Pols d'estels

El bloc d'Enric Marco

Arxiu de la categoria: Cosmologia

El telescopi espacial Hubble observa directament el disc d’acreció al voltant d’un forat negre

1

Un equip de científics, dirigits per José A. Muñoz del Departament d’Astronomia i Astrofísica de la Universitat de València, ha utilitzat el Telescopi Hubble de la NASA/ESA per observar el disc d’acreció d’un quàsar – un disc brillant de matèria que està sent lentament xuclat pel forat negre central de la seua galàxia. L’estudi fa ús d’una nova tècnica que utilitza lents gravitatòries per donar un impuls enorme a la potència del telescopi. La increïble precisió del mètode ha permès als astrònoms mesurar directament el disc i conéixer la temperatura en diferents parts d’aquest.

Un equip internacional d’astrònoms ha utilitzat una nova tècnica per estudiar el disc brillant de matèria que envolta un forat negre llunyà. Usant el telescopi Hubble de la NASA/ESA, combinades amb l’efecte de lent gravitatòria de les estrelles en una galàxia llunyana [veure 1, al final], l’equip va mesurar la grandària del disc i estudiar els colors (i per tant la temperatura) de les diferents parts d’aquest. Aquestes observacions mostren un nivell de precisió equivalent a la detecció dels grans individuals de sorra en la superfície de la Lluna.

Mentre que els forats negres són per se objectes invisibles, les forces que provoquen causen alguns dels fenòmens més brillants de l’Univers. Els quàsars – abreujament d’objectes quasi-estel·lars – són discos brillants de matèria que orbiten al voltant de forats negres supermassius, escalfant-se i emetent radiació extremadament brillant.

El disc d’acreció d’un quàsar té una mida típica d’uns pocs dies-llum, o d’uns 100 mil milions quilòmetres de diàmetre, però es troben a milers de milions d’anys llum de distància. Això significa que la seua mida aparent, vist des de la Terra és tan petita que probablement mai tindrem un telescopi prou potent com per veure la seua estructura directament“, explica José Muñoz, el científic principal en aquest estudi.

Fins ara, la petita mida aparent dels quàsars havia fet que la major part del nostre coneixement de la seua estructura interna s’havia basat en l’extrapolació teòrica, en lloc de l’observació directa.

L’equip, per tant, utilitza un mètode innovador per estudiar el quàsar: les estrelles d’una galàxia intermèdia fan de microscopi d’escombrat per observar trets en el disc del quàsar que d’una altra manera seria massa petits per veure. A mesura que aquestes estrelles es mouen a través de la llum del quàsar, els efectes gravitatoris amplifiquen la llum de diferents parts del quàsar, donant informació detallada del color d’una línia que creua a través del disc d’acreció (veieu el vídeo).

L’equip va observar un grup de quàsars distants, la llum dels quals va ser desviada per l’alineació casual d’altres galàxies situades en primer pla, produint diverses imatges del quàsar.

Els membres de l’equip van veure les subtils diferències de color entre les imatges i els canvis de color que es van dur a terme durant el temps de les observacions. Part d’aquestes diferències de color es deuen a les propietats de la pols en les galàxies que intervenen: la llum procedent de cadascuna de les imatges del quàsar ha seguit un camí diferent a través de la galàxia, de manera que els diferents colors contenen informació sobre el material dins de la galàxia. El mesurament de la manera i l’extensió de com la pols dins de la galàxia bloqueja la llum (coneguda pels astrònoms com la llei d’extinció) a aquestes distàncies és en si mateix un resultat important de l’estudi.

Per a un dels quàsars que van estudiar, però, hi ha indicis clars que les estrelles en la galàxia intermèdia passaven pel camí de la llum del quàsar [2]. Igual que l’efecte gravitacional degut a la galàxia sencera doblega i amplifica la llum del quàsar, de la mateixa manera ho poden fer les estrelles dins de la galàxia intermèdia que subtilment corben i amplifiquen la llum procedent de diferents parts del disc d’acreció al seu pas pel camí de la la llum del quàsar.

Mitjançant el registre de la variació en el color, l’equip va ser capaç de reconstruir el perfil de color a través del disc d’acreció. Això és important perquè la temperatura d’un disc d’acreció augmenta com més a prop està del forat negre i els colors emesos per la matèria calenta és més blava com més calenta siga. Això va permetre a l’equip mesurar el diàmetre del disc de matèria calenta, i representar com de calenta està a diferents distàncies del centre.

L’equip va trobar que el disc és d’entre quatre i onze dies-llum de diàmetre (aproximadament de 100 a 300 mil milions de km). Encara que aquesta mesura mostra una gran incertesa, segueix sent una mesura molt exacta d’un objecte petit a una distància tan gran, i el mètode té un gran potencial per a una precisió major en el futur.

Aquest resultat és molt rellevant perquè implica que ara són capaços d’obtenir les dades d’observació de l’estructura d’aquests sistemes, en lloc de basar-se només en la teoria“, diu Muñoz. “Les propietats físiques dels quàsars encara no estan ben enteses. Aquesta nova possibilitat d’obtenir mesures observacionals està, per tant, obrint una nova finestra per ajudar a comprendre la naturalesa d’aquests objectes.

Notes

El Telescopi Espacial Hubble és un projecte de cooperació internacional entre la ESA i la NASA.

L’estudi, titulat “A study of gravitational lens chromaticity with the Hubble Space Telescope“, apareixerà en la revista Astrophysical Journal de  l’1 de desembre . L’equip internacional d’astrònoms es compon de: José Antonio Muñoz (Universitat de València), E. Mediavilla (Instituto de Astrofísica de Canarias), CS Kochanek (Ohio State University, EUA), EE Falco (Centre Harvard-Smithsonian Center for Astrofísica , EUA) i Ana Maria Mosquera (Universitat de València i Ohio State University, EUA).

[1] La gravetat corba l’estructura de l’espai-temps, i per tant desvia els raigs de llum. Quan l’alineació és correcta, amb un objecte directament darrere d’un altre, la gravetat de l’objecte en primer pla “doblega” la llum com ho fa una lent òptica, un procés conegut com lent gravitatòria. Les lents gravitatòries es caracteritzen per produir múltiples imatges distorsionades dels objectes distants.

Els efectes més cridaner de la lent gravitatòria és l’amplificació i distorsió de la llum de galàxies distants, ja que la llum passa a través de cúmuls massius de galàxies.

Aquest efecte també es produeix a menor escala, amb les galàxies a una distància intermèdia que doblega i distorsiona la llum de quàsars distants, produint imatges múltiples que són visibles a través de la galàxia lent.

Les estrelles individuals també poden fer de lent, encara que aquest efecte, anomenat microlent gravitatòria, és molt més subtil i només pot ser detectat mesurant com l’efecte de lent augmenta la brillantor de la font.

Aquest estudi fa ús de l’efecte de microlent gravitatòria d’estrelles d’una galàxia en primer pla per estudiar el disc d’acreció d’un quàsar situat darrere d’ella. També s’utilitza la interacció de la llum quàsar i l’efecte de lent gravitatòria per explorar el contingut de gas i pols de les galàxies intermèdies.

[2] La galàxia lent en què es va observar aquest fenomen se l’anomena [WKK93] G, el quàsar es diu HE 1104-1805.

Imatge: Aquesta imatge mostra un quàsar, la llum del qual ha estat doblegat i distorsionat per una galàxia en el primer pla, que pot veure’s com una forma dèbil al voltant de les dues imatges del quàsar.

L’observació d’una de les imatges mostra variacions de color al llarg del temps. Això és causat per estrelles de la galàxia lent que creuen el camí de la llum del quàsar, amplificant la llum de diferent parts del disc d’acreció del quàsar a mesura que es mouen. Això ha permés a un equip de científics reconstruir el color i el perfil de temperatura del disc d’acreció amb una precisió sense precedents. El nivell de detall aconseguit és equivalent a estudiar grans individuals d’arena en la superfície de la Lluna observant des de la Terra.

Crèdit de la foto:

NASA, ESA i J.A. Muñoz (Universitat de València)

i del vídeo:

NASA, ESA, L. Calçada

Text a partir de la nota de premsa del Hubble Space Telescope.

 

L’expansió accelerada de l’univers mereix el Nobel de Física d’enguany

3

Nobel Fisica 2011

No és fàcil mesurar distàncies a l’Univers. De fet llevat dels planetes i estels pròxims que es calculen per mitjà de mètodes geomètrics, el càlcul, ni que fos aproximat de la llunyania d’una nebulosa o galàxia, no va ser possible fins el treball abnegat i callat d’Henrietta Swan Leavitt que descobrí les estrelles cefeides i la seua utilitat per determinar distàncies.

Aquest descobriment fonamental per a l’astronomia va permetre, per primera vegada, determinar la grandària correcta de la nostra galàxia i l’existència d’altres galàxies separades, com la d’Andròmeda. Amb l’ús de les cefeides, Edwin Hubble va poder determinar la distància de milers de galàxies i a més, l’any 1929, va descobrir un fet sorprenent: quan més lluny es troba una galàxia més sembla allunyar-se de nosaltres. Un fet que plasmà en l’anomenada Llei de Hubble i que portà rapidàment a la idea d’un origen més comprimit i més dens de l’Univers en un passat llunyà.

Si les galàxies s’expandeixen vol dir que abans estan juntes i que ha hagut una gran explosió, o Big Bang, en expressió sorneguera de Fred Hoyle i que ha fet fortuna.Si bé la teoria de l’expansió està totalment acceptada, a finals dels anys 70, el descobriment de la rotació peculiar de les galàxies espirals va portar al descobriment de l’anomenada matèria fosca, una matèria desconeguda, sense emissió de llum però amb massa que és capaç de frenar la rotació esperable de les galàxies. L’Univers tenia, a més de matèria ordinària, lluminosa i massiva, una part no menyspreable d’un tipus de matèria estranya amb massa.

L’any 1998, però, els treballs de dos grups d’astrònoms diferents, un d’ells liderats per Saul Perlmutter (el Supernova Cosmology Project) i altre per Brian Schmidt (>High-Z supernova Research Team), en el que Adam G. Riess té un paper important, portaren a un descobriment sensacional.

Els equips es dedicaven a estudiar la lluminositat d’explosions d’estels en galàxies molt llunyanes, les anomenades Supernoves tipus Ia. Recordant el que he dit al principi, aquest tipus d’explosions estel·lars pot ser utilitzat com a patró de lluminositat per a calcular distàncies a galàxies molt remotes. La sorpresa de tots dos equips, de manera independent, va ser observar que aquestes supernoves llunyanes brillaven aproximadament un 25% menys del que s’esperava. L’única explicació possible era que les estrelles estaven realment molt més lluny del que semblava.

Aquest fet, entés dins de la teoria estàndar del Big Bang, indica clarament que l’univers no només s’expandeix sinó que a més a més està accelerat. I el causant d’aquesta acceleració és una força de repulsió, una mena d’antigravetat que separaria els components de l’univers. Aquesta seria el que s’anomena energia fosca, una energia que s’associa a l’espai buit i que actua com la constant cosmològica que predir Einstein. L’energia fosca ni brilla ni té massa però dóna compte del 70% del contingut total de matèria i energia i seria, per tant, la component dominant de l’univers.

Ben donat està doncs el Nobel de Fisica d’enguany. Bons són aquells reconeixements per als que obrin nous camins de la ciència. I ausades que aquests ho han fet.

Imatge: Saul Perlmutter, posant en front d’una imatge d’una supernova. Mesurant la brillantor d’un gran nombre de supernoves tipus 1a en galàxies llunyanes Perlmutter, Schmidt i Riess van ser capaços de mostrar que l’Univers s’expandeix més ràpidament del que es pensava abans. Crèdit: Lawrence Berkeley National Laboratory. De la web Optics.org

Publicat dins de Cosmologia i etiquetada amb , , | Deixa un comentari

Arquitectura còsmica, l’univers al laboratori

2

arquitectura

Tant a la Terra com a l’espai, avui en dia, disposem dels telescopis més avançats. Les nostres observacions són més detallades i el nostre coneixement més precís. Però, malgrat els avanços, l’astronomia té un problema. No és una ciència experimental com ho puga ser la química. El procés de validació dels models proposats per a explicar una observació no pot ser reproduït als laboratoris.

Tanmateix, aquesta mancança s’ha anat esmenant darrerament. No podem reproduir un forat negre al laboratori, ni fer explotar un estel com a supernova, per raons de les escales implicades, en conseqüència, tractem de fer-ho virtualment. Si som capaços de fer mons virtuals en les consoles, per què no reproduir l’evolució de l’univers en conjunt?

Per això cal una simulació del fenomen astrofísic que ens interessa. Mitjançant l’ús de sofisticats programes o codis numèrics, es construeix una xarxa tridimensional en la que cada punt té associats els valors de temperatura, pressió, velocitat… i es fa evolucionar en el temps.
La simulació aconseguida serà bona si reprodueix les observacions i, encara més, si prediu fenòmens no observats. Les simulacions astrofísiques, per tant, esdevenen d’aquesta manera, un laboratori virtual on testejar els resultats obtinguts amb els telescopis.

Aquestes simulacions necessiten utilitzar superordinadors amb milers de processadors. Un càlcul típic pot utilitzar la capacitat de milers d’ordinadors domèstics i durar dies o setmanes.

La Universitat de València compta amb un potent grup d’Astrofísica i Cosmologia computacional al departament d’Astronomia i Astrofísica. A la Fundació Valenciana d’Estudis Avançats (Pintor López, 7, València), alguns dels seus membres explicaran les seues troballes, tots els dijous fins a Falles, en un cicle de conferències coordinat pel catedràtic José Maria Ibáñez. El pròxim 10 de febrer, el professor Vicent Quilis parlarà de la formació i evolució de l’Univers i de les tècniques usades per a realitzar les complexes simulacions cosmològiques així com també dels resultats obtinguts.

Imatge: Procés de transformació d’una galàxia. Vicent Quilis.

Publicat dins de Cosmologia i etiquetada amb , | Deixa un comentari

La ciència del 2011 segons Nature

2
Publicat el 1 de gener de 2011

Ciencia 2011

La revista Nature ha publicat les previsions dels possibles descobriments en ciència aquest any que avui comença. He seleccionat, per comentar-les, les relacionades amb l’astronomia i l’exploració espacial. Tant de bo que aquestes es compleixen en aquest 2011 tant com els vostres desitjos. Molt bon any a tots…

Aquell bosó de Higgs. La partícula de Higgs que segons els físics teòrics explicaria l’existència de la massa de les partícules (i d’això ja en parlarem quan es descobresca, que és ben curiós) no serà segurament encara descoberta en el colisionador LHC del CERN a Ginebra però potser en l’estudi dels milions de Terabytes de dades recollides fins ara es troben les primeres proves de la supersimetria, per la qual tota partícula en té una altra supermassiva, encara no descoberta.

Materia fosca, l’hora de la veritat D’aquell 25% de la matèria de l’Univers que no brilla però que saben que existeix al voltant de les galàxies per les pertorbacions gravitatòries que provoquen, no en saben quasi res. Que si són neutrinos massius, partícules exòtiques no trobades encara als nostres laboratoris terrestres (CERN, p.e.), que si matèria fosca calenta o freda. S’han fet milers de propostes però no sabem del cert que és la matèria fosca. Però ara, diversos experiments subterranis, com el XENON100 a l’italià Laboratori Nacional del Gran Sasso prop de L ‘Aquila, i el Cryogenic Dark Matter Search (CDMSII) en la Minnesota’s Soudan Mine estan caçant partícules de matèria fosca i esperen treure els primers resultats per al 2011.

Altra Terra. La sonda Kepler continua investigant exhaustivament una zona prop de la constel·lació del Cigne. Els caçadors de planetes prediuen que, amb Kepler, aquest any es trobarà el primer planeta tipus Terra orbitant una estrella tipus Sol. Els investigadors d’aquesta sonda llançada el 2009 ja han observat centenars de planetes però encara no han donat a conèixer totalment els seus resultats.

L’últim dels transbordadors L’últim vol dels space-shuttle de la NASA està previst per al mes d’abril. Aquest lliurarà l’Espectrometre Magnètic Alpha (AMS) a l’Estació Espacial Internacional amb la missió de buscar matèria fosca i antimatèria. Si el Congrés americà no n’autoritzà un altre vol per al novembre, es tancarà definitivament l’era dels transbordadors espacials. Han resultat molt més cars del previst, no són tan reutilitzables com es pensava i han resultat ser bastant perillosos. Dues naus amb les seues tripulacions (Challenger 1986 i Columbia 2003) han estat destruïdes. La NASA pretén usar transports privats a partir d’ara. Si el segon llançament de prova del Dragon, la nau desenvolupada per l’empresa SpaceX, té èxit, el llançament de una nau privada amb tripulació o càrrega es podria realitzar ben aviat.

Explorant el Sistema Solar. En el mes de març, la nau Messenger, que ja ha fet dues visites al planeta Mercuri, es posarà finalment en òrbita al seu voltant. En agost la sonda Dawn orbitarà Vesta, un dels majors membres del cinturó d’asteroïdes. Enguany també es llançaran la missió Juno, que orbitarà en uns anys els pols jovians, la missió Grail, dues naus bessones preparades per estudiar detalladament el camp gravitatori lunar i el robot de la grandària d’un cotxe Mars Science Laboratory, que substiturà l’exitosa missió dels robots bessons Opportunity i Spirit que des del 2004 continuen explorant la superfície marciana. Tot un èxit de la ciència i la tecnologia.

Estudiant la nosta nau Els investigadors de GOCE, un satèl·lit de la ESA designat per mesurar amb molt de detall el camp gravitatori terrestre, publicaran els seus primers resultats enguany. Com que la Terra no és una esfera perfecte ja que, de manera basta podem dir que presenta bonys i depressions, el coneixement exacte d’aquestes irregularitats ens permetrà saber millor la pujada del nivell del mar per efecte del canvi climàtic.

Veurem que es compleix de tot això. I cal recordar que milers de laboratoris arreu del món, telescopis, sondes, astrònoms i doctorants continuen treballant en els seus projectes. Segur que ens donen algunes bones notícies. Bon any a tots.Foto: Peter Higgs, Físic emèrit de la Universitat d’Edimburg que ha proposat el bosó que explicaria la massa.

Publicat dins de Cosmologia i etiquetada amb , , | Deixa un comentari

L’inventari còsmic

0

Inventari

La matèria que forma el nostre cos, el nostre planeta, el Sol, les estrelles del firmament i els núvols de gas i pols que poblen la nostra Galàxia estan fetes d’àtoms. De fet, la major part és hidrogen i heli que es troba en les estrelles, però sobretot en el medi interestel·lar i intergalàctic. Els elements més pesats que apareixen en la taula periòdica (oxigen, nitrogen, carboni, silici, ferro…) són solament una petita fracció del total de la matèria d’aquest tipus, que podríem anomenar matèria ordinària. Aquests elements pesats es van formar en l’interior de les estrelles com a conseqüència de les reaccions termonuclears que es produeixen en el seu si. Van ser expulsats al medi interestel·lar en les últimes fases de la vida de les estrelles o en explosions com les supernoves, i es van reciclar per a formar noves generacions d’estrelles, potser amb sistemes planetaris on ja estaven els elements indispensables per a la vida. Són molt importants per a nosaltres, però poc rellevants en l’inventari còsmic. De fet, les observacions cosmològiques actuals apunten que en l’univers solament el 5% seria matèria ordinària, altre 25% seria un tipus de matèria ben distinta al que coneixem i la naturalesa de la qual segueix sent un misteri, la matèria fosca. Els grans acceleradors de partícules, com el LHC en el CERN, la busquen i potser, algun dia, la troben. Més estrany encara resulta el concepte d’energia fosca, que contribueix amb un 70% al total i seria, per tant, la component dominant del contingut de matèria i energia de l’univers.

Vicent Martinez, El inventario cósmico, Levante EMV, 16 d’octubre 2010.

Publicat dins de Cosmologia i etiquetada amb , | Deixa un comentari

Viatge per l’Univers conegut

3

De l’Imatge Astronòmica del Dia ja n’he parlat en alguna ocasió. La web ens presenta cada dia una imatge d’algun fet astronòmic, el qual és comentat per un astrònom professional. Mirant les imatges diàriament podem seguir l’actualitat del cel, els descobriments més importants i els vídeos més espectaculars. A més a més ja fa anys que la feina constant de Joan Gironès ens ha permès tindre una versió en català.

L’altre dia es va presentar un vídeo produït per l’American Museum of Natural History en el que podem viatjar en uns quants minuts per l’Univers conegut. Aquesta animació recorda el mític viatge de les potències de deu, “Powers of Ten”. Ara aquesta moderna animació mostra molts dels moments destacats d’un viatge per l’Univers on s’hi poden veure els darrers descobriments astronòmics. El vídeo comença a la Serralada de l’Himalaia de la Terra i aleshores la nau que ens transporta s’allunya mostrant, primerament les òrbites dels satèl·lits de la Terra, la nostra estrella el Sol, una vista ràpida del Sistema Solar. Passem ràpidament una esfera que representa l’extensió que abasten els primers senyals de ràdio generats per la humanitat, la qual es troba ja a uns 100 anys llum. Ens allunyem de la nostra galàxia, la Via Làctia, veiem el grup local de les galàxies properes, les galàxies distants i els quàsars, que són galàxies actives. Finalment s’arriba al límit que poden abastar els nostres detectors, la frontera del distant fons còsmic de microones, la primera llum
que va ser emesa 380 000 d’anys després del Big Bang i que,  des d’aleshores, ha viatjat lliurement per l’Univers.

Mireu-lo i gaudiu, a una velocitat moltes vegades la de la llum, d’un viatge de 6 minuts per l’Univers.

Robert W. Wilson, un nobel a Granada

0

Wilson Granada

Les activitats de l’Any Internacional de l’Astronomia m’han suposat molta faena amb tots els actes, conferències, exposicions i observacions populars que hem organitzat i que els lectors d’aquest bloc han pogut seguir però m’han reportat també,  és clar, moltes satisfaccions.

Si el novembre obriem les activitats de l’Any a la Universitat de València amb la visita  i conferència multitudinària de George Smoot, Nobel de Física 2006, el que descobrí les anisotropies de la radiació de fons de l’Univers, el passat dissabte vaig conéixer personalment Robert W. Wilson, guardonat amb el premi Nobel de Física 1978, per justament descobrir aquesta radiació que impregna tot l’Univers.

Els actes de finalització de l’Any Internacional de l’Astronomia a nivell de l’estat es van realitzar a Granada. I allí vaig escoltar la conferència d’un dels astrònoms vius més influents de l’astronomia del segle XX. Robert W. Wilson, juntament amb Arno Penzias, van donar la primera prova experimental que l’univers actual prové d’una explosió inicial calenta.

Segueix…

La idea que ha tingut la humanitat sobre com és l’Univers ha anat variant al llarg dels segles. Si a l’època clàssica i l’edat mitjana l’Univers era equivalent al sistema solar en el qual la Terra era al seu centre, Copèrnic i sobretot els descobriments de Galileo, portaren a pensar en un univers heliocèntric amb el Sol regint les òrbites planetàries.

El descobriment per Hubble als anys vint del segle XX que moltes de les nebuloses visibles eren en realitat altres galàxies independents de la nostra va eixamplar el nostre univers fins a límits fora de la comprensió intuitiva humana.

Tanmateix Einstein mateix va introduir la Constant Cosmològica a les seues equacions de la Relativitat General per permetre un univers estàtic, sense principi ni fi només per raons estètiques.

Aquest era el sentir de molts dels astrònoms d’aquell moment. L’univers sempre era igual i com a molt, si evolucionava, s’anava creant matèria i destruint, en el que s’anomenà la Teoria de l’Estat Estacionari. Els científics Bondi, Gold i el més conegut Hoyle eren els principals valedors d’aquest model.

Tanmateix, l’estudi del moviment de les galàxies va permetre a Hubble concloure que aquestes s’allunyen unes d’altres, en el que s’anomena expansió de l’Univers. Aquesta expansió havia de provindre d’un moment anterior en el que la matèria i l’energia estiguera tota concentrada, el moment de l’explosió inicial o Big Bang.

Conferencia Granada

En un principi, la matèria i l’energia formaven una mena de sopa, on les partícules formades, protons, electrons, fotons, etc.. estaven tan junts i amb tanta energia que no es podien formar cap àtom estable. Fins que la temperatura no va baixar fins a uns 3000 graus no va ser possible que els protons i els electrons s’ajuntaren per formar els primers àtoms d’hidrogen. Els fotons de llum, ja lliures, pogueren escapar i ja sense xocar amb les altres partícules inundaren tot l’Univers de llum d’alta energia. És el que rep el nom del Desacoblament i ocorregué quan l’Univers tenia uns 380 000 anys de vida.

Aquesta primera llum de l’Univers ha viatjat durant els últims 13700 milions anys i com l’Univers mateix s’ha anat refredant, minvant la seua energia. Aquesta llum fòssil té ara una temperatura de 3 K (-270 ºC) i és pot detectar en qualsevol direcció de l’Univers.

El descobriment d’aquesta radiació extremadament freda va ser obra de Robert W. Wilson i Arno Penzias, dos físics i radioastrònoms, que l’observaren de manera accidental, a la seua antena de l’empresa Bell Labs a Holmdel, New Jersey, l’any 1965.

Aquests experimentats astrònoms, que havien fet les seues tesis doctorals en altres antenes, estudiant les emissions en ràdio de la nostra galàxia, treballaven en una empresa privada que estava interessada en les comunicacions per satèl·lit. Els primers satèl·lits Echo eren simplement enormes globus inflats que reflectien les ones de ràdio. L’interés de l’empresa era conèixer l’efecte de la Galàxia sobre les comunicacions i com minimitzar-ne l’efecte.

Bob Wilson, que havia estudiat amb Hoyle, i com va dir a la conferència, “m’agradava la teoria de l’estat estacionari“, juntament amb Arno Penzias, van estar provant una antena nova, la famosa antena Holmdel Horn a New Jersey (foto), construïda per al projecte del satèl·lit Echo. Estudiaven la font de ràdio més intensa de la Galàxia, Cassiopeia A (Cas A) i sempre trobaven un excés de soroll o radiació extra. Res a l’equip o a l’entorn no ho explicava.

És ben coneguda l’anècdota que els científics també hagueren de traure de l’antena un niu de coloms i netejaren les seues cagades no fora cas que foren els responsables de l’excés de radiació en les mesures. Però res a fer. El soroll extra era persistent.

Repassaren totes les juntes d’alumini de l’antena per veure si les mesures eixien més netes però res de res. L’excés de radiació estava sempre ahí.

A final no van tindre més remei que demanar ajuda a Robert H. Dicke de Princeton que confirmà amb els seus col·laboradors el descobriment i li donà l’explicació teòrica.

La publicació dels articles de Dicke i col·laboradors i de Penzias i Wilson van ser una autèntica bomba. El New York Times publicava en primera pàgina el descobriment. Com va dir Robert Wilson a la xerrada: “Es prenien seriosament la cosmologia!“.

La confirmació de la radiació fòssil de l’origen de l’Univers va arribar molt ràpidament. I els honors també. El 1978 Penzias i Wilson reberen el premi Nobel de Física.

Wilson

Tanmateix Wilson va reconéixer que “la ciència no sempre funciona com els llibres de text diuen. Fins a cinc vegades van estar a punt de descobrir la radiació de fons de l’Univers abans que nosaltres”, va reconéixer. “I si algun d’aquests grups hagués reeixit aleshores jo no estaria ara ací.

Amb aquest descobriment la Teoria de l’Estat Estacionari estava ja tocada de mort i ja no va tornar a aixecar el cap.

El coneixement de la radiació de fons ha fet molts avanços des d’aleshores amb satèl·lits dedicats a aquesta finalitat com el COBE de George Smoot, el WMap o el Planck llençat el passat mes de maig. Però això ja és una altra història.

Vaig tindre l’oportunitat de parlar una mica amb el premi Nobel Robert Wilson i expressar-li la meua admiració pel seu treball. Es va mostrar molt amable i amb bon sentit de l’humor. Gràcies Bob, per fer-nos entendre una mica millor l’Univers.

Web de l’Any Internacional de l’Astronomia. Entrevista a Robert W. Wilson.

Fotos:

1. Organització de l’Any Internacional
2. Durant la xerrada. Enric Marco
3. Posant amb Robert Wilson. Enric Marco

Publicat dins de Cosmologia i etiquetada amb , , | Deixa un comentari

El Joc del Big Bang

3
Les millores en hardware i software en els ordinadors moderns permeten fer simulacions dels fenomens físics més usuals. Però representar en un ordinador tota la història de l’Univers en un joc sembla, si més no, agosarat.

El Big Bang, teoria científica qual l’Univers va aparéixer i s’expandeix actualment a partir d’una explosió inicial, és difícil de divulgar per ser necessari tenir un coneixement elevat de física de partícules.

Doncs un joc educatiu de l’Origen és el que acaba de posar en la xarxa el Museu de la Ciència i de la Tècnica de Catalunya. Amb la col·laboració del Centre Europeu de Recerca Nuclear (CERN) i investigadors de la Universitat de Barcelona, l’Autònoma i la Politècnica de Catalunya, el Joc del Big Bang
permet fer un passeig per la història de l’univers, des dels primers moments i quan les partícules tot just es creaven.

El joc està dirigit als joves i pretén posar a l’abast un recurs d’entreteniment i divulgació científica
que, a la vegada, facilita el coneixement de l’origen de l’univers i de
la física de partícules.

Hi ha un conjunt de jocs virtuals que es poden jugar de manera individual i també en grup, per exemple en una classe de ciències. Però també és un concurs que tindrà lloc entre l’1 d’octubre i el 31 de desembre
de 2009. Cal inscriure’s per poder participar.

Es poden jugar a nous jocs diferents relacionats amb nou fases de l’evolució de l’univers i per tant de la física de partícules i els premis són ben interessants. El primer premi individual consisteix en un viatge per a dues persones per visitar el CERN a Ginebra.

El Joc del Big Bang ha estat elaborat pel Museu de la Ciència i la Tècnica de Catalunya (mNACTEC), dins el Sistema Territorial que inclou 25 museus de Catalunya, en col·laboració amb la XTEC. El mNACTC organitza una exposició temporal que duu per títol “Explorant els inicis de l’univers
i que presenta els experiments de recerca que s’estan duent a terme al
Centre Europeu de Recerca Nuclear (CERN). L’exposició estarà al mNACTEC
fins al 7 de març de 2010

Per fer-vos una idea, podeu veure el vídeo promocional del Joc.

Planck a l’espai

1
Publicat el 14 de maig de 2009

Planck-ESA

Avui els astrònoms estem de festa altra vegada (quin any!). Des de Kourou, la base de llançament de l’Agència Espacial Europea a la Guaiana francesa, es llançaran a l’espai dues de les missions més importants dels últims anys: Herschel, el major telescopi infraroig, que mirarà l’univers fred, els núvols de gas, estrelles fredes, pols, etc. i Planck, la nova missió per estudiar el fons de microones de l’univers, les restes de l’explosió inicial, els fotons que van poder eixir de la primitiva sopa de partícules quan l’univers només tenia uns 380 000 anys de vida.Herschel i Planck es llançaran a les 15 h. 12 min (hora central europea) conjuntament dins del major coet de càrrega europeu, un Ariane 5. Els satèl·lits estan situats en el morro del coet. Herschel, que és el més gran, es troba en la part superior mentre que Plank està a sota.

Les dues missions seran situades a uns 1 500 000 km de la Terra en la direcció oposada al Sol, lluny de les influències d’aquests cossos.

Des de fa anys, Diego Sáez, un company del departament, ha treballat sobre el tractament de les dades que aconseguirà Planck. Així que farem una observació en directe de l’esdeveniment.

Els estudiants, per la seua part, han organitzat una sessió, amb xerrades i l’observació del llançament des de una aula de l’Aulari Interfacultatiu del Campus de Burjassot.

Segueix…

Herschel i Planck seran llançats conjuntament a bord d’un coet Ariane 5 des del port espacial europeu a Kourou, Guaiana francesa. Els dos satèl·lits, que estan situats un damunt l’altre al morro del coet, se separaran ràpidament una vegada estiguen fora de l’atmosfera terrestre i viatjaran independentment per situar-se en diferents òrbites al voltant del segon punt de Lagrange (L2) del sistema Sol-Terra. Aquest, com altres punts similars, dels quals ja vaig parlar en altre apunt, són zones d’estabilitat gravitatòria i llocs ideals per situar satèl·lits.Quan arriben a L2, seran injectats en una òrbita de Lissajous, una òrbita en forma de tor, és a dir en forma de “dònut” però sense tancar-se.

Herschel, que té un espill de 3,5 metres de diàmetre i que, per tant, és més gran que el Telescopi Espacial Hubble, és un telescopi infraroig. Estudiarà l’univers fred, que emet en longituds d’ona llargues. En el sistema solar es dedicarà als asteroides, al cinturó de Kuiper, als cossos transneptunians. En la nostra galàxia estudiarà la formació estel·lar i els discs circumestel·lars on es formen planetes. Fora de la Galàxia estudiarà la formació estel·lar i el fons còsmic infraroig. També serà el telescopi que permetrà trobar aigua en el cosmos.

Els seus instruments detecten bàsicament el calor. Per evitar detectar únicament el satèl·lit, el telescopi estarà refrigerat a temperatures pròximes al zèro absolut (-273 K) mitjançant heli líquid. La missió durarà el que dure les reserves d’heli, uns quatre anys.

L’altre satèl·lit, Planck, el nom del qual ve del Nobel de Física Max Planck (1858-1947), pare de la física quàntica, serà la primera missió de l’ESA que es dedique a l’estudi del Fons Còsmic de Microones, la radiació fòssil del Big Bang.

La nau està equipada amb un telescopi d’1,5 metres i dos instruments que operen en ràdio en longituds d’ona submilimètriques. Com Herschel també disposa d’un sistema criogènic per mantindre els detectors a temperatures pròximes al zèro absolut.

Des de fa anys un company del departament ha treballat sobre el tractament de les dades que aconseguirà Planck. Així que ens sentim implicats i farem una observació en directe de l’esdeveniment.

Els estudiants, per la seua part, han organitzat una sessió, amb xerrades i l’observació del llançament des de una aula de l’Aulari Interfacultatiu del Campus de Burjassot.

Finalment us pose un extracte de la nota de premsa que la Universitat de València ha enviat als mitjans de comunicació:

“Experts del Grup de Relativitat i Cosmologia del Departament d’Astronomia i Astrofísica de la Universitat de València, dirigit per Diego Sáez, investigador associat al projecte Planck, han dissenyat codis numèrics i simulacions que seran utilitzats per a estudiar les dades obtingudes per aquest satèl·lit. “L’objectiu de Planck és mesurar la temperatura i l’estat de polarització de la radiació de fons de microones i nosaltres hem creat diversos codis per a contribuir a l’anàlisi, complexa i de tipus estadístic, dels mapes que s’elaboraran a partir de les temperatures corresponents a milions de direccions”, explica Sáez. Aquesta radiació, que ompli l’univers, és de la mateixa natura que la llum visible, és a dir, és formada per partícules sense massa anomenades fotons. La seua temperatura es calcula mitjançant radiòmetres i bolòmetres, que s’instal·len en els satèl·lits. Els seus fotons, que tenen energies que es corresponen amb les microones, es mouen arreu de l’univers a una velocitat de 300.000 quilòmetres per segon. El treball dels científics del Grup de Relativitat i Cosmologia, del qual també formen part José Vicente Arnau i Màrius Fullana, ha consistit tant en la configuració de codis com en la seua comprovació, que s’ha realitzat en col·laboració amb equips de Bolonya i de Santander. Una vegada el Planck haja arribat a la seua òrbita, el treball de la Universitat de València consistirà a aplicar els codis a mapes reals, obtinguts amb les dades del satèl·lit, i estudiar les implicacions cosmològiques dels resultats.”

Foto: Planck en l’òrbita en L2. ESA

Publicat dins de Cosmologia i etiquetada amb , , | Deixa un comentari

Un Premi Nobel al Campus

1

Smoot

Un dia intens ahir. George F. Smoot, premi Nobel de Física 2006, ens ha visitat contat-nos de primera ma les vicissituds del descobriment de les anisotropies de la radiació de fons, radiació emesa en totes direccions quan l’Univers tenia només uns 380000 anys.

El professor Smoot ha fet aquesta setmana una gira pel País Valencià. Invitat a inaugurar el nou Museo Didáctico e Interactivo de Ciencias de la Vega Baja del Segura, a Oriola, ha estat investit Doctor Honoris Causa per la Universitat d’Elx mentre que a la Universitat d’Alacant, rebut per les autoritats acadèmiques, va fer el dimecres una conferència. Ahir finalment va visitar la nostra universitat on, en un mateix matí, ha impartit dues conferències distintes, una a la seu del Parc Científic de la UV  per a personal especialitzat d’astronomia i física de partícules principalment i l’altra per als estudiants de ciències del campus de Burjassot.

Segueix…

D’acord amb el model del Big Bang, l’univers va sorgir d’una explosió inicial. Segons aquest model, les galàxies i els cúmuls de galàxies actuals serien el resultat de l’evolució al llarg de més de deu mil milions d’anys d’unes menudes fluctuacions produïdes quan l’Univers que avui observem era més menut que un protó. El 1992, el professor Smoot i el seu equip, després de diversos anys de mesuraments i anàlisis de les dades arreplegades pels detectors de microones a bord del satèl·lit COBE de la NASA, van produir mapes del cel que mostraven regions “calentes” i “fredes” amb diferències de temperatura d’una cent mil·lèsima de grau. Aquestes inhomogeneitats en la temperatura, observades per COBE tal com eren quan l’Univers tenia tot just 380 000 anys, es consideren les petjades d’aquelles fluctuacions primordials i la confirmació del model del Big Bang. A partir d’aquestes fluctuacions es creu que es formaren les galàxies i els cúmuls de galàxies tal com els coneixem avui dia.

Incansable en tots dos llocs, el professor Smoot va parlar en cada conferència més d’hora i mitja i va respondre amb llargues dissertacions les preguntes formulades per alumnes i professors, totes aquestes en anglès, s’ha de dir. Millora el coneixement d’anglès en la comunitat universitària?

I una nota que agradarà al mestre Partal. El professor Smoot usa Mac….

La conferència més massiva va ser la que va fer al Saló d’actes interfacultatiu del campus de la Universitat a Burjassot, a les 12:30 hores. Una xerrada que, ben farcida d’imatges ben aclaridores i que jo no havia vist enlloc, i de simulacions espectaculars, va aplegar centenars d’estudiants que van omplir de gom a gom la sala de conferències. Companys de l’Agrupació Astronòmica de la Safor s’hi van acostar també per escoltar el professor de Berkeley.

Darrere d’on seia, una mare i el seu fill de quart d’ESO escoltaven la conferència. Parlant amb ells em vaig assabentar que el xic vol començar els estudis de Física d’ací a dos anys. Si s’aconsegueix que ell i d’altres com ell se senten atrets per estudiar titulacions científiques ja s’ho haurà valgut el treball que ha costat dur el Nobel a la Universitat.

El professor Smoot ens parlà principalment del seu descobriment però també de les seues conseqüències. L’existència i caracterització de la matèria fosca, observada al voltant de totes les galàxies espirals i de l’energia fosca, que es troba a tot arreu i que està accelerant l’expansió de l’Univers, van ser el tema de la darrera part de la seua xerrada i de les preguntes. Com a bon comunicador li va posar una mica d’humor en diverses ocasions. Va fer referència fins i tot a Star Trek quan ensenyà una animació on es feia un passeig entre les galàxies a una velocitat 200 vegades la de la llum (aquesta velocitat els encantaria!). O quan parlà de Nobels i princeses en la cerimònia de lliurament del seu guardó.

És molt afable, simpàtic i no para de parlar contant coses. Fins i tot ens contà aquella del físic del dia de Sant Valentí que volia convidar a la xica que no hi era mentre esperava la fluctuació quàntica per a que es materialitzés.

Finalment el professor firmà exemplars del seu llibre de divulgació científica Arrugas en el tiempo, on conta el desenvolupament dels seus projectes amb la NASA fins a l’èxit amb les observacions realitzades amb el satèl·lit COBE.

La nota vergonyant l’han posada els mitjans de comunicació que no han aparegut per fer ni tan sols una foto ni escriure una ressenya. Ja m’imaginava que la nostra televisió no enviaria cap unitat mòbil a creuar el carrer per captar el discurs del professor G.F. Smoot ni fer-li cap entrevista. Fora massa fàcil. Ara, tampoc vaig veure cap reporter gràfic ni res de res. Aquests periodistes que tenim per ací només ho publicarien si els ho enviàrem tot ben mastegat amb fotos i tot. On estan els periodistes científics? O simplement, on estan els periodistes? No té cap interès l’estada en la nostra universitat del premi Nobel que va confirmar la teoria de la Gran Explosió i com s’han pogut generar les galàxies?

Un gran esdeveniment per a la Universitat de València, per a tota la comunitat universitària, que la societat valenciana no ha sabut aprofitar.

Mentre tant la nostra Generalitat va restringint la llibertat de rebre informació (art. 20, Constitució) tancant repetidors

Adjunt teniu un petit extracte d’un llibre de divulgació de George F. Smoot.

Publicat dins de Cosmologia i etiquetada amb , | Deixa un comentari

Simulant el Big Bang

0

El gran col·lisionador d’hadrons (LHC) del Centre Europeu de Recerca Nuclear (CERN) va entrar en funcionament ahir. És la major empresa científica que ha fet mai la humanitat. Uns 10000 científics de tot el món, principalment d’Europa, hi treballen. Els resultats els veurem els pròxims anys i, encara que seran poc comprensibles per a la majoria de la població, si són els que s’espera, revolucionaran la física actual.

Una de les conseqüències més interessants per a aquest bloc d’astronomia serà que l’LHC serà capaç de reproduir a petita escala el que va passar en els primers moments de l’Univers.

Segueix …

Ahir, després d’anys de treball, un feix de protons va estar injectat a l’interior de la gran anella circular de 27 km de circumferència, soterrada a uns 100 metres sota la frontera franco-suïssa i l’aeroport de Ginebra. Ara li estan fent donar voltes, accelerant-se fins que arribe a una velocitat pròxima a la de la llum. D’ací poc s’injectarà un feix similar de protons en direcció contraria per a que xoque amb el primer feix.

En aquest experiment tot té unes proporcions gegantines. Per fer girar els protons, que tenen càrrega positiva, cal una sèrie d’imants superconductors que els desvien i els facen seguir la trajectòria circular. Aquests protons han de viatjar en el buit més gran que es puga aconseguir a la Terra, no siga el cas que xoquen amb les molècules de l’aire abans d’arribar al seu objectiu. Aquests imants, per a que funcionen, han d’estar refrigerats amb heli líquid a -271 C, sent així un dels llocs més freds de l’Univers. L’LHC és així el major consumidor d’heli (15 tm) del món.

Aquests dos feixos de protons, que viatgen en direcció contrària, xocaran a una energia molt gran. El que passa en aquests casos és que l’energia del xoc serveix per crear noves partícules que eixiran en totes direccions. És per això que l’anell col·lisionador està recobert, en les quatres zones de xoc, amb quatre immensos detectors, tan grans com un edifici. Las partícules han de deixar rastres que pugam veure i mesurar. En un d’aquests detectors, de nom ATLAS, hi participen membres de l’IFIC (Institut de Física Cospuscular) de la Universitat de València, així com de l’IFAE (Institut de Física d’Altes Energies) i del CNM-IMB (Institut de Microelectrònica), ambdós de Barcelona.

Una de les partícules que s’espera trobar és el bosó de Higgs. És una partícula neutra (càrrega 0) predita per la teoria estàndard de la física de partícules però encara no descoberta. És molt interessant ja que explicaria la massa de les partícules, perquè el fotó no té massa i les partícules W i Z si.

Vaig estar a una conferència abans de l’estiu a la Universitat on alguns físics valencians involucrats en ATLAS explicaven amb entusiasme el detector i els resultats esperables.

Els resultats són també interessants per als astrofísics ja que l’LHC podrà recrear-nos les condicions que existiren en els primers moments de l’Univers, poc després del Big Bang.

El que serà complex serà l’anàlisi de les dades obtingudes. Cada col·lisió produirà milions de traces als detectors que hauran de ser posteriorment analitzades. El software desenvolupat eliminarà les que no siguen interessants però, així i tot, quedarà molt per comprovar.

S’ha parlat que es poden crear, com a subproductes de les col·lisions, microforats negres. Aquests objectes estranys tenen molta massa concentrats en un lloc molt menut. Són tan densos que res pot eixir d’ells ni tan sols la llum.

La Teoria de cordes, proposta de descripció unificada de totes les interaccions, incloent-hi la gravetat, considera que els constituents fonamentals de la matèria no són partícules puntuals sinó objectes unidimensionals (cordes). A més considera que hi ha unes quantes dimensions extra, a banda de les 4 conegudes (3 espacials i una temporal). Una variació d’aquesta teoria creu que aquestes dimensions són mesurables i això faria viable la creació de microforats negres a l’LHC. Però, de moment, la teoria de cordes, encara que ha tingut alguns èxits, està lluny de ser acceptada per la comunitat científica. Molts la veuen encara com totalment especulativa.

L’amic Jesús Navarro, físic de l’IFIC, preguntat per Vilaweb, recorda que esporàdicament ens arriben per mitjà dels raigs còsmics, provenint de supernoves, galàxies, etc., concentracions d’energia de més magnitud que no les que es podran arribar a produir a l’LHC i això des de fa milions d’anys. I no tenim constància que no s’haja produït cap forat negre a l’alta atmosfera terrestre. La Terra continua on està i nosaltres també.

L’experiment ha costat uns 2000 milions d’euros, dels quals Espanya ha pagat un 8%. Alguns poden pensar que això és molt. Però si tenim en compte el retorn industrial això no és tant. Molts dels resultats tecnològics obtinguts al CERN han passat a la vida quotidiana. El més conegut és l’invent de la web. Però processos industrials com tècniques de buit i de refrigeració extrema estan essent utilitzats en la indústria alimentaria.

Per tot això, moltes felicitats als amics de l’IFIC que han treballat molt aquests últims anys i també a tots els físics i enginyers de tot el món que han participat.

Us deixe un article que s’ha publicat a Levante avui, signat per Juan Antonio Fuster, de l’IFIC. Per cert, el seu nom ha desaparegut de l’edició digital, encara que si que està en la de paper.

 El “LHC”, una catedral de la ciencia

Foto#: 0803019_01 ?Producció simulada d’un forat negre en ATLES. Aquest rastre és un exemple de dades simulades per al detector d’ATLES en  LHC al CERN. Aquests rastres es produirien si un forat negre en miniatura es creara en la col·lisió de protó amb protó. Aquest petit forat negre  decauria instantàniament a diverses partícules mitjançant un procés conegut com radiació de Hawking. Cortesia de The ATLAS Experiment at CERN, http://atlas.ch

Per què el cel nocturn és negre?

0
Els primers observadors moderns del cel, com Kepler, tenien la idea d’un univers infinit ple d’estels distribuïts de manera uniforme en tot l’espai. Aquesta suposició senzilla ha portat molts mals de cap als astrònoms ja que si l’univers és efectivament infinit, transparent i amb estels situats uniformement amb una lluminositat constant, s’arriba a la següent paradoxa: Si mirem en qualsevol direcció tard o d’hora la nostra línia de visió trobarà una estrella i per tant tot el cel hauria de brillar com el Sol. És la que es coneix com la paradoxa d’Obers i un exemple d’aquest fenomen el podem veure en un bosc molt atapeït d’arbres. La nostra visual troba sempre un arbre i veiem, per tant, un bosc contínu.

L’amic Josep Emili Arias ha escrit La paradoja de Olbers en la cosmología al diari Levante d’avui. És altament recomanable.  

Fan el primer mapa tridimensional de la matèria fosca

1

Un equip d’astrònoms internacionals ha creat un mapa tridimensional on es mostra per primera vegada la distribució a gran escala de la matèria fosca de l’Univers. Per a això han fet servir imatges del telescopi espacial Hubble, utilitzant la tècnica de les lents gravitatòries.

Els treballs pioners de l’astrònoma nord-americana Vera Rubin els anys 70 del segle passat sobre la rotació de les galàxies espirals foren els primers que detectaren un fet curiós. El gas i les estelles de les zones exteriors d’aquestes galàxies no semblen girar d’acord amb les lleis de Kepler. Els components de la galàxia haurien de girar tal com ho fan els planetes del sistema solar. A mesura que les estrelles es troben més i més lluny del centre galàctic, on es concentra la major part de la massa galàctica, la seua velocitat orbital hauria de decréixer amb la inversa de l’arrel del radi de l’òrbita.

Però això no s’observa. Ben al contrari la velocitat orbital de les estrelles i gas creix en allunyar-se del centre fins que a gran distància s’estabilitza.

Per poder explicar això, alguns científics es dedicaren a construir teories exòtiques que després no van prosperar. Finalment la comunitat científica va haver d’admetre que existia una matèria, anomenada fosca ja que no és detectada per cap mitjà òptic, ni de ràdio, etc, que era la causant de les anomalies gravitatòries. És a dir que gran part de l’Univers és invisible i només el coneixem pels efectes de gravetat amb la materia visible (gas, estrelles, galàxies i cúmuls de galàxies).

Se sap que aquesta matèria fosca està a l’halo galàctic de les galàxies espirals i entre les galàxies en els cúmuls galàctics i que la seua massa és cinc vegades major que la matèria ordinària. Però de que està feta no es té massa idea.

Ara un equip d’astrònoms internacionals dirigit per Richard Massey de Caltech, USA, ha construït el primer mapa de la matèria fosca a partir de 575 imatges preses pel telescopi espacial Hubble i amb altres telescopis terrestres d’una zona del cel amb una àrea equivalent a nou llunes plenes.

El mapa de la matèria fosca es va construir mesurant les formes de mig milió de galàxies llunyanes. La llum de les galàxies viatja a través de la matèria fosca, estant desviada per aquesta que distorsiona les imatges de les galàxies. És el que s’anomena efecte lent gravitatòria. Els astrònoms utilitzen aquesta distorsió per reconstruir la massa fosca que hi ha en la direcció de la visió.

A més si mirem galàxies llunyanes estem mirant enrere en el temps i per tant han pogut també fer el mapa de la distribució de matèria fosca en diferents èpoques.

La matèria fosca va fent-se menys compacta en passar el temps, formant filaments i concentrant-se en les mateixes zones de l’Univers on hi ha concentració de matèria visible. Això és causat per l’atracció gravitatòria que afecta els dos tipus de matèria.

Queda encara per explicar l’anomenada energia fosca. Una energia descoberta fa pocs anys i que sembla accelerar l’expansió de l’Univers. Es creu que forma el 70% de l’energia total de l’Univers i és una força repulsiva, oposada a l’atracció gravitatòria. No se’n sap res sobre ella. Només que ha d’existir.

No queda encara per descobrir i entendre!

Temes claus en la cosmologia moderna

1
Publicat el 9 de gener de 2007

L’origen de l’Univers i la seua estructura és un dels temes de treball més actiu de l’astrofísica moderna. També és el que genera més interés en la població en general. Com és l’Univers, com és va formar, quins són els seus components són les preguntes habituals que es fa la gent.

La Fundació La Caixa organitza a Cosmocaixa, a partir del 12 de febrer i durant un mes, un seguit de conferències donades pels més actius cosmòlegs del nostre país i de l’estranger. Podeu assitir-hi i fer les preguntes que vullgau.

Aprofiteu els residents a Barcelona i rodalies per assitir a les xerrades i visitar de retruc Cosmocaixa.

Destacar l’última xerrada donada per un company del departament. Vicent Quilis és capaç de simular en el seu ordinador la formació de les estructures còsmiques. I vos ho mostrarà. No vos ho perdeu. 

A continuació la llista de xerrades i el poster dels cursos.

La Fundació La Caixa ha organitzat a la seu de Cosmocaixa
(Barcelona) un conjunt de conferències sobre diferents aspectes de
la Cosmologia Moderna.

Adjunte text del curs i poster en pdf on es pot trobar més
informació.

TEMES CLAU EN LA COSMOLOGIA MODERNA

Del 12 de febrer al 14 de març a les 19.00h

Director científic
Enrique Gaztañaga, Investigador Científic del Consejo Superior de
Investigaciones Científicas (CSIC), al Instituto de Ciencias del
Espacio (IEEC-CSIC)

En els darrers 10 anys el nostre coneixement de l’Univers ha
experimentat un avenç espectacular gràcies als nous observatoris
espacials i terrestres. Hem après coses del Cosmos que mai
no haguéssim gosat preguntar. En aquest curs volem presentar els
últims avenços d’aquesta revolució. Què és l’espai? Per què
s’expandeix acceleradament? Són compatibles la gravetat
i la teoria quàntica? Com es va originar la matèria? Quin és
l’origen de les estrelles i com es formen les galàxies? Què són la
matèria i l’energia fosques?
Sorprenentment, les respostes a aquestes preguntes tan diverses
estan íntimament relacionades.

12 DE FEBRER
Introducció a la cosmologia moderna
Enrique Gaztañaga
(IEEC-CSIC), Barcelona

14 DE FEBRER
Espai i matèria en el Cosmos: el llegat d’Einstein
Alberto Lobo
Professor d’Investigació del CSIC al Instituto de
Ciencias del Espacio (IEEC-CSIC), Barcelona

19 DE FEBRER
Els primers nuclis i la matèria fosca: la nucleosíntesi
Antoni Grifols
Catedràtic de Física Teòrica a la UAB. Institut de
Física d’Altes Energies (IFAE), Barcelona

21 DE FEBRER
L’Univers primitiu: Per què s’expandeix l’Univers?
Juan Garcia-Bellido
Professor Titular de Física Teòrica a la Universidad
Autónoma de Madrid, Cantoblanco, Madrid

26 DE FEBRER
Els primers àtoms. La radiació còsmica de fons
Rafael Rebolo
Professor d’investigació del CSIC al Instituto
Astrofísico de Canarias, La Laguna, Tenerife

28 DE FEBRER
Primeres estrelles i galàxies a l’Univers
Jordi Miralda-Escude
Professor d’investigació de l’ICREA. Instituto de
Ciencias del Espacio (IEEC-CSIC), Barcelona

5 DE MARÇ
L’Univers en raigs X: ens mostra un
Cosmos violent i actiu
Xavier Barcons
Professor d’investigació del CSIC. Instituto de
Fisica de Cantabria (IFCA/CSIC), Santander

7 DE MARÇ
La cara fosca de l’Univers
Joe Silk
Càtedra Savilian d’Astronomia a la Universitat
d’Oxford, Regne Unit

12 DE MARÇ
Energia Fosca a l’Univers: l’Univers actual
pateix una expansió
Jaume Garriga
Catedràtic de Física Teòrica a la Universitat de
Barcelona, Barcelona

14 DE MARÇ
Simulant l’Univers: assoliments i reptes computacionals
Vicent Quilis
Investigador Ramon i Cajal a la Universitat de
València, València

Els descobridors de les anisotropies de la radiació de fons guanyen el Nobel de Física

4

Ahir, es va concedir el premi Nobel de Física a George F. Smoot i a John C. Mather, per la seua contribució a l’estudi de la radiació còsmica de fons de l’Univers i pel descobriment que aquesta radiació no és exactament igual en totes direccions.

És acceptat que l’Univers va sorgir d’una immensa explosió inicial fa uns 13,7 milers de milions d’anys. Al principi tot és una bola de plasma que va expandint-se i mentre es refreda es van creant les partícules elementals que coneixem ara: electrons, protons, neutrons. Tanmateix tot és tan dens que els fotons de llum no poden moure’s molt. Ràpidament són capturats per múltiples xocs. La matèria i la radiació comparteixen la mateixa temperatura. Tot està en una fase d’equilibri tèrmic. És la fase de la radiació dominant, en que l’univers és opac ja que la radiació emesa és reabsorbida ràpidament i mai podrà ser observada. L’univers continua expandint-se i per tant la temperatura del plasma va minvant. Quan la temperatura davalla als 3 000 graus comencen a formar-se els primers àtoms d’hidrogen: els protons es combinen amb els electrons per formar àtoms estables. És l’època de la recombinació (realment aquest és un nom impropi ja que mai abans havien estat combinats). És aleshores quan els fotons és desacoblen de la matèria i s’escapen lliurement sense interaccionar. Aquesta radiació si que és possible observar-la i a més ens hauria de donar informació de l’Univers a aquestes edats, dels últims moments quan estaven lligats, al voltant d’uns 380 000 anys després de la Gran Explosió.

Aquesta radiació, anomenada primordial, ha d’omplir tot el cel i provenir de totes les direccions. Donada l’expansió de l’univers i el temps transcorregut des del desacoblament radiació-matèria cal esperar que la radiació observada actualment siga extremadament feble i equivalent a una temperatura d’un cos (tècnicament anomenat cos negre) a uns 3 K (-270 C). Aquesta radiació va ser descoberta per Arno Penzias and Robert Woodrow Wilson el 1965, quan descobriren una radiació paràsita en la seua antena i li donaren l’explicació. Per això van obtenir el premi Nobel de Física l’any 1978. De manera precisa és una radiació de microones a una temperatura de 2,725 K.

Quedaven encara molts interrogants. Si aquella radiació es va separar de la matèria, va portar amb ella les petjades de la distribució de matèria tal com estava uns 380 000 anys després de la Gran Explosió? Per això calia escombrar tot el cel i veure com era la radiació còsmica en cada “punt” del cel. És a dir, veure, amb angles molt petits la variació de la temperatura de la radiació de fons. Podeu pensar la immensitat de la feina a fer i de la sensibilitat necessària dels aparells. Com a primera dificultat la nostra Galàxia emet molt més que el fons de radiació.

Aquesta fluctuació de la radiació de fons és molt dèbil: una part en 100 000 al voltant de la temperatura mitjana de 2,725 K. Aquestes fluctuacions són les petjades del contrast de densitat de l’Univers primitiu. Aquestes variacions de densitat es creu que causaren més endavant la formació de les galàxies i dels cúmuls de galàxies que coneixem ara.

George F. Smoot i a John C. Mather i tots els seus col·laboradors en van embarcar en la construcció i posterior llançament de la sonda COBE per tractar de detectar les anisotropies d’aquesta radiació. L’any 1992 van mostrar el primer mapa de l’Univers primitiu on s’observen les petites variacions de temperatura causades per les petites variacions de densitat. L’impacte sobre la comunitat científica internacional va ser brutal. Una nova prova, i ben ferma, de la solidesa de la teoria de la formació de l’Univers.

Més endavant el satèl·lit Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), llençat el 2001, va augmentar la resolució i la sensibilitat dels aparells.

L’any que ve es llençarà la missió Planck de la ESA, on hi ha implicats personal de la Universitat, per millorar encara més les dades obtingudes del fons còsmic de microones.

Un company del departament ha treballat amb G.F. Smoot i hi va fer una estada a San Francisco. Ahir la festa pel Nobel va començar per felicitar-lo. Les anisotropies de l’Univers són el seu tema de treball i ell mateix es troba implicat en la missió Planck.

A més ahir va fer un any de l’espectacular eclipsi anular de Sol que gaudirem al País Valencià. Quin any més ple d’esdeveniments astronòmics!

Imatge: Mapa de l’Univers obtingut per la sonda COBE mostrant les anisotropies de la radiació de fons.