Olympus Mons

#28 El CMB y el efecto Sunyaev-Zel'dovich

2011-12-24T00:32:00.027-06:00

En muchos sentidos, los astrónomos solo trabajan con un solo tipo partícula, fotones. Al flujo de fotones se le conoce como radiación, que de alguna forma puede ser vista como "energía pura" atravesando el espacio. A diferencia del sonido, esta no necesita ningún medio para propagarse, y a pesar de lo que uno podría pensar, crear fotones (luz) es sumamente simple, hasta usted mismo los está creando en este momento. Dependiendo del tipo de radiación que nos llega (lo que esta ligado con la energía de dicha radiación), podremos saber qué mecanismo físico está entrando en juego, y de esta forma obtener alguna información del objeto que genera dicha radiación. En el camino, a veces se descubre un objeto nuevo con un comportamiento jamás antes visto (como fue el caso de los AGN, Active Galactic Nuclei, núcleos galácticos activos), y en otras ocasiones lo que se descubre es una nueva física. Este ir y venir es común en la ciencia.

Un objeto se caracteriza por la forma de la radiación que emite, esto es el espectro. Un espectro no es mas que la radiación medida en diferentes energías (que por una cosita llamada constante de Plank, está asociada al tamaño o longitud de onda de los fotones). Un objeto que no experimente importantes eventos energéticos, tendrá una radiación mas característica a bajas energías (como un gas frío), mientras que otro verdaderamente energético nos mostrara una gran intensidad de la radiación a altas energías. Entonces, sabiendo solo estos pocos detalles, ¿tendrá el Universo mismo como una sola cosa (como un solo objeto) un espectro característico? Bueno, para responder esta pregunta, primero recordemos que antes he dicho que hasta usted, humilde lector, está radiando en este momento. Entonces ¿Por qué no brilla usted en la oscuridad? ¿Cuál es la diferencia que estriba entre los objetos que brillan, o mas bien, que se pueden ver por la luz que generan, de aquellos que en la oscuridad no pueden ser captados por ojos humanos? Una barra incandescente, por poner un ejemplo, brillará. Y seguro usted ya ha descubierto la respuesta: la temperatura de la barra se mide en cientos de grados, y la de las estrellas en miles, que no son comparables con los pocos 35 Celsius que ronda el cuerpo humano. Pero un humano radia, tal y como se revela cuando se usan gafas especiales para detectar radiación infrarroja. La siguiente imagen representa el espectro del Sol, que tiene su máximo en la región denominada como visible (donde podemos ver).

¿Cuál es entonces la temperatura del Universo? Bueno, la temperatura del espacio intergaláctico (o cualquier región vacía del espacio) esta alrededor de 2.7 Kelvin de temperatura (-270.45 Celsius), lo cual significa que el Universo mismo es muy frío, pero incluso con esta temperatura, la radiación propia del Universo es detectable, y recibe el nombre de CMB (del inglés Cosmic Microwave Background, o fondo cósmico de microondas), que tal como su nombre indica, radia en la longitud de onda característica de un microondas. La historia del origen de esta radiación es muy interesante por si misma, y se remonta a miles de millones de años en el pasado, cuando las leyes físicas mismas todavía no se habían definido, y el Universo se encontraba en una edad oscura donde la radiación era incapaz de viajar mas allá de una distancia tan minúscula que no existe hoy en día el álgebra para trabajar con ella. Prometo contar esta historia en otra ocasión.

Finalmente respondamos una pregunta mas: ¿Cómo vemos la radiación del CMB? En principio lo vemos como un espectro de cuerpo negro, el espectro característico de un objeto que emite radiación exclusivamente por su temperatura que originalmente fue descubierta por Arno Allan Penzias & Robert Woodrow Wilson ("A Measurement of Excess Antenna Temperature at 4080 Mc/s", 1965). A partir de ese punto, muchos trabajos estuvieron dirigidos a examinar la información que se podía extraer de la radiación de microondas del fondo cósmico. La imagen de dicho espectro puede verse a continuación.

Rashid Alievich Sunyaev & Yakov Borisovich Zel'dovich, propusieron que el espectro del CMB se alejaba ligeramente del espectro de cuerpo negro. Esto se debe a una interacción entre los fotones individuales y el medio lleno de electrones extremadamente energéticos. Tal efecto había sido estudiado por primera vez por Arthur Holly Compton, en 1922, quien explica como un fotón muy energético puede ser dispersado al dar blanco contra un electrón, cediendo buena parte de su energía en el proceso. Esto le valdría a Compton el Nobel en 1927, ya que por aquella época todavía quedaban algunas dudas sobre el comportamiento de los fotones. Anteriormente la naturaleza ondulatoria de la luz había sido el paradigma del electromagnetismo, pero el efecto Compton demostraba que la "luz" de altas energías (rayos X) podía tratarse también como bolas de billar rebotando en el espacio (aunque las ideas acerca del comportamiento corpuscular ya se manejaban con los trabajos de Einstein y con mayor relevancia, los de Planck).

No obstante los fotones no quedaban intactos después del impacto, si no que buena parte de su energía se trasladaba al electrón. Esto es, la radiación incidente era diferente de la radiación dispersada mediante este proceso. Sunyaev & Zel'dovich ("Microwave Background Radiation as a Probe of the Contemporary Structure and History of the Universe", 1980) explicaron que si los papeles se invertían, y era el electrón quien llevaba una gran energía e impactaba contra un fotón muy poco energético, sucedería el proceso inverso (y por esta razón tal efecto recibe el nombre de Compton Inverso o CI). Ellos sabían que esto podía ser de gran importancia para estudiar el espectro de CMB proveniente de los cúmulos de galaxias. En estos lugares, y debido a las grandes masas que están aglomeradas, el medio se calienta mucho y los electrones adquieren velocidades relacionadas a millones de Kelvin de temperatura. Por otro lado la radiación del CMB corresponde a la de solo 2.7 grados sobre el cero absoluto, lo que presta las condiciones adecuadas para que el CI se de. Podemos ver uno de dichos cúmulos a continuación.

El CI puede ser visto de la siguiente forma: en el marco de referencia del laboratorio un electrón y un fotón se acercan y se dispersan, quedándose el fotón con parte de la energía del electrón. Lo que ve el electrón por su parte (en el marco de referencia de este, o mas bien, en un marco de referencia que inicialmente se mueve a la misma velocidad, incluyendo dirección, que él) es a un fotón acercarse. Si el choque es frontal, el proceso desacelera al electrón, pero en su marco de referencia lo que se ve es que retrocede (ya que con una menor velocidad, el marco primero lo alcanza y luego lo rebasa). Debido al impacto, el fotón tiene una energía dentro del marco del electrón, relacionada con la conservación de momento lineal (con las correcciones relativistas pertinentes). Pero desde el marco del laboratorio, entra en juego el efecto Doppler, donde una onda adquiere mayor energía si es vista desde un punto en reposo, que desde el un marco que se mueve con respecto a la fuente de la onda (el electrón). Es este corrimiento Doppler hacia el azul (ya que las mayores energías están hacia el azul) la fuente de la energía adicional del fotón.

Lo que veremos del CMB es que la intensidad de la radiación se ve corrida hacia las regiones mas energéticas, diferente que a como se vería si la radiación no interactuara con la materia. Pero claro, cuando las energías del electrón y el fotón se van volviendo comparables, entonces el efecto deja de ser importante (ya que la diferencia de energía entre los marcos de referencia tampoco serán importantes). Finalmente habrá una región en el espectro que se satura de los fotones corridos hacia el azul y aquellos que ocupan este lugar debido a que el CI no les modifica, lo cual conlleva a un máximo de intensidad diferente al CMB "normal". La figura con la que finalizo fue fabricada por mi siguiendo las instrucciones del artículo técnico de Sunyaev & Zel'dovich que he mencionado mas arriba. Vemos que varios efectos físicos se combinan para darnos este impresionante "enazulamiento" del CMB.

#27 El viento estelar y el modelo de Parker (segunda parte).

2011-12-23T02:49:00.000-06:00

En la entrega anterior explicamos como se descubrió el viento solar y como nos afecta y define los límites del Sistema Solar. En esta ocasión veremos como este fenómeno ocurre también en otras estrellas además del Sol y como podemos medirlo indirectamente.

¿Producen viento todas las estrellas?

En principio si, pues todas ellas tienen mayor presión en su superficie que la que hay en el vacío circundante. Sin embargo, como veremos en la próxima entrega, la propia ecuación que describe el modelo de Parker, muestra otro factor muy importante presente en el sistema: la gravedad. El gradiente de presión que acelera el gas hacia el espacio, debe luchar contra la enorme fuerza de gravedad de la estrella que intenta retenerlo. El viento puede producirse solo si el gradiente de presión es mas fuerte que la gravedad, en caso contrario el gas simplemente no puede escapar y queda retenido.

Esto significa que es muy probable que objetos muy densos como enanas blancas o estrellas de neutrones, cuya gravedad es inmensa no produzcan vientos. Al menos no los descritos por el modelo de Parker. Sin embargo existen otros mecanismos que pueden crear otros tipos de vientos mucho mas violentos y caóticos que los de Parker: las erupciones magnéticas.

Se sabe que 1 de cada 10 estrellas de neutrones recién formadas producen los campos magnéticos mas poderosos jamás medidos (de manera indirecta) en el Universo, decenas de billones de veces mas intensos que el campo magnético terrestre. Se les conoce como magnetoestrellas y están formadas principalmente por neutrones, pero poseen una corteza de plasma residual de la estrella que los originó. Recordemos que todas las estrellas de neutrones se forman como el resultado de la explosión de una estrella supergigante roja muy antigua, dejando como resto una estrella de neutrones con varias veces la masa del Sol acumulada en una esfera de unos 20 km de diámetro. Gracias a la fuertísima gravedad en la superficie de la magnetoestrella, este plasma residual adquiere unas densidades enormes, al punto que adquiere la consistencia de un sólido, formando una corteza que cubre la estrella, pero sin dejar de ser plasma. Estas estrellas giran a velocidades enormes, de varios cientos de revoluciones por segundo, con una exactitud inigualable. Al moverse a velocidades tan altas, las partículas del plasma de su corteza generan los fuertes campos magnéticos que las caracterizan, como una dinamo cósmica. Al girar los fuertes campos magnéticos crean tensión sobre la corteza, hasta el punto en que esta se rompe y parte de ella es expulsada al espacio a gran velocidad, produciendo vientos de partículas que se mueven a velocidades cercanas a la de la luz. Sin embargo, debido a la intensa gravedad y a los fuertes campos magnéticos, una gran parte de este material vuelve a caer nuevamente sobre la estrella. Al ser desacelerado, el plasma emite su energía cinética disipada en forma de rayos gamma (y con forme pierden energía, progresivamente en rayos X y ultravioletas). Estos estallidos nuestros telescopios de rayos gamma los identifican con los que los astrónomos conocen como GRB (Estallidos de rayos gamma) y son las explosiones mas energéticas y violentas registradas en el Universo, al punto de que a pesar de estar algunas de ellas en los límites del Universo observable, el enrojecimiento Doppler cosmológico no ha podido hacer que se corran hacia longitudes de onda mayores y menos energéticas que los rayos gamma.

Representación artística de una magnetoestrella, se puede ver como de las grietas de la corteza salen chorros de plasma que vuelven a caer en ella siguiendo los campos magnéticos y la gravedad. (tomado de http://chandra.harvard.edu)

Los mecanismos magnéticos también son importantes en mayor o menor medida en otros tipos de estrellas. Sin embargo generalmente el del gradiente de presión suele ser el dominante.

Otra forma de ver los efectos del viento estelar es en las nebulosas que contienen estrellas, en las que el gas y el polvo de la nube es arrastrado y perturbado por el viento que emanan las estrellas, creando todo tipo de formas exóticas. Los mejores ejemplos de esto los encontramos en las nebulosas en las que se forman nuevas estrellas. Las estrellas jóvenes son muy calientes y como veremos en la próxima entrega, la temperatura es un factor muy importante en la velocidad del viento, de manera que producen vientos muy fuertes que crean todo tipo de turbulencias como muestran las siguientes imágenes.

Nebulosa Carina. Las extrañas formas que adopta la nebulosa se deben a la acción de los fuertes vientos de las estrellas que se están formando en su interior. Se pueden apreciar claramente los chorros ("jets") procedentes de dos estas estrellas probablemente en etapa t-tauri. (foto: VLT, ESO)

Estrella en formación, se aprecia como los vientos procedentes de la nueva estrella (oculta por un disco de acreción oscuro visible en el centro de la región amarilla con forma de mariposa) crean enormes turbulencias en los gases circundantes. En realidad toda la escena está inmersa en la nebulosa, pero esta solo es apreciable en las partes que son iluminadas por la estrella. (foto: GTC, IAC)

¿Podemos medir estos vientos?

Medir las características físicas del viento solar es relativamente fácil: basta con enviar una sonda al espacio un poco lejos de la Tierra y esta quedará inmersa en el mismo viento, midiéndolo directamente. Sin embargo con otras estrellas esto no es posible, de hecho es muy difícil poder hacerlo incluso indirectamente.

Hay sin embargo ciertas estrellas que facilitan mucho la tarea, son las del tipo P-Cygni (lleva el nombre de la primera estrella de este tipo que fué descubierta). Estas son estrellas jóvenes, supergigantes azules muy calientes de tipo Be. Producen un viento tan intenso que una gran parte de su masa es expulsada al espacio y forma una auténtica envoltura esférica ("shell") que cubre toda la estrella. Gracias a la espectroscopía podemos ver un desplazamiento Doppler hacia el azul de las líneas de emisión en la parte de la envoltura que se dirige hacia nosotros, de esta forma podemos medir la velocidad del viento que produce, y se ha encontrado que se ajusta muy bien al modelo de Parker.

Envoltura ("shell") de la estrella P Cygni. La estrella en sí está oculta artificialmente por el disco en el centro para evitar que su brillo sature el detector y oculte la envoltura mucho mas débil. (HST, NASA, tomada de http://www.windows2universe.org/the_universe/Pcygni.html&lang=sp)

Podemos ver pues, como el viento es un fenómeno muy común que de alguna u otra forma esta presente en casi todas las estrellas del Universo, y si tenemos en cuenta que son del orden de cientos de miles de millones por galaxia y que hay miles de millones de galaxias en el Universo, se trata realmente de un fenómeno universal, que trasciende enormemente las razones prácticas que tenemos para estudiarlo en el caso del Sol.

En la siguiente entrega y final, describiré en que consistió el trabajo que se presentó en la J.U.D.C de 2011 en simulaciones informáticas sobre el modelo de Parker.

#26 El viento estelar y el modelo de Parker

2011-12-17T02:06:00.002-06:00

Como mencioné en un post anterior, presenté un trabajo teórico en la jornada de ciencias de la universidad, en el que se hicieron simulaciones del modelo de Parker para el viento estelar. En esta ocasión trataré de explicar en términos sencillos de que se trata todo esto.

¿Qué es el viento estelar?

El viento estelar es un flujo de material que desprenden las estrellas de su superficie, principalmente plasma (electrones, protones, partículas alfa) y en ocasiones también moléculas en el caso de las estrellas mas frías.

Se descubrió en los años cincuenta cuando se notó que habían ciertas interferencias en las comunicaciones de radio que se intensificaban cuando el Sol estaba en períodos de mayor actividad, en especial cuando desprendia grandes llamaradas de material (conocidas como eyecciones de masa coronal) en dirección a la Tierra.

Eyección de masa coronal fotografiada en 2002 por la nave espacial SOHO.

En ese entonces se creía que estas llamaradas barrían el el espacio entre la Tierra y el Sol como largas lenguas de fuego y que al entrar en contacto con la Tierra producen las interferencias. Eso fue hasta 1958, cuando el astrónomo Egene Parker propuso un modelo en el que el Sol emitía este material con simetría esférica, es decir, de la misma forma en todas las direcciones del espacio, en lugar de en lenguas de fuego estrechas y alargadas como se pensaba. A este flujo le llamó el "viento solar". Fué detectado dos años después en 1960 con el advenimiento de la era espacial, gracias a las sondas Lunik 2 de la Unión Soviética y a la mariner 2 de E.E.U.U. comprobándose que encajaba muy bien con las predicciones del modelo de Parker.

El profesor Parker en 2007 (Wikimedia).

¿A qué se debe el viento estelar?

Hay muchas causas, que dependen del tipo de estrella que lo produzca, desde campos magnéticos hasta ondas sísmicas en la superficie de la estrella. Sin embargo, el principal de ellos (el usado por Parker en su modelo) es el llamado gradiente de presión. Esto es que en la superficie de la estrella tenemos un plasma muy denso a altas temperaturas y por tanto tiene cierta presión. Sin embargo en el espacio vacío mas allá de la superficie de la estrella, la presión es prácticamente cero. Al igual que ocurre en la atmósfera de la tierra cuando se forman vientos en las borrascas que viajan de zonas de altas presiones hacia las de baja presión, también el material de la estrella viaja de la superficie de esta (alta presión) hacia el espacio vacío (baja presión). La forma en que cambia la presión de la estrella hacia el espacio es lo que se conoce como el gradiente de presión, y es la principal causa del viento estelar.

¿Qué sabemos del viento solar?

El viento solar es relativamente fácil de estudiar ya que podemos colocar sondas espaciales que lo midan directamente. Gracias a esto podemos monitorear constantemente sus propiedades y ver como evoluciona según los cambios que se observan en la superficie del Sol

Si bien el modelo de Parker en una primera aproximación pudo explicar bien el viento solar, este considera que el viento es un flujo estacionario, es decir que no cambia con el tiempo, el viento real no lo es, asi que hubo que hacerle modificaciones el modelo de Parker para incluir los efectos del cambio en el tiempo. Esto elevó mucho la complejidad del modelo, ya que además tiene en cuenta el campo magnético solar, el cual es arrastrado durante millones de kilómetros por las partículas cargadas eléctricamente que el mismo viento lleva. Cualquier partícula con carga eléctrica que esté en movimiento, genera un campo magnético. Las lineas de inducción de este campo magnético se juntan con las del Sol, haciendo un solo campo que se extiende tanto como el viento solar. Además, el Sol gira, arrastrando en ese giro las lineas del campo magnético, que se retuercen formando una espiral, que hoy se conoce como "espiral de Parker".

Grafica en la que se aprecia claramente la espiral de Parker según evoluciona elaborada con datos reales tomados por naves espaciales (incluidas sus posiciones en la gráfica). Las líneas punteadas son las líneas de inducción del campo magnético. Se ve como una eyección de masa coronal ocurrida en septiembre de 2011 distorsiona el campo magnético y altera momentáneamente la espiral (clic para ampliar y ver la animación).

El viento solar se extiende hasta encontrarse con el medio interestelar (gas y polvo de la Galaxia que está entre las estrellas). Ahí se produce una onda de choque conocida como la Heliopausa, que marca oficialmente el límite del Sistema Solar, donde el viento solar deja de tener influencia y se une al medio interestelar de la Galaxia a unos 15.000 millones de kilómetros del Sol.

Esta figura muestra la Heliopausa y la onda de choque que se produce al chocar el viento solar con el medio interestelar. También se muestra la posición relativa de algunas sondas que han alcanzado o están por alcanzar este límite.

Cuando el viento solar llega a la tierra, interacciona con su campo magnético, deformándolo y estirándolo. Una parte de las partículas del viento queda atrapada en el campo magnético terrestre y son conducidas por este hacia las regiones polares donde al interaccionar con la alta atmósfera y desacelerarse, producen luces de bellos colores que conocemos como auroras boreales (en el hemisferio norte) y auroras australes (hemisferio sur). El siguiente vídeo fue tomado por el astronauta Mike Fossum abordo de la estación espacial internacional durante las expediciones 28 y 29, donde se ven impresionantes tomas de las auroras vistas desde el espacio.

Además de eso, el estudio del viento solar es muy importante, pues vivimos en una civilización con cierto avance tecnológico que depende mucho del espacio, principalmente para radiocomunicaciones, y cuando el viento solar se intensifica (generalmente cuando una eyección de masa coronal se dirige hacia la tierra) se producen las llamadas tormentas solares, que pueden inducir sobrecalentamiento y descargas eléctricas en los satélites dejándolos fuera de servicio. Es por eso que la vigilancia y estudio del llamado "clima espacial" es muy importante. Y aunque la pérdida de los satélites puede ser algo muy grave, lo cierto es que hay riesgos aun mayores en tormentas realmente fuertes. En 1982 toda la región de Quebec en Canadá quedo durante horas sin suministro eléctrico debido a una tormenta solar. Y pueden haberlas aún mas intensas que dejen a medio planeta sin aparatos electrónicos. Imagínense lo que eso significa para nuestra civilización que depende tanto de la electricidad y los aparatos electrónicos y de los satélites, para la navegación de aviones y barcos, comunicaciones, hospitales donde cada vez mas se usan aparatos electrónicos sin los cuales poco o nada puede funcionar. Por ello es necesario invertir importantes recursos en estudiar el espacio, pues por inmenso que sea nuestro planeta no está aislado de el, y una civilización tecnológica como la nuestra no se puede dar el lujo de ignorarlo (tal vez ne el siglo XIX una tormenta solar por fuerte que fuera no afectaría a nadie mas allá de unas bonitas auroras, pero ahora que dependemos tanto de la electrónica es otra historia).

En la próxima entrega hablaremos de como se puede estudiar el viento en estrellas diferentes de nuestro Sol, y en una última entrega les explicaré en que consistió exactamente el trabajo que presentamos en la J.U.D.C.

#25 Trabajo de astrofísica teórica presentado en JUDC 2011

2011-10-29T04:54:00.000-06:00

El viernes 28 de octubre de 2011 se llevó a cabo la Jornada Universitaria de Desarrollo Científico (JUDC) en el departamento de física de la UNAN-Managua. Tuve el honor de presentar un trabajo de astrofísica teórica (probablemente el primero realizado en el país en esta área), en el que participaron Humberto García Montano como mi tutor y Marcel Chow Martínez como asesor.
Se trata de simulaciones numéricas informáticas de un modelo simple para el viento estelar. Pueden leer aquí el preprint del artículo que hubo que entregar para el evento.
Prometo mas adelante escribir un artículo a nivel divulgativo para este blog.

#24 La Fractalización del Universo

2010-12-24T00:57:00.021-06:00

Tal y como prometí, intentare finalizar mi trilogía de reportajes en torno a la geometría y la astronomía, dedicando el último a un tema poco conocido por la gente acostumbrada solamente a la matemática que se estudia en los cursos de secundaria. No es necesario recurrir a ecuaciones para entenderlo, ya que la idea principal bastante intuitiva, aunque oculta a los ojos si uno no pone la suficiente atención. Se trata de los fractales, asunto en el cual los matemáticos actuales han invertido su tiempo los ultimos 100 años. Un fractal es una estructura matemática, cuya principal característica es la recurrencia, esto es, podemos generar el fractal duplicando los resultados de una iteracion, tantas veces como se nos ocurra. Los fractales son realmente fáciles de fabricar. Supongamos por ejemplo, que tenemos una línea de longitud uno, ósea que medido con algún instrumento, en alguna unidad de medida, obtenemos uno. Dividamos esta línea en tres segmentos (delimitados por 0, 1/3, 2/3 y 1). Desaparezcamos el pedazo en medio. Obtenemos una raya con un hueco en el medio. Debido a que los segmentos sobrantes tienen la misma longitud del segmento que falta, no tendremos problemas en repetir el proceso que iniciamos con el segmento total original en ellos. Uno de los segmentos se subdividiria en 0, 1/9, 2/9 y 1/3; mientras que el otro en 2/3, 7/9, 8/9 y 1 (si siente más comodo seguirme haciendo sus propios cálculos, es libre de hacerlo, sino, solo fijese en la figura de abajo). A ambos segmentos se les retira el segmeto de en medio, y ahora tenemos cuatro subsegmentos de longitud 1/9. Cada uno de esos segmentos puede subdividirse tres partes de longitud 1/27, con lo cual en una nueva itineración obtendriamos 8 segmentos. Esto puede repetirse hasta el infinito, si usted lo desea, consiguiendo en cada caso subconjuntos de números que delimitaran cada segmento. El intercepto de todos estos subconjuntos (aquellos números comunes a todos los subconjuntos) es conocido con el nombre de conjunto de Cantor.

Los fractales se pueden construir con esta simplesa tan elemental, de hecho, otro ejemplo muy simple es el del Copo de nieve de Koch, generado a partir de un triangulo. Abajo podemos ver una serie de figuras que van mostrando como se genera el copo, y como queda el resultado final aplicado a una estrella de 6 picos.

Otro ejemplo es la conocida alfombra de Sierpinski, construida a base de una serie de cuadrados que se repiten itineradamente.

El punto de todos estos sencillos ejemplos es la escala; a una cierta escala la figura permanecera familiar que a otra. Como nosotros elejimos cuantas veces se efectuara la recurrencia, esta en teoria podria abarcar hasta el infinito. Asi, podriamos tener objetos que vistos a nuestra escala, y luego reducidos a escalas mínimas presenten la misma familiaridad.

Los fractales aparecen como tales en la literatura debido en gran parte al trabajo de Mandelbrot (abajo). El encontro el conjunto de Mandelbrot, generado al encontrar todos aquellos complejos (numeros reales + imaginarios) que satisfacieran que una cierta funcion (f(z)) convergiera a un número finito al sumarlo en una serie de potencias. Las propiedades del conjunto son increíbles, pero no me detendre a explicarlas, ya que con los ejemplos anteriores (más fáciles de comprender) nos basta y sobra.

Los fractales, por abstractos que nos parezcan, tienen aplicaciones reales en el mundo en que vivimos. Actualmente, los programas computarizados, sobre todo los que trabajan con imagenes, utilizan fractales para reducir la cantidad de datos que tienen que manejar. Ciertamente una imagen (pensemos en un bosque) contiene una gran cantidad de detalles, talvéz infinito número de detalles, que causarian finalmente que la imagen obtuviera una informacion monumental (ciertamente una camara no podria guardar una cantidad infinita de detalles, debido a que esta limitada por el principio de incertidumbre). Un fractal nos ayudaria mucho, debido a que guarda una gran cantidad de información (talvéz infinita) en un limitado número de operaciones, debido a que estas se repetirán constantemente. Pero, ¿qué tal si fuera en realidad la naturaleza la que se describe mediante fractales? Despues de todo, cuando observamos un bosque vemos una sucesión de arboles que se repiten, y dentro de los arboles mismos, podemos observar la apariencia familiar en el resto del árbol, por ejemplo, en una hoja.

De hecho, que tal si todo el universo fuera un enorme fractal. Es claro que no encontramos familiaridades entre las galaxias y los planetas, pero visto a gran escala (figura de arriba), el universo parece muy homogéneo, muy regular y similar, casi un fractal. ¿Que implicaria esto sobre nuestra percepción del universo? Algunos dirán que nada, pero que tal si utilizamos un poquito nuestra imaginación. Imaginese la alfombra de Sierpinski, llenando todo el espacio. ¿Qué dimensión tiene esa figura? Ó ahora usted intente medir la longitud del copo de Koch. Esto último parece muy simple, utiliza una regla para medir la distancia individual de cada uno de sus segmentos. Pero cada segmento posee subsegmentos, y estos poseen los propios subsegmentos, y sabemos que esto continuará de esta forma hasta escalas ridículamente infinitas. Entonces, ¿cómo medir un fractal? ¿Qué implica el concepto de dimensión en los fractales? Vemos que en la practica, este asunto es mas molestoso. Podemos pensar en los fractales como lineas (por lo menos en el caso de el copo de Koch) con lo cual su dimension es 1. Pero sucede que estas líneas llenan un espacio amplio y basto, que haga que el concepto mismo de dimension pierda significado.Lo cual, implica un objeto que tiene una dimensión entre 1 (debido a que es topológicamente una línea) y 2, ya que el espacio que ocupa tiende al plano mientras se llena. De esta manera, la dimensión de un fractal es definida como

Dimensión Topológica + Constante Irracional = Dimensión Fractal

En el caso del copo de Koch, vemos que una escalada de tres (si ocupamos un segmento unidad) ocupa un espacio de cuatro. Esto nos da una dimension de 1,26185907.., calculado con mi calculadora de bolsillo. Aunque esto parezca increíble, y talvéz no tenga que tomarse tan en serio, mas increíble es que en algunos fractales es posible tener diferentes dimensiones ¡a diferentes escalas y en diferentes localidades del fractal! Entonces las consecuencias de que nuestro universo, oiga usted el universo donde vive, sea un universo fractal serían bastante profundas para la cosmología. Se imagina usted viviendo en un universo que tuviera cuatro coma algo de dimensión.

#23 El debate sobre la materia oscura.

2010-12-05T12:48:00.001-06:00

Actualmente hay dos modelos predominantes para explicar la forma del universo actual. El primero es el propuesto por Zwicky en los años 30 del siglo pasado, conocido en su forma actual como el modelo de la materia oscura fría. Se ha observado que los movimientos de las galaxias dentro de los cúmulos de galaxias y el de las estrellas dentro del disco de las galaxias mismas no podía ser explicado simplemente por lo que la teoría de la gravedad de Newton, e incluso la de Einstein predecía. Al parecer había enormes cantidades de materia que no podía ser detectada mediante la interacción con la luz, que estaba controlando la gravedad de estos sistemas, algo realmente monstruoso y gigantesco, que se le daría el nombre de materia oscura. Nadie sabe de que podría estar formada aunque hay muchas teorías que incluyen exóticos tipos de partículas elementales aun no descubiertas como las WIMP. Ademas surgió la teoría de la energía oscura, que introducía otra exótica entidad que tendría un efecto de gravedad negativa, haciendo que los objetos se alejen entre si, pero que solo tendría efectos medibles a gran escala, tan grande como el tamaño del Universo mismo. Esta energía oscura explicaría por que la expansión del universo parece acelerarse en vez de irse frenando.

Así tenemos un Universo regido por estas entidades misteriosas. La energía oscura rigiendo el comportamiento del universo a gran escala, acelerando la expansión, y la energía oscura, actuando a la escala de los cúmulos galácticos, haciendo que la materia se condense y forme las galaxias.

Sin embargo ha surgido otra alternativa que no muchos han tomado en serio, son las teorías de la dinámica newtoniana modificada o MOND que dicen que en realidad no existe tal materia oscura, sino que lo que ocurre es que a grandes distancias las leyes de Newton e incluso la relatividad general deben ser modificadas, esto es que constantes como la constante de gravitación universal en realidad no son constantes sino que varían con la distancia.

Una teoría parece un intento desesperado por aferrarse a la física que conocemos mientras la otra propone cambiarla totalmente. Ambas teorías tienen mucha evidencia experimental a su favor, y cada una la interpreta de diferentes formas. Sin embargo resultados recientes de los datos del satélite WMAP sugieren que las teorías MOND podrían ser las correctas.

Hace poco hubo una conferencia histórica sobre este tema en la Universidad de Bonn, Alemania en el que dos expertos de este tema, cada uno defensor de una de las teorías expusieron los últimos avances de cada una y luego hubo un fuerte debate al respecto con el publico asistente.

La conferencia puede verse en linea desde este blog, en inglés. Es una recomendación, es muy interesante y bastante clara sobre el problema. Todo un lujo.

http://www.scilogs.eu/en/blog/the-dark-matter-crisis/2010-12-02/podcast-to-dark-matter-a-debate-and-the-subsequent-tv-debate-are-online

Se puede ahí mismo descargar en PDF la charla del segundo conferenciante, lo cual realmente ayuda mucho a seguir la charla ya que en ocasiones no se ve bien la pantalla.

Que la disfruten!!

#22 Nueva conferencia.

2010-11-23T13:12:00.000-06:00

#21 Seguimos produciendo ciencia

2010-11-07T16:03:00.000-06:00

En la Revista Mexicana de Astronomía y Astrofísica se ha vuelto a publicar otro artículo con co-participación de personal del Observatorio Astronómico de la UNAN-Managua, esta vez por Humberto García Montano. Pueden leer el artículo en esta dirección:

http://adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-data_query?bibcode=2010RMxAA..46..291P&link_type=ARTICLE&db_key=AST&high=

#20 Al estilo de Riemann

2010-08-27T00:11:00.002-06:00

Este es el segundo artículo de una trilogía que pienso escribir en torno a la geometría y a la astronomía. Le invito a iniciar un viaje a usted y tres compañeros mas por del espacio. Cada uno poseerá una nave espacial y estará situado para el despegue de tal forma que cada uno se encuentre localizado a noventa grados de separación del otro con respecto a la circunferencia del ecuador. De esta forma encienden sus motores warp y empiezan un viaje en línea recta hasta los confines más alejados del universo donde se irán alejando cada vez más, no solo de la Tierra, sino también unos de otros. Un observador vería que los viajeros forman un cuadrado imaginario que se expande en el espacio mientras las naves se alejan. Pasado un parsec de distancia (3,28 años luz), usted y todos sus compañeros detienen sus naves en sus respectivas posiciones y emiten una señal a uno de sus compañeros más, dando instrucciones de sus condiciones y sus fantásticos descubrimientos. Después de lanzar la señal, dirigen su mirada a algunos de sus compañeros más próximos y esperan la señal que este les envió. Debido a que todos emitieron al mismo tiempo, la diferencia de tiempo entre la emisión de la señal y la llegada de la señal de algún compañero, le ayudara a verificar que distancia dista entre cada uno (tomando en cuenta que todas las señales viajan a la misma velocidad). Este es el lado del cuadrado antes mencionado. Inmediatamente todos los viajeros reciben respuesta, con la más magnífica exposición de sincronización, todas las naves emprenden una vez más el viaje que habían temporalmente suspendido, alejándose unas de otras y de la Tierra. Sin embargo, la práctica de detenerse para verificar las distancias se repite cada parsec de distancia.

Hasta el momento esta imagen mental un poco complicada no nos lleva a nada. Antes de caer en el punto al que queremos llegar, quiero aclarar algunas cosas incomodas acerca de este experimento. Las señales que se envían las naves unas a otras, podrían ser emisiones laser, pero esto supondría que cada una atravesaría una distancia que sería proporcional a la separación de las naves de la Tierra. La distancia de la diagonal del cuadrado es √2 veces uno de sus lados. Esta diagonal es igual a dos veces la distancia de cualquier nave a la Tierra, la cual se encuentra en el centro del cuadrado. Esto supone una separación de 4,6 años luz entre cada nave, lo cual implica que las naves recibirán la señal cada cuatro años con 7 meses. Este es un tiempo que pondría a prueba cualquier paciencia, y solo sería utilizado en recibir una respuesta. Sugiero entonces utilizar naves robots equipadas con motores warp, capaces de viajar lo suficientemente veloz para que los viajeros se pongan en marcha sin desaprovechar sus recursos. En realidad el problema de la comunicación entre las naves se irá incrementando con el paso del tiempo. A una distancia de 2 parsec, el doble de distancia, las naves tendrán una separación de 9,2 años luz, el doble de separación anterior, y a un rayo de luz le tomaría el doble de tiempo completar su jornada. Y debido a este crecimiento proporcional, incluso a naves robot se les haría imposible después de algún tiempo completar la faena. Pero nos lleva al principal punto, el cual es que mientras más nos alejamos de la Tierra, mas nos alejamos del resto de las naves, y es fácil calcular la distancia de las naves si utilizamos la diagonal del cuadrado.

La diagonal de un cuadrado es igual a la hipotenusa de un triangulo rectángulo con catetos iguales, y para todo triangulo la suma de sus ángulos es 180. Este es un teorema que puede deducirse de los 5 Postulados de Euclides, que definieron las leyes de la geometría en el espacio plano, considerado por siglos como el único espacio. Para cualquiera, es totalmente lógico que objetos que se alejen entre si lo hagan en la misma proporción, sin importar la dirección en la que se muevan. Esto no nos sorprende porque la mente humana está habituada a los espacios planos. Aunque de hecho no vivamos en un espacio plano. Supongamos un experimento mental sugerido por el matemático, físico y astrónomo alemán, Johann Carl Friedrich Gauss. Suponga que usted debe plantar un bosque, y decide hacerlo dejando a los arboles en hileras paralelas. Gauss se dio cuenta que si las parcelas eran pequeñas, esta empresa no sería complicada, pero si extendiéramos este campo atreves de largas distancias, las hileras empezarían a converger hacia un punto sobre la Tierra. Este punto seria el polo, donde las líneas de latitud se unen. Y esto se debe a que la Tierra no es un plano infinito, sino más bien de forma más cercana a la esfera. Esto tampoco es completamente correcto, ya que todos sabemos que la forma de la Tierra no es esférica, sino más bien achatada hacia el ecuador. Pero representa una imagen acerca del comportamiento de un objeto en el espacio esférico, por lo menos en dos dimensiones. Y si el universo no fuera plano si no esférico, el último de los postulados de Euclides, el que indica que dos paralelas nunca se cortan, como vimos arriba, no se cumpliría.

¿Y qué pasaría con nuestras naves en el espacio esférico? Bien, supongamos que viajamos de un polo de la Tierra al otro. Usted acompañado de sus tres amigos inicia una carrera muy similar a la descrita más arriba, solo que en vez de viajar en cuatro direcciones atreves del espacio, recorrerán la Tierra en cuatro direcciones desde el polo norte hasta el polo sur. Este viaje sobre la superficie esférica de la Tierra se parecería en un comienzo a un viaje iniciado sobre una superficie plana, con los cuatro compañeros alejándose a razón de la distancia que los separa. Pero muy pronto esto cambiaria, cada vez que se alejaran del polo los cuatro amigos dejarian de alejarse entre ellos de la misma manera. Cuando les tocara verificar sus distancia de separación, en cada lapso notarían que la distancia que se alejan es menor que en el lapso anterior. Esto es debido a que usted se está moviendo sobre el globo, y como sucede con el ejemplo de las plantaciones, los objetos partiendo de un punto pronto tenderán en algún momento a seguir paralelas, algo inverso al experimento de Gauss. En el caso de los viajeros, se continuaran alejando pero con una razón de alejamiento menor, de hecho, pronto ya no podrán alejarse más, se encontraran a la máxima distancia posible entre ellos. Esto es cuando se encuentren en el ecuador y la separación entre dos amigos es πR/2, donde R es el radio de la Tierra. Si el viaje continua, los amigos no se continuarían separando, sino todo lo contrario, estos empezarían a acercarse entre si, hasta que se encontraran en el polo sur, punto de convergencia de su viaje. Si el viaje se hiciera redondo, ósea alrededor de todo el globo, los compañeros volverían a separarse en el polo sur siguiendo sus direcciones y todo terminaría en el punto de partida, el polo norte.

Un universo esférico es un concepto tremendamente difícil de imaginar. La Tierra se aproxima a una esfera tridimensional (aunque en realidad la Tierra no es una esfera), pero el universo representaría un caso de una esfera en cuatro dimensiones. En ella, usted y sus amigos viajarían cada uno en una dirección en línea recta con sus naves espaciales. Con el paso del tiempo, la distancia entre usted y sus amigos iría aumentando, pero en cada lapso en el cual usted verificara este alejamiento no crece con la misma razón que en lapso anterior. En un momento dado la distancia entre los compañeros no podrá aumentar más, usted y sus amigos se encontraran en el “Ecuador de la Cuatriesfera o hiperesfera” (este último término además se aplica a esferas en dimensiones superiores, las cuales son inimaginables para nosotros). Más allá de ese punto en el cuatriecuador, todos se encontrarán acercándose, hasta converger en el polo de nuestra cuatriesfera. Entonces todos podrán compartir unas cervezas y saber que literalmente han recorrido la mitad del Universo.

¿Y si en vez de detenerse cuando vea a sus compañeros, decide que continuara su viaje? Sucedería lo mismo que en el caso de atravesar el polo en la analogía con la Tierra. Los viajeros, en ese caso continuarían su viaje en redondo atreves del otro hemisferio de la cuatriesfera, hasta retornar al punto de partida justo por la retaguardia. Lo mismo ocurriría con un viajero que empezara a moverse en alguna dirección sin parar. Digamos que usted abandona su ciudad por el lado este. Después del viaje en redondo, usted retornaría a la ciudad apareciendo por el lado oeste. Para el viaje atreves de la cuatriesfera, usted y sus compañeros retornarían a la Tierra por las direcciones contrarias de las que partieron. Y este tal vez sea uno de los puntos más fascinantes del universo cuatriesferico, se trata de un universo finito donde cualquier viaje terminara en el mismo punto donde empezó.

El concepto de utilizar diferentes geometrías en el espacio fue introducido por Georg Friedrich Bernhard Riemann, uno de los matemáticos más importantes del siglo diecinueve. Riemann descubrió que, si se negaba el quinto postulado de Euclides, se podría obtener varios tipos de geometrías y espacios. La geometría esférica tiene algunas de las propiedades que discutimos, pero otras geometrías, como la hiperbólica, también son plausibles. En un universo hiperbólico, la separación entre los viajeros aumentaría más rápido que su distancia con respecto a la Tierra. Este es un caso de un tipo de universo infinito donde la geometría es curva. Riemann también imagino universos en donde la curvatura dependiera de la dirección. En ella, mientras los viajeros decidieran viajar en alguna dirección en particular, su separación podría no crecer tan rápido, e incluso, podrían volver a encontrarse. Pero eligiendo alguna otra dirección, los viajeros se separarían más rápido que lo que se alejan de la Tierra. Estos últimos en particular, representarían universos no homogéneos y anisotropicos, donde las leyes de la física no serian las mismas en todos los puntos del espacio.

#19 Publicaciones

2010-07-17T10:37:00.000-06:00

Tenemos el gusto de anunciar que hay actualemente dos articulos publicados por Marcel Chow, miembro del grupo de astronomia del observatorio astronómico de la UNAN-Managua y colaborador de este blog. Pueden descaragrlos en las siguientes direcciones:

http://arxiv.org/pdf/0912.2395v1

http://articles.adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-iarticle_query?2008CoAst.157..357P&data_type=PDF_HIGH&whole_paper=YES&type=PRINTER&filetype=.pdf

Ademas sabemos que ha sido aprobada la publicación de otro articulo en el que participa Humberto Garcia, astronomo encargado de la instrumentacion del observatorio. Es solo una prueba de los nicas podemos hacer ciencia de calidad.

#18 Curso para profesores

2010-07-17T08:43:00.002-06:00

Esta semana, de lunes a jueves el observatorio impartio un curso de enseñanza de la astronomia dirigido a profesores de secundaria de todo el pais. Esto fue parte de un proyecto de la comision 46 (educacion) de la UAI, en el que se abordaron temas de astronomia, astrofisica y cosmologia, con practicas experimentales diseñadas para enseñar con materiales baratos y faciles de conseguir, y lograr despertar el interes por la astronomia y las ciencias en general desde etapas tempranas. Para ello se ocupo material muy reciente y de gran calidad diseñado por la comision 46 especificamente para este curso, e impartido por excelentes profesores de diferentes nacionalidades, pertenecientes a dicha comision que vinieron para el evento. Este es apenas el segundo que se impartio, depues del de Colombia y es resultado de los excelentes logros alcanzados durante el CURCAA de Nicaragua en 2007 en un curso en el que participaron en ese entonces 300 profesores. Esto se une a los esfuerzos del observatorio con su programa de enseñanza en escuelas normales y el curso para profesores impartido el año pasado en el marco del año mundial de la astronomia. Les dejo unas imagenes de la ceremonia de inaguracion del lunes. Estan tomadas con mi telefono asi que la calidad no es buena.

Pofesor Javier Pichardo, coordinador del observatorio dando la bienvenida.

Dra. Rosa Ros, presidenta de la comision 46 de la UAI dando la bienvenida.

Primera charla del curso, impartido por la profesora Beatriz Garcia de Argentina.

#17 Invitación a noche de observación

2010-06-16T13:33:00.002-06:00

Comunicado oficial:

Hola astrónomos aficionados saludos.

El observatorio Astronómico de la UNAN-Managua invita a la noche de observación el día 25 de junio hasta el amanecer del día 26 de junio del presente año.

El objetivo es la observación del Eclipse Parcial de Luna, a pesar que solo observaremos la mitad del evento.

Asista con su familia y que traiga su telescopio, binocular, cafecito, comidita y chaquetas, que paceremos toda una noche de observación y disfrutar ver objetos como:

1. Venus

2. Marte

3. Saturno

4. Cúmulos

5. La Luna

6. Júpiter

7. El cometa Mc Naught

8. Y terminamos con el Eclipse Parcial de Luna por la madrugada

Además, aprender a observar las constelaciones en el cielo.

El punto de reunión: cancha este de la UNAN-Managua

Hora: De 7:00 PM a 5:00 AM

(clic en la imagen para agrandar)
Saludo y los esperamos

Observatorio Astronómico de la UNAN-Managua

#16 Actividades astronomicas bajo la lluvia.

2010-05-29T11:53:00.001-06:00

Por: Aitor Robleto

Pues no hay mucho que decir, estamos en epoca de lluvia, las observaciones son casi imposibles. Sin embargo no es excusa para dejar de trabajar por la ciencia. El observatorio sigue atendiendo cientos de alumnos de secundaria cada semana con el programa de visitas y charlas de astronomia, y lo mas importante, se esta llevando a cabo un programa de visitas del personal del observatorio a escuelas normales, donde se intenta preparar a los futuros profesores de primaria y secundaria para que puedan desarrollar los temas de astronomia que el nuevo programa incluye. Se les dan talleres de dos dias, con temas que abarcan desde los planetas, los eclipses, el sol, hasta evolucion estelar, galaxias y cosmologia. Y ademas se les enseña a realizar actividades didacticas para la enseñanza de la astronomia, como la construccion de planisferios y simuladores del movimiento del Sol en cartulina.

Tuve la oportunidad de ayudar la semana pasada en el taller impartido en la escuela normal de Jinotepe (Carazo). Una bonita experiencia.

Pueden ver mas informacion sobre el programa de visitas de colegios y el proyecto con las escuelas normales en la siguiente direccion: http://www.unan.edu.ni/oaunan/visitas-colegios.html

Esperemos que el clima mejore.

#15 Geometría y astronomía

2010-04-12T18:41:00.006-06:00

Por Marcel Chow

Me gustaría empezar unos breves artículos acerca de la geometría y la astronomía, inspirado en la película Agora, que aunque no se estrenó en los cines de nuestro país, pudo disfrutarse gracias a los héroes de la piratería del DVD, que nos bendicen diariamente trayendo a nuestras manos películas que no podríamos conseguir si esperáramos que las autoridades pertinentes, como los cines locales, se encargaran de su distribución. Más que decir que la piratería merece más alabanzas, y seguramente, bendiciones de todos los tipos, que si dedicara un artículo completo a ello, seguramente no tendría espacio en este humilde blog. Y, pasando a la discusión central, aunque debo admitir que la película me gustó (y además renovó mi repudio por todo tipo de religión), también me gustaría platicar de ciertos puntos con los que estoy en desacuerdo, aunque pienso hacerlo con mucho cuidado, debido al más grande respeto que siento por los legendarios griegos.

No pienso charlar acerca de historia, si no más bien en torno a la geometría, mi rama de la matemática favorita. Sin lugar a dudas, cuando aprendemos matemática mediante la geometría, las ideas quedan doblemente plasmadas que si solo estudiamos un montón de ecuaciones con una fuerte dosis de inentendible abstracción. La geometría nos lleva al espacio físico real. Los proyectiles se mueven en parábolas, las gotas de agua caen a la tierra en línea recta, la molécula de ADN es una doble hélice. Esto es más satisfactorio que las ecuaciones de movimiento y las complejas formulas químicas que se utilizan en los cálculos. Pero mas allá de esto, y aunque otras personas puedan opinar que estoy equivocado, creo que la geometría misma es el camino para resolver cualquier problema físico, y de hecho, sin la geometría no podríamos lograrlo.

En el mundo antiguo, la geometría se dividía en antes de Euclides y después de Euclides, ya que es este quien sistematiza el modelo de demostración matemática. Euclides proponía axiomas, verdades absolutas tan obvias que no necesitaban de demostración alguna. A partir de estas, se obtenían los teoremas. Este sistema se mantiene en la matemática hasta nuestros días. Con este formalismo Euclides enuncia cinco postulados que sirven para construir toda la geometría, los cuales hablan acerca del punto, las líneas y los círculos. Sobre los postulados volveremos en los siguientes artículos. Los círculos resultaron de gran interés para los antiguos. Estos eran consideradas estructuras perfectas, y algunas escuelas, como la pitagórica, llevaron este amor al nivel de culto casi religioso. Ellos observaban el movimiento de los cielos y no podían dejar de imaginar que cualquier estrella (incluidas esas llamadas errantes) recorrían una trayectoria perfectamente circular alrededor de la Tierra. A esto hay que aclarar que no todos los antiguos creían en que la Tierra era el centro del universo, como popularizo Aristóteles, un lugar inamovible que veía al resto girar en torno a él. Los mismos pitagóricos ya sospechaban que la Tierra no era más que otro astro (planeta) que orbitaba alrededor del Sol. Pero estas ideas murieron sin lugar a dudas debido a los razonamientos que Aristóteles aludía para refutar el modelo heliocéntrico. Estos razonamientos, bien aunque son incorrectos, están basados en fundamentos lógicos, y no en dogmas religiosos.

Fuera la Tierra la que girara alrededor del Sol o viceversa, de lo que los antiguos no tenían duda es que el movimiento descrito era un círculo. ¿Porque no sería así, si el universo tenia que ser tan perfecto como las hermosas figuras geométricas que sus mentes eran capaces de concebir? Si el caso era el primero, entonces todos los objetos se moverían en orbita circular alrededor del Sol. De lo contrario, los planetas trazaban movimientos circulares muy complejos, llamados epiciclos, alrededor de un punto vacio, y estos a su vez con sus epiciclos mantenían una orbita circular alrededor de la Tierra. Los movimientos de los planetas habían sido descritos mediante ecuaciones que propuso en un inicio Ptolomeo, en su libro Almagesto, y tales ecuaciones eran muy eficientes a costa de pequeñas imperfecciones a la hora de predecir la posición de un planeta. Sin embargo, no creo que ningún antiguo pusiera en duda ni en una mínima forma los movimientos circulares de las orbitas. Con estos conocimientos científicos en mente, la película Agora cuenta la historia de Hipatia, en un momento en el cual la vida del mundo antiguo se encontraba a las puertas del oscurantismo religioso. Hipatia enseñaba en la biblioteca de Alejandría, que para nuestros parámetros modernos, era el CERN del mundo antiguo. En este lugar era que había trabajado Eratostenes, quien había determinado con precisión de kilómetros, el radio de la Tierra (vale decir que los antiguos pensaban que la Tierra era perfectamente esférica, siendo la esfera la extensión tridimensional del circulo). Tenía todo tipo de obras, recopilaciones de siglos de antigüedad, que pronto se perdieron en medio de disputas políticas-religiosas que tuvieron como final la abrupta muerte de la filosofa. Hipatia trabajo en matemáticas, escribiendo un tratado acerca de las cónicas, sobre las que regresaremos pronto; también hizo revisiones a las tablas astronómicas de Ptolomeo, mejorándolas en detalles, lo que comprueba que seguramente que estaba de acuerdo con el modelo geocéntrico. De ninguna manera quiero negar las habilidades de Hipatia, quien tuvo una vida científica tan prolífica como la de cualquier filósofo antiguo, pero no veo el más mínimo motivo para que ella sospechara que el movimiento de los planetas difería del circular. Ni tampoco nada de su obra nos muestra que ella tornara sus investigaciones en esta dirección. Simplemente necesitaba más datos de los que se disponían en aquella época.

Sin embargo, en lo que la película no se equivoca era que Hipatia era una experta en cónicas. Estas son figuras geométricas que se forman al cortar con un plano un cono de formas distintas, y de hecho en AGORA muestra el cono de Apolonio, un cono cortado con el cual se forman las cónicas. Las cónicas son tres, la elipse, la hipérbola y la parábola. La primera se forma al cortar el plano en un ángulo menor al ángulo con el cual el cono se abre. Sería algo así como un círculo más bien achatado. La parábola se obtiene cuando el ángulo es mayor al ángulo del cono, y es una figura muy famosa en matemáticas. Si no hay ángulo entre el eje del cono y el plano, entonces obtenemos la hipérbola. La ecuación fundamental que describe la belleza de las matemáticas de las cónicas es la siguiente:

Donde si h²>ab, obtenemos una hipérbola, si si h² h²=ab, tenemos la elipse. Si h=0 y a=b, entonces obtenemos la ecuación de la circunferencia. Este último caso es también cuando el plano que corta el cono tiene un ángulo de 90⁰ con respecto al eje del cono. El círculo también es considerado un caso especial de la elipse. Una elipse puede formarse, tal como lo hace Hipatia en la película, trazando el contorno alrededor de dos puntos utilizando una cuerda que esta atada a ambos puntos. Estos puntos se conocen como focos, y si ambos focos tienen la misma posición, entonces nuevamente obtenemos un círculo. Durante siglos, el conocimiento de la existencia de las cónicas y su ecuación matemática, fue considerado tan solo una curiosidad, mientras que la única cónica que estuvo presente en la ciencia fue el círculo.

Pasarían 11 siglos, hasta que el astrónomo (y astrologo) alemán, Johannes Kepler heredara (o mas bien, se “apropiara”) de las mediciones que durante años realizara el astrónomo danés Ticho Brahe, con las cuales realizo un intenso estudio de las posiciones de los planetas alrededor del lapso de varios años. Kepler pertenecía a un siglo diferente, el renacimiento había trastocado todos los aspectos de la vida humana, y finalmente la ciencia también seria fuertemente influenciada por las ideas renacentistas. Pronto Galileo proporcionaría pruebas irrefutables del modelo heliocéntrico, y el día que este muriera nacería el más importante científico clásico, Isaac Newton. Tanto Kepler como Newton se preocuparon del movimiento de los planetas. El primero utilizo mediciones para determinar como realmente se movían, en contraste con los filósofos, que solo lo suponían. El segundo lucho por encontrar la base teórica para explicar porque los planetas se movían de esa manera. Kepler descubrió, atraves de las mediciones, que las orbitas de los planetas eran cónicas, pero no circulares. De hecho, la figura que Kepler obtuvo fue la elipse. Esta idea tenia que ser contraproducente. Ni siquiera Copernico, el más famoso heliocentrista, lo había deducido. ¿Por qué una elipse?¿como la naturaleza podría preferir a la indiferente elipse frente al perfecto circulo? Estas preguntas filosóficas (que tuvieron tanta importancia como las religiosas) debieron abrumar a las autoridades científicas de la época. La primera ley de Kepler enunciaba la orbita de los planetas son elípticas y revela que el Sol se encuentra en uno de los focos. Seguramente fue el primer indicio de que el universo era mas complicado que lo que pensaban los antiguos.

Fue Newton y su Gravitación Universal, quien dio una explicación. Newton explicaba que existe una fuerza entre los cuerpos celeste que es inversamente proporcional a la distancia al cuadrado. En pocas palabras, la sencilla ecuación es

La cual es una ecuación con carácter vectorial (la fuerza tiene que estar orientada en alguna dirección). Newton aplico esta ecuación al problema de las orbitas y dedujo de manera teórica que las orbitas debían de ser elípticas, y no solo eso. Podían existir orbitas parabólicas e hiperbólicas, como las de algunos asteroides y cometas. Si la fuerza fuera, no proporcional al cuadrado, si no al cubo a la cuarta, no existirían orbitas, si no que los planetas caerían en espiral hacia el Sol. De hecho, si el factor fuera ligeramente diferente a 2, igualmente no habría ningún tipo de orbita. De esta manera se cerraba un capitulo en la historia de la astronomía. Todavía quedaban muchas dudas, y la geometría tendría relevancia puntual en estos nuevos acontecimientos.

#14 Foro sobre exoplanetas

2010-04-07T22:49:00.000-06:00

#13 Se reanudan las conferencias

2010-03-17T10:37:00.001-06:00

El observatorio empieza este mes con las acostumbradas conferencias mensuales sobre temas cientificos relacionados con la astronomia y la fisca. En esta ocasion la charla estara siendo impartida por la profesora Msc. Karla Ubieta, profesora de geofisica de la escuela de fisica con mucha experiencia en el campo.

#12 Buena ciencia, mala ciencia.

2010-03-13T10:09:00.138-06:00

El experimento del gato de schrodinger...¿maltrato contra animales por el bien de la ciencia?

Estábamos discutiendo un tema muy interesante en clase de filosofia de la ciencia: sobre si la ciencia es buena o mala y si hay cosas que es mejor no investigar y dejar en lo desconocido para bien de todos. Mi profesora que es filósofa y bióloga, apoya el punto en el que la rama de la filosofia conocida como ética debe regir el camino que toma la ciencia, y que hay áreas como la clonación o la investigación de ingenieria genética que debería detenerse debido a dos cosas fundamentalmente:

1- Es violar las leyes de la naturaleza que se han venido dando durante millones de años de forma natural y las queremos modificar.

2- Se hacen experimentos en los que se arriesga la vida de animales y personas con el único propósito de que las empresas farmacéuticas ganen dinero.

Personalmente creo que este punto de vista no está realmente acorde con lo que se deberia entender por ciencia, y sin embargo es un punto de vista muy extendido.

Primero ¿qué es la ciencia? la ciencia es una forma de buscar conocimiento y sistematizarlo. La forma en que la ciencia busca el conocimiento es el método científico, el cual consiste en que para encontrar la explicacón a un fenomeno dado primero se debe observar que éste fenómeno realmente exista (también se puede suponer que existe y analizarlo en base a lo que se sabe de otros fenómenos relacionados, en un principio al menos). Luego hay que proponer una hipótesis que explique el fenómeno, esa hipótesis no la podemos inventar arbitrariamente, debe estar basada en lo que ya conocemos y hemos comprobado de forma que no contradiga los resultados de experimentos ya realizados. Luego viene la parte mas importante de todo el proceso: el experimento, en éste se realizan diversas pruebas reproduciendo el fenómeno en el laboratorio o midiendolo en la nauraleza para verificar cada una de las cosas que, según la hipótesis a probar debrian ocurrir. Si se encuentra que lo que vemos en el mundo real no se ajusta a la hipótesis, la hipótesis debe ser descartada o modificada para que se ajuste a la realidad. Y esto es lo que hace tan especial a la ciencia: se auto-corrige, solo se aceptan como verdad lo que ha sido verificado experimentalmente y solo dentro del marco del experimento, si en un experimento se demuestra que una hipótesis falla ésta debe ser modificada para explicarlo, no importa cuan bien halla funcionado ésta hipótesis antes, o cuanto nos guste, pues se trata de describir el mundo real tal como es, no como nos gustaría que fuera.

Estas caractrísticas de la ciencia, la autocorrección y el empirismo, es lo que mas la distingue de las otras ramas de la filosofía, que se limitan a formular una hipótesis únicamente mediante la razón, sin sentir la necesidad de comprobar en el mundo real si es cierta o no. La diferencia aún se acentúa mas con las religiones, que dicen también buscar la verdad, pero es una búsqueda que ya consideran acabada, pues se basan en dogmas indiscutibles y que por mas evidencia que se pueda mostrar de que son falsos no se puede dejar de creer en ellos, se debe creer por pura fé aunque esté toda la evidencia en contra. De esta forma no se pueden ver y aceptar errores cometidos, y mucho menos corregirlos para adaptar nuestra visión a una más acorde a la realidad.

Pero, ¿Realmente es mejor la ciencia que otras formas de obtener conocimiento (religiones, filosofías esotéricas, etc..)? veamos:

Actualmente cientos de miles de personas cruzan larguisimas distancias a lo largo y ancho del planeta en unas pocas horas en aviones que se construyen según las leyes de la física y si vuelan es porque estas leyes obtenidas porel método cientifico son reales. Sin embargo estas personas no viajan por levitación mística ni nada de eso, eso no mueve a estos cientos de miles de pasajeros.

A lo anterior podemos añadir de nuevo todos los vehículos aéreos, acuáticos, terrestres y espacialesque se construyen y funcionan siguiendo las leyes de la física y no la magia de ninguna fuerza cósmica sobrenatural.

Vemos con apenas décimas de segundo de retraso cosas que ocurren al otro lado de mundo gracias a que los físicos del siglo XIX entendieron las ondas electromagnéticas mediante el método científico. Nadie lo hace por telepatía.

Millones de personas desde principios del siglo XX han sido salvadas gracias a los antibióticos, descubiertos y perfeccionados mediante el método científico experimntal. Estas cifras no se comparan a las que supuestamente han salvado otras formas de medicina no basada en el método científico como la homeopatía o el chamanismo. Gracias a los antibióticos y otros adelantos de la medicina moderna la esperanza de vida se ha duplicado (y triplicado en algunos paises desarrollados) con respecto a como era en el siglo XIX cuando predominaban las formas de curación antes mencionadas.

Por todo lo que tiene la civilización, bueno o malo, por cada edificio, por cada electrodoméstico, por la computadora en que leen esto, vemos que el método empírico funciona, eficientemente y bien.

Pero ¿es buena o mala la ciencia?

La ciencia no es buena ni mala, es únicamente una forma de buscar conocimiento y sistematizarlo, un método, por tanto, atributos como maldad o bondad carecen de sentido. Los que son malos o buenos o cosas mas complicadas, son los hombres. Los cientificos son humanos y por tanto cometen errores, y pueden llevar buenas o malas intenciones, es cierto que los cientificos desarrollaron armas y bombas nucleares por ejemplo. Pero, es eso culpa del método que usan para descubrir la realidad o de la ética que el científico tiene como persona, de las órdenes poco morales que dan los políticos? La energia nuclear ha sido uno de los mas beneficiosos descubrimientos de la humanidad, es una barata y eficiente fuente de energia y ayuda adiagnosticar y curar el cancer en todo el mundo. Entonces podemos ver que el conocimiento no es ni malo ni bueno, es conocimiento, lo malo o bueno es lo que con él se hace.

Un ejemplo discutido en clase es el caso de los experimentos de clonación realizados en animales con el fin de encontrar la cura a enfermendades de origen genético. Los filósofos de la ética y la teología defienden con diferentes razones que se debe abandonar toda investigación en esa área, que se deberia prohibir. Los de la teología dicen que porque Dios es el creador de todo y que Él da la vida y el la quita y que ponerse a hacer eso es jugar a ser Dios. Los de la ética dan practimanete la misma razón, pero disfrazada de ateismo: que la naturaleza ha hecho todo de forma natural desde hace millones de años y que por tanto es malo querer romper esas leyes naturales.

Bueno, veamos, las leyes naturales son inviolables, no son como la ley de los humanos que uno la puede romper si lo desea, las leyes de la naturaleza son irrompibles, somos parte de la naturaleza y estamos atados a esas leyes nos guste o no. La ciencia lo único que hace es descubrir cuales son esas leyes, no escribirlas. Los seres humanos hemos venido modificando genéticamente nuestro entorno desde hace diez mil años sin darnos cuenta en los mas minimo, por medio de la selección artificial. Todos los vegetales y animales que consumimos los hemos venido mejorando para nuestro beneficio. Algo asi como los transgénicos, la difernecia es que antes lo haciamos a ciegas, dependiamos mucho de azar, comemos muy pocas cosas realmente "naturales". Ahora sabemos cuales son las leyes bioquimicas que rigen la herencia genética y por tanto podemos tener control sobre todo el proceso de mejoramiento sin tener que esperar mil años a que se de una mutación fortuita. Los productos transgénicos han traido variedades de vegetales mas resistentes a las enfermedades y plagas, con mayor valor nutricional y mas grandes. Nunca se ha reportado un solo caso en el que los alimentos transgénicos proboquen ninguna enfermedad como se cree mucho por ahi. Sin embargo, esta la parte mala del asunto. El mercado de los transgénicos y los laboratorios farmacéuticos estan controlados por unas compañias multinacionales gigantescas que manitienen una guerra de patentes con el único fin de aumentar su capital. Si descubren un nuevo medicamento, no importa cuanta gente lo necesite, lo venderán caro, carisimo. Hacen experimentos con humanos y animales que muchas veces tienen un grado de crueldad enorme. Aqui es donde entra la ética. ¿Debemos prohibir realmente la investigación genética de medicinas y alimentos que pueden salvar a millones de personas que padecen enfermendades ahora incurables?¿La ciencia es mala debido al comportamiento inmoral algunos grupos de entre quienes la practican?¿Debemos sumir a la bioquímica en un oscurantismo dogmático y medieval?

Yo creo que hay mejores formas de hacerlo. Está claro que se si usan adecuadamente, los conocimientos adquiridos mediante la ciencia pueden ser muy beneficiosos. ¿Cómo puede ser malo el conocimeinto? Nos ayuda a entender nuestro mundo y por tanto a estar mejor preparados para sobrevivir en el. Malo no es el conocimiento, sino las personas que lo usan para hacer maldades.¿ Por qué en vez de luchar por prohibir la investigación genética y médica no se lucha por que la ley regule a las compañias, que el conocimiento que obtienen se haga público y libre y que todo el mundo tenga acceso a los beneficios que puede traer? Para mi la respuesta está en el corazón de las personas, en el sentido de la ética y la moral que tengan.

El conocimiento empírico está ahi, y es bueno, beneficia a la humanidad no porque se busque para eso, sino porque está intrínseco en él, se pueden hacer cosas grandiosas con él, no nos engañemos, el diablo está en nosotros, en nuestras decisiones, y en nuestras acciones.

#11 W UMa, curvas de luz y diagramas de fase.

2010-03-03T01:28:00.005-06:00

El clima ha estado terrible esta temporada, asi que para aprobechar los ultimos dias de vacaciones (Este lunes ya empezamos las clases) me puse a buscar observaciones del año pasado de la estrella W UMa, para practicar un poco lo que aprendi en Mexico. Por supuesto no lo hice solo, tambien Marcel y Humberto, nuestro experto en estrellas variables del observatorio, ademas de que los tres participamos en la toma de datos.

Aqui está la curva de luz. Todos los datos se redujeron y se les realizó la fotometria usando IRAF 2.14.

Una curva de luz no es mas que una grafico de brillo versus tiempo. El brillo se representa en magnitudes (como es usual en astronomia) y el tiempo en dias segun el dia juliano . Este caso, como solo era para practicar, no hemos corregido los datos por extincion y se presentan en magnitud instrumental, asi que no son validos aun para presentarlos en un estudio, sin embargo para fines de practica se puede ver que se ha detectado una variacion importante de brillo en la estrella. W UMa es una estrella doble con un periodo de 8 horas. En esta curva de luz se recogen los datos de dos noches de observacion, el 21 de marzo y el 24 de marzo de 2009.

Aqui tenemos el diagrama de fase, en el que representamos todos los datos en un periodo normalizado, esto es podemos juntar los datos de varias noches, obtenidos en diferentes periodos en un grafico que nos ayude a visualizar mejor la forma de la curva como si fuese un solo periodo, representando ahora la magnitud contra la fase del periodo en la que estaba y no contra el tiempo.

Si bien solo seis puntos es muy poco, fue una experiencia bastante enriquecedora todo el trabajo con IRAF yuna buena forma de practicar y repasar lo aprendido. Espero que proximamente obtengamos resultados mas completos.

# 10 Nuevo colaborador

2010-02-18T23:22:00.002-06:00

Me complace en anunciar que a partir de hoy tenemos nuevo colaborador en el Blog. Marcel Chow, fisico graduado de la UNAN-Managua y con cierta experiencia internacional en el ambito de la astrofisica, nos estará apoyando con articulos, el primero de ellos lo pueden ver bajo este, sobre los neutrinos. Bienvenido al Olympus Mons Marcel.

#9 La verdad sobre los terribles neutrinos

2010-02-18T14:47:00.003-06:00

El germen de la devastación que se ve en la película 2012, ha sido atribuido por los guionistas de esta, a los neutrinos. A los pocos minutos de haber empezado, un hippie montañés explica al protagonista interpretado por Jhon Cussack, como un alineamiento (aunque no explica de que tipo) con el centro galáctico provee al Sol de una “energía cósmica”, que tiene como resultado final una sobreproducción solar de neutrinos electrónicos, los cuales interaccionan con el material del manto interno de la Tierra, calentándolo y derritiéndolo, y finalmente provocando el colapso total de las placas tectónicas. Entonces, aquel que vea la película pensara, “vaya, esos neutrinos son aterradores”. Por tanto, indaguemos un poco acerca de lo que son en realidad los neutrinos para sesgar los mitos hollywoodenses de la verdad científica. El neutrino es una partícula elemental producto de ciertas desintegraciones, como por ejemplo la desintegración beta que sucede en los núcleos de materiales radiactivos. Durante la desintegración beta, un neutrón en el núcleo atómico decae en un protón, emitiendo un electrón que es disparado fuera del núcleo y que recibe el nombre histórico de rayo beta (a su vez un rayo alfa es un núcleo de helio doblemente ionizado). Sin embargo, debido a que la masa del neutrón es un poco mas grande que la del protón, y que la masa del electrón es ínfima a la par de estos gigantes, el resto de la energía que este proceso libera, debe ser concedido al electrón en forma de velocidad. Sin embargo, los experimentos demostraron en 1930 que de hecho el electrón es mas lento de lo que predecía la teoría. Sin duda, faltaba energía, que de no ser encontrada, violaría la conservación de la energía, una de los principios conocidos desde los albores de la física.

Wolfgang Ernst Pauli, uno de los padres de la mecánica cuántica y un físico teórico de fama aterradora (un mito muy popular en su época indicaba que cuando el llegaba a una ciudad, ningún experimento que se realizara en dicha ciudad resultaba exitoso), postuló por primera vez la existencia de una partícula sin masa ni carga eléctrica, que preservaría la conservación de la energía durante la desintegración beta. En sus términos, el neutrón, luego de convertirse en un protón, no solo expulsaría un electrón, si no que además expulsaría esta nueva partícula que se llevaría la energía restante de la desintegración y que mas tarde sería llamada neutrino por el físico italiano Enrico Fermi (el neutrón, la particula sin carga del nucleo atomico, había recibido nombre poco antes por su descubridor, James Chadwick). Neutrino, del italiano, significa pequeño neutrón, ya que esto es lo que se supone que era, una partícula neutra sin masa (y por ende pequeña). En 1942, la partícula se acepto como una realidad científica luego de una serie de experimentos dirigidos a inducir la desintegración beta.

Una característica importante de los neutrinos es que no poseen carga eléctrica, y por ende no interaccionan con campos eléctricos (como los de los átomos) ni magnéticos (como el que rodea a la Tierra). Otra característica es que tampoco interacciona con la fuerza nuclear fuerte, por lo cual no interactúa con los núcleos atómicos (excepto por las desintegraciones mencionadas). De hecho, usted no debe de sorprenderse al descubrir que más de 50 trillones de neutrinos están atravesando su cuerpo en el instante en que lee estas palabras. Y esto sucede sin que las moléculas de su cuerpo lo sientan siquiera (en comparación se necesita menos radiación para destruir las moléculas de ADN que componen su cuerpo, si se tratara por ejemplo, de radiación gamma). ¿De donde salen tantos neutrinos? No se asuste, la respuesta es que esta gran cantidad de neutrinos provienen del espacio, la aplastante mayoría de ellos del Sol. Esto ha sido así desde que el Sol quema hidrogeno en su núcleo, desde hace 4 mil millones de años. Y hasta donde sabemos, esto nunca ha ocasionado ningún trastorno geológico, y no hay el más mínimo indicio que lo cause en el futuro. Y esto se debe a que los neutrinos son realmente difíciles de captar. Son tan difíciles de detectar que en la Tierra se utilizan detectores especiales para estudiar los neutrinos solares. Pero antes de continuar argumentando por esta línea, será bueno revisar otras características de los neutrinos.

Que una partícula no tenga masa no es de extrañar. Los fotones, partículas de luz, no poseen masa y son tan comunes que cuando usted enciende la luz de una lámpara, sus propios ojos son capaces de detectarlos a borbotones (en defensa de los neutrinos, los fotones si interaccionan eléctricamente con las moléculas de nuestros ojos). De hecho, los neutrinos en realidad tienen una masa. Esta es sumamente pequeña, tan pequeña que desilusiono a muchos científicos que esperaban que esta partícula estuviera tras el misterio de la materia oscura. La masa del neutrino es de 1/200000 la masa del electrón, por lo cual es la partícula más pequeña que se conoce. Esta masa tan pequeña fue lo que llevo a pensar en un principio que no tenía ninguna. También significa que el neutrino puede viajar a una velocidad muy grande, de hecho el 99.9998 % de la velocidad de la luz (como el caso de los neutrinos que están atravesando su cuerpo en este momento), por lo cual el neutrino es una partícula relativista. Debido a esto, el neutrino es considerado “materia caliente”, lo cual causo otra desilusión a aquellos que pensaban que el neutrino podía ser responsable de la materia oscura. Ningún modelo de materia oscura caliente puede explicar la forma del universo actual.

Una característica algo rara es que existen tres “sabores” o tipos de neutrinos. Hasta el momento hemos mencionado solamente los neutrinos electrónicos, productos de la desintegración beta. Los neutrinos muonicos y tauonicos, resultados de otros tipos de decaimientos, suponen que los neutrinos juegan un papel importante en la interacción nuclear débil. De hecho, el modelo estándar de la física de partículas requiere de la existencia de los tres neutrinos y sus tres anti partículas. Interesantemente, un neutrino de un determinado sabor puede convertirse en otro tipo cuando este viaja por el espacio. El proceso es conocido como el fenómeno de la oscilación neutrinica. Cuando se midieron los neutrinos solares, de hecho, se descubrió que llegaban demasiados pocos en relación con los que se habían calculado se producían en el interior solar. Esto es porque los neutrinos solares se habían supuesto todos electrónicos. A la luz de esta información, muchos de los neutrinos que nos llegan del Sol deben cambiar su sabor durante el viaje a la Tierra. Antes de esto, el llamado “problema del neutrino solar” había representado una seria amenaza para nuestro entendimiento de las reacciones nucleares dentro del Sol, sin embargo la oscilación neutrónica es un ya un hecho probado y que esta en perfecto acuerdo con las leyes mecánico cuánticas.

Nos resta explicar como se producen los neutrinos en el Sol. La reacción de fusión supone que algunos átomos de helio decaigan en hidrogeno pesado. Durante la reacción, es liberado un neutrino electrónico. Este proceso sucede únicamente en el núcleo, una región de 139 mil kilómetros de radio (compárese con el millón y medio de kilómetros en total de diámetro solar). A esta profundidad, la mayoría de los fotones y electrones quedan capturados por el material en el núcleo y tardaran varios millones de años en salir a la superficie del Sol. Sin embargo, los neutrinos escapan sin dificultad alguna. El estudio de los neutrinos es importante porque es la única forma de estudiar el núcleo solar de manera directa. El descubrimiento de que la cantidad de neutrinos que nos llegan del Sol es mucho muy inferior a lo que los cálculos teóricos estimaban, supuso un grave revés a nuestro entendimiento de la nucleosintesis solar y que permaneció sin solución durante 30 años, hasta el descubrimiento de la oscilación neutrinica. Sin embargo más allá de estos hechos, no hay razón para temer que los neutrinos destruyan las placas tectónicas de la Tierra. Como mencionamos antes, los neutrinos simplemente no interaccionan con la materia. En realidad, esto hace que resulte una tarea ardua y complicada el detectarlos. Los detectores de neutrinos ubicados a centenas de metros bajo el suelo para minimizar cualquier perturbación, no detectan en realidad directamente a los neutrinos, si no más bien que se pretende observar extraño fenómeno conocido como “efecto Cherenkov”. Es bien conocido que cualquier partícula que viaje en un cierto medio más rápido que la velocidad de la luz en ese mismo medio, dejara un rastro de luz (esta es la luz que se observa, por ejemplo, en los reactores nucleares), llamada “radiación de Cherenkov”. Los detectores sumergidos en agua esperan que los neutrinos viajando a las velocidades relativistas dejen un rastro de luz que este en acuerdo a sus energías. Este rastro es detectado y medido con cientos de tubos fotomultiplicadores dispuestos en las paredes de los detectores.

#8 ESAOBELA 2010

2010-01-30T21:27:00.003-06:00

Oficialmente terminó la EScuela de Astronomia OBservacional para Estudiantes LAtinoamericanos 2010, en el observatorio de Tonantzintla, Mexico. Pido disculpas por no escribir antes, la verdad las actividades fueron tantas y tan intensas que no tuve tiempo ni energias para esto.

Fué una experiencia por demás enriquecedora, en la que se aprende la forma de enfocarse en la ciencia que tienen en otros paises del área, especialmente México, pero tambien los de los otros compañeros asistentes, ademas de Nicaragua, Guatemala, Panamá y Colombia.

Es una experiencia fantástica poder aprender a trabajar con equipo profesional como el telescopio de un metro, espectrometros, fotómetros, CCD's. También aprendimos la vieja escuela de las placas fotográficas, a tomarlas y revelarlas.

Los profesores, todos del Instituto de Astronomía UNAM y del INAOE, dieron charlas de primerisima calidad sobre temas muy importantes desde instrumentacion astronomica hasta cosmologia, demostrando el alto nivel que tienen en México.

También por supuesto se aprovecho para hacer turismo, subir al volcan Itzaccihuatl, la Pirámide de Cholula, la ciudad azteca de Teotihuacán.

A continuación les dejo fotos de varias etapas del curso:

#7 Escudriñando las estrellas.

2010-01-06T03:27:00.005-06:00

Empezamos el año 2010, atras queda el 2009, año internacional de la astronomia, año de grandes repercusiones a nivel mundial para esta ciencia. Se logró acercar al gran público, ganando la confianza y apoyo de muchisima gente, algo cada vez mas necesario en una sociedad en la que la gente se preocupa por cada centavo en el que se invierte su dinero. También em Nicaragua se realizaron algunas actividades que ya describí en posts anteriores.

Ahora les dejo aquí un reportaje sobre el observatorio de la UNAN y las actividades que desarrolló en 2009, se llama "Escudriñando los cielos" y fué realizado por la UNAN-Managua y el canal de televisión local 37 Extra Plus. Contiene entrevistas con el profesor Javier Pichardo, Coordinadoer de astrofisica (El jefe del observatorio) y con Ligia Areas, profesora de la escuela de fisica y miembro del observatorio, asi como con algunos miembros del grupo de estudiantes (Marcel chow y Carlos Aguirre).

Parte 1:

Parte 2:

Espero los disfruten.

Aunque esta semana el observatorio no realizará actividades, me toca ir a México a un curso sobre astronomia observacional en el telescopio de un metro de Tonantzintla (Puebla). Estoy muy agradecido con el Instituto de Astronomia de la UNAM y con la UNAN-Managua por la oportunidad de ir a este curso. La web del curso es esta:

http://www.astroscu.unam.mx/congresos/esaobela/

Les tendre informado sobre esa actividad. Tengo que viajar el sabado 9 de enero, será un viaje pesado ya que a pesar de que México esta a menos de 3 horas en avión, la ruta del pasaje que me consiguió la UNAN hace una escala de 12 horas en Guatemala, por lo que salgo de aquí a las 8 am y estare llegando a las 10 y 30 pm...terrible.

En fin, es probable que la próxima vez que les escriba sea desde México.

Saludos.

#6 La CCD y el Nobel

2009-12-26T03:47:00.004-06:00

En el post anterior les escribí sobre la fibra óptica y sus aplicaciones en astronomia; en esta ocasión les traigo un post sobre el otro invento premiado con el Nobel 2009, cuya contribución a la astronomia es aun mas importante: la cámara CCD.

Los laureados con el premio fueron Willard S. Boyle y George E. Smith que hace también 40 años inventaron esta tecnología.

Los chip de CCD (Dispositivos de carga acoplada, por sus siglas en inglés) son chips de materiales semiconductores, como los que tienen las computadoras, pero que presentan ciertas propiedades especiales: desprenden electrones cuando la luz incide sobre ellos. Esto se debe a un fenómeno conocido como efecto fotoeléctrico que se conoce desde el año 1884, cuando fué descubierto por Heinrich Hertz, pero que no tuvo explicación hasta 1905 cuando Albert Einstein le dió una desde el punto de vista de la mecánica cuántica. Einstein recibió el premio Nobel de 1920 por este trabajo.

En el efecto fotoeléctrico se observo que cuando ciertos materiales semiconductores como el silicio con impurezas de germanio (por ejemplo) es expuesto a la luz y se le aplica un voltaje, surje una corriente eléctrica en el circuito. Esta corriente eléctrica deja de existir si no permitimos que la luz incida en el material. La explicación es bastante sencilla. Cuando un átomo absorbe luz, si esta luz es tiene la frecuencia adecuada (recordemos que la luz es una onda electromágnetica, por tanto se puede describir por parámetros como frecuencia o longitud de onda) puede hacer que su energía sea absorbida por uno de los electrones que giran en torno al núcleo atómico siendo esta energía igual a la energía potencial eléctrica que mantiene unido el electrón al átomo, haciendo que este, con la energía adicional del voltaje aplicado, abandone perpetuamente el átomo. Todos los electrones liberados en el material son conducidos por el voltaje aplicado fuera del material hacia el circuito, donde se pueden medir en forma de una corriente eléctrica. Este efecto tiene importantes aplicaciones hoy en dia, entre ellas hace posible obtener corriente eléctrica de la luz del sol. Asi es, es lo que hace funcionar a los paneles solares, que hoy en dia son capaces de brindar energía desde calculadoras hasta automóviles, ciudades, comunidades recónditas en la selva y estaciones espaciales.

El CCD es un material semiconductor fotoelectrico que es dividido en pequeñas celdas individuales llamadas pixeles (Si, de aqui proviene el concepto), asi cada pixel se convierte en una unidad individual. Cuando la luz incide sobre el material, cada pixel emitirá electrones segun la intensidad de la luz que reciba, un pixel que reciba una luz intensa emitirá mas electrones que uno que reciba una luz débil. Asi si proyectamos una imágen, digamos de una estrella, sobre el chip ( le llamamos chip al arreglo fisico total de pixeles ) los pixeles que queden en el centro de la estrella emitiran muchos electrones, los que queden en los bordes emitiran menos y los que queden fuera de la estrella no emitran del todo (lo cual no es completamente cierto, luego veremos por qué). Los electrones son almacendados en la parte trasera del chip, y despues de un cierto tiempo en el que la luz ha estado incidiendo en el chip (tiempo de exposición) , se bloquea la luz incidente, se le aplica un voltaje y en orden, se van recogiendo y contando los electrones acumulados en cada pixel., uno por uno. Esta información se digitaliza y asi tenemos información digital de la distribución de la intensidad de la luz en la superficie del chip; en otras palabras tenemos toda la información necesaria para crear una imágen digital.

Sin embargo las imágenes creadas de esta forma no tienen información sobre el color de lo que esta representado, por tanto los chip CCD solo son capaces de dar imágenes en blanco y negro. Para obetener imágenes en color es necesario utilizar filtros. Los filtros son fragmentos de vidrio que solo permiten dejar pasar a través de ellos únicamente ciertas longitudes de onda de la luz, o lo que es lo mismo, sólo ciertos colores. El ojo humano usa detectores químicos de luz, los conos y los bastoncillos, los cuales son sensibles únicamente a un color según el tipo : rojo, verde, azul y blanco y negro. Al juntar en nuestro cerebro la imagen de luz azul, con la roja, con la verde, (la balnco y negro es para dar una medida de la luminosidad) es cuando vemos todos los demás colores. El truco con las cámaras es similar: Tomamos una foto solo con luz roja, otra solo con luz verde y otra solo con luz azul (gracias a los filtros que ponemos delante del detector), luego mezclamos estas imagenes y obtenemos una imágen en colores reales (Llamada RGB por las siglas de los colores que la componen en inglés Red-rojo Green-verde y Blue-azul).

Si bien las aplicaciones han sido innumerables (prácticamente todas las cámaras digitales de video y fotos y los detectores de movimento se basan en esta tecnología; todo gracias Hertz y Einstein, a sus trabajos en un tiempo en el que las aplicaciones no se podian ni imaginar, ejemplo perfecto de que la ciencia pura tarde o temprano trae importantes aplicaciones) la astronomía fué una de las primeras en aprovechar sus grandes ventajas ya en los años 70 (como lo hiciera al ser tambien una de las primeras en aplicar la fotografia quimica en el siglo XIX). Un chip CCD es mucho mas sensible que una película fotográfica, por tanto premite recolectar mas luz en menos tiempo, por lo que imágenes que tardaban horas en formarse en una pelicula, en un chip ccd requieren apenas unos pocos minutos de exposición, puestos en el mismo telescopio, permitiendo asi mismo alcanzar objetos mucho mas débiles. Gracias a los CCD, pequeños telescopios de aficionado son capaces de fotografiar objetos que antes solo podian verse a través de grandes telescopios profesionales como el Hale de 5 metros, ni que mencionar sobre cómo se expandieron también las capacidades de estos últimos.

A partir de que el CCD se popularizó en astronomia en la década de 1990, ha habido una revolución total en esta ciencia. los detectores cada vez se hacen mas grandes y mas sensibles y han permitido captar objetos en el borde del universo conocido a mas de 12000 millones de años luz. Los aficionados han tenido a su alcance herramientas de relativamente bajo costo que ha permitido que mas que nunca hagan contribuciones serias e importanes a esta ciencia. Y los CCD no solo trabajan en luz visible, son capaces tambien de detectar el infrarrojo y el ultravioleta cercanos. El satélite WISE fué lanzado hace solo una semana y a bordo lleva cuatro CCD´s con un millon de pixeles cada uno, construidos especialmente para captar luz infrarroja de longitudes de onda mucho mas largas que la que detectan los CCD´s normales y busca la ambiciosa meta de lograr un completo mapa de todo el cielo en el infrarrojo.

En el OAUNAN tenemos dos cámaras CCD: la vieja pero excelente SBIG ST-237A con un sistema de filtros Bessel (usa otros colores distintos de RGB) y la Meade Deep Sky Imager, mas moderna y con un campo mas apmlio que en esta temporada nos disponemos a probar.

Hay que mencionar que si bien en astronomia se toma una imágen con cada filtro separadamente y luego si es el caso se juntan, en las cámaras comerciales, en especial las de video, se suelen tomar al mismo tiempo, cada una ocupando una parte del chip, combinandose de forma automatica, algo que en astronomia no es posible hacer. Mas adelante les traeré otro artículo sobre como se trabajan las imágenes CCD en astronomia, mientras tanto, FELIZ NAVIDAD a todos.

#5 Fibra óptica y astronomia.

2009-12-18T14:43:00.001-06:00

Bueno, al fin oficialmente terminaron las clases en la UNAN (felizmente pasé todas las materias :-) ) y empieza la temporada de observaciones astronómicas. Ayer tuvimos la primera sesión en la que básicamente pasamos calibrando el telescopio y haciendo pruebas con la nueva cámara Meade Deep Sky Imager, que tiene un campo mucho mas grande y en teoría es mas sensible que la vieja SBIG ST-237A.

Este año, el premio Nobel de física fué concedido a los inventores del CCD y de la fibra óptica. La fibra óptica como todos sabemos es importante para la transmisión de informacón a alta velocidad, internet, televisión, telefonía, etc. Básicamente consiste en enviar señales luminoslas a tavés de un hilo de vidrio muy delgado, tan delgado que la luz siempre rebota en sus paredes internas con un ańgulo tan pequeño que es siempre reflejada y no escapa hasta que llega al otro extremo, de esta forma podemos enviar señales al otro lado del mundo en instantes ya que se transmiten a la velocidad de la luz (no la velocidad de la luz en el vacio, sino en el vidrio, que es algo mas lenta). Ademas debido a las propiedades ondulatorias de la luz, se pueden enviar miles o millones de señales diferentes a través de un mismo hilo, cada una en una frecuencia diferente. En cada estación de transmisión de fibra óptica un rayo LASER envia pulsos de luz a través de uno de los extremos del cable. El premio fué otorgado a Charles K. Kao de origen británico por sus importantes aportes a esta tecnología en los años 60.

En astronomía las fibras ópticas han venido a proveer avances importantes en istrumentación. Anteriormente cuando se tomaba el espectro de un objeto celeste habia de hacerse de uno en uno, con largos periodos en que las placas fotogŕaficas registraban la tenue luz de los patrones de franjas y revelaban la composición quimica y otras caracteristicas del objeto estudiado. Hoy en dia existe la espectroscopía multiobjeto. En este caso todas las estrellas que queden dentro del campo de vision pueden ser estudiadas individualmente. La tècnica consiste en poner una máscara de aluminio que tiene perforaciones en la posición exacta de los objetos de intereres tal como aparecen en el campo de visiòn del telescopio. La luz que pasa por esos orificios es conducida por fibras óprticas a una habitación separada del telescopio (No siempre) donde es analizada por el espectómetro. Esto ha constituido una revolucion al permitir estudiar muchos objetos al mismo tiempo, algo muy valioso en estos tiempos en que el tiempo-telescopio en los grandes observatorios es muy solicitado y no se puede asignar demasiado tiempo a cad atrabajo. Sin embargo por su complejidad, tamaño y precio,este tipo de espectrómetros solo suele usarse en observatorios profesionales de cierto tamaño.

Aqui les dejo un par de imágenes de EMIR, el espectrometro de infrarrojos de que dispondrá el Gran Telescopio Canarias, para que vean la complejidad de este tipo de instrumentos. Cuando entre en servicio erá el mas avanzado construido hasta ese momento.

Pueden leer un interesante artículo sobre el funcionamiento de este futuro instrumento del telescopio mas grande del mundo aqui: http://www.gtcdigital.net/noticias.php?id=55

#4 Clausura del AIA2009 y fotografias.

2009-12-14T04:45:00.001-06:00

Al fin se llevó a cabo el pasado jueves el último foro del año, y con el, la clausura oficial de las actividades del año internacional de la astronomía del observatorio.

La charla estuvo a cargo de Humberto García, responsable de instrumentación del observatorio y con bastante experiencia en el tema expuesto. El tema era sobre las estrellas dobles tipo WU Uma, un tipo de estrella variable en el que dos estrellas giran una alrededor de la otra a distancias tan cercanas que su atmósfera es deformada por las fuerzas de marea. Cada vez que una de las estrellas pasa enfrente de la otra desde nuestro punto de vista, vemos que el brillo disminuye (la mayoria de las veces las estrellas estan tan cerca entre si y tan lejos de nosotros que se ven como un solo objeto). Entonces tenemos que el brillo de la estrella presenta dos minimos en su periodo, cada vez que una de las estrellas pasa frente a la otra.

Humberto presentó algunos resultados que obtuvo trabajando en estas estrellas con el profesor José Peña del IA-UNAM (México) en el Observatorio Astronómico Nacional de México en San Pedro Mártir. Humberto destacó la importancia que este tipo de estudios podria tener para nuestro pais debido a que es posible llevarlo a cabo con equipos modestos como los que posee el observartorio de la UNAN-Managua.

Por otro lado ese mismo dia fueron entregados al observatorio los posters con fotografias astronómicas que debian ser expuestos como parte de AIA 2009 pero que debido al retraso en la entrga de los fondos por parte de UNESCO y CONICYT no se pudieron terminar hasta ahora. Aqui les dejo unas fotografias tomadas con mi cel (disculpen la mala calidad) de cuando fuimos a buscar los poster y los caballetes a la carpinteria de San Judas donde los enmarcaron e hicieron los caballetes. Fuimos a recogerlos Humberto, el profesor Javier Pichardo, Mario Rios, y yo. Seis de estas imágenes fueron exibidas durante el foro.

Cargando los caballetes en la camioneta.

Una vez en el observatorio fue dificil acomodar todo el material, de momento asi queda aunque definitivamente cuando se reanuden las visitas de los colegios el próximo año habrá que buscarle otro espacio.

Un par de ellas se usaron para decorar el observatorio y de paso ahorrar espacio.

Esta de la luna se exhibe orgullosamente ya que muestra imágenes exclusivamente tomadas desde el OAUNAN, tanto desde la CCD usada en invstigación como desde cámara convencional, siempre a través del telescopio.

La idea es el año que viene realizar una serie de exposiciones con todas estas imágenes de forma que capten la atención del público hacia las maravillas del cosmos y despierten de paso algo de conciencia científica en nuestra sociedad.

#3 Foro: Estrellas Variables tipo W UMa

2009-12-01T03:22:00.001-06:00

#2 Foro: Galileo, el mensajero de las estrellas.

2009-11-16T05:28:00.001-06:00

Este mes me tocó a mi impartir la charla del foro que organiza mes a mes el observatorio desde el año pasado, sobre algun tema de actualidad en la astronomia y la física. Los dos anteriores fueron sobre astrobiologia y computación cuántica. En esta ocasión estaré hablando sobre la vida y obra de Galileo Galilei, a quien se dedica el año internacional de la astronomia, que ya está por terminar.

Lo que voy a presentar, fué elaborado en realidad para presentarselo a los colegios que vienen de visita al observatorio, la elaboramos Marcel Chow y yo, la presentamos en muchas ocasiones alternandonos. Lamentablemente durante el segundo semestre casi no se pudo por problemas de horario. Ahora al hacerla en un foro esperamos llegar a más gente y dar a conocer un poquito mas la vida de este padre de la ciencia y los motivos por los cuales les celebramos.

Por lo general las conferencias de los foros los imparte alguien que trabaja o ha estudiado el tema, generalemnte licenciados o master (algunos incluso de fuera del pais) sin embargo dado que solo es una biografía pues la puede impartir un estudiante como yo :P Marcel no podra darla por cuestiones de horarios en su trabajo. Esperemos que llegue mucha gente y salga todo bien.

Aula 4804 (Por el moscú)
Hora: 6:00PM
Martes 17 - 11 - 2009

Por otro lado esta noche el cielo estuvo muy oscuro y despejado, lo cual significa que reanudaremos las observaciones pronto :D

#1 Big Bang!

2009-11-11T03:42:00.002-06:00

Y todo comenzó con una gran explosión. Bienvenidos a este blog en el que trataré de contar algunas vivencias interesantes de un estudiante física y astronomia en Nicaragua.

Estamos ya cerca de finalizar el año internacional de la astronomia. A lo largo del año se vinieron realizando una serie de actividades sin precedentes en el pais, dedicadas a acercar la astronomía al gran público, en especial a los jóvenes. Es algo muy importante, desarrollar conciencia científica en la población, mostrarles que la ciencia es algo que se puede hacer aqui y que nos beneficia a todos, no solo como pais sino como especie humana. Es mas aun importante si tenemos en cuenta que es un pais que ya antes de la famosa crisis económica mundial invertía menos del 1% de su presupuesto nacional en investicgación científica y tecnológica. Es facil olvidarse de la ciencia cuando el pais pasa por tantas necesidades, pero principalmente cuando la clase política no tiene la mas minima voluntad en desarrollarla. Es importante mostrar como los paises desarrollados lo son porque invierten mucho en investigación y no al revés. Si bien es cierto que no podemos permitirnos un presupuesto que cubra las necesidades en el área científica, también es cierto que podría ponerse mas voluntad de parte de las autoridades, no solo en el gobierno, sino en las universidades (en general) que deberian tener la investigación como uno de sus principales pilares.

A pesar de todo ello, y teniendolo en cuenta se puede decir que en este año de la astronomia se lograron grandes cosas. Las asociaciones de aficionadosrealizaron varias actividades de cara al público en general. Es de destacar la partipación en las 100 horas de astronomía llevada a cabo por la Asociación Nicaragüense de AStronomos Aficionados (ANASA), en la que se movilizaron en calles y colegios de tres ciudades del pacífico (Managua, Granada y Jinotepe) y en las que mas de 5000 personas pudieron observar por un telescopio, la gran mayoria por primera vez en sus vidas. Pueden visitar la página oficial de ANASA aqui: http://www.anasa.org.ni/

En el observatorio tuvimos también mucha actividad. principalemente con los colegios de secundaria. Hemos recibido y seguimos recibiendo la visita de miles de alumnos de colegios de varias partes del país, los cuales pueden observar el Sol con el telescopio si el clima lo permite y ademas recibien una charla o ven la proyección de algún documental sobre alguno de los temas ofrecidos a escoger a los profesores. Tambien fué importante un curso orientado a profesores de secundaria (Parte de un proyecto internacional con sede en Sudáfrica) en el que se pretende entrenarles en astronomía general, ya que la mayoría carecen de la formación necesaria para impartir las clases de astronomía que el ministerio de educación ha incluido en la clase de ciencias naturales con la última transformación curricular. Por la realizción de esta actividad incluso se recibieron felicitaciones de los organizadores en Sudáfrica por haber cumplido las metas antes de tiempo. Además, también con el mismo propósito se impartieron cursos en las escuelas normales para preparar a futuros profesores.

En cuanto a investigación, en estos momentos entre otras cosas estamos muy concentrados en aprender fotometría, ya retomamos un estudio de la calidad fotométrica del cielo iniciado hace algunos años por Humberto G.; ahora nos estamos enfocando principalmente en calcular los coeficientes de extinción del cielo de Managua. Esto son unos números que nos dan una medida de que tanta luz proveniente de las estrellas es absorvida por la atmósfera en determinadas longitudes de onda, prerrequisito indispensable para poder realizar fotometría absoluta. Tambien mencionaré que desde hace algún tiempo estamos en contacto con Darin Ragozzine, experta en objetos del cinturón de Kuiper (KBOs) y es muy probable que colaboremos en observaciones de ocultaciones de estrellas por este tipo de objetos. Hablaré de este interesante tema mas adelante.

No olviden revisar regularmente la página oficial del observatorio: http://www.unan.edu.ni/oaunan/oaunan.php

En fin, asi doy comienzo a este blog, ojalá lo disfruten.