31/12/2019

Feliç Any Nou!!


La Teoria de Cordes: Una introducció detallada (II)

Tres intents d'unificació

Abans de començar amb la Teoria de Cordes, és útil recordar tres direccions en les que va augmentar el descontentament estètic al tenir tantes forces i partícules fonamentals.

La idea de Kaluza-Klein

El primer d'ells, que data de principis d'aquest segle, sembla haver estat un avançat al seu temps, tant en l'anàlisi del problema com en l'audàcia de la solució. Als anys 20, els físics Th. Kaluza i Oskar Klein van observar de forma independent que la gravitació i l'electromagnetisme (les úniques dues forces fonamentals que es coneixien en aquell temps!) Eren, en cert sentit, una mateixa cosa. Sentien que seria molt més agradable si les dues forces poguessin ser derivades d'un únic origen comú.

En la proposta de Kaluza-Klein, l'espai té dimensions extra més enllà de les que observem habitualment. L'exemple més simple és assumir quatre dimensions espacials en total. No obstant això, una d'aquestes quatre dimensions no s'estén de manera infinita, per tant podem travessar-la i experimentar-la, però està corbada sobre si mateixa. Això és similar a un bastó, sobre el qual un insecte estaria restringit a moure només en una direcció (al llarg del bastó) i no descobriria que el bastó té una finita, encara que petita, amplada que constitueix una dimensió independent (dues dimensions) del seu món.


Kaluza i Klein van proposar llavors que en aquest món de quatre dimensions espacials, només hi ha gravitació i no electromagnetisme. Un senzill càlcul revela que quan una de les quatre dimensions espacials està corbada, la partícula d'espín 2 (gravitó) en les quatre dimensions espacials, efectivament, es divideix en una partícula d'espín 2 i una partícula d'espín 1 en tres dimensions espacials. A més, aquestes partícules satisfan l'equació adequada que descriu la gravitació i l'electromagnetisme en el món físic.

La proposta de Kaluza-Klein, que una o més dimensions espacials estan "compactificades", va romandre com una curiositat durant diverses dècades. La seva proposta només proporcionava un marc de treball clàssic en el qual la gravetat d'Einstein i l'electromagnetisme de Maxwell tenien un origen comú (això no era error seu, la Teoria de Camps Quàntics encara no s'havia inventat en aquesta època!). La dificultat en implementar-seriosament venia de el fet que, malgrat els intents, cap Teoria Quàntica podia ser associada a aquesta idea. Com hem esmentat prèviament, no es tenia un coneixement consistent amb la Teoria Quàntica de la Gravetat en tres dimensions espacials, per la qual cosa acudint a majors dimensions la dificultat en construir tal teoria era fins i tot més gran. No obstant això, com veurem, en el context de la Teoria de Cordes les dificultats desapareixen, i no és impossible treballar tant amb la Gravetat Quàntica com les dimensions.

Gran unificació

Una direcció diferent d'investigació, iniciada als anys 70, era la proposta que al menys les tres forces fonamentals associades al Model Estàndard podrien ser unificades en una única força a escales d'alta energia. Aquesta proposta, anomenada, "Gran Unificació", va fer ús del fet que l'electromagnetisme i les forces nuclears forta i feble semblaven elevar-se d'una estructura matemàtica comú, les Teories de "Yang-Mills". Podria haver-hi una única teoria de la qual aquestes tres forces fossin merament diferents manifestacions?

Aquesta proposta va ignorar la gravetat en la seva major part, per la qual cosa no era una proposta tan ambiciosa com l'intent de Kaluza-Klein, però va fer alguns progressos sense supòsits radicals com dimensions espacials ocultes. Va explotar una propietat bàsica de les Teories de Camp Quàntic: la seva manifestació física depèn fortament de l'escala d'energia de les partícules que les involucren. A energies molt altes, sembla aparèixer una teoria que descriu un conjunt de partícules amb un conjunt de simetries, mentre que a baixes energies les partícules i simetries poden canviar dràsticament. En particular, les simetries que es representen a escales d'alta energia poden "trencar-se" a baixes energies.

D'aquesta manera, la Gran Unificació postula que a altes energies hi ha una única força gauge, intervinguda per una família de partícules fonamentals. Aquestes partícules estaria relacionades unes amb les altres per la "simetria gauge" que es manifesta a aquestes energies. Quan vam baixar en l'escala d'energia, aquesta simetria es trenca i l'única força gauge es divideix en tres forces diferents: l'electromagnètica, la feble i la forta. Al revés, anant cap amunt en l'energia, les tres forces (les quals tenen diferent intensitat) tendeixen a unificar-se gradualment, fins a una escala particular en la que tenen la mateixa intensitat i poden ser adscrites a un origen comú.

En efecte, una variant d'aquest mecanisme opera en el Model Estàndard, on les interaccions electromagnètica i feble s'unifiquen d'aquesta forma. Per sobre de certa energia es combinen en una única força anomenada força "electro-feble". La Gran Unificació s'extrapola aquesta idea, però l'energia a la qual la unificació té lloc és molt alta, uns 10 ordres de magnitud més gran que les energies més altes accessibles avui dia en els acceleradors.

La Gran Unificació també té les seves dificultats. Extrapolar una teoria a escales d'energia molt altes té el problema de vegades anomenat "problema jeràrquic". Aquest es pot enunciar aproximadament com segueix: si diverses forces en una teoria s'unifiquen a una escala d'energia molt alta, llavors aquesta escala d'energia "natural" és molt més alta que les masses de les partícules elementals comuns com ara electrons i quarks. En aquesta situació, un ha d'explicar per què aquestes partícules són molt més lleugeres que l'escala d'energia natural de la teoria (com hem esmentat, la discrepància és d'uns 10 ordres de magnitud!). Aquest problema podria no semblar molt seriós per al profà, però els professionals de la Teoria de Camps Quàntics creuen que una jerarquia no natural d'escales d'energia dispars en una teoria és un signe d'alguna seriosa inconsistència.

Supersimetria

Una direcció completament diferent d'investigació que va apuntar a una reducció de la misteriosa multiplicitat de les partícules elementals, va ser la proposta a principis dels anys 70 d'una nova forma de simetria anomenada "supersimetria". Aquesta és una transformació matemàtica que relaciona partícules d'espín sencer (bosons) amb partícules d'espín semi-sencer (fermions).

Com hem vist més amunt, els bosons tendeixen a ser mediadors de les forces fonamentals, mentre que els fermions construeixen la "matèria" que experimenta aquestes forces. Amb la supersimetria, s'esperava que els bosons i fermions, per primera vegada, s'unissin de forma fonamental. Això potser faria possible començar amb unes poques forces fonamentals i les seves partícules associades, i llavors, assumint la supersimetria, derivar l'existència de les partícules restants.

Desafortunadament, analitzant les matemàtiques, va quedar clar molt aviat que les partícules elementals conegudes no eren definitivament companyes unes de les altres sota supersimetria. Com la compactació de Kaluza-Klein i la Gran Unificació, la supersimetria semblava ser una idea problemàtica.

Un exemple de simulació a partir de les dades de la desintegració de dos protons de molt
alta energia generant un Bosó de Higgs en el decaïment en dos feixos d'hadrons i dos
electrons en el detector CMS del LHC al CERN. Les línies representen les possibles vies
de desintegració, mentre que la zona en blau clar representa l'energia obtinguda en la
desintegració de les partícules en el detector. Crèdit: Lucas Taylor / CERN

Com a resultat, de forma sorprenent, la supersimetria es va convertir d'una idea errònia en un potencial èxit quan es va tenir en compte que podia reparar la deficiència de la Gran Unificació. En lloc d'assumir que la supersimetria relaciona els bosons i fermions coneguts amb els altres, es pot fer la (aparentment inútil) suposició que la supersimetria relaciona els bosons i fermions coneguts amb 'fermions i bosons desconeguts en el present!. Això duplica immediatament el nombre de partícules al "zoo", i també requereix que expliquem per què la "altra meitat" encara no ha estat observada. I tot i així, hi ha una tremenda guany de potencial amb aquesta idea.

Les partícules aparellades per la supersimetria han de tenir la mateixa massa. Atès que les partícules conegudes no es produeixen en parells de la mateixa massa, la supersimetria ha de trencar-se a certa escala d'energia. Per sobre d'aquesta escala d'energia, la supersimetria es manifestaria però per sota no ho faria. Com a resultat, els "super-companys" serien observats només en acceleradors que funcionin per sobre de l'escala d'energia a la qual es manifesta la supersimetria.

Combinant supersimetria i Gran Unificació, es pot fer una teoria en la qual el trencament de la simetria de la Gran Unificació té lloc normalment a energies molt altes, però la ruptura de la supersimetria té lloc a energies considerablement més baixes, just per sobre de les energies a la qual operen els acceleradors actuals. En aquesta situació resulta que la supersimetria resol el "problema jeràrquic": En les Teories Unificades Supersimètriques d'aquest tipus, és natural que algunes partícules siguin més lleugeres fins i tot malgrat que l'escala d'energia natural sigui molt alta. Així doncs, la supersimetria i la Gran Unificació coexisteixen millor juntes que per separat.

Hi ha a més un afegit: la unificació d'un parell de constants a una escala d'alta energia, que discutim més amunt, en veritat no té lloc sense supersimetria. Hi ha tres intensitats acoblades en el Model Estàndard (corresponents a les tres forces que unifica), i amb la precisió actual ha sorgit que no hi ha una única energia a la qual es facin iguals. No obstant això, incorporant la supersimetria en el Model Estàndard canvia el rang a el que els acoblaments varien amb l'energia. En la Teoria Supersimètrica, els acoblaments en realitat s'unifiquen en un únic punt. Aquesta és una notable raó addicional, independent del problema jeràrquic, per incorporar la supersimetria en una Teoria Unificada.

Avui, fins i tot si s'ignora la Teoria de Cordes, les idees bessones de supersimetria i Gran Unificació estan molt vives i són el tema d'intenses investigacions teòriques i experimentals. No obstant això, aquests models pateixen diverses limitacions, i no inclouen la quarta, i més familiar força; la gravitació.


Autor de l'original Sunil Mukhi
Traducció de l'anglès: Manuel Hermán
Traducció al català: Sci-Bit

30/12/2019

La Teoria de Cordes: Una introducció detallada (I)

Durant la meva etapa com col·laborador d'Astroseti, que va durar uns quants anys, vaig compartir l'experiència de divulgar ciència -principalment  astronòmica- amb un grup de gent a on la gran majoria, eren i son, fantàstics divulgadors de continguts científics. Un d'ells és en Manuel Herman, aka Kanijo, que l'any 2007 va emprendre el vol en solitari, com hem anar fent d'altres amb major o menor fortuna. El cas es que en Manuel va crear un magnífic blog, anomenat Ciencia Kanija (CK), que va resultar ser també tot un referent en el mon científic en llengua castellana, caracteritzat pel seu interès, rigor i seriositat alhora d'aportar-hi els continguts. Després d'uns anys, va haver-ho de deixar per motius personals, i abans que pugui desaparèixer la seva feina i caure en l'oblit, he pensat que seria oportú compartir en català, uns interessants articles que posen una mica de llum sobre la Teoria de les Cordes, publicat a CK l'abril del 2007. Som-hi!

Introducció

La Teoria de Cordes, també coneguda amb els noms de "Teoria de Supercordes" i de vegades "Teoria M", és una idea que ha estat donant voltes durant força temps, unes dues dècades. És, al mateix temps, una continuació lògica de nocions teòriques establertes fa ja gairebé mig segle, i un nou i radical paradigma en la física fonamental.

Potser és aquesta paradoxal naturalesa de la Teoria de Cordes el que explica el per què atrau tanta atenció avui dia. Els desenvolupaments en aquest àmbit han arribat a la portada dels diaris més d'una vegada en els últims anys, tot i no tenir una prova experimental directa que la Teoria de Cordes és la teoria fonamental de la natura.

Per apreciar el que la Teoria de Cordes proposa aconseguir i com intenta aconseguir aquestes propostes, cal recordar la present formulació de la física de partícules elementals i camps. Després de revisar els principis bàsics de la física de partícules, passarem a la descripció dels fonaments de la Teoria de Cordes en termes no tècnics. 

Partícules elementals i camps

Considera la força familiar de l'electromagnetisme. En el nivell més simple (aplicable a molts fenòmens a escales de distància quotidianes) està descrit per un camp clàssic. En aquest marc, un imant exerceix una força sobre un altre imant atès que cada un d'ells és una font de camp electromagnètic, impregnant tot l'espai però fent-se més feble com més llunyana és la distància a la font. El camp no necessita d'un mitjà en què recolzar-se, i pot imaginar-se com una pertorbació del buit. Postular l'existència de tal camp, subjecte a les equacions d'ona, explica, d'una forma unificada, tots els fenòmens associats a l'electricitat i magnetisme en un punt.

La Teoria de Camps de Electromagnetisme Clàssica col·lapsa a distàncies molt curtes, o en presència de camps molt forts. Això fa necessari assumir que aquest camp no és només un nombre en cada punt de l'espai i temps, sinó un operador quàntic, que té propietats matemàtiques definides però bastant complicades. El camp quàntic es redueix al clàssic sota les circumstàncies habituals, però difereix notablement d'aquest en alguns règims de distància o energia.

En la Teoria Quàntica, un camp no és només una cosa associada a ones, sinó també relacionat amb les partícules per virtut de la ben coneguda dualitat ona-partícula. Una partícula elemental és un tipus d'excitació coherent d'un camp quàntic. Així doncs, el camp electromagnètic ha de ser associat a una partícula fonamental que es trobi en la natura. De fet, tal partícula existeix i se la coneix com fotó. Una imatge intuïtiva d'una interacció electromagnètica, com és descrita per la Teoria Quàntica, és que el que fa de camp és intercanviat entre els objectes que interactuen. Així doncs, un parell d'imants, quan s'aproximen l'un a l'altre, intercanvien fotons, i és aquest intercanvi el que condueix la força entre ells. Es podria dir que l'existència del fotó està predita per l'existència d'interaccions electromagnètiques quàntiques.


Extraordinàriament, totes les interaccions que es necessiten per explicar la Química (i, fins on coneixem, la Biologia) són electromagnètiques per naturalesa. Els àtoms interactuen electromagnèticament per formar molècules i compostos. D'alguna manera, per tant, podríem afirmar que l'electromagnetisme (el qual està correctament descrit per la Teoria de Camps Quàntics) és una "Teoria Unificada de la Química". Això no redueix de cap manera la importància de la investigació química!. De vegades, la Teoria Unificada subjacent no és l'eina més pràctica per respondre a les preguntes que els químics volen fer. Però tot i així és profundament satisfactori estar segurs que l'electromagnetisme és la teoria completa que en principi subjau i unifica tots els fenòmens químics. Tindrem més a dir sobre la idea de Teoria Unificada en el que segueix.

Com l'electromagnetisme, cada interacció fonamental ha de tenir la seva pròpia partícula intermediària. Precisament les tres altres classes d'interaccions fonamentals que coneixem. Una d'elles és la familiar força gravitatòria, mentre que les altres dues són forces nuclears que només van ser descobertes en aquest segle (dit del Segle XX, l'article és de 1999): les forces "nuclear forta" i la "nuclear feble". La primera és, en particular, responsable de mantenir units als protons i neutrons que conformen el nucli d'un àtom, mentre que l'altra és una força totalment diferent i dóna lloc a fenòmens com la descomposició atòmica. La força feble és l'única que viola la simetria esquerra-dreta o paritat. La gravitació, com l'electromagnetisme, és una força de llarg abast, aquesta és la raó per la qual es coneixen des de fa temps. Les dues forces nuclears dèbils són de curt abast, i, per tant, no són observades comunament a les escales quotidianes.

Per tant, podem preguntar quina és la partícula elemental associada a cadascuna d'aquestes interaccions. Per a la gravitació, associem el "gravitó", una partícula que no ha estat observada directament però que es pensa que existeix. Per la força nuclear forta associem un conjunt de partícules anomenades "gluons" a causa de les seves propietats d'unió similars a la cola (de "glue", cola en anglès), i per la força nuclear feble associem un altre conjunt de partícules anomenades "bosons W i Z". Hi ha proves de pes per a l'existència dels gluons, mentre que els bosons W i Z produïts en els acceleradors s'han observat directament. Segons això, tenim llavors un resum de totes les forces fonamentals i els portadors d'aquesta força coneguts o que creiem que existeixen avui dia, vegeu la taula següent.


Clarament aquesta no és tota la història de les partícules fonamentals. Les partícules com els electrons i els neutrins experimenten una o més de les forces descrites més amunt, però no són en si mateixes portadores. Es pensa en elles com partícules materials (encara que fotons i gluons no són veritablement immaterials). Les partícules materials són usualment els fermions, partícules amb un moment angular intrínsec (espín) que és semi-enter a les unitats adequades. Els portadors de les forces com els fotons i gravitons són bosons partícules que porten un espín sencer. De fet, tots els portadors de forces excepte el gravitó tenen espín 1 en unitats de la Constant de Planck, mentre que el gravitó té espín 2. Aquesta curiosa diferència entre el gravitó i altres portadors de forces és d'alguna manera el responsable de la importància de la Teoria de Cordes, com veurem aviat.

La Teoria de Camps Quàntics, llavors, és un marc de treball matemàtic per a descriure les interaccions entre els portadors de forces i les partícules materials. En aquest domini d'aplicabilitat, hi ha hagut un rotund èxit. Els processos de dispersió que tenen lloc quan un electró xoca amb un altre, per exemple, pot ser descrit amb gran precisió usant aquest marc de treball. Estem tractant amb una cosa completament bàsica, una interacció entre partícules indivisibles degut a forces fonamentals que no tenen un origen més profund fins a on coneixem.

Algunes dificultats al llarg del camí

Hi ha dos problemes en aquesta història, un aparentment estètic i un altre aparentment tècnic. Però com totes les autèntiques dificultats trobades en la història de la investigació científica, aquestes semblen apuntar un camí cap a un futur que és una extensió espectacularment rica de el present.

La dificultat estètica és gairebé òbvia fins i tot per a una persona comuna. En una teoria fonamental amb cap explicació més profunda, per què hauria d'haver tal quantitat de forces fonamentals i partícules materials? Electrons, muons, neutrins, quarks, bosons W, gluons, gravitons ... la llista és bastant llarga i la col·lecció completa de partícules comença a semblar-se a un zoo. Això és inquietant si es suposa que aquestes partícules són els últims constituents de la matèria.

La dificultat tècnica és més difícil d'explicar, però té la seva arrel en un simple fet. La descripció matemàtica de les partícules d'espín 1, encara que extremadament intricat, és per ara força ben coneguda gràcies a l'enginyós treball dels físics dels anys 60 i 70. A nivell clàssic, va començar amb la famosa equació de Maxwell per l'electromagnetisme, i seva generalització en 1954 a causa de Yang i Mills. (Juntes, totes aquestes teories són de vegades anomenada Teoria de Gauge). La corresponent Teoria Quàntica va ser formulada per l'electromagnetisme per Feynman, Schwinger i Tomonaga en els anys 40, i per a la generalització de Yang-Mills per 't Hooft i Veltman en els anys 70. (Aquests èxits són punts de referència: Feynman et. al. van rebre el Premi Nobel el 1965, mentre que 't Hooft i Veltman van ser guardonats amb el Premi Nobel a l'octubre de 1999, fins i tot quan aquest article estava sent acabat).

L'electromagnetisme quàntic descriu el fotó i la seva interacció amb partícules carregades, mentre que la Teoria Quàntica de Yang-Mills descriu els bosons W i Z i els gluons (els portadors de les forces nuclears forta i feble) i les seves interaccions. La combinació de totes aquestes teories conformen una única teoria major anomenada el "Model Estàndard" d'interacció de partícules, el qual és una Teoria Quàntica Gauge. És més, el Model Estàndard predeia l'existència de bosons W i Z abans que es trobessin. També prediu una partícula anomenada "bosó de Higgs" que encara no ha estat descoberta (recordem que l'article és de 1999).

El lector haurà notat que el Model Estàndard, com descrivim a dalt, no inclou al gravitó i les seves interaccions. Això és degut al fet que el gravitó, per tenir espín 2, no està descrit per una Teoria Gauge. De fet, sabem quina és la teoria clàssica corresponent a la interacció gravitatòria: és la llegendària Teoria de la Relativitat General d'Einstein. La dificultat tècnica és que no tenim una Teoria Quàntica corresponent. Malgrat el nostre èxit amb les partícules d'espín 1 (expressades en Teories Gauge), fins a la data tots els intents per formular una Teoria Quàntica per partícules d'espín 2 a la mateixa línia han fallat. Si una teoria fonamental de totes les interaccions podria ser coneguda com "Teoria de el Tot", llavors el Model Estàndard és una altament reeixida i experimentalment comprovada teoria de "tres quarts de el tot" (atès que incorpora tres de les quatre interaccions fonamentals). Encara que això és impressionant, vol dir que el Model Estàndard no és, clarament, la teoria final.

La raó per la qual el Model Estàndard és útil tot i l'absència de gravetat és que la força de les interaccions gravitatòries depèn de les masses dels cossos gravitatoris involucrats. Per partícules elementals, la força gravitatòria entre elles és tan petita que no es pot apreciar per observació directa. D'aquí que sigui menyspreable per a efectes pràctics, i la nostra ignorància d'una Teoria Quàntica de la Gravetat no és un impediment per verificar el Model Estàndard per comparació amb experiments.

No obstant això, sense gravetat el Model Estàndard està seriosament incomplet. Aquí és on la Teoria de Cordes apareix en escena.

Continua al capítol 2.

Autor de l'original Sunil Mukhi
Traducció de l'anglès: Manuel Herman
Traducció al català: Sci-Bit

29/12/2019

Catàleg Charles Messier. Objecte M67


Descobert abans de 1779 per Johann Gottfried Koehler.

M67 és un dels cúmuls oberts coneguts des de fa més temps, i el més antic amb diferència dels cúmuls de Messier, amb una edat de 3.200 milions d'anys en el Star Catalogue 2000.0; Malles/Kreimer citen una edat encara més gran, però probablement exagerada, de 10.000 milions d'anys. Noves estimacions de l'equip G. Meynet a Ginebra indiquen una edat de 4.000 milions d'anys. És de subratllar que aquesta és fins i tot una edat menor que la del nostre Sistema Solar, però els cúmuls oberts sovint es destrueixen molt més ràpidament. S'ha calculat que es pot esperar que M67 existeixi durant altres 5.000 milions d'anys.

Només uns pocs cúmuls oberts coneguts tenen més antiguitat, i entre ells probablement NGC 188 , en uns 5.000 milions d'anys, que és molt esmentat com el cúmul globular més antic dels coneguts, i NGC 6791, que és d'uns 7.000 milions d'anys d'edat (segons Götz), i és en l'actualitat el cúmul obert més antic dels coneguts en la nostra Via Làctia.

En aquest últim estadi de la seva evolució, el cúmul obert M67 mostra, en el seu diagrama Hertzsprung-Russell, un braç gegant vermell ben desenvolupat, mentre que el tronc principal acaba en un extrem del blau calent de la classe espectral A o F. Conté 11 gegants brillants de tipus K de magnitud absoluta entre +0.5 i +1.5, i diverses estrelles escampades en la seva branca horitzontal. No obstant això, conté algunes estrelles estranyes prop de la zona més blava de la seqüència principal, representants de les trucades Blue Stragglers (Blaus tardanes), la més brillant de les quals és de classe espectral B8 o B9 i de magnitud aparent 10, que correspon a una lluminositat de 50 vegades la del sol a la distància de M67 (2.700 anys llum segons Glyn Jones i Götz, 2.600 a l'Sky Catalogue 2000). El nombre total d'estrelles en M67 és probablement, com a mínim, d'unes 500. El tipus Trumpler d'aquest cúmul està classificat com a II,2 r (Trumpler segons Glyn Jones), i II,2,m (Sky Catalog 2000) , o II,3,r (Götz).

Segons Cecilia Payne-Gaposhkin, M67 conté prop de 200 nanes blanques.

Clic per engrandir. Crèdit: astrophoton.com/Bernhard Hubl

Com M67 és d'una edat del mateix ordre que el nostre Sistema Solar, i succeeix que les seves estrelles tenen una composició química similar a la del nostre sol, aquest cúmul és un objectiu apropiat d'observació per a l'estudi de de les estrelles de tipus solar. Mark Giampapa, de l'Observatori solar nacional de la National Science Foundation a Tucson, Arizona, ha localitzat més de 100 estrelles de tipus solar a M67, i ha descobert que la majoria d'elles són o significativament més actives o significativament menys actives que la nostra estrella pròpia, mentre que un 10 o un 15 per cent d'aquestes estrelles mostren uns nivells excepcionals d'inactivitat magnètica, i al voltant d'un 30 per cent dels sols de M67 estan en un estat d'activitat exacerbada en comparació amb l'observada en els màxims solars (vegeu comunicat de premsa NOAO 99-07).

Segons Johann Elert Bode, M67 va ser descobert per Johann Gottfried Koehler (1745-1801) en algun moment anterior a 1779; sembla, però que els instruments de Koehler eren tan deficients que no va poder captar aquest cúmul. Charles Messier el va tornar a descobrir pel seu compte, el va poder descompondre en estrelles, i el va catalogar el 6 d'abril de 1780.




 

28/12/2019

Els deu avenços científics dels anys 2010

Malgrat que l'actual dècada no acaba fins el proper 31 de desembre del 2020, ja es comença a trobar arreu resums no només de l'any que s'acaba, si no de la dècada dels anys 2010. La dècada dels 2010 ha estat plena de descobriments fascinants que van empènyer una mica més els límits de la ciència. Oferim una selecció dels deu que considerem essencials.

Ja sigui en física, cosmologia o biologia, l'última dècada ha tingut la seva part dels principals avenços científics. Des de la detecció d’ones gravitacionals a l’emergència climàtica, entre aquestes deu, quin és segons vosaltres, el més important?

La primera imatge d’un forat negre

Aquest cercle ataronjat i lluminós és en realitat un disc d’acreció de gas ionitzat al voltant del forat negre que es troba al centre de la galàxia M87 a 55 milions d’anys llum de nosaltres. És la primera imatge feta mai d’un forat negre, cent anys després de la predicció de la seva existència en la teoria de la relativitat general d’Albert Einstein. Abans, totes les evidències de l’existència d’aquests monstres còsmics eren només indirectes. Aquest descobriment va ser possible gràcies al telescopi terrestre Event Horizon, que es dedica a l'entorn ambiental del forat negre Sagitari A*.

El forat negre al centre de la galàxia M87 es va observar gràcies a les mesuraments
del telescopi Event Horizon. © Telescopi Horizon Event

Tisores moleculars CRISPR

En biomedicina, hi ha un abans i un després CRISPR. Els genetistes saben des de fa temps crear organismes modificats genèticament (OMG), però les tècniques de modificació del genoma eren laborioses, cares i imprecises. Les investigadores Emmanuelle Charpentier i Jennifer Doudna, ajudades pels seus companys, van descriure, a la revista Science del 2012, aquesta formidable eina molecular capaç de simplement modificar el genoma.

El mecanisme s’anomena CRISPR-Cas9 i s’anomena tisora ​​molecular. És fàcil d’utilitzar, barat i permet als científics tallar l’ADN exactament allà on volen, crear o corregir, per exemple, una mutació genètica i tractar malalties rares.

La tècnica encara és lluny de ser infal·lible i dóna lloc a la por als aprenents bruixots, com aquest científic xinès que va provocar un escàndol en utilitzar-la en embrions humans durant una fecundació in vitro que va donar lloc a bessons. 

El complex CRISPR-Cas9 permet modificar el genoma de les cèl·lules, tant en animals
com en plantes. © Juan Gärtner, Fotolia

Noves espècies humanes

La dècada va començar amb el descobriment d’una nova i important espècie de la espècie humana Homo. Amagada a una cova de Denisova, a les muntanyes Altai, a Sibèria, fragments d'ossos dels dits van revelar després de l'anàlisi genètica que l'individu pertanyia a una espècie d' homínid fins ara desconeguda i que van batejar Home de Denisova.

L'espècie s'uneix així a les altres espècies de Homo conegudes que poblaven diferents continents del planeta. Homo neanderthalensis vivia a Europa, Homo erectus a Àsia, Homo soloensis a l'illa de Java , els nans de l'homo floresiensis a l'illa de Flores (anunciada el 2004), Homo naledi a Sud-àfrica (2015) etc... i l'última espècie, descoberta a l'illa de Luçon, a Filipines, i classificada aquest any: Homo luzonensis.

Les noves tècniques d’anàlisi genètica de l’ADN antic han obert les possibilitats als antropòlegs, que ara poden seqüenciar fòssils de desenes de milers d’anys. 

La cara d’un Denisovan es va reconstruir per primera vegada. Es tracta d’una jove d’uns
13 anys, morta de fa més de 70.000 anys, les restes de la qual es van trobar a la cova de
Denisova a Altai, Sibèria. © Maayan Harel

La primera detecció d’ones gravitacionals
Un altre esdeveniment còsmic també va marcar la dècada: la primera detecció, el 14 de setembre de 2015, d’ones gravitacionals. Dos forats negres es van fusionar en un remolí fa 1.300 milions d’anys, una col·lisió tan potent que va propagar ones a la resta del cosmos que es contrauen i amplien l’espai a la velocitat de la llum. Aquestes ones finalment van trobar la Terra el 14 de setembre de 2015 i van ser les instal·lacions LIGO i VIRGO les que van enregistrar-les. Una vegada més, Einstein tenia raó. 

Les ones gravitacionals es van detectar per primera vegada el 2015. © Ligo, NSF, Aurore Simonnet

Tractar el càncer amb la immunoteràpia

Durant dècades, els metges van tenir tres solucions poc interessants per atacar un tumor: cirurgia, verí (quimioteràpia) i irradiació (radioteràpia). Però als anys 2010, una nou dard va aparèixer al buirac dels científics: la immunoteràpia.

El principi és tractar els glòbuls blancs que formen el sistema immune de manera que eliminin les cèl·lules canceroses del cos que han quedat ignorades pel cos. La tècnica més avançada s’anomena CAR-T i modifica genèticament els limfòcits T abans de tornar-los en gran quantitat al cos, més ben armats.

S'ha autoritzat una onada de fàrmacs al mercat des de mitjans dels anys 2010, per a cada vegada més càncers (melanomes, limfomes, leucèmies, càncers de pulmó, etc...). La immunoteràpia no funciona en tots els pacients i pot tenir efectes secundaris greus. Però en alguns casos, les remissions són impressionants.

La immunoteràpia utilitza anticossos monoclonals per promoure la resposta immune
del pacient. © molekuul.be, Fotolia

La intel·ligència artificial es democratitza

La intel·ligència artificial (aprenentatge automàtic) va arribar a la maduresa als anys 2010. És el motor dels assistents de veu o de les recomanacions de Netflix, una eficiència habilitada pel processament de muntanyes de dades, amb el gegantesc poder informàtic dels equips moderns.

La tecnologia ha acompanyat avenços espectaculars aquesta dècada, des del primer robot que va superar el campió mundial del joc de Go del 2017 (Google AlphaGo) fins a programari de traducció o reconeixement facial en temps real a Facebook. Els mons de la medicina (per fer diagnòstics més precisos que els humans), les finances, l’automoció, fins i tot els recursos humans per ordenar currículums i valorar els candidats, adopten aquesta tècnica. 

La intel·ligència artificial ja forma part de la nostra vida diària. © carloscastilla, Fotolia

La crisi climàtica

La segona meitat de la dècada, del 2015 al 2019, va concentrar el rècord d'anys més calorosos. L’objectiu d’impedir l’augment de temperatures d’1,5º C a 2°C sembla que cada cop és més difícil de mantenir. El 2019, els desastres naturals també es van intensificar amb incendis gegantins arreu del món, ciclons més potents i inundacions cada cop més freqüents.

Els successius fracassos de les negociacions internacionals per reduir les emissions de gasos d’efecte hivernacle presumptament no són gens bons, malgrat la mobilització ciutadana.
El nostre impacte sobre el medi ambient ha estat un tema ineludible en els darrers anys i
ho ha de ser en els propers. © Emmanuel, Adobe Stock

Confirmació de l'existència del bosó de Higgs

Un nou bosó, les característiques del qual coincideixen amb les exposades en una teoria postulada independentment per diversos científics entre els quals Peter Higgs el 1964, es va observar per primera vegada el 4 de juliol de 2012 al cor del Gran Col·lisionador d’Hadrons. Gairebé un any després, el CERN confirmarà que era efectivament el famós bosó de Higgs, confirmant una teoria que té gairebé 50 anys. Sobrenomenada "la partícula de Déu", el bosó de Higgs fa possible donar massa als bosons Z i W, cosins del fotó, implicats en una de les quatre forces de la física, amb interaccions febles. 

El bosó de Higgs es va descobrir gràcies al LHC. © Cern

Mart i els ingredients de la vida

Encara no se sap si Mart va protegir la vida, però sí que sabem que el Planeta Vermell ha estat habitable. Poc després d’aterrar el 6 d’agost de 2012, el rover Curiosity va descobrir còdols, una nova evidència que els rius van fluir per allà fa milers de milions d’anys. L’evidència s’ha multiplicat: en realitat hi havia molta aigua a Mart, aigües termals, llacs, potser oceans. La Curiosity també va descobrir el 2014, el que la NASA anomena els "maons constructius de la vida", molècules orgàniques complexes.

Es posaran en marxa dos nous robots mòbils l’estiu del 2020, l’americà Mars 2020 i l’europeu Rosalind Franklin per tal de descobrir vells microbis. 

La NASA vol cercar proves de vida al planeta Mart. © Nasa, JPL-Caltech

L’arribada del Big Data

Amb el desenvolupament digital, el món que ens envolta produeix una quantitat astronòmica de dades. El recull i l'emmagatzematge per a una millor anàlisi, es diu Big Data. Una revolució que ha canviat la nostra vida quotidiana i la ciència. La proliferació de dades informàtiques i científiques ha canviat profundament la manera de fer les investigacions. Han esdevingut tan essencials com els experiments clàssics.

En biologia, han revolucionat l’estudi del microbioma, el material genètic de tots els microorganismes que viuen en un determinat entorn. Més enllà dels fòssils, els genomes i proteomes permeten rastrejar l’evolució de l’home així com les seves migracions. 

Les dades que produïm cada dia s’emmagatzemen en centres de dades. © Eisenhans, Fotolia



 

L’enorme erupció d'un forat negre ha deixat rastres en un cúmul de galàxies


Les erupcions associades als discos d’acreció dels forats negres supermassius són molt potents. Gràcies al satèl·lit Chandra, acabem de detectar els rastres deixats per una d’aquestes erupcions, a on l’energia alliberada de 100 x 1024 de vegades la d’una bomba atòmica.

El telescopi Chandra ha permès a la Humanitat estudiar l’Univers observable en els rajos X des de fa 20 anys. Tot i que avui competeix per altres ulls en òrbita en aquest espectre de llum com el Spektr-RG, el Hubble rus dels rajos X, continua sent un formidable instrument capaç de revelar el comportament espectacular del cosmos.

Un article publicat recentment a The Astrophysical Journal Letters i amb accés gratuït a arXiv ho demostra bé. És el treball d’un equip internacional d’astrofísics que van observar amb Chandra un cúmul de galàxies anomenat SPT-CLJ0528-5300, o abreviat SPT-0528. Aquest cúmul conté una galàxia central molt brillant en el domini de ràdio a causa de la presència d'un nucli de galàxies actiu (AGN). Les AGN, com s’anomenen en anglès, són produïdes per forats negres supermassius que acumulen matèria. Per tant, estan envoltats d’un disc d’acreció al qual de vegades s’associen potents dolls de material. Quan els AGN són especialment actius, també són tremendament brillants i poden aparèixer com els anomenats quàsars.

Un vídeo dels vint anys de Chandra. Podeu triar l'idioma de subtitulació a la
configuració del vídeo. © Steer Films & Nasa, CXC, SAO
 

Una erupció del forat negre que equival a 1038 explosions nuclears

Sabem que hi ha un vincle de coevolució entre els forats negres supermassius i les galàxies que els allotgen. Però també ens preguntem sobre els vincles entre l’evolució dels forats negres supermassius i la dels cúmuls de galàxies on es troben. Recentment, el cosmòleg Romain Teyssier havia explicat a Futura que els forats negres i les galàxies supermassives creixen principalment a través de filaments de gas fred canalitzats per filaments de matèria fosca entre galàxies i cúmuls de galàxies. Però aquests processos semblen estar afectats pels vents galàctics, almenys produïts per l’alè de les explosions de la supernova. També es planteja la qüestió sobre els vents de la matèria i la radiació que generen els forats negres supermassius. Sabem que alguns són un tipus de llocs d’erupcions colossals.

SPT-0528, com tots els cúmuls, es troba immers en un plasma molt calent, de diversos milions de graus, cosa que fa que irradiïn en raigs X. L’observem amb el Chandra tot i que està a 6,7 ​​mil milions d’anys a causa del valor de la velocitat de la llum. Els investigadors van destacar dues cavitats en aquest plasma. Tot indica que van ser excavats encara fa més temps pels dolls emesos durant una potent erupció de l’AGN central de SPT-0528.

Els astrofísics han calculat l'energia necessària per excavar aquestes dues cavitats i és excepcional, ja que correspon a la que seria alliberada per 1038 explosions nuclears a la Terra, és a dir, 1054 joules. És l'erupció més poderosa d'aquest tipus determinada en un cúmul de galàxies. 

Les cavitats gegants del medi intergalàctic del cúmul de galàxies SPT-0528 que emetien
raigs X (mostrades en blau, tal com s’observa l’Observatori de rajos X de Chandra de
la NASA) van ser excavades per una explosió de forats negres. Les dades de rajos X
estan superposades a les observacions del visible del telescopi espacial Hubble
(en vermell-taronja), on també es pot veure la galàxia central que allotja probablement
el forat negre supermassiu culpable. La barra de la part inferior dreta dóna l’escala
en anys llum (light year). © Michael Calzadilla.


Ho he vist aquí.


26/12/2019

Catàleg Charles Messier. Objecte M66

Imatge obtinguda per David Malin mitjançant el Telescopi Anglo Australià
de 3,9 metres. Clic per engrandir.


Descoberta el 1780 per Charles Messier.

M66, al costat de les seves veïnes M65 i NGC 3628, forma un triplet de galàxies molt evident, el Triplet del Lleó o grup M66, localitzat a una distància d'uns 35 milions d'anys llum.

M66 és considerablement més gran que la seva veïna, M65, i té una prominència central ben desenvolupada però no ben definida, de manera que se la classifica com Sb. Els seus braços espirals estan òbviament deformats, potser per les trobades amb les seves veïnes. Aparenten estar distorsionats i desplaçats per sobre de el pla de la galàxia. Cal notar com un dels braços espirals sembla passar sobre el costat esquerra del bulb central. S'aprecia molta pols allà, així com unes poques nebuloses roses, senyals de formació estel·lar, prop de l'extrem d'un dels braços.

Clic per engrandir. Crèdit imatge: NASA, ESA i el Hubble Heritage (STScI/AURA)-
ESA/Hubble Col·laboració; Davide De Martin i Robert Gendler

Juntament amb la seva veïna, M65, M66 va ser descoberta per Charles Messier, qui la va catalogar l'1 de març de 1780, destacant que ell havia perdut aquests dos objectes el 1773, quan un cometa va passar entre ells del 1 al 2 de novembre de 1773, probablement a causa de la llum de l'estel. A causa d'un obvi error, Admiral Smyth ha assignat aquest descobriment de M65 i M66 (i M68) a Pierre Méchain, un punt de vista que va ser adoptat per Kenneth Glyn Jones cap als 1960s, i conseqüentment en molts textos, menyspreant el fet que Messier no reconeix una visió prèvia, com sí que va fer en tots els casos restants.

Tres supernoves han aparegut en aquesta galàxia:

• 1973R que va ser del tipus II i va aconseguir magnitud 15, es va trobar el 12 de Desembre del 1973.
• 1989b es va descobrir el 31 de Gener de 1989 i va arribar a brillar fins a magnitud 12,2, l'1 de febrer del 1989.
• 1997bs es va descobrir per l'Equip de Recerca de Supernoves de l'Observatori Lick quan va tenir lloc el 15 d'Abril de 1997 a 13' oest, 67' sud del centre galàctic i va assolir una magnitud de 17,0; va ser de l'tipus peculiar IIN.

Halton Arp ha inclòs a M66 en el seu catàleg de Galàxies Peculiars sota l'entrada nº 16. A més, va assignar el nombre 317 al Triplet del Lleó (M66 juntament amb M65 i NGC 3628).





25/12/2019

El primer mapa de la superfície d'un púlsar sorprèn als astrofísics

L’astronomia X, gràcies a l'instrument NICER de la NASA a bord de la EEI, acaba de fer un avenç pel que fa als púlsars. Es podria determinar un primer mapa rudimentari de la distribució de les regions més brillants dels rajos X a la superfície d’aquests astres de neutrons que no s’ajusta a les prediccions fetes pels astrofísics.

Els púlsars són objectes fascinants que els astrofísics han estudiat des del seu descobriment per Jocelyn Bell el 1967. En radioastronomia, es manifesten com a fonts periòdiques de polsos de ràdio, però, per als astrofísics, en principi són cadàvers estel·lars, el punt final de l'evolució de certes estrelles que van explotar com a supernova SN II mentre s'ensorraven per la gravetat i donaven el que s'anomenen estrelles de neutrons. Són estrelles compactes, la massa de les quals és de l’ordre de la del Sol. Tenen un diàmetre d’unes quantes desenes de quilòmetres com a màxim i s’assemblen a un gegantesc nucli d’un àtom.


L’existència d’estrelles de neutrons havia estat prevista el 1933 per Zwicky i Baade. La primera descripció teòrica detallada de les estrelles de neutrons va ser donada el 1939 per Oppenheimer i Volkkoff. Va ser cap a la fi dels anys seixanta que els astrofísics Franco Pacini i Thomas Gold, respectivament italians i britànics, van comprendre que aquests objectes podrien comportar-se com els púlsars de Jocelyn Bell.

Púlsars, balises còsmiques provinents d’explosions de supernova.

La densitat, el camp gravitatori i el camp magnètic són extrems i gairebé tota la física és necessària per comprendre les propietats d’una estrella de neutrons: la relativitat general per descomptat, però també la magnetohidrodinàmica, la teoria de la superfluïdesa i la de la superconductivitat, la física nuclear i les partícules elementals. Avui, fins i tot, estem estudiant les ones gravitacionals produïdes per les col·lisions de dues estrelles de neutrons, que també condueixen al que s’anomenen kilonoves.

Extracte del documental "Del Big Bang a la vida" (ECP Productions, 2010), Jean-Pierre
Luminet parla sobre la mort d'estrelles massives, la seva explosió a les supernoves
i la formació de púlsars. Àudio en francès.

Com el seu nom indica, els púlsars emeten ones ràdio a un ritme ràpid i regular. Per entendre el motiu d’aquest fenomen, cal saber que totes les estrelles giren sobre si mateixes. Tanmateix, de la mateixa manera que un patinador veu que la seva velocitat de rotació s’accelera quan apropa els braços cap al seu cos, una estrella que s’esfondra veu augmentar la seva velocitat de rotació. És una conseqüència de la conservació del moment angular, una de les lleis més fonamentals de la física.

A més, com una estrella té un camp magnètic, també s’ha d’amplificar a causa d’una altra llei de conservació (la del flux magnètic) quan es contrau. Just després de la seva formació, el nucli calent i dens d’una estrella que s’ha convertit en una estrella de neutrons, per tant, ha de girar bastant ràpidament i tenir un camp magnètic intens.

A continuació, s'encén un mecanisme, vinculat a aquest camp, que porta l'estrella a irradiar-se poderosament emetent un feix d'ones de ràdio col·limades com un far. Quan aquest feix travessa l'òrbita terrestre, es detecta en un radiotelescopi com una sèrie regular de sons.   

Presentació de les observacions de NICER del púlsar PSR J0030+0451. La gran majoria
dels púlsars tenen un període de rotació d’entre 0,1 i 10 segons. En perdre l’energia
cinètica de rotació a través del flux d’ones de ràdio, s’alenteixen lentament i, en
deu milions d’anys com a màxim, la seva velocitat de rotació es fa massa baixa per generar
una emissió de ràdio. Podeu accedir a la subtitulació des de la configuració del vídeo. © NASA Goddard

J0030, un X púlsar però aïllat

Els púlsars també són fonts de rajos X. Això en el cas quan es troben en un sistema binari amb una estrella companya de la qual es desprenen la matèria amb el seu camp gravitatori. Es forma llavors un disc d’acreció on la temperatura es fa tan alta que el plasma calent format s’irradia en el domini dels raigs X.

Tanmateix, les estrelles de neutrons aïllades també poden ser fonts X, com ho demostra el cas de J0030+0451 (abreujat J0030), un púlsar situat a uns 1.100 anys llum del Sistema Solar cap a la constel·lació dels Peixos. Des de juliol de 2017 fins a desembre de 2018, J0030 va ser observada per la "Neutron star Interior Composition Explorer" (NICER-Explorador de la Composició de l'Interior de la Estrella de Neutrons), un instrument de la NASA a bord de la EEI, dedicat especialment a l'astronomia de rajos X amb estrelles de neutrons.

La resolució de les imatges de NICER és tal que permet localitzar les regions més brillants dels rajos a la superfície de J0030 i, per tant, establir un mapa rudimentari. De fet, és un primer moment, perquè encara no s'havia realitzat amb cap estrella de neutrons. NICER també va permetre la primera mesura precisa de la massa i el radi de la mateixa estrella de neutrons i la primera determinació de la massa d’un púlsar aïllat. Aquesta informació és preciosa per limitar l'estat de la matèria dins d'una estrella de neutrons perquè aquest estat determina la relació entre la seva massa i el seu radi, així com el valor límit de la massa autoritzada (més enllà, la estrella hauria d’esdevenir un forat negre). Diversos equips d’investigadors acaben de publicar les conclusions que van treure de l’estudi de les dades recollides amb NICER per a J0030 en diversos articles a The Astrophysical Journal Letters.

És van trobar amb una sorpresa. La teoria púlsar estàndard preveia l'existència de dues regions especialment brillants diametralment oposades a la superfície de l'estrella de neutrons i properes als pols definits per l'eix de rotació de l'estel compacte. L’anàlisi de les dades mitjançant dos supercomputadors per part de dos equips independents va portar a la conclusió que les regions es troben totes a l’hemisferi sud i fins i tot que n’hi podria haver tres en lloc de dos, com s’explica a continuació. a sobre del vídeo que presenta les observacions de NICER sobre J0030. 

Jocelyn Bell Burnell explica a l’Institut Perimetral el seu descobriment de púlsars el 1967 i
la seva notable carrera en física. Podeu triar l'idioma dels subtítols a la configuració
del vídeo.
© Perimeter Institute for Theoretical Physics

Camps magnètics més complexos del previst

Una de les idees bàsiques de la teoria del púlsar és que les estrelles de neutrons tenen un camp magnètic dipolar com el de la Terra o el Sol. Aquest dipol pot estar inclinat o no en relació amb l’eix de rotació de l’estrella que gira en el seu camp magnètic. Un efecte relativista fa que aquest camp magnètic es comporti com un camp elèctric molt intens a la superfície de les estrelles de neutrons. Aquest camp es descompon i accelera electrons que es mouran en el camp magnètic i produeixen parells electró-positró en cascada. Algunes d’aquestes partícules arribaran als pols magnètics del polsar i generaran zones especialment calentes allà, emetent raigs X.

Un equip d’investigadors de la Universitat d’Amsterdam va utilitzar per tant el supercomputador holandès Cartesius per arribar a la conclusió que hi ha dues d’aquestes regions però només a l’hemisferi sud (no hi hauria cap hemisferi nord), en forma de croissant. Un altre equip de la Universitat de Maryland (EUA) que utilitzava el supercomputador Deep Thinkt 2 va obtenir una interpretació de les dades amb tres regions calentes, però sempre a l’hemisferi sud. En ambdós casos, si els astrofísics tenen raó, el camp magnètic del púlsar és més complex del que imaginàvem i, per tant, multipolar.

És interessant esmentar que l’anàlisi dels raigs X emesos per J0030 comporta l’efecte de deflexió dels raigs de llum en la relativitat general que condueix a les famoses imatges del disc d’acreció d’un forat negre. Així, quan la massa d’una estrella de neutrons és prou elevada, mentre que una de les regions calentes que emeten raigs X quedaria temporalment enfosquida per la rotació de l’estrella, el seu camp de gravetat la fa visible desviant els raigs generats. La mida de l'estrella de neutrons també apareix més gran que en la física newtoniana per l'efecte de lent.


Ho he vist aquí.

24/12/2019

Catàleg Charles Messier. Objecte M65

Clic per engrandir. Crèdit: Hubble-NASA

Descoberta en 1780 per Charles Messier.

M65, al costat de les seves veïnes M66 i NGC 3628, forma un triplet de galàxies molt evident, el Triplet de Leo o grup M66, localitzat a una distància d'uns 35 milions d'anys llum.

Encara que està molt aprop i per tant sota la influència gravitacional de les seves veïnes, M65 té l'aspecte d'una normal espiral de tipus Sa i sembla rebre poca influència. Té una lent central prominent i braços espirals fortament enrotllats, més un destacat camí de pols que marca les vores. El disc lluminós està dominat per una població estel·lar vella i llisa. A prop del camí exterior, es veuen alguns nusos que, d'acord amb JD Wray, poden estar associats a regions de formació estel·lar. La senda podria amagar regions de formació estel·lar habitualment associades amb tals trets en galàxies espirals.

M65, al costat de la seva veïna, M66, va estar descoberta per Charles Messier, qui la va catalogar l'1 de març de 1780, descrivint-la com una "nebulosa molt tènue sense estrelles". A causa d'un obvi error, Admiral Smyth ha assignat el descobriment de M65 i M66 (i M68) a Pierre Méchain, un punt de vista que va ser adoptat per Kenneth Glyn Jones cap als anys 1960, i conseqüentment en molts textos, menyspreant el fet que Messier no reconeix una visió prèvia, com sí que va fer en tots els casos restants.

Halton Arp inclou M65 en el Nº 317 del seu Catàleg de Galàxies Peculiars, que assenyala el Triplet de Leo.

Fins ara només s'ha descobert una supernova a M65: La Supernova 2013am, que va ser trobada per M. Sugano el 21 de Març de 2013, localitzada a 15,3" a l'est i 103,2" al sud del centre d'aquesta galàxia. Sugano va trobar la seva magnitud en aquest moment en 15,6, el que gairebé coincideix amb els valors més brillants trobats dies després. Pel seu espectre, aquesta supernova va ser anomenada com de tipus II. Fins al 17 d'abril, s'havia esvaït a mag 16,3.




Púlsars: escolteu la seva música amb RadioAstron, Gérard Grisey i Jean-Pierre Luminet

Fa gairebé 30 anys, el compositor francès Gérard Grisey es va unir amb l’astrofísic Jean-Pierre Luminet per crear una obra musical utilitzant els "batecs del cor" dels púlsars, aquestes estrelles hiperdenses més petites que una muntanya però tan pesades com el Sol. La Hubble russa de la radio astronomia; RadioAstron, ha permès una posada en escena artística i musical d’aquestes estrelles paradoxalment difuntes.


El 2011, Rússia va llançar un radiotelescopi espacial sense precedents. Anomenat RadioAstron o Spektr-R, es podria comparar amb el telescopi Hubble però en el camp de les ones de ràdio. En una òrbita especialment alta al voltant de la Terra, es podria utilitzar per fer la síntesi d'obertura combinant les seves observacions amb les d'altres radiotelescopis de la Terra per obtenir amb una tècnica d'interferometria l'equivalent a un instrument de centenars de milers de quilòmetres. Va ser exactament la mateixa tècnica que va fer possible l’èxit del Event Horizon Telescope, que va proporcionar la primera imatge del que sembla ser un forat negre supermassiu: M87. Futura va dedicar diversos articles a RadioAstron perquè el seu potencial de descobriments en cosmologia i astrofísica era important. El destí del satèl·lit, però, ha estat incert des del gener del 2019.

Es manté el fet que va permetre estudiar quàsars, per intentar esbrinar si els forats negres supermassius que se suposa que hi ha darrere de les seves formidables emissions d’energia no eren forats de cuc o púlsars, aquestes estrelles de neutrons molt denses, que són una mena de rellotges i fars còsmics que es poden utilitzar per a la navegació interplanetària, fins i tot interestel·lar. Per cert, la placa de Pioneer 2 i el disc d'or de les sondes Voyager contenen les coordenades del Sistema Solar segons els púlsars coneguts a la Via Làctia per a una possible civilització ET que els recuperés.

El vídeo mostra les coordenades astronòmiques de 10 púlsars observades per RadioAstron
amb els seus períodes en segons. Per a més detalls, llegiu els comentaris del text següent.
© Роскосмос-Roscosmos ТВ

El negre de l'estrella
L’agència espacial russa Roscosmos (Роскосмос en rus) acaba de posar en línia una vídeo posada en escena basada, en certa manera, en la música dels púlsars estudiada amb RadioAstron. Aquestes estrelles, efectivament, donen lloc a polsos electromagnètics periòdics, alguns dels quals tenen períodes de l’ordre d’un segon i que per tant es poden transposar en ones sonores audibles. Una dotzena s’acaba d’escenificar amb la durada de les seves pulsacions. Hi ha els famosos púlsars del Cranc i de Vela PSR B0833-45.

No és una novetat, fa gairebé 30 anys que el compositor francès de música espectral Gérard Grisey, en col·laboració amb l’astrofísic Jean-Pierre Luminet, va utilitzar les pulsacions del cor dels púlsars en una de les seves obres; El negre de l'estrella, tal com van explicar els dos homes als vídeos a continuació.

El compositor Gérard Grisey i l’astrofísic Jean-Pierre Luminet parlen de la seva obra"Le Noir de l’Étoile" (El negre de la estrella) © Jean-Pierre Luminet

Recordeu que els púlsars són objectes fascinants que els astrofísics han estudiat des del seu descobriment el 1967 per Jocelyn Bell. De fet, han estat estudiats teòricament durant més temps, ja que són estrelles de neutrons (ho sabem des del 1971 i per la obra del premi Nobel de física Riccardo Giacconi) i que l'existència d'aquests va ser prevista al 1933 per Zwicky i Baade. La primera descripció teòrica detallada de les estrelles de neutrons va ser donada el 1939 per Oppenheimer i Volkkoff, i va ser a finals dels anys 60 que els astrofísics Franco Pacini i Thomas Gold, respectivament italià i britànic, van comprendre que aquests objectes podrien comportar-se com els púlsars de Jocelyn Bell. 

Recordeu que es poden configurar els idiomes de les subtitulacions a la configuració dels vídeos.
Una altra entrevista de Jean-Pierre Luminet a "
Le Noir de l'Étoile". © Jean-Pierre Luminet

Púlsars, estrelles mortes deixades per explosions de supernova
Punt i final de l’evolució de certes estrelles que van explotar en supernoves SN II mentre s’ensorraven gravitatòriament, les estrelles de neutrons, la massa de les quals és de l’ordre de la del Sol, tenen un diàmetre d’unes poques desenes de quilòmetres com a màxim, i s’assemblen a un nucli d’àtoms gegantí. La densitat, el camp gravitatori i el camp magnètic són per tant extrems i gairebé tota la física és necessària per comprendre les propietats d’un estel de neutrons: la relativitat general per descomptat, però també la magnetohidrodinàmica, la teoria de la superfluïdesa i la de la  superconductivitat .

Com el seu nom indica, els púlsars emeten ones ràdio a un ritme ràpid i regular. Per entendre el motiu d’aquest fenomen, cal saber que totes les estrelles giren sobre si mateixes. Tanmateix, de la mateixa manera que un patinador veu que la seva velocitat de rotació s’accelera quan porta els braços cap al seu cos, una estrella que s’esfondra veu augmentar la seva velocitat de rotació. És una conseqüència de la conservació del moment angular, una de les lleis més fonamentals de la física. Així, una estrella té un camp magnètic que ha de ser amplificat mitjançant la conservació del flux quan es contrau. Just després de la seva formació, el nucli calent i dens d’una estrella que s’ha convertit en una estrella de neutrons, per tant, ha de girar bastant ràpidament. S'activa un mecanisme, vinculat al camp magnètic, que porta l'estrella a irradiar-se poderosament emetent un feix d'ones de ràdio col·limades com un far. Quan aquest feix creua l’òrbita terrestre, es detecta en un radiotelescopi com una sèrie regular de "bips".

La gran majoria dels púlsars tenen un període de rotació d’entre 0,1 i 10 segons. En perdre l’energia cinètica de rotació a través del flux d’ones de ràdio, es redueixen lentament i, en deu milions d’anys com a màxim, la seva velocitat de rotació es fa massa baixa per generar una emissió de ràdio.


Ho he vist aquí.

22/12/2019

Tipus de galàxies.

Ja portem bastant temps parlant de galàxies, tant en les descripcions dels objectes del Catàleg Messier del blog, com en altres articles que anem penjant al blog, i pensem que és un bon moment per explicar els seus diferents tipus i la nomenclatura que les acompanya, en especial als objectes Messier. 

Les galàxies es mostren en el cel nocturn en una gran varietat de formes. Les seves semblances i diferències marquen diferents pautes en el seu desenvolupament. En aquest sentit, la col·lisió entre dues o més galàxies amb una forma i estructura determinades pot desembocar en una galàxia molt més gran i amb una forma totalment diferent. Va ser a partir d’aquestes col·lisions que el 1936 l’astrònom nord-americà Edwin Hubble va efectuar una classificació detallada dels diferents tipus de galàxies que es podien observar.

Aquesta classificació anomenada Seqüència de Hubble o Diagrama Diapasó, ha sigut la base sobre la qual s’han formulat les posteriors classificacions proposades per diferents astrònoms al llarg del segle XX i XXI.

En la "Seqüència de Hubble" hi podem distingir 4 grans grups: les galàxies el·líptiques,
les galàxies espirals, les galàxies lenticulars i les galàxies irregulars. Clic per engrandir.

Galàxies El·líptiques:

Poden variar molt en mida, lluminositat i massa. Estan formades per una gran concentració d’estrelles velles que es mantenen compactes degut a la quantitat de matèria fosca que les envolta. Es representen amb la lletra majúscula (E) més un número a la seva dreta que pot oscil·lar entre el (0) i el (7), en funció de l’allargada de la galàxia. Una galàxia (E0) s’observa gairebé rodona, mentre que una galàxia (E7) s’observa molt més allargada. Si les veiéssim en 3 dimensions aquestes galàxies serien com una pilota de rugbi. S’ha de tenir en compte però, que l’aspecte de la galàxia el·líptica depèn no només de la seva forma, sinó també de l’angle des del qual l’observem. És a dir que, una galàxia classificada com a (E0) podria tenir en realitat una forma més allargada.

Galàxies Espirals:
Bulb central (concentració d’estrelles similar a una galàxia el·líptica) rodejat per un disc pla giratori format d’estrelles i matèria interestel·lar. Es representen amb la lletra majúscula (S) més una lletra minúscula a la seva dreta que pot oscil·lar entre la (a) i la (d), en funció de la separació dels seus braços. Una galàxia (Sa) s’observa amb els braços més apretats arran del bulb central, mentre que una (Sd) s’observa amb els braços molt més separats. Si les veiéssim en 3 dimensions, aquestes galàxies tindrien una forma semblant a un disc volador o “frisbee”.
                                                      Galàxies Espirals Barrades:

En aquestes s’hi pot observar una banda central d’estrelles brillants que creua la galàxia diametralment d’un cantó a l’altre, amb els seus braços espirals que sembla que es prolonguin dels límits de la mateixa. Les Galàxies Barrades es representen amb les lletres (SB) més una lletra minúscula a la seva dreta que pot oscil·lar entre la (a) i la (d), seguint la mateixa lògica que les Galàxies Espirals comunes. Una (SBa) s’observa amb un gran bulb central i els braços molt enganxats al mateix, mentre que una (SBd) s’observa amb els braços molt més separats i amb un bulb central gairebé inexistent.

Galàxies Lenticulars:

Tipus de galàxia intermèdia entre les el·líptiques i les espirals. Amb forma de disc, s’hi observa una concentració d’estrelles i pols central. No tenen braços ja que, com les galàxies el·líptiques, han consumit gran part de la seva matèria interestel·lar. Es representen amb les sigles (SO). Posteriorment s’ha complementat la seva representació escrita en funció de si consten d’una barra central (com en les Galàxies Barrades) més o menys intensa, o de si s’assemblen més a una espiral o a una el·líptica.


Galàxies Irregulars:

Són les galàxies que no encaixen en cap de les classificacions efectuades per Edwin Hubble. No tenen forma el·líptica, ni espiral, ni lenticular. Es representen amb les sigles (Irr-I) i (Irr-II). Les del primer cas són galàxies poc evolucionades, sense nucli i amb poca lluminositat. Les del segon, són galàxies joves produïdes després d’una col·lisió o deformades per la gravetat de grans cossos massius pròxims a elles.


Aquesta classificació general que representa el Diagrama Diapasó d’Edwin Hubble ha anat evolucionant de forma continuada. Amb el temps i els avenços tecnològics s’han pogut realitzar observacions més detallades. Són molts els factors que s’han de tenir en compte a l’hora de classificar les galàxies, i moltes les propostes que s’han anat efectuant fins el dia d’avui. La complexitat de les classificacions actuals és lleugerament superior a l’explicada en aquest apartat, però la "Seqüència de Hubble" representa un sistema de base que, a tots aquells aficionats a l’astronomia, ens pot ajudar a fer-nos una idea general de la varietat estructural de les galàxies que es poden observar des de la nostra posició en l’univers.

Encara hi ha molt per descobrir sobre el comportament de les galàxies i la seva evolució. Us recomano que visioneu el següent i a on de forma gràfica gaudireu de les explicacions. Recordeu que podeu triar l'idioma dels subtítols a la configuració del vídeo.



Vist i compartit d'aquí.