Per primera vegada, els físics radiografien un sol àtom

Clic a l'imatge per engrandir. Investigadors de la Universitat d'Ohio (Estats Units) han desenvolupat una tècnica que permet radiografiar un sol àtom. Crèdit: k_e_n, Adobe Stock
 
Els microscopis més potents ja ens havien donat imatges d'àtoms individuals. Però sense permetre identificar-ne la naturalesa. Per a això, els físics havien de ser capaços de radiografiar-los, radia'ls amb raigs X. Ara és possible.

Els raigs X s'utilitzen als aeroports per escanejar l'equipatge. Però també als hospitals, per detectar ossos trencats. La NASA n'ha equipat el rover Curiosity per permetre'n analitzar la composició de les roques marcianes. És un dels usos més importants dels raigs X avui en dia. Un equip d'investigadors liderat per un físic de la Universitat d'Ohio (Estats Units) acaba de fer un avenç espectacular en aquest àmbit en aconseguir radiografiar un sol àtom.

Cal destacar que, fins ara, la sensibilitat dels instruments no permetia sondar mostres de menys d'un atograma, menys de 10^-18 grams. És petit. Però encara representa uns 10.000 àtoms. Entenem millor per què els científics parlen d'un "somni que es fa realitat".

"Aquest descobriment transformarà el nostre món"

"Els àtoms poden veure's en imatges rutinàriament amb microscopis d'escaneig, però sense raigs X no es pot dir de què estan fets. Ara podem detectar exactament el tipus d'un àtom en particular, un àtom alhora, i mesurar simultàniament el seu estat químic", va dir el físic de la Universitat d'Ohio Saw Wai Hla en un comunicat. "Aquesta tecnologia podria revolucionar la investigació i donar lloc a noves tecnologies en àmbits com la informació quàntica i la detecció d'elements traça en la investigació mediambiental i mèdica, per citar-ne alguns", afegeix Tolulope Michael Ajayi, primer autor dels treballs. "És indiscutible, aquest descobriment transformarà el nostre món", afegeix Saw Wai Hla.

Clic a l'imatge per engrandir. Quan els raigs X, en blau, il·luminen un àtom de ferro, en vermell al centre de la molècula, els electrons del nivell central són excitats. Els electrons excitats pels raigs X son immediatament "tunel·litzats" cap a la punta del detector, en gris, mitjançant orbitals atòmics/moleculars superposats, proporcionant informació valuosa sobre l'àtom de ferro. Crèdit: Universitat d'Ohio

Aquesta informació extreta de la primera imatge de raigs X d'un àtom

No menys de dotze anys que el físic porta treballant en el desenvolupament d'aquesta tecnologia. El camí ha estat llarg. Entenem el seu entusiasme.

Els que finalment els investigadors van aconseguir identificar són un àtom de ferro (Fe) i un àtom de terbi (Tb) inserits a les molècules. Tot gràcies a una instal·lació especialment dissenyada per a aquesta òptica. Com que la radiació de raigs X d'un sol àtom és extremadament feble, els investigadors van millorar els detectors existents col·locant una punta metàl·lica molt a prop de la mostra. Per recollir de manera més eficient els electrons excitats pels raigs X. Els científics anomenen la tècnica de microscòpia de túnel d'exploració de sincrotró de raigs X (SX-STM).

Clic a l'imatge per engrandir. Ens emociona compartir la nostra darrera publicació! Us heu preguntat mai quina és la signatura de raigs X d'un sol àtom? Crèdit: Sarah Wiegholf, Nature.

La motivació principal dels investigadors de la Universitat d'Ohio va ser desenvolupar una manera d'entendre amb èxit les propietats químiques i físiques dels materials a nivell fonamental. Basat en un àtom individual. A més d'obtenir la signatura de raigs X d'un àtom, l'objectiu principal era, doncs, utilitzar aquesta tècnica per estudiar l'efecte del medi ambient en un sol àtom de terres rares. "També vam detectar els estats químics dels àtoms individuals", diu Saw Wai Hla. "I comparant els estats químics d'un àtom de ferro i un àtom de terbi dins d'hostes moleculars, trobem que el segon, un metall del grup de terres rares, està bastant aïllat i no canvia d'estat químic mentre que el primer interacciona fortament amb el seu entorn".
 

Ho he vist aquí.

La explosió còsmica més gran detectada en anys!

Clic a l'imatge per engrandir. Imatge de IA per a una explosió còsmica. Crèdit: DALL E

                   
N2016aps, la supernova més brillant mai vista. Quan arriba la seva última hora, les estrelles massives exploten com a supernoves en un gran malbaratament d'energia. Descoberta el 2016, SN2016aps apareix als ulls dels investigadors com la supernova més brillant, més energètica i més massiva mai observada.

No ho havíem vist des del descobriment dels quàsars. Una font de llum extraordinària es comporta una mica com una explosió de supernoves excepte que és més brillant que totes aquestes explosions observades, si se n'exceptuen alguns esclats gamma, i que dura molt més temps, en aquest cas des de fa tres anys sota la mirada dels telescopis.  La seva naturalesa continua sent objecte de debat.

Els astrònoms observen de tant en tant l'aparició de noves estrelles, o el que ho sembla, a la volta celeste. Només brillen uns mesos com a màxim abans de desaparèixer tan misteriosament com havien aparegut. Finalment, aquesta és la descripció de la perplexitat d'alguns bípedes carbonitzats (per reprendre l'expressió d'Arthur Clarke) a la Terra abans dels anys 1930, quan els astrofísics van descobrir la naturalesa de les supernoves, com la de Kepler o la de 1987 a un dels núvols de Magalhães.

Gairebé un segle després, com mostra un article publicat a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society i en lliure accés arXiv, un equip d'astrònoms dirigit per investigadors britànics de la Universitat de Southampton anuncia que han descobert la explosió còsmica més gran mai vista i els astrofísics no estan segurs de quina és la causa, encara que tenen algunes idees sobre això.

El fenomen, batejat AT2021lwx, és deu vegades més brillant que en el cas de les supernoves que s'havien observat abans i tres vegades més brillant que el d'un Tidal disruption event (o TDE), cosa que es pot traduir en «esdeveniment de disrupció de marea» que acompanya la formació de les famoses creps estel·lars de Jean-Pierre Luminet i Brandon Carter. En aquest cas, s'observa una estrella que ha passat massa a prop d'un forat negre supermassiu i que en pateix les conseqüències sota l'efecte de les forces de marea associades a aquest tipus de behemoth còsmic.

Podeu triar l'idioma de subtitulació a la configuració del vídeo. Una presentació del TDE designat per ASASSN-19bt observat per TESS i SWIFT. ASASSN-19bt (els dos últims dígits indiquen l'any, després les lletres l'ordre dels descobriments) va ser detectat el 29 de gener de 2019 en el marc de l'All Sky Automated Survey for supernovae (estudi automatitzat per tot el cel de supernoves), abreujat ASAS-SN (pronunciat assassí en francés). Equipat amb telescopis robòtics a tots dos hemisferis, nord i sud, caça noves supernoves cobrint tota la volta celeste cada dos dies. Crèdit: NASA Goddard

Un nucli actiu de galàxia?

AT2021lwx no té el rècord de brillantor, es coneixen esclats gamma més brillants, com GRB 221009A. Però en aquests casos, l'alliberament d'energia es fa en molt poc temps, només unes deu hores, mentre que AT2021lwx brilla encara des de fa tres anys!

La quantitat d'energia alliberada és doncs prodigiosa, molt més que en el cas de les supernoves ordinàries també, ja que no duren més que alguns mesos. No sense recordar què passa amb els quàsars que també alliberen quantitats d'energia que semblaven inversemblants. Quan aquests nuclis actius de galàxies van ser identificats a la dècada de 1960, els astrofísics del nivell d'Igor Novikov i Yuval Ne'Eman estaven tan perplexos davant d'ells que van proposar que els quàsars eren en realitat forats blancs. És a dir, regions de l'univers l'expansió de les quals en el moment del Big Bang s'havia endarrerit (hipòtesi dels lagging core), o l'altre extrem dels forats de cuc que expulsaven la matèria que havien absorbit en forma de forats negres en una altra part del cosmos, fins i tot en un altre univers.

No obstant això, malgrat ser de brillantor variable, els quàsars no s'encenen com a AT2021lwx i de moment no existeix cap rastre d'un astre que es podria associar amb ell abans del seu descobriment per primera vegada el 2020, en el marc del programa d'observació Zwicky Transient Facility (ZTF). Aquest programa utilitza des del 2018 el telescopi Samuel-Oschin de l'observatori Palomar a Califòrnia, Estats Units.

Una variant d'un TDE?

El ZTF va ser dissenyat per detectar objectes transitoris que canvien ràpidament de brillantor, com supernoves, esclats de raigs gamma i col·lisions entre dues estrelles de neutrons, així com petits cossos del Sistema Solar com estels i asteroides.

El que sí que sabem amb AT2021lwx és que ho estem veient tal com va passar fa uns 8.000 milions d'anys. L'equip que va fer el seu descobriment continua intentant descobrir el misteri de la seva naturalesa amb diversos telescopis diferents: el Neil Gehrels Swift Telescope (una col·laboració entre la NASA, el Regne Unit i Itàlia), el New Technology Telescope (operat per l'Observatori Europeu Austral) a Xile, i el Gran Telescopi de Canàries (Gran TeCan) a l'illa de La Palma, Espanya.

La hipòtesi més seriosament considerada pels astrofísics de moment seria la d'una variant del fenomen de TDE amb una estrella. Seria un enorme núvol de gas, potser amb milers de masses solars, que s'hauria acostat massa a un forat negre supermassiu. S'havia pensat que aquest escenari passaria amb el forat negre central de la Via Làctia, però no va ser així.

Probablement en sabrem molt més en uns anys... esperant que sigui només l'inici de fenòmens molt més exòtics.

Podeu triar l'idioma de subtitulació a la configuració del video. Fa anys, un núvol de gas anomenat G2 va passar a prop del forat negre central de la Via Làctia. Això és el que pensaven els investigadors sobre ell a principis del 2010. Crèdit: ESO, Martin Kornmesser i Luis Calçada.

 

Ho he vist aquí.

Saturn: els seus anells serien amb prou feines més antics que els dinosaures!

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.

Ho he vist aquí.

Ingenuity observa l'explorador de Mart, Perseverance

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.

Pots veure l'explorador de Mart?

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⁣.

Ho he vist aquí.

Deixa't arrossegar a la "Setmana del Forat Negre" (BlackHoleWeek)

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⁣.

Ho he vist aquí.

Una galàxia amb un forat negre brilla en una imatge de Chandra i IXPE

 

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 galàxia Centaure 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.

 

Ho he vist aquí.

Un Sol tempestuós i actiu podria haver impulsat la vida a la Terra

 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.

    Ho he vist aquí.

Catàleg Caldwell del Hubble. Objecte C70

 

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)

C70 al web de la NASA
Índex del Catàleg Caldwell del blog

Dossier. La matèria fosca; 8 Testejar els models estàndards

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).

Ho he vist aquí.

Primera imatge d'un doll produït pel forat negre gegant al centre de la galàxia M87

Clic a l'imatge per engrandir. Els científics que observen el nucli de ràdio compacte de M87 han descobert nous detalls sobre el forat negre supermassiu de la galàxia. En aquesta recreació artística, el doll massiu del forat negre es veu pujant des del centre del forat negre. Les observacions en què es basa aquesta il·lustració representen la primera vegada que el raig i l'ombra del forat negre s'han fotografiat junts, donant als científics una millor comprensió de com els forats negres poden impulsar aquests potents dolls. Crèdit: S. Dagnello (NRAO, AUI, NSF).

 

Primera imatge d'un forat negre supermassiu: submergiu-vos al cor de la galàxia M87  Descobriu on s'amaga el forat negre supermassiu del qual els astrònoms han donat a conèixer la primera imatge de la història. Aquest vídeo ens transporta al centre de la gran galàxia que la protegeix, a 55 milions d'anys llum de la Terra.

M87* és el forat negre supermassiu al cor de la galàxia gegant M87 que va proporcionar la primera imatge de l'ombra de l'horitzó d'esdeveniments d'aquestes estrelles compactes. Avui, un grup de radiotelescopis inclosos els d'ALMA d'ESO, revela en una sola imatge el mateix forat negre, però també el naixement del seu raig de matèria a partir d'un anell de matèria al voltant de M87*. Això és suficient per entendre millor els altres dolls de forats negres. 

Ja a l'abril de 2019, la galàxia Messier 87 (M87), una enorme galàxia el·líptica situada a uns 55 milions d'anys llum de la Terra, va arribar als titulars en el camp de la radioastronomia. De fet, els astrònoms el van estudiar durant segles al visible i a la constel·lació de la Verge, després del seu descobriment per Charles Messier al 1781. Més tard es va adonar que a més de contenir 10 vegades més estrelles que la Via Làctia, també contenia al seu cor un forat negre supermassiu que era un excel·lent objectiu per poder observar l'ombra de l'horitzó d'esdeveniments d'un forat negre.

Per a això, calia mobilitzar les observacions de diversos radiotelescopis a la superfície de la Terra i implementar amb ells la tècnica de síntesi d'obertura. Permet disposar virtualment d'un radiotelescopi de la mida de la Terra combinant les observacions d'aquests instruments i, per tant, poder produir imatges amb una resolució rècord.

Podeu triar l'idioma de subtitulació a la configuració del vídeo. Roger Blandford ens parla dels forats negres supermassius i els seus dolls en aquest vídeo. Crèdit: Quanta Magazine.

Observacions addicionals de l'EHT

Això és el que havien aconseguit fer els membres de la col·laboració Event Horizon Telescope (EHT-Telescopi de l'Horitzó de Successos), revelant així al 2019, la primera imatge d'un forat negre . Avui, tal com s'explica en una nota de premsa de l'Observatori Europeu del Sud (ESO) que acompanya una publicació a Nature, hem observat per primera vegada en la mateixa imatge, l'ombra del forat negre al centre de M87 i el potent jet de partícules de matèria gairebé a la velocitat de la llum quan és expulsat.

La nota de premsa també especifica que és fruit d'un procés a llarg termini de processament dels senyals recollits perquè va començar amb observacions fetes l'any 2018 amb els telescopis del Global Millimeter VLBI Array (GMVA - Conjunt Global VLBI milimétric), de l'Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) i el Greenland Telescope (GLT).

 

Aquest jet es coneix des de fa molt de temps quan l'astrònom nord-americà Heber Doust Curtis l'havia observat ja l'any 1918. Però només més tard podríem entendre que aquest raig de matèria particularment fi i col·limat, que s'estén per almenys 5.000 anys llums de distància, és el resultat de complexos processos físics relacionats amb la magnetohidrodinàmica dels plasmes en l'espai-temps corbat, en aquest cas el forat negre de Kerr en rotació que conté aproximadament 6.500 milions de masses solars.

Clic a l'imatge per engrandir. Aquesta imatge mostra per primera vegada el raig i l'ombra del forat negre al centre de la galàxia M87. Les observacions es van obtenir amb els telescopis del Global Millimeter VLBI Array (GMVA), l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), del qual l'ESO és soci, i el Greenland Telescope. La imatge proporciona als científics el context necessari per entendre com es forma el potent jet. Les noves observacions també van revelar que l'anell del forat negre, que es mostra aquí a la inserció, és un 50% més gran que l'anell observat a longituds d'ona de ràdio més curtes pel telescopi Event Horizon (EHT). Això fa pensar que a la nova imatge veiem més material que cau cap al forat negre del que podríem veure amb l'EHT. Crèdit: R.-S. Lu (SHAO), E. Ros (MPIfR), S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF).

Un laboratori per entendre l'astrofísica dels forats negres galàctics

El repte de les noves anàlisis de les observacions és més ampli que el cas de M87 perquè es coneixen diversos dolls similars i sabem que han d'estar relacionats amb les interaccions entre els forats negres supermassius i les galàxies que els acullen.

"Sabem que els dolls són expulsats de la regió al voltant dels forats negres, però encara no entenem del tot com passa això. Per estudiar-ho directament, hem d'observar l'origen del raig el més a prop possible del forat negre", va dir Ru-Sen Lu de l'Observatori Astronòmic de Shanghai a la Xina en el comunicat de l'ESO.

Les observacions anteriors havien donat com a resultat imatges separades de la regió propera al forat negre i al doll, però "aquesta nova imatge completa la imatge mostrant la regió al voltant del forat negre i el raig al mateix temps", afegeix el seu col·lega Jae-Young Kim de la Universitat Nacional de Kyungpook a Corea del Sud i de l'Institut Max Planck de Radioastronomia a Alemanya.

Podeu triar l'idioma de subtitulació a la configuració del video. Amb l'ajuda d'ALMA, els astrònoms han obtingut una nova imatge del forat negre supermassiu situat al centre de la galàxia M87. Crèdit: Observatori Europeu del Sud (ESO).

Encara en la mateixa nota de premsa, ens assabentem que el guany de resolució encara obtingut en el cas del M87 prové del fet que els investigadors amb els radiotelescopis utilitzats han aprofitat les ones de ràdio amb una longitud d'ona més gran que la del EHT: 3,5 mm en lloc d'1,3 mm. Tal com explica Thomas Krichbaum, de l'Institut Max-Planck de Ràdioastronomia. "En aquesta longitud d'ona, podem veure com el raig emergeix de l'anell d'emissió al voltant del forat negre supermassiu central". La mida de l'anell observat és aproximadament un 50% més gran que la de la imatge del telescopi Event Horizon.

"Per entendre l'origen físic d'aquest anell més gran i gruixut, vam haver d'utilitzar simulacions per ordinador per provar diferents escenaris", afegeix Keiichi Asada de l'Acadèmia Sinica de Taiwan.

En última instància, la imatge mostraria més completament part del material que cau cap a l'horitzó d'esdeveniments del forat negre supermassiu.

Ho he vist aquí.

Descobert un inesperat quàsar doble

Clic a l'imatge per engrandir. Aquesta recreació artística mostra la resplendor brillant de dos quàsars que resideixen als nuclis de dues galàxies que es troben en un caòtic procés de fusió. L'estira-i-arronsa gravitatori entre les dues galàxies desencadena una tempesta d'estrelles. Els quàsars són fars brillants de llum intensa procedents dels centres de galàxies llunyanes. Estan alimentats per forats negres supermassius que s'alimenten voraçment de la matèria que els arriba. Aquest frenesí alimentari provoca un torrent de radiació que pot eclipsar la llum col·lectiva de milers de milions d'estrelles de la galàxia amfitriona. En unes desenes de milions d'anys, els forats negres i les seves galàxies es fusionaran, igual que la parella de quàsars, i formaran un forat negre encara més massiu. Crèdit: NASA, ESA, Joseph Olmsted (STScI)

Un parell de galàxies en fusió encenen forats negres en curs de col·lisió

Els quàsars són un dels focs artificials més brillants de l'univers. Dispersos per tot el cel, brillen amb l'opulència de més de 100.000 milions d'estrelles. I, com una brillant flamarada aèria de la nit de cap d'any, enlluernen durant un temps relativament breu, en escales de temps còsmiques. Això és degut a que són alimentats per voraços forats negres supermassius que engoleixen una gran quantitat de gas i pols que s'escalfa a altes temperatures. Però el bufet lliure de menjar dels quàsars té una durada limitada.

Aquesta característica fugaç dels quàsars va ajudar els astrònoms a trobar dos quàsars en curs de col·lisió entre si. Estan incrustats dins d'un parell de galàxies que van xocar entre elles fa 10.000 milions d'anys. És rar trobar un duet tan dinàmic a l'Univers llunyà. Aquesta detecció ens dóna pistes sobre com era d'inestable el cosmos fa molt de temps, quan les galàxies col·lisionaven amb més freqüència i els forats negres s'omplien de restes d'aquestes topades.

Com que els dos quàsars parpellegen a ritmes diferents a mesura que el flux de combustible augmenta i disminueix, es van identificar com una activitat inusual que passa a l'espai. El Hubble va ampliar la imatge i va resoldre clarament la parella, així com les seves galàxies amfitriones.

Clic a l'imatge per engrandir. Fotografia del telescopi espacial Hubble d'un parell de quàsars que existien quan l'univers només tenia 3.000 milions d'anys. Estan incrustats dins un parell de galàxies en col·lisió. Els quàsars estan separats per menys de la mida d'una galàxia. Els quàsars s'alimenten de voraços forats negres supermassius que llancen ferotges raigs d'energia mentre s'esmollen de gas, pols i qualsevol altra cosa que caigui a les urpes gravitatòries. Els forats negres acabaran fusionant-se. Crèdits: NASA, ESA, Yu-Ching Chen (UIUC), Hsiang-Chih Hwang (IAS), Nadia Zakamska (JHU), Yue Shen (UIUC).

El telescopi espacial Hubble troba inesperadament un quàsar doble en un univers llunyà

L'Univers primitiu era un lloc esvalotat on les galàxies sovint xocaven entre si i fins i tot es fusionaven. Utilitzant el telescopi espacial Hubble de la NASA i altres observatoris espacials i terrestres, els astrònoms que investiguen aquests esdeveniments han fet un descobriment inesperat i poc comú: un parell de quàsars lligats gravitacionalment, tots dos cremant a l'interior de dues galàxies en fusió. Ja existien quan l'univers només tenia 3.000 milions d'anys.

"No veiem gaires quàsars dobles en una època tan primerenca de l'Univers. Per això aquest descobriment és tan emocionant", afirma Yu-Ching Chen, estudiant de postgrau de la Universitat d'Illinois a Urbana-Champaign i autor principal d'aquest estudi.

La recerca de quàsars binaris propers és un camp de recerca relativament nou que s'acaba de desenvolupar en els darrers 10 o 15 anys. Els nous i potents observatoris actuals han permès als astrònoms identificar casos en què dos quàsars estan actius alhora i prou a prop com per acabar fusionant-se.

Cada cop hi ha més evidències que les grans galàxies es formen mitjançant fusions. Els sistemes més petits s'uneixen per formar sistemes més grans i estructures cada cop més grans. Durant aquest procés s'haurien de formar parells de forats negres supermassius dins de les galàxies que es fusionen. "Conèixer la població progenitora de forats negres ens acabarà informant sobre l'aparició de forats negres supermassius a l'univers primitiu i sobre la freqüència que podrien tenir aquestes fusions", afirma Chen.

Clic a l'imatge per engrandir. Aquesta imatge mostra una fotografia del telescopi espacial Hubble d'un parell de quàsars que existien quan l'univers només tenia 3.000 milions d'anys. Estan incrustats dins un parell de galàxies en col·lisió. Els quàsars estan separats per menys de la mida duna sola galàxia. Els forats negres acabaran fusionant-se. Crèdits: NASA, ESA, Yu-Ching Chen (UIUC), Hsiang-Chih Hwang (IAS), Nadia Zakamska (JHU), Yue Shen (UIUC).

"Estem començant a revelar aquesta punta de l'iceberg de la població de quàsars binaris primitius", afirma Xin Liu, de la Universitat d'Illinois a Urbana-Champaign. "Aquesta és la singularitat d'aquest estudi. Ens diu realment que aquesta població existeix, i ara tenim un mètode per identificar quàsars dobles que estan separats per menys de la mida d'una sola galàxia".

Va ser com trobar una agulla en un paller que va requerir la potència combinada del telescopi espacial Hubble de la NASA i dels observatoris W.M. Keck de Hawaii. Les observacions en múltiples longituds d'ona de l'Observatori Internacional Gemini de Hawaii, el Karl G. Jansky Very Large Array de la NSF a Nou Mèxic i l'Observatori de Raigs X Chandra de la NASA també van contribuir a comprendre el duo dinàmic. A més, l'observatori espacial GAIA de l'ESA (Agència Espacial Europea) va ajudar a identificar aquest quàsar doble.

"La sensibilitat i resolució del Hubble van proporcionar imatges que ens permeten descartar altres possibilitats pel que estem veient", va dir Chen. El Hubble mostra, de manera inequívoca, que és un autèntic parell de forats negres supermassius, i no de dues imatges del mateix quàsar creades per una lent gravitacional en primer pla. A més, el Hubble mostra un fenomen de marea provocat per la fusió de dues galàxies, en què la gravetat distorsiona la forma de les galàxies formant dues cues d'estrelles.

Tot i això, la nítida resolució del Hubble per si sola no és suficient per anar a buscar aquestes balises de doble llum. Els investigadors van recórrer a GAIA, que es va llançar el 2013, per localitzar possibles candidats a quàsar doble. GAIA mesura amb gran precisió les posicions, distàncies i moviments dels objectes celestes propers. Però, gràcies a una nova tècnica, es pot utilitzar per explorar l'univers llunyà. L'enorme base de dades de GAIA es pot utilitzar per buscar quàsars que imitin el moviment aparent d'estrelles properes. Els quàsars apareixen com a objectes individuals a les dades de GAIA perquè estan molt a prop els uns dels altres. Tot i això, GAIA pot captar un "moviment" subtil i inesperat que imita un canvi aparent en la posició d'alguns dels quàsars que observa.

En realitat, els quàsars no es mouen per l'espai de manera mesurable. En canvi, el seu moviment podria ser degut a fluctuacions aleatòries de la llum, ja que la brillantor de cada membre de la parella de quàsars varia en escales de temps de dies a mesos, depenent de l'horari d'alimentació del forat negre. Aquesta alternança de brillantor entre la parella de quàsars és semblant a veure a distància el senyal d'una cruïlla de ferrocarril. Com que els llums a banda i banda del senyal fix parpellegen alternativament, el senyal dóna la il·lusió de "sacsejar-se".

Un altre problema és que, pel fet que la gravetat deforma l'espai com un mirall, una galàxia en primer pla podria dividir en dos la imatge d'un quàsar llunyà, creant la il·lusió que en realitat es tracta d'un parell binari. Es va utilitzar el telescopi Keck per assegurar-se que no hi havia cap galàxia que servís de lent entre nosaltres i el suposat quàsar doble.

Com que el Hubble treu el cap al passat llunyà, aquest quàsar doble ja no existeix. Al llarg dels 10.000 milions d'anys transcorreguts, és probable que les seves galàxies amfitriones s'hagin assentat en una galàxia el·líptica gegant, com les que es veuen avui a l'univers local. I els quàsars s'han fusionat per convertir-se en un forat negre supermassiu gegantí al seu centre. La galàxia el·líptica geganta propera, M87, té un monstruós forat negre que pesa 6.500 milions de vegades la massa del nostre Sol. Potser aquest forat negre va sorgir d'una o diverses fusions de galàxies en els darrers milers de milions d'anys.

El proper telescopi espacial Nancy Grace Roman de la NASA, amb la mateixa agudesa visual que el Hubble, és ideal per a la caça de quàsars binaris. El Hubble s'ha fet servir per prendre minuciosament dades d'objectius individuals. Però la visió infraroja de l'Univers que ofereix Roman, de gran angular, és 200 vegades més gran que la del Hubble. "Molts quàsars podrien ser sistemes binaris. El telescopi Roman pot millorar enormement aquest camp de recerca", afirma Liu.

Els resultats van ser publicats el 5 d'abril a la revista Nature.

El telescopi espacial Hubble és un projecte de cooperació internacional entre la NASA i l'ESA. El Centre Goddard de Vols Espacials de la NASA a Greenbelt, Maryland, gestiona el telescopi. L'Institut Científic del Telescopi Espacial (STScI), a Baltimore (Maryland), duu a terme les operacions científiques del Hubble i del Webb. El STScI és operat per a la NASA per l'Associació d'Universitats per a la Investigació en Astronomia, a Washington, D.C.

Ho he vist aquí.

Podem veure els neutrins del Big Bang?

Els neutrins són omnipresents a l'Univers on superen en nombre els fotons de radiació fòssil i fins i tot, amb diferència, a les partícules de matèria ordinària. Molt difícils de detectar, tot i així estem intentant estudiar els del Big Bang.

Clic a l'imatge per engrandir. El físic de Princeton Chris Tully es troba al Ptolemy Lab del Princeton Plasma Physics Laboratory. Crèdit: Elle Starkman, PPPL Communications

Blàzars, forats negres gegants que acceleren els raigs còsmics  Això és una gran primícia! Els científics han aconseguit localitzar la font d'emissió llunyana d'un neutrí d'alta energia, aquesta partícula fantasma que generalment travessa la matèria sense interactuar amb ella. Quin és l'origen d'aquest neutrí? Com es va detectar? La resposta la trobareu al vídeo.

El CMB que ens arriba avui es va emetre, no només fa molt de temps, sinó també a moltíssima distància de la Via Làctia. El seu estudi il·lustra el fet que observar més i més a l'univers és com fer una cop d'ull cada cop més endins dels estrats de la història de l'espai-temps. També podem dir, per analogia, que en el cas del CMB, s'assembla des d'aquest punt de vista a intentar veure què passa sota la superfície del Sol. De fet, en algun moment d'aquest rebobinat en el temps, el cosmos es torna tan dens i calent que els àtoms no podrien existir, impedint que els fotons es moguin lliurement. Més enllà d'això, per tant, ens és impossible obtenir informació directa. L'univers és per a nosaltres, en certa manera, opac.

Veure-hi més a fons, és a dir, realment molt més abans, és possible mitjançant l'ús d'altres missatgers i altres astronomies.

Podeu triar l'idioma de subtitulació a la configuració del vídeo. Antoine Kouchner i Stéphane Lavignac recorren la fascinant història del neutrins i ens presenten els grans experiments dedicats a aquest missatger d'allò infinitament gran i infinitament petit en un llibre publicat per Dunod i acompanyat d'aquest vídeo de presentació. Antoine Kouchner és professor de la Universitat Diderot de París i director del laboratori d'AstroPartícules i Cosmologia. També és responsable científic de la Col·laboració Internacional Antares que opera el primer telescopi de neutrins submarí, el successor del qual, KM3NeT, està en construcció al Mediterrani. Stéphane Lavignac és físic del CNRS i desenvolupa la seva recerca a l'Institut de Física Teòrica de Saclay.

Malgrat això, passa que aproximadament un segon després de l'inici de l'univers observable, en el model estàndard de cosmologia relativista, la temperatura del cosmos era de 10.000 milions de graus i la seva densitat era comparable a la de l'aigua. L'univers contenia una sopa de leptons, fotons i sobretot protons i neutrons transformant-se els uns en els altres absorbint i emetent... neutrins (aquelles partícules fantasmals l'existència de les quals havia estat predita a la dècada de 1930 pel físic Wolfgang Paulii la primera teoria del qual va ser desenvolupada per Enrico Fermi). Per sota d'aquest llindar de temperatura, que correspon a energies per als neutrins de l'ordre d'1 MeV, van deixar d'interaccionar amb els nucleons eventualment per escampar-se lliurement per l'espai.

Astronomia de neutrins, una finestra a l'univers primerenc
                     
Hi ha per tant, a més del fons difús cosmològic de fotons, una radiació còsmica de neutrins que ens donaria accés directe -si es pogués observar, mesurar i cartografiar a una imatge de l'estat de l'univers quan només eren uns pocs segons com a màxim. Aquest fons còsmic de neutrins (fons de neutrins còsmics, ja sigui CNB o CVB, llegiu C-nu-B), el podem observar indirectament a través dels seus efectes sobre la radiació fòssil com han demostrat les anàlisis recents de mesures de la missió Planck.

Però destacar-lo directament representa un repte tecnològic que els membres del Laboratori de Física del Plasma de Princeton (PPPL) intenten fer front mitjançant el projecte Ptolemy (Observatori de triti de Princeton per a la llum, el rendiment massiu de neutrins de l'univers primerenc).

De fet, els neutrins interactuen molt feblement amb la matèria quan tenen poca energia. Certament, hi ha més neutrins fòssils que fotons fòssils al cosmos. Fins i tot s'estima que n'hi ha uns 450 per cm³. Però a causa de l'expansió de l'univers i el seu refredament, la temperatura mitjana del CNB avui és només d'1,95 kelvin, una mica més freda que la del CMB (2,725 K). Per tant, estem lluny dels 10.000 milions de Kelvin inicials. A una temperatura tan baixa, els neutrins cosmològics semblaven, per a molts, esmunyedissos, ja que podien creuar de mitjana, per a cadascun d'ells, un bloc de ferro d'un any llum d'espessor!

Clic a l'imatge per engrandir. Vista del prototip de l'experiment de Ptolemy, el nom anglès del famós astrònom antic Ptolemeu. Finalment, utilitzarà 100 g de triti. Crèdit: Elle Starkman, PPPL Office of Communications.

Això sense comptar amb el progrés dels detectors de partícules utilitzant el fenomen de la superconductivitat així com amb els descobriments de les nanociències. La idea bàsica és que aquests detectors que absorbeixen una partícula que hi diposita energia s'escalfen localment i després deixen d'estar en un estat de superconductor. Això es manifesta amb un brusc salt de la resistència en un dels sensors del dispositiu.

L'experiment Ptolemeu consistirà a utilitzar aquest tipus de calorímetre per mesurar l'energia dels electrons emesos per la desintegració dels nuclis de triti dipositats sobre una làmina de grafè. La teoria de la de desintegració beta per aquest isòtop ben conegut de l'hidrogen implica que els electrons emesos no poden tenir una energia superior a un valor ben determinat. Seleccionant amb l'ajuda d'un camp magnètic, els electrons més energètics emesos pels nuclis de triti, és possible mesurar les seves energies amb un calorímetre superconductor refrigerat a una temperatura inferior a 0,1 K. Encara segons la teoria de la interacció electrofeble a la base de la de la desintegració beta, sabem que aquestes els electrons tenen una baixa probabilitat d'absorbir una part de l'energia dels neutrins del CNB. Alguns d'ells dipositaran doncs, al calorímetre, més energia de la que és teòricament possible en absència de col·lisió amb un neutrí si el sistema està prou protegit pels efectes d'un soroll de fons provocat per partícules diferents dels neutrins.

En definitiva, la distribució de les energies d'electrons mesurades per Ptolemeu hauria de mostrar la presència d'almenys un pic (un augment de la resolució mostraria tres pics associats als tres tipus de neutrins del model estàndard) per sobre del valor màxim de les energies dels electrons resultants de la desintegració beta dels nuclis de triti. L'experiment hauria de permetre mesurar indirectament les característiques dels neutrins cosmològics, com ara les seves masses i la seva densitat.

En augmentar la quantitat de triti fins a 100 grams, l'experiment de Ptolemeu es farà més sensible i potser després permetrà destacar neutrins estèrils, fermions de Majorana, en el supòsit que realment constituirien una part no negligible de la matèria fosca. Això també podria proporcionar una clau per resoldre l'enigma de l'antimatèria cosmològica.

 

Ho he vist aquí.