A pocas horas del final de este año 2016, creo que es bueno mirar atrás, y recordar que noticias y eventos han sido los más destacados. Ha sido un año emocionante sobre todo en el terreno personal, pero también astrónomicamente hablando. Cara a recordar lo más destacado del año os he preparado una colección de 12 posts, uno por cada mes, que he considerado como más destacados. Evidentemente es una elección personal, pero espero que os guste.

[…]

 índiceTal día como hoy, el 14 de marzo de 1879 nacía Albert Einstein. En este post, recordamos en el aniversario de su nacimiento a uno de los grandes personajes que nos ha dejado la historia. Lo haremos con una selección de sus citas más carismáticas ilustradas con fotografías del científico.

 “Quiero irme cuando quiero. Es de mal gusto prolongar artificialmente la vida. He hecho mi parte, es hora de irse. Yo lo haré con elegancia.”

Todos somos muy ignorantes. Lo que ocurre es que no todos ignoramos las mismas cosas.

Nunca consideres el estudio como una obligación, sino como una oportunidad para penetrar en el bello y maravilloso mundo del saber.

Si buscas resultados distintos, no hagas siempre lo mismo.

La vida es muy peligrosa. No por las personas que hacen el mal, sino por las que se sientan a ver lo que pasa.


Hay una fuerza motriz más poderosa que el vapor, la electricidad y la energía atómica: la voluntad.

Los grandes espíritus siempre han encontrado una violenta oposición de parte de mentes mediocres.El estudio y, en general, la búsqueda de la verdad y la belleza conforman un área donde podemos seguir siendo niños toda la vida.

La educación es lo que queda una vez que olvidamos todo lo que aprendió en la escuela.

 

Lo importante es no dejar de hacerse preguntas.


Nunca pienso en el futuro. Llega demasiado pronto.No creo en el miedo de la vida, en el miedo de la muerte, en la fe ciega. No puedo probarle a usted que no hay un Dios personal, pero si hablara de él, sería un mentiroso.


No se puede acabar con el dominio de los tontos, porque son tantos, y sus votos cuentan tanto como los nuestros.El problema del hombre no está en la bomba atómica, sino en su corazón.

 

Hay dos maneras de vivir su vida: una como si nada es un milagro, la otra es como si todo es un milagro.Intenta no volverte un hombre de éxito, sino volverte un hombre de valor.

El azar no existe; Dios no juega a los dados.

¡Triste época la nuestra! Es más fácil desintegrar un átomo que un prejuicio.

Dar ejemplo no es la principal manera de influir sobre los demás; es la única manera.

 


Si mi teoría de la relatividad es exacta, los alemanes dirán que soy alemán y los franceses que soy ciudadano del mundo. Pero si no, los franceses dirán que soy alemán, y los alemanes que soy judío.
[Artículo cedido por Astrofísica y Física]
No es la primera vez que recomendamos La Fábrica de la Ciencia en Astrofísica y Física. Además, el programa que comparto hoy es de gran actualidad: Ondas Gravitatorias, con la profesora Alicia Sintes de LIGO-UIB.

¡Feliz escucha!

[Artículo cedido por Astrofísica y Física]

La Teoría de la Relatividad General de Einstein, publicada por primera vez hace un siglo, fue descrita por el físico Max Born como “la mayor hazaña del pensamiento humano sobre la Naturaleza”. La rueda de prensa ofrecida hoy por el LIGO nos ha presentado dos grandes avances científicos que involucran importantes predicciones de la teoría de Einstein: la primera detección directa de ondas gravitatorias y la primera observación de la colisión y fusión de dos agujeros negros.

Este acontecimiento catastrófico que ha producido la señal de ondas de gravedad GW150914, tuvo lugar en una galaxia distante situada a más de mil millones de años luz de distancia de la Tierra. Se observó el pasado 14 de septiembre de 2015 mediante los dos detectores de ondas gravitatorias del LIGO. Los científicos estiman que la potencia del pico radiado de ondas gravitatorias durante los momentos finales de la fusión de los agujeros negros era diez veces superior a la potencia de la luz combinada de todas las estrellas y galaxias del Universo observable. Este notable descubrimiento marca el comienzo de una nueva era en la astronomía: las ondas de gravedad nos abren una nueva ventana al Universo.En este artículo hablaremos de la noticia presentada por el LIGO y publicada tras la rueda de prensa en la que han anunciado el descubrimiento.

Introducción y antecedentes.

Las ondas gravitatorias son ondas en el espacio-tiempo producidas por algunos de los eventos más violentos del cosmos, como lo son las colisiones y fusiones de estrellas masivas compactas. Su existencia fue predicha por Einstein en 1916, cuando demostró que la aceleración de objetos masivos “sacudiría” el espacio-tiempo generando ondas que viajan a la velocidad de la luz a través del Universo, y llevando con ellas información sobre su origen catastrófico, así como pistas muy valiosas de la naturaleza de la propia gravedad.

Durante las últimas décadas, los astrónomos habían acumulado fuertes evidencias que apoyaban la existencia de las ondas gravitatorias, principalmente, mediante el estudio de su efecto sobre los movimientos de las estrellas binarias de nuestra galaxia. Los resultados de estos estudios avalaban la teoría de Einstein revelando órbitas en contracción debido a la emisión de energía a través de las ondas de gravedad. Sin embargo, la detección directa de las ondas gravitatorias, a medida que alcanzan la Tierra, han sido muy esperadas por toda la comunidad científica ya que este avance puede ofrecer nuevas evidencias de la Teoría de la Relatividad General y abrirnos una nueva forma de ver el Universo.
 En el mismo año en el que Einstein predijo las ondas de gravedad, el físico Karl Schwarzschild demostró que el trabajo de Albert permitía la existencia de agujeros negros: objetos extraños que son tan densos y tan compactos que ni siquiera la luz puede escapar de su campo gravitatorio. A pesar de que, por definición, no podemos “ver” directamente la luz de un agujero negro, los astrónomos han encontrado innumerables evidencias de su existencia debido a las perturbaciones que generan en su entorno próximo. Por ejemplo, se cree que la mayoría de las galaxias del Universo, incluida la Vía Láctea, contienen un agujero negro súper masivo en su centro, con una masa de millones e incluso miles de millones de veces la del Sol. También hay evidencias de la existencia de agujeros negros con masas mucho más pequeñas, que van desde unas pocas a unas docenas de veces la masa solar. Se cree que estos son los restos de estrellas muertas que han colapsado debido a que han explotado en un evento conocido como supernova.
Junto a este sustancia progreso de la observación indirecta de los agujeros negros, se han producido importantes avances en la comprensión teórica de los objetos extraños como los agujeros negros binarios. Los modelos informáticos han permitido construir la fusión de estos dos objetos así como su emisión de ondas gravitatorias en el proceso.

Figura 1: onda gravitatoria detectada por LIGO. Crédito: LIGO

Los detectores LIGO

LIGO es el mayor observatorio de ondas gravitatorias del mundo y uno de los experimentos de física más sofisticados que se han realizado. Se compone de dos interferómetros láser gigantes situados a miles de kilómetros de distancia, uno en Livingston, Louisiana y otro en Hanford, Washington. LIGO emplea las propiedades físicas de la luz y del espacio en sí mismo para detectar las ondas de gravedad, un concepto presentado por primera vez en la década de 1960. Un conjunto de interferómetros iniciales fue completado en la década del 2000, incluyendo a TAMA300 en Japón, GEO600 en Alemania, LIGO en los Estados Unidos y Virgo en Italia. Las combinaciones de estos detectores permitieron la realización de observaciones conjuntas entre 2002 y 2011, pero no detectaron ninguna fuente de ondas gravitatorias. Después de someterse a mejoras importantes, en el 2015 los detectores de LIGO permitieron observaciones más avanzadas.

Un interferómetro como LIGO consta de dos “brazos” (cada uno de 4 km de largo) en ángulos rectos entre sí, a lo largo de la cual brilla un haz de láser y es reflejado por los espejos (suspendidos como masas de prueba) en cada extremo. Cuando una onda gravitatoria pasa, provoca que los brazos del interferómetro se alarguen y contraigan tomando diferentes longitudes, lo que provoca que los rayos láser tarden diferentes tiempos en recorrer los brazos, lo que significa que los haces ya no están en fase produciendo por lo tanto, un patrón de interferencias. Por ello, llamamos interferómetros a los detectores de LIGO.

La diferencia entre las dos longitudes de los brazos es proporcional a las fuerza de la onda gravitatoria que pasa. Una onda de gravedad típica que se puede detectar posee aproximadamente 1 / 10.000 de la anchura de un protón. LIGO es tan sensible que puede llegar a medir estas cantidades tan diminutas.

Figura 2. Crédito: LIGO

La figura 2 muestra un diagrama simplificado de un detector avanzado LIGO.

Para detectar con éxito un evento de ondas gravitatorias como GW150914, los detectores LIGO necesitan combinar su asombrosa sensibilidad  junto a la capacidad de aislar señales reales o fuentes de ruido como las pequeñas perturbaciones debidas a fenómenos ambientales. Esta es el motivo principal por el que hay dos detectores LIGO Avanzados, ya que nos permiten distinguir las ondas gravitatorias de los efectos instrumentales o ambientales locales: solamente una señal de onda gravitatoria verdadera aparecería en ambos detectores, aunque separados por unas pocas milésimas de segundo, teniendo en cuenta el tiempo que tarda la luz (o una onda gravitatoria) en viajar entre los dos detectores.

El diagrama b de la figura 2 muestra cómo el ruido de los instrumentos en los detectores LIGO dependen de la frecuencia. Podemos ver que el ruido del instrumento es más bajo en el “punto dulce”, en torno a unos pocos cientos de herzios, pero aumenta bruscamente tanto en las frecuencias bajas como en las altas. También hay un número de picos estrechos en el que el ruido del instrumento es particularmente grande, por ejemplo debido a la vibración de las fibras que suspenden los espejos y las masas de prueba en cada interferómetro.

Llegar a la mayor sensibilidad de LIGO Avanzado requiere la mejora de casi todos los aspectos de diseño del LIGO original. Estas mejoras incluyen:

-Aumento significativo de la potencia del láser, para reducir la fuente principal de ruido a altas frecuencias.

-Rediseño de las cavidades para contener mejor la distribución espacial de la luz láser.-Uso de grandes masas de prueba utilizando fibras de sílice fundidas, para reducir su ruido térmico

 -La suspensión de las masa de prueba con un péndulo de cuatro etapas para mejorar el aislamiento sísmico.
 -Uso de una nueva estrategia para reducir el impacto de los movimientos terrestres.
El funcionamiento de una red de dos o más detectores también nos permite “triangular” la dirección en el cielo de la que llega una onda gravitatoria, mediante el estudio de la diferencia de tiempo de llegada a cada detector. Por ello, este año el detector Virgo, el Italia, se unirá a la red global. Además se planean otros interferómetros para el futuro.
Nuestras observaciones de LIGO y lo que significan.
El 14 de septiembre de 2015 a las 09:50:45 GMT, los observatorios de Hanford y Livingston identificaron la señal GW150914. Se empleó el método de búsqueda conocido como de baja latencia que está diseñado para analizar los datos del detector muy rápidamente, en busca de las evidencias de un patrón en forma de ondas gravitatorias, pero sin modelar los detalles precisos de su forma. Estas búsquedas rápidas reportaron el evento candidato dentro de sólo los tres primeros minutos de detección. Los datos de las ondas gravitacionales obtenidos por los interferómetros de LIGO se compararon con un extenso banco de formas de ondas predichos teóricamente – un proceso conocido como el filtrado adaptado- con el objetivo de encontrar la forma de la onda que más se ajustaba a los datos.

Figura 3.Crédito: LIGO

La figura 3 presenta los principales resultados de estos análisis detallados, los cuales apuntan a que GW150914 fue producido por la fusión de dos agujeros negros. La parte media de la figura muestra la reconstrucción de la señal de ondas gravitatorias tal y como se ven por el detector de Hanford. Particularmente, hay que tener en cuenta, que el patrón rojo calculado teóricamente para la coalescencia de dos agujeros negros, coincide con el patrón gris detectado.

En la parte superior de la figura se muestran los horizontes de sucesos de los dos agujeros negros aproximándose y cómo se unen entre sí, produciéndose una gran oscilación antes de asentarse. La comparación de los datos de deformación con las predicciones teóricas nos permite comprobar si la relatividad general es capaz de describir completamente el evento. Se pasa esta prueba con nota: todas nuestras observaciones son consistentes con las predicciones de la relatividad general.

También podemos utilizar los datos para estimar las características físicas específicas del sistema que produjo GW150914, incluyendo las masas de sus dos agujeros negros antes de la fusión, la masa del agujero negro tras la fusión, y la distancia del evento.

Nuestros resultados indican que GW150914 fue producido por la fusión de  dos agujeros negros con masas de aproximadamente 36 y 29 veces la masa del Sol, respectivamente, y que el agujero negro, tras la fusión, tenía una masa de alrededor de 62 veces la masa del Sol. Consecuentemente, se deduce que el agujero negro está girando (los agujeros negros en rotación se predijeron teóricamente por primera en 1963 por el matemático Roy Kerr). Finalmente, los resultados indican que GW150914 se produjo a una distancia de más de mil millones de años de luz. Por lo que los detectores LIGO han observado un acontecimiento verdaderamente notable que sucedió hace mucho tiempo en una galaxia muy, muy lejana.

Si comparamos las masas de los agujeros negros pre y post-fusión, vemos que la coalescencia convierte aproximadamente tres veces la masa del Sol en energía de ondas gravitacionales, la mayor parte emitida en una fracción de un segundo. De hecho, el poder de las ondas gravitatorias radiadas por GW150914 fue de más de diez veces mayor que la luminosidad combinada (es decir, la potencia de la luz) de todas las estrellas y galaxias en el universo observable.

¿Cómo sabemos que GW150914 fue una fusión agujero negro?

Las masas previas a la fusión estimadas de los dos componentes en GW150914 refuerzan la idea de que son agujeros negros, sobre todo cuando a este dato se le suma la enorme velocidad y pequeña separación de los componentes, tal y como se muestra en la parte inferior de la figura 3, donde la velocidad se muestra en fracciones de la velocidad de la luz. Del mismo modo, se muestra que su separación es aproximadamente unas pocas veces el tamaño característico de un agujero negro, conocido como radio de Schwarzschild.

Estos gráficos señalan que los dos componentes se encontraban a tan sólo unos cientos de kilómetros de distancia antes de que se fusionaran, es decir, cuando la frecuencia de las ondas gravitatorias era de alrededor de 150 Hz. Los agujero negros no son los únicos objetos que pueden fusionarse, pero basándose en los datos de las masas, una par de estrellas de neutrones no serían lo suficientemente masivas, emitiendo como consecuencia de su fusión, frecuencias inferiores a 150 Hz.¿Estamos seguros de que GW150914 fue un evento astrofísico real?

Los científicos han llevado a cabo una variedad de controles independientes y exhaustivos para verificar la detección de GW150914.En primer lugar, como ya hemos señalado, el retardo de tiempo entre las observaciones realizadas en cada detector LIGO fue consistente con el tiempo de recorrido de la luz entre los dos sitios. Además, como se ve en la figura 1, las señales de Hanford y Livingston mostraron un patrón similar, como era de esperar, dada la cercana alineación de los dos interferómetros, y fueron lo suficientemente fuertes como para “sobresalir” contra el ruido de fondo del entorno a la hora del evento. La comprensión de este ruido de fondo es una parte esencial del análisis y consiste en el seguimiento de una amplia gama de datos ambientales registrados en ambos sitios: movimientos de tierra, las variaciones de temperatura y las fluctuaciones de la red eléctrica, por nombrar sólo algunos. Al mismo tiempo, muchos canales de datos monitorean en tiempo real el estado de los interferómetros – por ejemplo, que los diversos rayos láser estén correctamente centrados. Si cualquiera de estos canales ambientales o instrumentales indicaran un problema, entonces serían descartados los datos del detector. Sin embargo, a pesar de los exhaustivos estudios, no se han encontrado este tipo de problemas en los datos del momento del evento.

La primera detección de ondas gravitatorias y la primera observación de un agujero negro binario en fusión son grandes logros. Pero sólo representan un nuevo y emocionante capítulo de la astronomía. Durante la próxima década las mejoras que se produzcan en los detectores de la red mundial nos ayudarán a estudiar el Universo como no se ha hecho antes. Esta red global mejorará significativamente nuestra capacidad para localizar las posiciones de las fuentes de ondas gravitatoriass en el cielo y estimar con mayor precisión sus propiedades físicas.Más información en el enlace.

 

[Artículo cedido por Astrofísica y Física]

 Desde hace semanas he leído rumores en la red sobre que se acercaba el anuncio que aseguraba el descubrimiento de la detección directa de ondas gravitatorias. La prudencia llamó a  mi mente, pero los acontecimientos se han ido sucediendo uno tras otro y ahora nos encontramos con que pasado mañana, científicos del LIGO van a dar una rueda de prensa. ¿Casualidad? ¿Qué nos quieren contar? ¿Se han descubierto realmente las ondas gravitatorias?
Lo único seguro es que todavía tenemos que esperar dos días para poder dar respuesta a las preguntas anteriores. 
Pero, ¿por qué es tan importante este descubrimiento?

Las ondas gravitacionales son ondulaciones en el espacio-tiempo predichas por la Teoría de la Relatividad General de Einstein. Nos dice que los objetos masivos, como los agujeros negros y las estrellas de neutrones, deforman el espacio-tiempo a su alrededor, y cuando dos de estos gigantes colisionan, emiten unas ondulaciones hacia el exterior que viajan a la velocidad de la luz. Hasta ahora, no se ha anunciado su observación directa. Pero su detección nos aportaría una nueva prueba  a favor de la Teoría de la Relatividad General.

Además de estas implicaciones en la Teoría de la Relatividad, las aplicaciones van más allá del marco teórico del gran trabajo de Einstein. Hace 100 años las observaciones astronómicas se realizaban sólo en la parte visible del espectro. En la actualidad sabemos que observando en diferentes longitudes de onda podemos obtener muchos más datos sobre los fenómenos cosmológicos. Por ejemplo, la observación en el infrarrojo nos está llevando a descubrir objetos fríos antes invisibles. y la observación en rayos X nos da pista sobre los fenómenos violentos del Universo. ¿Qué información podríamos conseguir si vemos el Universo a través de las ondas de gravedad? Una nueva ventana se abriría nuestro pies, porque una vez que la detección y su estudio sea posible, los científicos esperan poder utilizar las ondas gravitacionales para analizar algunos de los procesos más violentos del universo: la fusión de agujeros negros y/o estrellas de neutrones, o la región central de las explosiones de supernovas. Ahora mismo estamos ciegos ante estos fenémonos.
Además, podríamos profundizar mucho más en el estudio de los primeros instantes del Universo acercándonos bastante hasta el Big Bang. Lo más que podemos aproximarnos ahora al principio es a través del estudio del Fondo Cósmico de Microondas que nos permite estudiar el Universo cuando tenía 400.000 años de edad. Pero, ¿qué ocurrió antes? Actualmente no tenemos métodos para profundizar más en la historia del Cosmos, pero a través de las ondas gravitatorias podríamos hacerlo ya que la Teoría de la Relatividad General nos dice que pueden atravesar esta barrera proporcionándonos datos de los primeros instantes del Universo.
Espero daros buenas noticias el jueves.

[Artículo cedido por Astrofísica y Física]

A pocas horas del final de este año 2015, creo que es bueno mirar atrás, y recordar que noticias y eventos han sido los más destacados. Ha sido un año emocionante astronómicamente hablando. En un aspecto más personal comenzó de manera terrible. Nuestro querido Johnsy, incansable compañero y protagonista de numerosos artículos, nos dejo a finales de Enero.

Chiquitín, nunca te olvidaremos.

Cara a recordar lo más destacado del año os he preparado una colección de 12 posts, uno por cada mes, que he considerado como más destacados. Evidentemente es una elección personal, pero espero que os guste. 

Enero
Un espectacular cometa surcó el firmamento invernal. El cometa Lovejoy llegó a ser observable incluso a simple vista desde lugares poco polucionados:
Febrero
El año pasado se descubrió que además de Saturno, Júpiter, Urano y Neptuno, un TNO tenía anillos. En Febrero investigadores del IAA encontraron indicios de la existencia de anillos alrededor del centauro Quirón. Los anillos comienzan a ser habituales:
Destellos desde Vega: Posibles anillos alrededor de Quirón
Marzo
El día 20 de marzo fue posible observar un eclipse total de Sol (parcial desde España). Eso sí, allí donde la climatología lo permitió:
Fotografías del eclipse de Sol desde Valladolid

Abril
Curiosity no deja de sorprendernos. En abril se anunció el hallazgo de condiciones favorables para la formación de agua líquida transitoria en forma de salmueras en el cráter Gale:
Destellos desde Vega: Curiosity encuentra evidencias de agua salada en Marte
Mayo
Tras varios años operativo, MESSENGER nos decía adiós. Arrancábamos el mes con la última imagen enviada a la Tierra.
Última imagen tomada por MESSENGER
Junio
Tras siete meses sin contacto con Philae, el 14 de junio recibíamos una grata sorpresa. Philae había despertado de un largo sueño:
¡Philae ha despertado!!!
Julio
Sin duda alguna, durante el mes de julio la estrella indiscutible fue la sonda New Horizons, que realizó su sobrevuelo sobre el planeta enano Plutón el 14 de julio y nos envío unas magníficas imágenes del remoto cuerpo:
Primeros resultados del sobrevuelo de New Horizons a Plutón y sus lunas, presentados hoy por la NASA
Agosto
La IAU ha puesto nombre a los exoplanetas descubiertos alrededor de 20 estrellas. Una propuesta española para la estrella mu Arae:
#NameExoWorlds #YoEstrellaCervantes
Septiembre
A finales del mes la Luna se tiñó de un intenso rojo. Todos nos maravillamos con un hermoso eclipse total de Luna, visible desde España y Sudamérica:
Fotografías del eclipse de Luna obtenidas con el teléfono móvil
Octubre
El firmamento del amanecer durante este mes nos ofreció unas hermosas vistas, la alineación de los planetas Venus, Marte y Júpiter, y durante algunos días, también la Luna se unió:
Alineación planetaria visible al amanecer que no te puedes perder
Noviembre

La teoría de la Relatividad General ha cumplido 100 años. Einstein nos proporcionó una nueva forma de ver y entender el espacio-tiempo:
100 años de Relatividad General
Diciembre
Al igual que en 2014 y nuevamente por diciembre un cometa nos sorprendía. Su denominación es C/2013 US10, más conocido como Catalina, y ha sido fácilmente observable al amanecer:
Guía de observación del cometa C/2013 US10 Catalina

El año 2016 arranca de modo similar a como arrancó 2015. Con incertidumbre. Nada más comenzar 2015 entró en vigor el canon AEDE (ver artículo “Nota informativa sobre la entrada en vigor del Canon AEDE“), que ha afectado muy negativamente a esta página, al no poder enlazar páginas españolas (lo que potencialmente puede ser causa de obligación de pago de dicho canon). Ahora, 2016 arranca con la incertidumbre del denominado Snipped Tax, que apunta a ser la versión europea del canon AEDE. Si este llegase a entrar en vigor y en los mismos términos que el canon AEDE… mejor no pensar en ello.

No quiero finalizar este post sin antes agradecer todas vuestras visitas y desearos un buen comienzo de año 2016. Gracias por acompañarnos un año más. También quiero agradecer a Verónica Casanova, por toda la ayuda que ha prestado a Vega 0.0 desde que arrancó en Septiembre de 2010, y sin la cual este blog, no existiría.
¡Os deseamos una feliz noche! ¡Nos leemos el año que viene!

Crédito: ESO

Hace cien años, Albert Einstein publicó su teoría de la relatividad general, uno de los avances científicos más importantes del último siglo.
Un resultado clave de la teoría de Einstein es que la materia deforma el espacio-tiempo, y es por ello los objetos masivos pueden causar curvaturas observables en la luz de objetos lejanos. El primer éxito de la teoría fue la observación, durante un eclipse de Sol, de la luz de una lejana estrella desviada cuando pasaba cerca del Sol, en una cantidad calculada previamente por la teoría.
Desde entonces los astrónomos han encontrado muchos ejemplos de este fenómeno, conocido como “lente gravitacional”. Más allá de una ilusión cósmica, las lentes gravitacionales permiten a los astrónomos una forma de estudiar galaxias y cúmulos de galaxias muy lejanos de una forma que de otro modo sería imposible incluso con el más potente de los telescopios.

Los últimos resultados de un grupo de galaxias conocido como “Cheshire Cat” muestra como la teoría de cien años de antigüedad de Einstein puede seguir aportando nuevos descubrimientos hoy en día. Los astrónomos han llamado así a este grupo por su parecido con la cara de un gato sonriendo. Algunas de las galaxias muestran una apariencia alargada y curvada debido a la gran cantidad de masa, la mayor parte en forma de materia oscura únicamente detectable mediante su efecto gravitacional.
Más específicamente, la masa que distorsiona la luz galáctica más lejana está distribuida rodeando las dos gigantes galaxias que serían los “ojos” y la “nariz”. Los múltiples arcos que dan la forma circular a la “cara” surgen de la deformación de la luz de cuatro diferentes galaxias de fondo, al igual que ocurre con las que forman los “ojos”. Las galaxias individuales del sistema, a la vez que los arcos formados por la lente gravitacional, han sido observadas en luz visible por el Telescopio Espacial Hubble de la NASA.
Cada galaxia que forma cada “ojo” es el miembro más brillante de su propio grupo de galaxias y estos dos grupos están moviéndose cada uno a más de 400.000 kilómetros por hora. Los datos del observatorio de rayos-X Chandra de la NASA (en púrpura) muestran el gas caliente que ha estado calentándose a millones de grados, y que es la evidencia de que los grupos de galaxias se están uniendo. Los datos en rayos-X de Chandra también muestran que el “ojo” izquierdo del grupo presenta una alimentación activa del agujero negro supermasivo del centro de la galaxia.
Los astrónomos piensan que el grupo se convertirá en lo que se conoce como grupo fósil, definido como una acumulación de galaxias que contienen una galaxia gigante elíptica y otras mucho menores y débiles. Los grupos fósiles pueden representar una etapa temporal por la que casi todos los grupos de galaxias podrían pasar en algún momento de su evolución. Por este motivo los astrónomos desean comprender mejor las propiedades y comportamiento de estos grupos.
El grupo representa la primera oportunidad para los astrónomos de estudiar un progenitor de un grupo fósil. Los astrónomos estiman que los dos “ojos” se juntarán dentro de mil millones de años, dejando una gran galaxia y docenas de otras menores en un grupo combinado. En ese momento ya se habrá convertido en un grupo fósil.
Un nuevo paper sobre el grupo fue recientemente publicado en The Astrophysical Journal y está disponible online. Los autores son Jimmy Irwin (University of Alabama), Renato Dupke (National Observatory of Brazil), Rodrigo Carrasco (Gemini Observatory), Peter Maksym (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics), Lucas Johnson y Raymond White III (Alabama).
Fuente de la noticia: “Where Alice in Wonderland Meets Albert Einstein“, NASA

Tal día como hoy, hace 100 años Albert Einstein presentaba en la Academia Prusiana de las Ciencias su Teoría de la Relatividad General, una nueva y potente herramienta para comprender nuestro Universo, el espacio-tiempo y una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza, la gravedad. 
Para celebrarlo os presentamos un magnífico artículo de Verónica Casanova que nos permitirá comprender mejor los aspectos fundamentales y más destacados de una teoría que revolucionó nuestra forma de ver el Universo en su conjunto. 
Prepárese para un viaje apasionante por la curvatura del espacio-tiempo….

La Relatividad General

1.- PASADO, PRESENTE Y FUTURO.
La teoría general de la relatividad de Albert Einstein es uno de los logros más imponentes de la física del siglo veinte. Publicada en 1916, explica lo que percibimos como fuerza de gravedad. De hecho, esta fuerza surge de la curvatura del espacio y del tiempo.
Einstein propuso que los objetos como el Sol y la Tierra variaban la geometría del espacio. En presencia de materia y energía, el espacio se puede deformar y estirar,formando cordilleras, montañas y valles que causan que los cuerpos se muevan por estas “rutas” curvas. Así que aunque la Tierra parezca moverse alrededor del Sol a causa de la gravedad,en realidad, tal fuerza no existe. Es simplemente la geometría del espacio-tiempo alrededor del Sol la que dice cómo debe moverse la Tierra.
La teoría de la relatividad general tiene consecuencias de largo alcance. No sólo explica el movimiento de los planetas, sino que también puede describir la historia y la expansión del Universo, la física de los agujeros negros, la curvatura de la luz de las estrellas y las galaxias distantes.
La relatividad general: la percepción de Einstein
En 1905, a la edad de 26 años, Albert Einstein propuso su teoría de la relatividad especial. La teoría conciliaba la física de los cuerpos en movimiento desarrollada por Galileo Galilei y Newton, con las leyes de la radiación electromagnética. Se postula que la velocidad de la luz es siempre la misma, independientemente del movimiento de la persona que lo mide. La relatividad especial implica que el espacio y el tiempo se entrelazan en un grado nunca antes imaginado.
A partir de 1907, Einstein comenzó a tratar de ampliar la relatividad especial para incluir la gravedad. Su primer éxito vino cuando estaba trabajando en una oficina de patentes en Berna, Suiza. “De repente un pensamiento me golpeó”, recordó. “Si un hombre cae libremente, no sentiría su peso … Este experimento mental simple … me llevó a la teoría de la gravedad”. Se dio cuenta de que existe una profunda relación entre los sistemas afectados por la gravedad y los que están acelerando.
El próximo paso adelante se produjo cuando Einstein introdujo las matemáticas geométricas desarrolladas por los matemáticos alemanes del siglo XIX Carl Friedrich Gauss y Bernhard Riemann. Einstein aplicó su trabajo para escribir las ecuaciones que relacionan la geometría del espacio-tiempo con la energía que contiene. Ahora conocidas como las ecuaciones de campo de Einstein, fueron publicadas en 1916, y sustituyeron a la ley de la Gravitación Universal de Newton. Estas ecuaciones siguen utilizándose hoy en día.
Usando la ley de la relatividad general, Einstein formuló una serie de predicciones. Demostró, por ejemplo, cómo su teoría explicaba el movimiento del planeta Mercurio. También predijo que un objeto masivo,como el Sol, debe distorsionar el camino que recorre la luz al pasar cerca de él. La geometría del espacio se comporta entonces como si fuera una lente.
Einstein también sostuvo que la longitud de onda de la luz emitida por una fuente cercana a un objeto masivo se debería estirar, es decir, debería sufrir un corrimiento hacia el rojo, ya que sale del espacio-tiempo curvado cercano al objeto masivo. Estas tres predicciones ahora se llaman las tres pruebas clásicas de la relatividad general.

La relatividad general.
En 1919, el astrónomo inglés Arthur Eddington  viajó a la isla de Príncipe situada en la costa de África occidental para ver si podía detectar la lente de la luz predicha por la relatividad general. Su plan era observar un cúmulo brillante de estrellas llamadas las Híades en el momento en el que el Sol pasaba delante de ellas. Para ver la luz de las estrellas, Eddington necesitaba un eclipse total de Sol para suprimir el resplandor del nuestra estrella.
Si la teoría de Einstein es correcta, las posiciones de las estrellas de las Híades deberían cambiar en un porcentaje aproximado de una parte entre dos mil de un grado.
Para señalar la posición de las Híades en el cielo, Eddington primero tomó una fotografía en la noche de Oxford. Luego, el 29 de mayo de 1919, fotografió a las Híades mientras yacían casi directamente detrás del Sol durante el eclipse total que se produjo ese día en la isla de Príncipe. Comparando las dos mediciones, Eddington fue capaz de demostrar que el cambio fue como Einstein había predicho y demasiado grande para ser explicado por la teoría de Newton.
Tras la expedición del eclipse, hubo cierta controversia en creer que los datos del análisis de Eddington habían sido correctos. Pero en la década de 1970, cuando las placas fotográficas fueron analizadas nuevamente, el análisis de Eddington demostró ser correcto.
El periódico The Times de Londres publicó: “triunfa la Teoría de Einstein”. A partir de entonces, a medida que se han demostrado más consecuencias de su teoría, la relatividad general se ha arraigado en el saber popular, con su descripción de un Universo en expansión y los famosos agujeros negros. En 1959, Robert Pound y Glen Rebka anunciaban la comprobación del corrimiento al rojo de la luz (corrimiento de la longitud de onda), emitida por una estrella que se aleja de la Tierra a gran velocidad, lo que constituía la tercera prueba clásica, propuesta por Einstein en 1907.
2. CÓMO LA RELATIVIDAD GENERAL DA FORMA A NUESTRO UNIVERSO
La teoría general de la relatividad de Einstein ha revelado que el Universo es un lugar extremo. Ahora sabemos que era caliente y denso, y que se ha expandido durante los últimos 13,7 mil millones años. También dedujo la existencia de regiones tan densas que deforman el espacio-tiempo, llamadas agujeros negros que atrapan todo lo que entran en sus garras.
Agujeros negros en la Teoría General de la Relatividad.
Poco después de que Einstein propusiera su teoría de la relatividad general, un físico alemán llamado Karl Schwarzschild encontró una de las primeras y más importantes soluciones a las ecuaciones de campo de Einstein. Ahora conocida como la solución de Schwarzschild, este resultado describe la geometría del espacio-tiempo alrededor de estrellas muy densas, teniendo algunas características muy extrañas.
Para empezar, justo en el centro de tales organismos, la curvatura del espacio-tiempo se hace infinita, formando una característica llamada singularidad. Una característica aún más extraña es una superficie esférica invisible, conocida como el horizonte de sucesos, alrededor de dicha singularidad. Nada, ni siquiera la luz, puede escapar del horizonte de sucesos. Casi se puede pensar en la singularidad de Schwarzschild como un agujero en el tejido del espacio-tiempo.
En la década de 1960, el matemático neozelandés Roy Kerr descubrió una clase más general de soluciones para las ecuaciones de campo de Einstein. Describen objetos densos que están girando, y son incluso más extraños que la solución de Schwarzschild.
Los objetos que las soluciones de Schwarzschild y de Kerr describen se conocen como agujeros negros. Aunque todavía no se ha visto directamente ningún agujero negro, hay pruebas abrumadoras de su existencia. Normalmente se detectan a través de los efectos que tienen en las inmediaciones de cuerpos astrofísicos tales como las estrellas o el gas.
El Universo en expansión.
Una de las predicciones más sorprendentes de la relatividad general la obtenemos si tenemos en cuenta lo que ocurre en el Universo en su conjunto.
Poco después de que Einstein publicara su teoría, el meteorólogo y matemático ruso Alexander Friedmann y el sacerdote belga Georges Lemaître demostraron que el Universo debe evolucionar en respuesta a toda la energía que contiene. Argumentaron que el Universo debería tener un inicio pequeño y denso, para expandirse y diluirse con el tiempo. Como resultado, las galaxias se alejarían unas de las otras.
Einstein no confiaba en esta conclusión de Friedmann y Lemaître, sino que él creía en un Universo estático. Pero un descubrimiento realizado por el astrónomo estadounidense Edwin Hubble hizo que cambiara de idea.
Hubble analizó el alejamiento de las galaxias de la Vía Láctea. Descubrió que las galaxias distantes se alejan más rápido que aquellas que están relativamente cerca. Las observaciones de Hubble demostraron que el Universo se está expandiendo. Este modelo del cosmos fue conocido más tarde como el Big Bang.
En los últimos 20 años, un gran número de observaciones de gran alcance realizadas por los satélites y los grandes telescopios han aportado aún más evidencias de la evolución y expansión del Universo. Hemos obtenido una medida exacta de la tasa de expansión del Universo y de la temperatura de la radiación remanentes del Big Bang, y hemos podido observar galaxias jóvenes cuando el Universo estaba en su infancia. Ahora se acepta que el Universo tiene aproximadamente 13,7 mil millones de años.
3. FRONTERAS DE LA TEORÍA GENERAL DE LA RELATIVIDAD.
La relatividad general predice que el Universo está lleno de fenómenos exóticos. El espacio-tiempo puede temblar como la superficie de un estanque y parece estar lleno de una misteriosa forma de energía que está expandiendo el Universo. También es posible que el espacio-tiempo esté tan deformado que sea posible viajar hacia atrás en el tiempo.
Ondas gravitatorias.
Según la relatividad general de la relatividad, incluso el espacio-tiempo vacío de estrellas y galaxias, puede tener una vida propia. Las conocidas ondas gravitacionales se pueden propagar a través del espacio de la misma manera que las ondas repartidas en la superficie de un estanque.
Una de las pruebas restantes de la relatividad general es medir directamente las ondas gravitacionales. Con este fin, los físicos experimentales han construido el Observatorio de Interferometría Láser de Ondas Gravitatorias (LIGO) en Hanford, Washington, y Livingston, Louisiana. Cada experimento consta de rayos láser que se reflejan entre espejos colocados hasta a 4 kilómetros de distancia. Si una onda gravitacional pasa a través del espejo, distorsiona ligeramente el espacio-tiempo, dando lugar a un cambio en los rayos láser. Al monitorizar las variaciones de tiempo en los rayos láser, es posible buscar los efectos de las ondas gravitacionales.
Nadie ha detectado una onda gravitacional directamente, pero tenemos pruebas indirectas de que existen, como las halladas en los púlsares.
El Universo oscuro.
El Universo en expansión predicho por la relatividad general se ha convertido en una teoría firmemente arraigada en la ciencia moderna. A medida que nuestra capacidad de observar galaxias lejanas ha mejorado, el mapa del Cosmos se ha ampliado, generando una imagen de un Universo que ha revelado características muy exóticas.
Para empezar, los astrónomos han sido capaces de medir la velocidad de las galaxias espirales distantes, y esto muestra que la periferia de las galaxias están girando demasiado rápido como para ser frenadas por la masa de las estrellas y el gas que contienen. Más masa es necesaria en las galaxias para generar la suficiente gravedad que muestran en su comportamiento.
La explicación popular es que las galaxias contienen grandes cantidades de otras formas de materia conocida como “materia oscura” porque no emite ni refleja la luz. La materia oscura se agrupa alrededor de las galaxias y los cúmulos de galaxias en bolas gigantescas conocidas como halos.
Gravedad cuántica.
La relatividad general es sólo uno de los pilares de la física moderna. El otro es la mecánica cuántica, que describe lo que sucede a escala atómica y subatómica. Su encarnación moderna, la teoría cuántica de campos, ha sido un éxito espectacular para describir y predecir el comportamiento de las partículas y las fuerzas fundamentales.
El principal desafío ahora es combinar las dos ideas en una teoría general, que se conocerá como la gravedad cuántica. Esta teoría sería crucial para explicar los primeros instantes del Big Bang, cuando el Universo era denso, caliente y pequeño, o lo que ocurre cerca de la singularidad en los núcleos de un agujero negro, donde los efectos de la física cuántica pueden competir con los de la relatividad general.
Aunque no existe todavía ninguna teoría definitiva de la gravedad cuántica, hay varias teorías candidatas siendo exploradas. Una de ellas es la teoría de cuerdas.

El día 21 de Diciembre del 2012, la fotografía protagonista del APOD fue el anillo de Einstein denominado LRG 3-757. Tal y como se ve en la imagen, se trata de una lente gravitatoria mediante el cual, la gravedad creada por la masa de la galaxia en primer plano (en el centro de la herradura y más rojiza), desvía la luz de una galaxia que se encuentra más distante y detrás de la primera. En el caso de LRG 3-757 la alineación entre ambas galaxias (con respecto a nosotros) es extremadamente alto, causando que casí se cierre. Lo normal suele ser que se creen dos imágenes de la galaxia de fondo. La siguiente ecuación especifica el tamaño angular -radio de Einstein- (en radianes) del anillo:

Donde d(L) es la distancia angular [1] entre nosotros y la galaxia que actúa como lente, d(F) la distancia angular a la galaxia de fondo, y d(LF) la distancia angular entre ambas galaxias. M es la masa de la galaxia que actúa como lente. No obstante hay más casos parecidos a LRG 3-757, como B1938+666, que además fue el primero descubierto.

Fuente: en.wikipedia.org

[1] Corrección post-publicación: Tal y como nos indica Albert, “La “distancia angular” es un concepto de Cosmología que corresponde a una distancia, no a un ángulo, por lo tanto se mide en Mpc o en años-luz. Pero no es la distancia propia, es una distancia corregida adecuadamente por la expansión del Universo y se calcula dividiendo la distancia propia por (1+z) en donde “z” es el desplazamiento al rojo.

24 Oct / 2015

¿Qué es un tensor?

Tensor
Sin duda alguna cuando se habla de un tema como la relatividad, rápidamente surge un concepto: el tensor. El tensor es un objeto matemático muy utilizado en física.
Un escalar es un objeto matemático definido por una variable. Por ejemplo, la temperatura es un escalar.
Si este objeto le definimos, por ejemplo, en tres dimensiones, tenemos entonces un vector con componentes x, y, z. Un ejemplo de vector, sería el vector velocidad, mediante el cual le asignamos a un punto una dirección en el espacio.
Sin embargos no es suficiente con usar escalares y vectores para definir matemáticamente el mundo en el que vivimos. En 1899, el físico alemán Woldemar Voigt, presentó el concepto de tensor, aplicado a las tensiones en un cuerpo. Para entender como funciona este tensor, llamado tensor de tensiones o(i,j), supongamos que cogemos un cuerpo que lo dividimos por la mitad, y sobre la superficie resultante del corte, elegimos un punto P. Así, hay un vector que representa la tensión en dicho punto P denominado o(x,i). En este caso el subíndice x indica que el vector es perpendicular al plano yz. Si fuese el vector o(y,i) sería perpendicular al plano xz, y el o(z,i) lo sería a xy. [Ver figura del post]  De este modo tenemos que para P, considerando las tres direcciones x, y, z, tendremos 9 componentes: 3 componentes que tiene un vector, por cada una de las 3 direcciones. El índice i hace referencia a las tres componentes del vector.
Así se considera que un escalar es un tensor de orden 0, un vector es tensor de orden 1, y un tensor es de orden 2 o más. En el caso concreto de la relatividad, en el espacio-tiempo un punto P tiene cuatro coordenadas (x,y,z,t), por lo que tenemos un tensor cuatridimensional, que tendrá 16 valores asociados.