones, comprimidos codo con codo. Un metro cúbico de \neutronio\ (ojo, no neutron, ni neutrino, ni neutralino) del centro de una estrella de neutrones podría tener una masa de hasta 10(18) kilogramos.
Un material hipotético incluso más denso podría existir en los núcleos de las estrellas de neutrones: materia hecha de quarks, en la que los protones y neutrones se disuelven en sus partículas constituyentes. Sin embargo, la evidencia más reciente está en contra de ello. Dos estrellas de neutrones recientemente descubiertas son tan pesadas que probablemente dejan al olvido al núcleo de quarks. Las pistas sobre lo que realmente hay en el corazón de una estrella de neutrones pueden venir del estudio de los llamados \terremotos estelares\, las vibrantes explosiones de energía que ocurren cuando la corteza de una estrella de neutrones se rompe.
El neutronio, o tal vez materia de quarks, pueden ser la forma más densa de materia en el cosmos, pero tales objetos probablemente no son los más densos. Si una estrella de neutrones se comprime más incluso se volverá un agujero negro. No todos los agujeros negros son particularmente densos: de hecho los más grandes, como se ha podido determinar mediante la medición de sus horizontes de sucesos, son bastante tenues. Un agujero negro supermasivo en la cercana galaxia M87 tiene una masa de 6.400 millones de veces la del Sol, pero una densidad de sólo 0,37 kilogramos por metro cúbico, lo que lo hace más ligero que el aire. Por otro lado, el agujero negro más pequeño conocido - una pequeñez llamada XTE J1650-500 - tiene sólo 3,8 veces la masa del Sol, pero su densidad es algo más de 10(18) kilogramos por metro cúbico. El encontrar una de estas deformaciones del espacio-tiempo que son sólo un poco más pequeñas, superará al neutronio en el enfrentamiento de densidades.
También pueden haberse forjado agujeros negros microscópicos durante el Big Bang, cuando las fluctuaciones cuánticas en un enormemente denso universo pueden haber llevado a regiones a ser tan densas que colapsaron. Tales micro-agujeros pueden ser expuestos en repentinos estallidos de radiación: si es así, esto puede darnos una idea de la magnitud de las fluctuaciones cuánticas en el universo naciente, y, tal vez, determinar qué procesos realmente provocaron el Big Bang.
Dentro del horizonte de sucesos de un agujero negro, las cosas se vuelven aún más extrañas. La teoría de la relatividad nos dice que la masa es llevada a un punto matemático de densidad infinita, aunque la teoría, casi con certeza, se derrumba en tales extremos donde los efectos cuánticos comienzan a afectar al espacio-tiempo. Aquí, donde la gravedad se encuentra con el mundo cuántico, está la gran frontera de la física fundamental. Esto es así considerando que tales extremos como la singularidad de un agujero negro son lo que los teóricos esperan para comprender las bases más profundas de la realidad.
¿Oculta el corazón de un agujero negro una ´bola de pelusa´ de cuerdas en vibración? ¿O un agujero de gusano cuántico? No lo sabemos, pero cálculos aproximados sugieren un límite superior en su densidad de 5×10(96) kilogramos por metro cúbico, llamado densidad de Planck. Si realmente es así, lo más denso en el Universo puede, probablemente, no ser más denso que eso.
8. Los más grandes en el universo
11 de marzo 2011 por Stephen Battersby
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El mayor planeta.
Júpiter domina los demás planetas de nuestro sistema solar. Al igual que algunos planetas por encima de un cierto tamaño, es un gigante de gas compuesto principalmente de hidrógeno y helio. El más gaseoso de todos los gigantes gaseosos conocidos, el nada romantico llamado TrES-4, fue descubierto en 2006 orbitando una brillante estrella a 1500 años luz de la Tierra. Su diámetro de alrededor de 1,8 veces el de Júpiter lo hace el planeta más grande medido con precisión. Extrañamente, sin embargo, TrES-4 es muy ligero para su tamaño. Tiene sólo 88 por ciento de la masa de Júpiter, dándole una densidad de aproximadamente 0,2 gramos por centímetro cúbico, menor que la del corcho. Como un planeta puede ser apenas tan ligero como TrES-4, sigue siendo un misterio.
Actualización: La ciencia nunca termina su búsqueda de extremos cósmicos: desde que esta historia fue presentada, nuevas observaciones al exoplaneta WASP-17b sugieren que es incluso más grande que TrES-4b, con un radio de casi el doble de Júpiter. El exoplaneta está a unos 1000 años luz de la Tierra y tiene una masa de sólo la mitad de Júpiter, por lo que es un misterio aún mayor que TrES-4b.
El mayor artefacto
A menos que un monolito alienígena gigante haya aparecido, mientras que este artículo estaba en prensa, la mayor estructura artificial conocida está en el espacio y es la Estación Espacial Internacional, con 109 metros de diámetro y un peso de 370 toneladas.
La mayor galaxia
De acuerdo con el modelo estándar de formación de galaxias, las mayores galaxias elípticas son monstruos formados a partir de la colisión de muchas galaxias más pequeñas. El mas grande ejemplo conocido es la CI 1101 (con forma de lente), a mil millones de años luz de distancia en el centro del cúmulo de galaxias Abell 2029. IC 1101 tiene cerca de 6 millones de años luz de diámetro, haciéndola miles de veces el volumen de la Vía Láctea.
El mayor agujero
No es un agujero negro, sino una vasta extensión de la oscuridad. En las extensiones más grandes exploradas, las galaxias están dispuestas en grandes paredes y nudos hasta unos pocos cientos de millones de años luz de diámetro, con huecos en el medio. El mayor vacío conocido - monstruosamente grande de alrededor de mil millones de años luz - se encontró en 2007. Una sugerencia descabellada indica que es una mancha dejada por un antiguo encuentro cercano con otro universo.
La estrella más grande
Una estrella llamada VY Canis Majoris, a 5000 años luz de la Tierra podría tragar nuestro sol más de 8 mil millones de veces. Su diámetro estimado de casi 3000 millones kilometros pone a VY Canis Majoris con un puñado de estrellas que han ganado el título de hipergigante roja. Esta estimación es impugnada, sin embargo, y algunos dicen que la estrella es solo una supergigante roja de solo 1000 millones de kilómetros de diámetro.
FUENTE: newscientist.com
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Tantos extremos me dejan sin palabras, y obviamente hay muchos extremos más...
P.D: Perdón por lo largo del thread...
