lunes, 14 de octubre de 2013

¿Por qué materia oscura?


Parte de lo que aprendí en el curso “Del big bang a la energía oscura” (COURSERA).

Desde la escuela comenzamos a estudiar la materia ordinaria. Sabemos que tiene volumen, aunque sea tan diminuto que no podemos verla a simple vista. También hemos aprendido su efecto inercial (resistencia al cambio), relacionado con su masa, y su efecto gravitacional; siempre atrae a otras porciones de materia.
Sabemos que está formada de átomos y que éstos a su vez de partículas subatómicas (electrones, protones y neutrones).
La investigación más reciente nos dice que existen al menos 12 tipos de partículas elementales de materia (fermiones), más sus respectivas antipartículas, todas producidas experimentalmente en laboratorios y también observadas en el universo, excepto éstas últimas; la antimateria, cuya existencia solo se ha verificado en la Tierra y con una vida media cortísima.
El año pasado los investigadores del CERN, usando el Gran Colisionador de Hadrones  encontraron evidencia de una partícula con características correspondientes al bosón de Higgs, la partícula que proporciona la masa a todas las demás.
Si tiene tiempo y para ambientarse le recomiendo leer algunas de mis entradas anteriores: Partículas elementales. Bosón de Higgs. Fermiones y bosones. Neutrinos con sabor oscilante.
La partícula de materia más conocida es el electrón.

El efecto de un solo electrón no lo podemos apreciar, pero si el de una pequeña corriente de éstos, como la que usa su odontólogo para probar el estado del nervio en uno de sus dientes. La más conocida entre las que no tienen masa es el fotón, que estimula las células de la retina de nuestros ojos y nos permite ver los objetos del universo que interaccionan con la luz.
  • ¿Por qué materia? 
  • Nuestra experiencia con la gravitación en el Sistema Solar, nos confirma que el campo gravitatorio de la materia ordinaria disminuye con el inverso cuadrado de la distancia [F=GMm(1/r2)]. Por eso los planetas recorren órbitas con rapidez angular menor mientras más lejanos estén del Sol [v= (Gm/r)1/2]. Así, Mercurio realiza una revolución completa en 87,969 días (moviéndose a 47,87 km/s), Júpiter en  4 333 días (13,07 km/s), mientras que Neptuno necesita 60 190 días (5,43 km/s).
  • Sin embargo, se ha medido que la velocidad de rotación de las estrellas en las galaxias observadas  es muy grande y se mantiene casi constante a pesar de la distancia al centro galáctico. Por ejemplo el Sol, que está  unos 28 000 años luz del centro de la Vía Láctea, se mueve a 220 km/s. Esta velocidad es mayor que la esperada si se toma en cuenta solo la masa ordinaria total de las estrellas, polvo, gas, y hasta un posible agujero negro super-masivo en el centro galáctico.
  • Se necesita entonces algún otro tipo de objetos que produzcan mucho más atracción gravitatoria, para mantener la velocidad de esas estrellas y es a esos objetos que proporcionan la masa extra a los que llamamos materia oscura.
  • El sustantivo materia es apropiado, pues nuestra experiencia con la materia ordinaria es que ejerce atracción gravitatoria, así que si algo que de momento no sabemos que es, también lo hace, entonces parece lógico llamarlo materia. Y le agregamos un adjetivo (oscura) que recuerda nuestro desconocimiento relativo de algunas de sus características y propiedades.
  • La humanidad siempre que se ha topado con algo desconocido, pronto le ha puesto un nombre (materia oscura en este caso), pues es la manera apropiada para referirnos a él. Luego vendrán las investigaciones para identificarlo de la mejor manera y es eso lo que se está haciendo ahora. 
  • ¿Por qué oscura?
  • Bueno, en parte porque a pesar de que tenemos buena evidencia para considerar que existe, desconocemos lo que es. Pero esto no es lo importante, en sus inicios todos los campos del  conocimiento, tienen algo de oscuridad.
  • Desde luego no la podemos “ver” en ningún rango del espectro electromagnético, porque no interacciona (o lo hace extremadamente débil) con los fotones, !es transparente!
  • No hemos descubierto  ninguna partícula elemental de materia oscura, aunque sospechamos por análisis teóricos, que deben existir.  
Entonces, ¿qué sabemos hasta ahora? 
Modelo del halo de materia oscura
en la Vía Láctea.

  • Interactúa muy débilmente con el resto de la materia del universo y con ella misma.
  • Una posibilidad es que esté constituida por partículas elementales denominadas WIMP (Weakly Interacting Massive Particle), cuya masa mínima se ha calculado en 300 GeV/c2.
  • Se mueve lentamente (“materia oscura fría”).
  • Es eléctricamente neutra.
  • Tiene una larga vida media, por lo menos 13 800 millones de años. Nos acompaña desde que el universo tenía 10-10 s, casi desde el big bang.
  • Quizás haya grandes objetos  con propiedades oscuras, como estrellas y planetas  que no brillan, hasta agujeros negros, alrededor del centro galáctico (halo), que son los responsables de proveer la masa requerida. Lo que los cosmólogos llaman MACHO (Massive Compact Halo Object).
Espero que esto haya sido un sencillo adelanto, mientras usted se decide a tomar el curso, la próxima vez que se ofrezca. Lo disfrutará, no lo dude.

martes, 1 de octubre de 2013

Cometa ISON

El Cometa C/2012 S1 ISON fue descubierto en setiembre del año anterior por dos astrónomos rusos, utilizando un telescopio reflector de 0,4 m perteneciente a la Red de Observatorios ISON, por eso lleva ese nombre.
Hoy, primero de octubre pasará cerca del planeta Marte, aún muy lejano y poco brillante para poder observarse con telescopios modestos. 

Sin embargo, del 14 a 16 de este mes habrá una buena oportunidad para mirarlo con telescopios y quizás hasta binoculares de alta potencia, cuando forme un triángulo que nos servirá de guía, junto con la estrella Regulus de la constelación Leo y el planeta Marte
Esta región del cielo oriental estará perfectamente visible desde Costa Rica (y Centroamérica), con una altitud apropiada,
que irá en aumento,desde las 02:45.
Alrededor de las 05:00 quizás la claridad del crepúsculo borre al cometa, excepto si resulta extraordinariamente brillante, como se ha pronosticado.


El 26 de octubre (también en la madrugada) pasará cerca del Triplete de galaxias de Leo conocidas individualmente como Objetos Messier; M95, M96 y M105. Una nueva oportunidad para observar con telescopio y binoculares y hasta tomar algunas fotos, Marte y Regulus siguen en los alrededores, pero como testigos distantes.
¿Cuándo podrá verse a simple vista?
Hay varios factores que intervienen, el primero es el brillo intrínseco que alcanzará el cometa al acercarse al Sol y a la Tierra. Luego viene la  posición de usted como observador (latitud principalmente), la condición del cielo (esperemos que oscuro y despejado), lo apropiado de su horizonte (con muy pocos obstáculos hacia el Este) y que la luz de la Luna no interfiera mucho en fechas clave.
Los pronósticos apuntan a los primeros días de noviembre, incluyendo el día 3 durante el eclipse de Sol (híbrido), como nuestra mejor ventana de observación.
Esperemos entonces mientras nos preparamos.
Luego habrá que ver si sobrevive su pasaje por el perihelio de su órbita, el 28 de noviembre (23:00 UT) y si todo sale bien podremos verlo de nuevo luego de la puesta del Sol, en diciembre.

 http://www.aerith.net/comet/catalog/2012S1/2012S1.html
Referencias:
Guía: http://www.universetoday.com/104818/comet-ison-a-viewing-guide-from-now-to-perihelion/,
Animación: http://www.solarsystemscope.com/ison/,
Campaña de NASA: http://isoncampaign.org/karl/show-me-the-data
NASA Science News: http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2013/23aug_marsison/
Cometa (otro) hacia Marte 2014: http://www.youtube.com/watch?v=1T2eBSexgX4
JPL (elementos orbitales): http://ssd.jpl.nasa.gov/sbdb.cgi?sstr=2012%20S1;orb=1
http://www.youtube.com/watch?v=4uJFvkJzBVA
http://stereo-ssc.nascom.nasa.gov/comet_ison/