Clic a l'imatge per engrandir. Saturn i els seus anells vists per la IA. Crèdit: DALL·E
Cassini: 15 anys d'espectacle L'any 2012, amb motiu del 15è aniversari del llançament de la missió Cassini-Huygens, la NASA va oferir una antologia d'imatges que mostraven els llacs de Tità, els guèisers d'Encèlad, la dansa de les llunes de Saturn així com el so de les ones de ràdio, emesa pels llamps a les tempestes de Saturn.
Els anells de Saturn són un somni i ens agradaria saber el seu origen, quan van néixer, per què... i si perduraran. Un nou gir torna a posar a l'ordre del dia, en consolidar-lo, una teoria proposada fa uns anys i basada en mesures de la sonda Cassini.
Una nova entrega de la saga de determinar l'edat de Saturn acaba d'arribar a la xarxa tal com mostra una publicació a Science Advances. Llegint un dels articles anteriors, podem comprovar que aquests són els treballs que ja realitzaven en aquell moment el físic Sascha Kempf, de la Universitat de Boulder a Colorado (EUA) i els seus col·legues, que tornen al capdavant de l'acció.
Segons els arguments esgrimits, els anells de Saturn s'haurien format com a molt fa només uns centenars de milions d'anys abans del naixement dels dinosaures a la Terra al final del Triàsic, fa d'uns 232 a 234 milions d'anys. L'article publicat el 14 de maig amb la nota de premsa de la Universitat de Boulder indica efectivament que els anells no serien més antics de 400 milions d'anys segons Kempf i els seus col·legues Nicolas Altobelli de l'Agència Espacial Europea, Jürgen Schmidt de la Freie Universität Berlin, Jeffrey Cuzzi i Paul Estrada del Centre de Recerca Ames de la NASA, i Ralf Srama de la Universität de Stuttgart.
Podeu triar l'idioma de subtitulació a la configuració del vídeo. Sabeu on sou? Al cor dels anells de Saturn. Estan formats per grans de gel molt petits, d'unes desenes de mil·límetres fins a uns quants metres, però és minúscul a l'escala del planeta. Crèdit: CNES.
Recordem que les primeres observacions dels anells de Saturn daten de Galileu i que el primer a comprendre la seva naturalesa va ser el físic James Clerk Maxwell, a qui devem la constitució del sistema d'equacions per descriure els fenòmens electromagnètics a la física clàssica que impliquen l'existència d'ones que Maxwell va identificar com a ones de llum. "En certa manera, hem resolt una pregunta que va començar amb James Clerk Maxwell", explica Kempf, professor del Laboratori de Física Atmosfèrica i Espacial (LASP) de CU Boulder.
Capes de pols còsmica
Si és així, caldrà esperar que la noosfera adquireixi instruments que Galileu i Maxwell probablement no s'imaginaven, és a dir, d'una banda, la sonda Cassini, i d'altra banda l'analitzador de pols còsmic que va permetre Kempf i els seus col·legues per analitzar el corrent de micrometeorits que cauen sobre els anells de Saturn entre el 2004 i el 2017. En aquest corrent, 163 grans que no podrien haver vingut de les llunes del sistema saturnià s'han identificat, fet que ha estat decisiu per deduir l'edat dels anells.
De fet, avui sabem que la pols que constitueix aquests anells és gairebé gel d'aigua pura, la qual cosa els dóna una certa reflectivitat. Això s'ha de veure afectat per l'arribada de micrometeorits externs que s'instal·len sobre ells com la pols d'una habitació al llarg del temps.
Suposant una taxa de deposició de pols còsmica relativament constant durant milions d'anys, la reflectivitat mesurada dels anells de Saturn indica, per tant, la seva edat i per tant, seria molt inferior a la del planeta i que ha de ser la del sistema solar, uns 4.500 milions d'anys.
No obstant això, com afirma Kempf, "Sabem aproximadament l'edat dels anells, però això no resol cap dels nostres altres problemes. Encara no sabem en primer lloc com es van formar aquests anells".
Podeu triar l'idioma de subtitulació a la configuració del video. Sébastien Charnoz és professor de ciències planetàries a la Universitat de Paris Cité i a l'Institut de Physique du Globe de Paris. Sébastien Charnoz és un antic membre de la missió Cassini i especialista en formació planetària. La seva presentació recull les diferents hipòtesis sobre l'origen dels anells. Aborda la viva controvèrsia científica que va tenir lloc el 2018 després de la primera mesura de la massa dels anells i les seves possibles implicacions per a l'edat del sistema saturnià. Acaba explorant la possibilitat de l'existència d'exollunes i exoanells al voltant dels exoplanetes. Crèdit: Festival d'Astronomie de Fleurance.
Aquestes imatges van ser preses per l'Ingenuity durant el 51è vol de l'helicòpter marcià el 22 d'abril del 2023, el 772è dia marcià, o sol, de la missió del rover. En el moment de la presa, l'helicòpter era a una altitud d'uns 12 metres.
Clic a l'imatge per engrandir. El rover es troba a la part superior esquerra de la imatge, estacionat en un aflorament rocós de tons clars. Les petjades del Perseverance s'estenen des de la ubicació fins a la part superior dreta de la imatge. L'ombra de l'helicòpter es pot veure just a la dreta i per sota del centre de la imatge. A la part inferior central de la imatge es pot veure un petit tros triangular de restes del sistema d'entrada, descens i aterratge del rover. Crèdit: NASA/JPL-Caltech.
Clic a l'imatge per engrandir. Vista ampliada del Perseverance. La imatge és granulada en comparació amb la imatge completa, però es pot distingir la forma del rover a l'aflorament rocós. Crèdit: NASA/JPL-Caltech.
Aquesta setmana celebrem els Forats Negres, que es troben al centre de la majoria de les galàxies -inclosa la nostra- o que de tant en tant els trobem voltant pel cosmos. Amb imatges com aquestes, creades utilitzant dades de raigs X del NuSTAR sigles en anglès de Nuclear Spectroscopic Telescope Array (Conjunt de telescopis espectroscòpics nuclears) i en llum visible del Hubble, els astrònoms estudien com interactuen els forats negres quan les seves galàxies col·lisionen. Aquí, el forat negre supermassiu de la galàxia de la dreta está consumint la galàxia de l'esquerra en un procés anomenat acreció.
Clic a l'imatge per engrandir. Dues galàxies en remolí apareixen en blau, blanc, taronja i marró mentre envolten un punt central a prop del centre de la imatge. Taques de color blau clar i blanc esquitxen les dues galàxies de forma ovalada, així com una petita taca per sobre i a la dreta de la parella. Algunes estrelles i galàxies es poden veure al voltant de les dues galàxies centrals, però estan distants i difuminades al fons. Crèdit: NASA/JPL-Caltech/GSFC.
Els astrònoms divideixen els forats negres en tres categories, depenent de la seva massa, i els forats negres supermassius són els més grans. Els forats negres poden ser tan "petits" com unes poques vegades la massa del nostre Sol – o poden ser més massius que milers de milions dels nostres Sols junts.
Clic a l'imatge per engrandir. La mateixa imatge que la primera, però amb dades de NuSTAR superposades, mostrant blau, vermell i groc sobre el punt central de la imatge. Crèdit: NASA/JPL-Caltech/GSFC.
Clic a l'imatge per engrandir. Galàxia Centaure A. Crèdits: X-ray: (IXPE) NASA/MSFC/IXPE/S. Ehlert et al.; (Chandra): NASA/CXC/SAO; Òptica: ESO/WFI; Processament d'imatge: NASA/CXC/SAO/J.Schmidt
La galàxiaCentaure A (Cen A) brilla en aquesta imatge que combina dades de múltiples observatoris. Al centre d'aquesta galàxia hi ha un forat negre supermassiu que s'alimenta del gas i la pols que l'envolten, i del qual surten grans raigs de partícules d'alta energia i altres materials. El raig que apareix a la part superior esquerra d'aquesta imatge s'estén uns 13.000 anys llum des del forat negre. També s´aprecia una línia de pols que envolta el centre de la galàxia i que pot ser el resultat d´una col·lisió amb una galàxia més petita fa milions d´anys.
Els colors d'aquesta imatge han estat escollits per reflectir les fonts de dades. El blau mostra la llum de raigs X captada per l'Observatori de Raigs X Chandra de la NASA, el taronja representa els raigs X detectats pel satèl·lit IXPE, sigles d'Imaging X-ray Polarimetry Explorer (Visor de polarimetria de raigs X) de la NASA, i la llum òptica vista pel Observatori Europeu Austral a Xile està acolorida en blanc i gris.
Cen A ha estat objecte de nombrosos estudis des del llançament de Chandra el 1999. Amb IXPE, que es va llançar el 2021, els científics podran comprendre els misteris d'aquest objecte de manera nova. IXPE està especialitzat a observar una propietat de la llum de raigs X anomenada polarització, que està relacionada amb l'organització de les ones electromagnètiques. Aquest mesurament especialitzat està ajudant els científics a estudiar com les partícules s'acceleren a altes energies i velocitats -gairebé la velocitat de la llum- en objectes còsmics extrems com aquest.
A Cen A, els investigadors que utilitzen IXPE intenten comprendre què causa l'emissió de raigs X als dolls. Fins ara, els científics no han detectat polarització de raigs X a Cen A, cosa que indica que partícules molt més pesades que els electrons, com els protons, no estan produint els raigs X. A mesura que els científics analitzin les dades, aniran obtenint més informació.
Cen A es troba a 12 milions d'anys llum de la Terra, a la constel·lació del Centaure, i representa la cinquena galàxia més brillant del cel.
Sobre la missió Chandra:
El Centre Marshall de Vols Espacials de la NASA gestiona el programa Chandra. El Centre de Raigs X Chandra del Smithsonian Astrophysical Observatory controla les operacions científiques des de Cambridge, Massachusetts, i les operacions de vol des de Burlington, Massachusetts. Més informació de l'Observatori de raigs X Chandra de la NASA fent un clic aquí.
Quant a la missió IXPE:
Com una part de la sèrie de missions Small Explorer de la NASA, IXPE es va llançar en un coet Falcon 9 des del Centre Espacial Kennedy de la NASA a Florida el desembre de 2021. Ara orbita a 370 milles, o aproximadament 595 quilòmetres, sobre l'equador de la Terra. La missió és una associació entre la NASA i l'Agència Espacial Italiana, amb socis i col·laboradors científics de 13 països. Ball Aerospace, amb seu a Broomfield (Colorado), gestiona les operacions de la nau espacial. Més informació oficial sobre la missió IXPE fent un clic aquí.
Clic a l'imatge per engrandir. Flamarada solar. Crèdit: NASA
Els primers components bàsics de la vida a la Terra es poden haver format gràcies a erupcions del nostre Sol, segons un nou estudi.
Una sèrie d'experiments químics mostra com les partícules solars, en xocar amb els gasos de l'atmosfera terrestre primitiva, poden formar aminoàcids i àcids carboxílics, els components bàsics de les proteïnes i la vida orgànica. Els resultats es publiquen a la revista Life.
Per comprendre els orígens de la vida, molts científics intenten explicar com es van formar els aminoàcids, la matèria primera a partir de la qual es formen les proteïnes i tota la vida cel·lular. La proposta més coneguda es va originar a finals del segle XIX, quan els científics van especular amb la possibilitat que la vida hagués començat en un "petit estany calent": Una sopa de substàncies químiques, energitzada per raigs, calor i altres fonts d'energia, que es va poder barrejar en quantitats concentrades per formar molècules orgàniques.
Al 1953, Stanley Miller, de la Universitat de Chicago, va intentar recrear aquestes condicions primigènies al laboratori. Miller va omplir una cambra tancada amb metà, amoníac, aigua i hidrogen molecular -gasos que es creu que predominaven a l'atmosfera primitiva de la Terra- i va encendre repetidament una espurna elèctrica per simular un llampec. Una setmana després, Miller i el seu assessor Harold Urey van analitzar el contingut de la càmera i van descobrir que s'havien format 20 aminoàcids diferents.
Clic a l'imatge per engrandir. Recreació artística de la Terra primitiva. Crèdit: NASA.
"Va ser una gran revelació", va dir Vladimir Airapetian, astrofísic estel·lar del Centre Goddard de Vols Espacials de la NASA a Greenbelt, Maryland, i coautor del nou treball. "A partir dels components bàsics de l´atmosfera terrestre primitiva, es poden sintetitzar aquestes complexes molècules orgàniques".
Però els darrers 70 anys han complicat aquesta interpretació. Els científics creuen ara que l'amoníac (NH3) i el metà (CH4) eren molt menys abundants; al seu lloc, l'aire de la Terra era ple de diòxid de carboni (CO2) i nitrogen molecular (N2), que requereixen més energia per descompondre's. Aquests gasos encara poden produir aminoàcids, però en quantitats molt reduïdes.
A la recerca de fonts d'energia alternatives, alguns científics van apuntar les ones de xoc dels meteorits. Altres van citar la radiació ultraviolada solar. Airapetian, fent servir dades de la missió Kepler de la NASA, va apuntar a una nova idea: les partícules energètiques del nostre Sol.
Kepler va observar estrelles llunyanes en diferents etapes del seu cicle vital, però les seves dades ofereixen pistes sobre el passat del nostre Sol. El 2016, Airapetian va publicar un estudi que suggereix que durant els primers 100 milions d'anys de la Terra, el Sol era un 30 % més feble. Però les "superflames" solars -potents erupcions que avui només veiem una vegada cada 100 anys aproximadament- haurien esclatat una vegada cada 3-10 dies. Aquestes superflames llancen partícules a una velocitat propera a la de la llum que xocarien regularment amb la nostra atmosfera, desencadenant reaccions químiques.
Podeu triar l'idioma de subtitulació a la configuració del vídeo. L'energia del nostre jove Sol -fa 4.000 milions d'anys- va ajudar a crear molècules a l'atmosfera de la Terra que van permetre que s'escalfés prou per incubar vida. Crèdit: Centre Goddard de Vols Espacials de la NASA/Genna Duberstein. Podeu descarregar aquest vídeo en format HD des de l'Estudi de Visualització Científica Goddard de la NASA, fent un clic aquí.
"Quan vaig publicar aquest article, l'equip de la Universitat Nacional de Yokohama (Japó) es va posar en contacte amb mi", explica Airapetian.
El Dr. Kobayashi, catedràtic de química de la universitat, havia passat els darrers 30 anys estudiant la química prebiòtica. Intentava comprendre com els raigs còsmics galàctics -partícules procedents de l'exterior del nostre sistema solar- podrien haver afectat l'atmosfera de la Terra primitiva. "La majoria dels investigadors ignoren els raigs còsmics galàctics perquè requereixen equips especialitzats, com ara acceleradors de partícules", explica Kobayashi. "Vaig tenir la sort de tenir accés a diversos a prop de les nostres instal·lacions". Uns petits retocs al muntatge experimental de Kobayashi podrien posar a prova les idees d'Airapetian.
Airapetian, Kobayashi i els seus col·laboradors van crear una barreja de gasos semblant a l'atmosfera de la Terra primitiva tal com la coneixem avui. Van combinar diòxid de carboni, nitrogen molecular, aigua i una quantitat variable de metà. (La proporció de metà a l'atmosfera primitiva de la Terra és incerta, però es creu que era baixa). Van disparar les barreges de gasos amb protons (simulant partícules solars) o les van encendre amb descàrregues d'espurnes (simulant llampecs), reproduint l'experiment de Miller-Urey per comparar.
Mentre la proporció de metà era superior al 0,5%, les barreges disparades per protons (partícules solars) produïen quantitats detectables d'aminoàcids i àcids carboxílics. Però les descàrregues d'espurnes (raigs) requerien una concentració de metà d'aproximadament del 15% abans que es formés cap aminoàcid.
"I fins i tot amb un 15% de metà, la taxa de producció d'aminoàcids pels raigs és un milió de vegades inferior a la dels protons", afegeix Airapetian. Els protons també tendien a produir més àcids carboxílics (un precursor dels aminoàcids) que els encesos per descàrregues d'espurnes.
Clic a l'imatge per engrandir. Primer pla d'una erupció solar, que inclou una flamarada solar, una ejecció de massa coronal (CME) i un esdeveniment de partícules energètiques solars. Crèdit: Centre Goddard de Vols Espacials de la NASA.
En igualtat de condicions, sembla que les partícules solars són una font d'energia més eficaç que els raigs. Però, segons Airapetian, no tota la resta era igual. Miller i Urey suposaven que els llampecs eren tan freqüents a l'època de l'"estany calent" com ho són avui. Però els llampecs, que procedeixen de núvols de tempesta formats per aire calent ascendent, haurien estat menys freqüents amb un Sol un 30% més feble.
"En condicions fredes mai no hi ha llampecs, i la Terra primitiva estava sota un Sol bastant tènue", explica Airapetian. "Això no vol dir que no pogués provenir d'un llamp, però ara els raigs semblen menys probables, i les partícules solars semblen més probables".
Aquests experiments suggereixen que el nostre jove i actiu Sol podria haver catalitzat els precursors de la vida més fàcilment, i potser abans, del que se suposava.
Clic a l'imatge per engrandir. Caldwell C70. Crèdit: NASA, ESA, i el Hubble Heritage Team (AURA/STScI)
El que semblen grans de sorra en aquesta imatge del Hubble són en realitat estrelles individuals incrustades a les profunditats del cor de la propera galàxia espiral Caldwell 70. L'exquisida resolució del Hubble ens permet veure les estrelles de la galàxia com a diferents punts de llum, a tot i que la galàxia és a uns 6 milions d'anys llum de distància.
Caldwell 70 té braços espirals blaus amb una vigorosa formació estel·lar. Aquí es mostra la regió interior de la galàxia, una àrea que abasta uns 7.500 anys llum. Al centre hi ha el nucli brillant i dens de la galàxia, envoltat de circells de pols fosca que serpentegen entre les estrelles en el pla galàctic.
Tot i que Caldwell 70 és una de les galàxies veïnes més properes a la Via Làctia, és tan lluny que els telescopis terrestres només poden captar les estrelles més brillants. Amb una magnitud de 8,1, la galàxia es pot veure a través d'un telescopi petit, però no esperis veure una imatge com aquesta! Amb una resolució entre 10 i 20 vegades superior a la dels telescopis terrestres, la Càmera Avançada de Sondejos del Hubble resol moltes més estrelles en aquesta galàxia de les que es poden detectar des de terra. La capacitat única del Hubble per distingir tantes estrelles a Caldwell 70 va ajudar els astrònoms a provar una nova tècnica per mesurar distàncies a altres galàxies utilitzant estrelles supergegants blaves i a comparar aquesta tècnica amb mètodes de mesura més tradicionals.
També coneguda com a NGC 300, Caldwell 70 és membre d'una col·lecció propera de galàxies anomenada grup de l'Escultor, anomenada així per la constel·lació austral on es troben les galàxies. Descoberta des d'Austràlia per l'astrònom escocès James Dunlop el 1826, Caldwell 70 apareix baixa al cel de tardor a l'hemisferi nord, però s'observa millor a la primavera des de l'hemisferi sud. Caldwell 70 abasta gairebé la mateixa extensió de cel que la Lluna plena.
Per més informació sobre les observacions del Hubble de Caldwell 70, feu un clic aquí.
Aquest vídeo comença amb una àmplia vista des de terra de Caldwell 70 i s'acosta a la vista en primer pla del Hubble mostrant algunes de les estrelles individuals de la galàxia. Crèdit: NASA, Z. Levay i G. Bacon (STScI)
En aquest dossier es presenten les diferents pistes que porten a la hipòtesi de la matèria fosca, així com diverses propostes que s'han fet per intentar dilucidar-ne la naturalesa.
Una primera manera d'abordar el problema de la matèria fosca és garantir que les teories que fem servir siguin vàlides. Per descomptat, ningú espera als astrofísics per això, però la matèria fosca dóna una nova motivació per a aquestes proves.
Clic a l'imatge per engrandir. Noves partícules. Crèdit: vchalup, Adobe Stock
En particular, hem esmentat anteriorment que les extensions del model estàndard va predir l'existència de noves partícules. D'altra banda, s'ha proposat que les lleis de la gravitació que fem servir no són correctes. Per tant, convé provar aquestes dues teories.
Tests de models alternatius de física de partícules
En primer lloc, les extensions del model estàndard de la física de partícules, les mateixes que suggereixen l'existència de noves partícules, també prediuen altres fenòmens nous. En particular, alguns modes de desintegració de partícules estan prohibits pel model estàndard, però permesos per les seves extensions, la qual cosa fa que la recerca d'aquests "nous" modes sigui una prova ideal. Per exemple:
- Les teories de la gran unificació prediuen que el protó és una partícula inestable, és a dir que es pot desintegrar espontàniament en altres partícules, després d'un temps suficientment llarg. Aquest esdeveniment no s'ha observat mai, fet que permet donar un límit inferior a la vida útil del protó. Si aquesta desintegració és possible, és un esdeveniment rar. S'estableixen experiments específics per detectar aquests esdeveniments.
- També són possibles nous modes de desintegració per a altres partícules. La seva investigació sobre esdeveniments observats en acceleradors/col·lisionadors de partícules constitueix un camp d'investigació molt actiu en aquest domini.
Els tests de precisió de la relativitat general
Hem esmentat la possibilitat que les lleis de la gravitació difereixen de les utilitzades. Una primera manera de provar aquesta hipòtesi és provar la relativitat general. S'estableixen diversos experiments per fer-ho. Per exemple:
- Gravity Probe B: un magnífic experiment que consisteix a estudiar els moviments de giroscopis embarcats en un satèl·lit en òrbita al voltant de la Terra.
- Ones gravitacionals: VIRGO (a terra, en fase de calibratge), LIGO (a terra, a l'inici de l'activitat), LISA (satèl·lit, en projecte).
Clic a l'imatge per engrandir. Gravity Probe B, satèl·lit americà.
Proves de gravitació a petites escales espacials
Entre les modificacions de la gravitació que hem esmentat, diverses prediuen modificacions de la llei de Newton a petites distàncies (dimensions addicionals) o a petites acceleracions (Mond, sigles en anglès de Dinàmica Newtoniana MOdificada). Per tant, és adequat provar la gravitació en aquestes condicions, però aquests són experiments molt difícils d'implementar, perquè la gravitació queda gairebé completament emmascarada per les altres forces.
Veure:
Capítol anterior:7 Els candidats Capítol següent: 9 Detectar la matèria fosca (en preparació).
