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martes, enero 24, 2006

ADIOS

Alguna vez Albert Einstein dijo que “hay solo dos cosas infinitas: El Universo y la estupidez humana. Sin embargo de lo primero no estoy totalmente seguro”.

Después de haber iniciado hace unos meses estas columnas, respondiendo a una gentil invitación del creador de este diario electrónico: El Aconcagua, he estimado oportuno dejar de escribir. Reconozco que las áreas de intereses de los seres humanos, son muy diversas y estoy absolutamente consciente que mi particular gusto por las ciencias astronómicas no es el gusto de la mayoría. Aun así siempre consideré que podía ser de algún provecho la publicación de mis escritos que tenían como objetivo ser una modesta contribución a la mejor comprensión del Universo. No se cuantas personas pudieron haber leído mis discursos escritos sobre la materia. Si sé ciertamente que no fueron muchos los que se interesaron. Baste leer los otros foros de opinión y sus dinámicas de preguntas y respuestas publicados en este mismo medio de comunicación para advertir que lo descrito en mi Blog, no guarda relación con la forma y el fondo de las materias que la gente quiere conocer y opinar.
Agradezco a quienes durante este tiempo se tomaron la molestia de leer mis fastidiosas letras y también a aquellos cuya sabiduría les aconsejó que no lo hicieran.

miércoles, enero 18, 2006

ENIGMAS Y MISTERIOS DEL UNIVERSO

He buscado una correcta definición de las palabras enigmas y misterios. El diccionario las describe como sigue: Enigma: “cosa que debe adivinarse a partir de una descripción o definición ambiguas”. Luego agrega: “persona o cosa que es difícil de definir o conocer a fondo”. Podemos entender que a pesar de tal definición, un enigma puede llegar a comprenderse y tener solución. Por otra parte, referente a la palabra misterio, nos indica: “cosa incomprensible para la mente humana o muy difícil de comprender o interpretar”. En todas las ciencias de la naturaleza hay enigmas y misterios y en la Astronomía también los hay. Durante la investigación de los fenómenos de la naturaleza surgen muchas preguntas y problemas cuya explicación se encuentra con facilidad dentro del marco de la ciencia, no obstante existen otras controversias tan complicadas que parecen escapar a las posibilidades de la explicación científica y sólo los especialistas pueden intentar abordarlas. Estas situaciones constituyen los enigmas de la ciencia. Estos pueden estar acompañados de verdaderos misterios de la naturaleza, que escapan y escaparán a la comprensión e inteligencia de los hombres. Siempre habrá misterios insolubles, porque no tenemos en todo momento una información completa de los fenómenos debido a que nuestros sentidos son limitados, y debido a la insuficiencia de nuestra tecnología para captar las señales que desde el cosmos nos llegan, pero principalmente porque el hombre no tiene cantidad de neuronas suficientes para desarrollar una inteligencia tal, que le permita comprenderlo todo. Es muy importante entonces establecer los límites de la ciencia, para poder distinguir lo que es verdadero conocimiento científico que trata de los problemas y enigmas, de lo que es creencia y especulación pura que es la que se ocupa de los misterios.
La finalidad y alcance de la ciencia es mucho más modesto de lo que se cree. No pretende nunca ser una explicación última y definitiva, sino una descripción válida y coherente de la naturaleza. La ciencia empieza observando fenómenos y experimentando, para luego formular hipótesis o teorías que racionalmente expliquen los resultados de los fenómenos medidos. Con todo esto, la ciencia construye modelos que expliquen coherentemente los fenómenos observados. Pero si el modelo no es suficiente, éste se modifica constituyendo lo que se denomina una revolución científica. Un ejemplo clásico de esto es el cambio del modelo geocéntrico de Universo de Ptolomeo por el modelo heliocéntrico de Copérnico.
De un ejemplo de enigmas y misterios en astronomía nos ocuparemos hoy. Michael Disney, profesor de astronomía de la Universidad de Cardiff de Inglaterra escribe: “en los últimos años se han acumulado pruebas de que existe en cada volumen de Universo una masa superior entre diez y cien veces a la que podemos explicar con nuestras teorías y observaciones actuales”. En otras palabras, hoy se cree que hay mucha más materia que la que podemos observar. Esa materia se le ha denominado Materia Oscura y de acuerdo a los estudios realizados por el telescopio espacial Hubble sobre la formación y rotación galáctica en cúmulos de galaxias lejanas, sería de un 90 % más. Los cosmólogos no pueden explicar la formación de tantas estrellas y colosales cúmulos de galaxias sólo con la materia que observamos. Piensan que en el Universo existen unos 300 mil millones de galaxias y cada una de ellas con unos 200 mil millones de estrellas y todo eso requiere de acuerdo a los actuales modelos teóricos de mucha más materia. La solución de este enigma será trascendental para predecir el destino del Universo, porque si hoy se piensa que el Universo se encuentra en expansión de acuerdo a la velocidad de recesión de las galaxias, sería posible imaginar que tal cantidad de materia invisible podría ser suficiente para determinar una gravedad suficiente que frene en algún momento dicha expansión y nuestro Universo se contraiga en un Big-Crunch y de ahí, a un nuevo Big-Bang. En el campo de los misterios, uno de los más apasionantes es si el Universo es finito o infinito. Todo lo que de él se ha podido observar corresponde a las señales que desde diferentes partes nos llegan. Estas señales provienen en las distintas longitudes de ondas y aquellas que parecen venir desde los lugares más apartados del universo, han viajado por el espacio durante unos 18 mil millones de años antes de llegar a nosotros. Más allá, no ha sido posible ver porque mientras más lejos de nosotros se encuentre el cuerpo celeste que nos envía esas señales, de acuerdo a la expansión del Universo, más rápidamente se aleja de nosotros de tal manera que se ha establecido un verdadero Horizonte Cósmico que es una frontera entre lo observable de lo inobservable, más allá del cual nunca se podrá ver nada ni en el espacio ni en el tiempo, puesto que las señales que desde allá nos deberían llegar, se están alejando de nosotros a la velocidad de la luz. Según la Teoría de la Relatividad nada puede viajar más rápido que la luz. Describir otra cosa en el futuro constituirá una nueva revolución científica con insospechadas consecuencias para la especie humana. No podremos comprobar empíricamente nunca si el Universo es finito o infinito. Sólo la fantasía y la especulación pueden soñar sobre este misterio del Cosmos.

sábado, diciembre 03, 2005

ASI MUEREN LAS ESTRELLAS (Parte 4 final)

En este cuarto y último capítulo, hablaremos muy resumidamente de lo que significa el modo más espectacular de morir de una estrella. Hemos dicho que de la masa de la estrella depende su vida y la manera de morir y en ese sentido hemos repasado que las estrellas pequeñas van terminar sus días como enanas blancas. Nuestro Sol tendrá en unos 5.000 millones de años más un final de este, tipo mientras que estrellas con masas superiores al límite de Chandrasekhar o sea 1,4 masa-solar, terminarán como supernovas y estrellas de neutrones. El problema surge cuando nos referimos a estrellas que tienen más de 4 masas-solares. En este rango es posible encontrar estrellas gigantes que tienen unos 400 millones de kilómetros de diámetro, es decir unas 350 veces el diámetro del Sol. En este tipo de estrellas, se producen procesos nucleares en su interior que significan la liberación de mucha energía para poder mantener la estrella medianamente estable. Esto se logra pero no durante mucho tiempo y cuando el combustible nuclear ha acabado, la estrella inicia un rápido camino a su autodestrucción que termina con la formación de un hoyo negro.
Tratar de explicar lo que es un hoyo negro, es como explicar lo inexplicable, puesto que los fenómenos que se producen con la materia en el interior de un hoyo negro, no pueden ser interpretados por la física clásica y no es posible reproducir en laboratorios lo que se produce en un hoyo negro.
El nombre de hoyo negro lo propuso en el año 1969 el científico norteamericano John Wheeler, para describir la idea que existía desde la época de Newton, de que una estrella con una inmensa masa, podía generar una fuerza de gravedad tan grande que era incapaz de sostenerse por sí sola. El gas de neutrones degenerado que constituye una estrella de neutrones, tiene una densidad que supera los mil millones de toneladas por centímetro cúbico. A modo de ejemplo, es como si quisiéramos comprimir nuestro planeta Tierra hasta formar una esfera de 200 metros de diámetro.
Si la estrella de neutrones resultante de una supernova, posee una masa mayor a 4 masas-solares, la estrella se contraerá indefinidamente. Este estado se denomina singularidad y en él, las leyes de la física no tienen validez. Alrededor del hoyo negro y a cierta distancia, se producirá un límite denominado horizonte de eventos que separa lo que se encuentra dentro del hoyo negro de lo que existe fuera de él. Este punto es donde la gravedad del hoyo negro es tan grande que la velocidad de escape es igual a la velocidad de la luz. Velocidad de escape es aquella rapidez que debe poseer un cuerpo para escapar de la atracción gravitatoria que para el caso de la Tierra es de 11,2 kilómetros por segundo. Entonces en un hoyo negro, ni la luz puede escapar de su inmensa gravitación. Por eso los hoyos negros no pueden verse. Es un absurdo intentar observar uno por medio de los telescopios. Sin embargo los astrónomos no tienen dudas de su existencia puesto que si bien es cierto no son observables, sí lo son los efectos que un hoyo negro produce por su campo gravitatorio en los cuerpos celestes que se encuentran en su cercanía. Por otro lado la materia que cae al interior del hoyo negro, sufre cambios en su estructura, que la mecánica cuántica describe mediante la emisión de energía que sí es posible detectar desde la Tierra. De acuerdo a la teoría de la Relatividad, nada puede desplazarse más rápido que la luz, entonces debido al campo gravitatorio del hoyo negro, todo cae hacia su interior incluso, la luz y también la dimensión espacio-tiempo. En las proximidades de un hoyo negro, el espacio y el tiempo se curvan cada vez más, cuanto más cerca se encuentre el hoyo negro. Hay quienes piensan que por medio de un hoyo negro es posible viajar a lugares muy distantes y en tiempos cortos, sin embargo, está claro que la fisiología y anatomía humana, no podrían soportar los inmensos cambios físicos que se producirían en el supuesto astronauta y perecería rápidamente. Otros postulan que a través de un hoyo negro se puede cruzar a universos paralelos, pero también es una aventura sin retorno. Hay una serie de estrellas candidatas a ser consideradas como hoyo negro. Una de ellas es el objeto llamado Cygnus X-1 que se encuentra en la constelación del Cisne. A su lado existe una estrella visible de la cual Cygnus X-1 está absorbiendo materia. Se calcula que ese objeto tiene una masa de alrededor de seis masas-solares, demasiado grande como para ser una enana blanca o una estrella de neutrones. Actualmente no existe duda alguna de que es un hoyo negro que va a terminar “comiéndose” la estrella compañera. Tal vez en el entendimiento cabal de lo que representa un hoyo negro, radique la comprensión del Universo y su destino final.

viernes, diciembre 02, 2005

ASI MUEREN LAS ESTRELLAS (Parte 3)

Como hemos visto, conocer la masa de una estrella es determinante para establecer de qué manera va a terminar su vida. La composición química de una estrella que ha evolucionado como nuestro Sol, es de un 75% Hidrógeno, un 23% de Helio y el resto de pequeñas cantidades de elementos más pesados. Las estrellas con masa mayor, tienen una vida muy corta puesto que acaban con su combustible más rápidamente que las de tamaño mediano como nuestro Sol. Entonces estas estrellas muy masivas queman hidrógeno y en un tiempo no mayor de 100 millones de años lo consumen todo, de tal manera que comienzan a quemar el helio resultante, formándose en su interior una zona de combustión nuclear de más de 50 millones de grados. Como producto de estas reacciones en su interior, los átomos de Helio de fusionan dando origen al Carbono y estos a su vez se vuelven a fusionar formando átomos de Oxígeno, luego Neón, luego Magnesio, luego Silicio, luego Azufre, etc., hasta llegar a Hierro. La combustión de átomos de Hierro requiere que en el interior de la estrella existan temperaturas de alrededor de los 100 millones de grados centígrados. Todos los elementos resultantes que se van creando como consecuencias de la transmutación ocurrida, son mucho más pesados y se van concentrando en el interior de la estrella produciendo una fuerza de gravedad enorme que ya no es capaz de compensar la energía que produce la estrella por lo tanto en algún momento, se rompe el equilibrio que la sostiene y se produce en fracciones de segundos un colapso gravitacional, es decir una implosión. La estrella cae sobre sí misma por su propia gravedad, comprimiéndose la materia de tal manera que rebota desde el centro y por medio de una fantástica explosión ésta se desintegra casi en su totalidad, produciendo en décimas de segundos, un brillo que puede llegar a ser diez mil millones de veces más brillante que el Sol, liberando abruptamente toda su energía. Este fenómeno se denomina Supernova. Todos los años se observan desde la Tierra unas diez supernovas, pero todas han ocurrido en galaxias muy distantes. Desde los tiempos de Kepler más precisamente el año 1604, no se ha producido una supernova en nuestra galaxia. Mucho antes, el 4 de Julio de 1054 los astrónomos chinos vieron aparecer una nueva estrella en la constelación de Tauro. En aquel entonces no se sabía la existencia de las supernovas y se creía que lo visto, era una estrella que había nacido. Esa supernova brilló durante dos años mucho más que el planeta Venus, incluso durante el día era posible verla en el cielo. Luego fue rápidamente descendiendo la intensidad del brillo hasta desaparecer. Hoy, al mirar el cielo en esa dirección podemos observar el remanente de esa formidable explosión y corresponde a la nebulosa El Cangrejo que el famoso astrónomo Messier identificó como el objeto número 1 de su catálogo. Por otra parte, recién en Febrero de 1987 desde el observatorio Las Campanas en el norte chileno, el astrónomo Ian Shelton descubrió una supernova en la galaxia Gran Nube de Magallanes. Los que tuvimos la ocasión de verla durante algunas semanas, asistimos a la muerte de la estrella Sanduleak que en la realidad ocurrió hace 170.000 años.
Pero la verdad es que a pesar de la explosión gigantesca que ocurre en una supernova, una pequeña parte de la materia de la estrella permanece en el centro de ella con una presión gravitatoria inmensa a tal punto que los electrones de los átomos, movidos por las leyes de la mecánica cuántica, se comprimen contra el núcleo y chocan con los protones, formando neutrones, transformándose en una estrella de neutrones. Aquí la masa se encuentra más comprimida aún y la estrella puede llegar a tener un diámetro de pocos kilómetros. Las estrellas de neutrones producen a su alrededor un campo magnético de gran intensidad y a medida que la estrella más se contrae, este campo aumenta y la rotación sobre su eje se incrementa mucho. La estrella de neutrones remanente que existe al interior de la Nebulosa del Cangrejo tiene un período de rotación de 30 giros por segundo. Esta rápida rotación le hace emitir gran cantidad de energía electromagnética generalmente ondas de radio y rayos X, como si fuera un “faro intergaláctico”. Por esta capacidad de emitir radiación al espacio, las estrellas de neutrones, también son denominadas púlsares. Pareciera ser que todas las supernovas dejan después de su explosión un pulsar, sin embargo hoy se discute la posibilidad que una enana blanca también pueda dar origen a una estrella de neutrones, si se encuentra en las cercanías de otra estrella a la cual por atracción de gravedad le quita materia, aumentando de esta manera la suya, hasta que en su interior la masa adquiere gravedad suficiente para que se produzcan fenómenos cuánticos de producción de neutrones.

jueves, diciembre 01, 2005

ASI MUEREN LAS ESTRELLAS (Parte 2)

Hemos dicho que las estrellas que se encuentran en un estado de actividad normal, están constituidas fundamentalmente por Hidrógeno, que es el combustible que ellas queman en sus interiores para no sólo producir energía sino que también para compensar y equilibrar su volumen. Una estrella es estable y vive muchos miles de millones de años en la medida que logre mantener el equilibrio entre la fuerza de la gravedad que tiende de contraerla y la presión interna que trata de expandirla por ser un gas muy caliente. Mediante la observación por telescopios en el campo de la luz visible, es posible describir muy pocas características de ellas debido a que como se encuentran muy lejos no es factible verlas con detalles. Como un ejemplo de sus distancias, recordemos que la estrella Próxima Centauro es la más cercana a nosotros después del Sol y se encuentra a 4,3 años-luz. Si pudiéramos viajar en una nave a la velocidad de la luz, demoraríamos poco más de cuatro años en llegar a ella. Entonces para la observación de las estrellas es preciso hacer uso de otros instrumentos que reciben información en otras longitudes de ondas del espectro electromagnético, tales como la observación del infrarrojo, ultravioleta y en las emisiones de rayos X, radiación Gamma y en las ondas de radio. Por medio del análisis de la información recibida en estas bandas, los científicos pueden establecer algunos patrones de conducta de las estrellas. De esta manera se pueden conocer muchos datos tales como: masa, temperatura, tamaño, luminosidad, composición química de la estrella observada, movimiento propio y radial, brillo y también los efectos que pueda hacer sentir sobre otros cuerpos que se encuentren bajo su influjo gravitacional.
Conocer la masa, es decir la cantidad de materia que una estrella posee, es determinante para predecir el curso que ella seguirá durante su vida. Cuando hablamos de masa, acostumbramos a significar lo mismo que peso, sin embargo masa y peso son diferentes cualidades de la materia. En la superficie de la Tierra un gramo de masa, corresponde a un gramo-peso, pero si esa masa la colocamos en un lugar cualquiera del espacio, esa masa es la misma pero no tiene peso. Nuestro Sol tiene una masa de 2 x 1033 gramos, lo que es unas 330.000 veces mayor que la masa de la Tierra. Por comodidad las masas de las estrellas se expresan en masas solares, por lo que es posible clasificar las estrellas de acuerdo a su masa entre un rango de 0,1 y 100 masas solares. El Sol por su masa se estabilizó como una estrella amarilla con 6.000 grados centígrados de temperatura en la superficie. Una estrella con 10 masas solares tiene una luminosidad 10.000 veces mayor que nuestra estrella.
La muerte de una estrella, no representa necesariamente la inactividad total de ella, puesto que ésta cuando ha acabado el combustible de hidrógeno que le permitía producir energía, luz y temperatura, comienza a desarrollar otros procesos en su interior que van a cambiar radicalmente su constitución, aspecto y destino.
Cuando la estrella tiene una masa igual o inferior al Límite de Chandrasekhar, o sea igual o menor a 1,4 masa solar, ésta consumirá todo su hidrógeno, y para poder compensar la fuerza de gravedad, iniciará el consumo del Helio que ha resultado de la transmutación del hidrógeno. Al quemar Helio, éste se transmuta en Carbono que es un elemento más pesado. Entonces la estrella se expande rápidamente aumentando su tamaño hasta unas cien veces su diámetro. Este nuevo estado denominado gigante roja dura unos 2.000 años, y como producto de la expansión, las capas exteriores de la atmósfera no son retenidas por la gravedad y se disipan en el espacio, quedando la imagen al telescopio, de una nebulosa planetaria. Los restos que quedan de la estrella, se agrupan en un pequeño núcleo donde la materia se encuentra muy concentrada originando una alta densidad e iniciando un proceso de enfriamiento paulatino provocando la muerte de la estrella, transformándose en una enana blanca. Para una estrella de la masa de nuestro Sol, la enana blanca resultante será un cuerpo con una densidad de una tonelada por centímetro cúbico y con un diámetro similar al de la Tierra, unos 10.000 kilómetros. En este estado, la materia se encuentra tan comprimida que los átomos han perdido todos sus electrones y se encuentran distribuidos en un mar de electrones libres que se mueven entre los núcleos. Para ese entonces nosotros y la Tierra que nos cobija no existiremos puesto que cuando el Sol entre en la fase de gigante roja su diámetro será tan grande que calcinará los planetas Mercurio, Venus y Tierra. Este será el fin de nuestro Sol y por consiguiente del Sistema Solar.

miércoles, noviembre 30, 2005

ASI MUEREN LAS ESTRELLAS (Parte 1)

Es probable que uno de los temas más apasionantes de la Astronomía sea el estudio de la manera en que las estrellas llegan a su estado final. Durante muchos años los astrofísicos han intentado desarrollar teorías que puedan explicar qué pasa cuando una estrella llega a su fin. Son cuerpos celestes que viven por miles de millones de años y se encuentran a distancias enormes. Entonces, para predecir su comportamiento y destino, es necesario recurrir a la explicación teórica, porque la civilización humana no ha vivido tanto tiempo como para poder observar los cambios que una estrella tiene en miles de años. Además se encuentran tan lejos, que lo que observamos de ellas es en realidad su pasado, puesto que la luz a pesar de desplazarse a una velocidad enorme (300.000 km/seg), ha viajado por el espacio durante muchos años antes de llegar a nosotros.
Reproducir en laboratorio los fenómenos que ocurren con la materia al interior de las estrellas es imposible. Por lo tanto, los modelos que se construyen, se desarrollan sobre la base de cálculos matemáticos y físicos, en lo que constituye el campo de la Física Teórica. Recientemente se ha avanzado bastante en lograr fusión nuclear en frío ya que la fusión en caliente como la que se produce al interior de las estrellas donde la fuerza gravitacional es desmesurada y las temperaturas superan los 15 millones de grados centígrados, no se puede lograr experimentalmente. La fusión nuclear (no fisión) consiste en que dos átomos de un determinado elemento se funden formando otro elemento químico más pesado liberando mucha energía.
Todas las estrellas que se encuentran en su fase activa como nuestro Sol, son cuerpos celestes esféricos de inmensas proporciones que producen calor, luz y energía, mediante un proceso de combustión nuclear donde el Hidrógeno que es el elemento químico que se encuentra en mayor cantidad en ellas, es el combustible que se quema mediante una reacción denominada cadena protón-protón, que en términos simples significa que como producto final de esta cadena, cuatro átomos de Hidrógeno se fusionan para formar un átomo más pesado de Helio con la consiguiente liberación de energía y la emisión de partículas subatómica como los positrones y los neutrinos. De esta manera la estrella genera su energía, que expulsa al exterior, contrarrestando así la gravedad que obliga a las capas superficiales de la estrella a caer sobre sí misma y contraerse violentamente hacia un punto de mayor densidad. Es este el equilibrio que permite la estabilidad de una estrella. Sin embargo las de mayor masa requieren mucho más producción de energía para mantener este equilibrio, entonces para lograrlo consumen más rápidamente todo su hidrógeno y en consecuencias viven un tiempo menor. Nuestro Sol es una estrella de tamaño pequeño por lo tanto se encuentra gastando su combustible lentamente. Esto hace que sea una estrella estable que puede vivir mucho tiempo más. Los astrónomos han calculado que la actual masa del Sol, le permitirá seguir viviendo de la manera como la vemos en la actualidad, por otros 5.000 millones de años. Del mismo modo, han calculado que de acuerdo al consumo de hidrógeno hasta ahora, se puede asegurar que el Sol y sus planetas han existido hasta ahora unos 4.500 millones de años, con una combustión de hidrógeno de unos 600 millones de toneladas por segundo.
El Premio Nobel de Física de 1983, el norteamericano de origen hindú Subrahmanyan Chandrasekhar en sus estudios sobre la evolución estelar, llegó a la conclusión hoy ampliamente aceptada que las estrellas tienen un final de acuerdo a la masa que poseen. Tomó como patrón la masa de nuestro Sol a la que le dio un valor de 1. Luego estableció que las estrellas con masa no superior a 1.4 masa-solar (límite de Chandrasekhar) terminarían sus vidas como enanas blancas, mientras que aquellas con masas superiores hasta 4 masas-solares, se transformarían en estrellas de neutrones cuando hubieran terminado su combustión. Finalmente predijo que aquellas con masas más allá de las 4 masas-solares, acabarían de la manera más catastrófica que hasta ahora la física teórica puede explicar: en un agujero negro.

jueves, noviembre 24, 2005

UNA PENA DE CUATRO AÑOS

Hoy se cumplen cuatro años de aquel día en que mi madre partió a la Casa del Señor.
Durante todo este tiempo, he aprendido a convivir con una silenciosa tristeza que aprieta cada día el corazón.
Caty se llamaba, y era como todas las madres, trabajadora, amante de sus hijos y con una fe profunda en Dios. Sólo que ésta, era mi madre y de ella aprendí a transitar por la vida con honestidad, responsabilidad y respeto por los demás.
Cumplió su misión de madre con abnegación y su premio en esta tierra, no fueron homenajes ni distinciones. Su premio vino después de su partida y ha sido gozar de la eterna presencia de Dios. A fin de cuentas eso es lo que vale y eso es lo que realmente me conforma.
Hoy he rezado mucho por ella. Hoy me resta un día menos para volver a verla. Eso nos ha prometido Dios y sólo El sabe cuando.