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¿Cuáles son las estrellas más densas del universo?

Esta semana quería colgar el vídeo sobre la Tierra de la “serie” del sistema solar, pero no he podido terminarlo porque he andado liado preparando la charla que daré este viernes (17 de noviembre) a las 19:30 en el Domus de A Coruña junto con Deborah, de Dimetilsulfuro. Si andáis por allí y os apetece venir, hablaremos de “Lo extraordinario de lo ordinario” (el evento está abierto al público y es gratuito).

Dicho esto, hoy os traigo un artículo sobre estrellas extremadamente densas que tenía ganas de escribir desde hace tiempo.

Ya vimos en esta otra entrada que, cuando las estrellas que tienen una masa similar a la del sol empiezan a agotar su combustible, se hinchan, expulsan sus capas externas al espacio y dejan atrás las remanentes compactas de su núcleo en forma de una estrella enana blanca.

La masa de las enanas blancas ronda entre 0,17 y 1,33 veces la del sol pero, curiosamente, estos objetos tienen un tamaño similar al de un planeta rocoso pese a que su masa sea comparable a la de una estrella. Como resultado, la materia que compone las enanas blancas está increíblemente compactada, llegando a alcanzar densidades de miles de millones de kilos por metro cúbico (10kg/m3). En comparación, el agua tiene una densidad de unos 1.000 kg/m3 y el elemento más denso de la tabla periódica, el osmio, “sólo” llega a los 22.600 kg/m3 en condiciones normales.

¡¿Qué dices?! ¿Y por qué existe una diferencia tan grande entre la densidad de la materia “normal” y la de una enana blanca?

Pues porque, en las condiciones a las que está sometida la materia en nuestro día a día, la mayor parte del volumen de los átomos está vacía.

Me explico.

Los electrones son unas 2.000 veces más ligeros que los protones o los neutrones, así que casi toda la masa de un átomo está concentrada en su núcleo. Pero, pese a lo que puedan sugerir las ilustraciones de átomos a las que estamos acostumbrados, el diámetro de los núcleos atómicos es en realidad unas 100.000 veces menor que el de los átomos a los que pertenecen, delimitado por la órbita de los electrones más externos.

¿Y qué hay en ese todo ese espacio que queda entre los electrones y el núcleo?

No hay nada, voz cursiva. De hecho, el 99,9999999% del volumen de un átomo está vacío, así que los átomos tendrían más o menos este aspecto “a escala real”:

Como podéis imaginar, esta ilustración no sería muy útil en un libro de texto.

Por tanto, como casi toda la masa de los átomos está concentrada en el núcleo y la mayor parte del volumen de un átomo está vacío, su densidad global es muy baja y, de la misma manera, también lo es la de la materia a la que dan lugar.

Pero las condiciones que se dan en el interior de una enana blanca son de todo, menos normales.

Debido a su tremenda masa y su reducido tamaño, el campo gravitatorio de una enana blanca es tan intenso que el peso de una persona sobre su superficie sería cientos de miles de veces superior al que experimenta en la Tierra. En estas condiciones, la materia que compone las enanas blancas está sometida a una fuerza compresiva tan intensa que incluso los electrones se ven obligados a abandonar sus órbitas y concentrarse lo más cerca posible de los núcleos atómicos.

Llegados a este punto, la única fuerza que se opone a la gravedad y que impide que la materia de una enana blanca se siga comprimiendo es el principio de exclusión de Pauli que, básicamente, dictamina que dos partículas no pueden ocupar el mismo estado cuántico. O sea, que en esta situación los electrones están tan pegados unos a otros que las leyes fundamentales de la mecánica cuántica les impiden acercarse aún más y, como resultado, los “átomos” de una enana blanca contienen mucho menos espacio vacío que en condiciones normales porque los electrones están mucho más cerca de sus núcleos.

Por tanto, la materia de una enana blanca es tan densa porque contiene muchos más núcleos atómicos por unidad de volumen que en condiciones normales.

Pero las enanas blancas ni siquiera son los objetos más densos que se  conocen.

Cuando una estrella mucho más masiva que el sol revienta en forma de supernova, la explosión resultante es capaz de compactar todo el material de su núcleo en una esfera de pocas decenas de kilómetros de diámetro. Este tipo de objetos, llamados estrellas de neutrones, pueden contener una masa hasta casi 2 veces mayor que la del sol comprimida en una esfera de una decena de kilómetros de diámetro y, en consecuencia, su densidad alcanza cientos de miles de billones de kilos por metro cúbico (3,7×1017 a 5,9×1017 kg/m3).

Las estrellas de neutrones alcanzan estas densidades tremendas porque su campo gravitatorio es aún más fuerte que el de las enanas blancas, de modo que la fuerza compresiva a la que está sometido su interior es tan intensa que sus electrones se ven obligados a unirse con sus núcleos, combinándose con los protones para producir más neutrones. Pero, cuidado, porque, pese a lo que su nombre sugiera, no todas las partículas que hay en una estrella de neutrones son… Bueno, neutrones.

En realidad, la corteza de estos objetos está compuesta mayoritariamente por núcleos de hierro (que contienen tanto neutrones como protones) y electrones que se mueven entre ellos libremente, pero la concentración neutrones va aumentando con la profundidad hasta que se convierten en las partículas mayoritarias cerca del centro de la estrella.

(Fuente)

En cualquier caso, el interior de una estrella de neutrones está compuesto por núcleos atómicos muy pegados entre ellos. Sin apenas espacio vacío que separe esos núcleos, el material que contienen estas estrellas alcanza esas densidades tan surrealistas. De hecho, salvando mucho (muchísimo) las distancias, se podría comparar (pero con cuidado) una estrella de neutrones con un núcleo atómico gigante.

Ahora bien, al menos hipotéticamente, la materia se puede comprimir aún más.

En esta otra entrada comentaba que los protones y los neutrones no son partículas fundamentales porque están compuestos por unas partículas aún más pequeñas llamadas quarks: tanto protones como neutrones contienen 3 quarks cada uno, mantenidos en su sitio por la llamada fuerza nuclear fuerte (a la que dedico un capítulo entero, junto con la fuerza nuclear débilen mi segundo libro).

Crédito: GeneralFM/Istock/Thinkstock

Y resulta que, en teoría, si la fuerza gravitatoria de un objeto es lo bastante intensa como para sobreponerse a la repulsión que se produce entre los neutrones sin convertirlo en un agujero negro, incluso estas partículas se pueden descomponer y convertirse en una “sopa” de quarks sin ningún tipo de estructura.

El material contenido en un objeto hecho con este material, una estrella de quarks, sería aún más denso que el de una estrella de neutrones y, como resultado, el diámetro de estos cuerpos celestes hipotéticos sería mucho menor. Para hacernos una idea de la diferencia, aquí tenemos una escala en la que se comparan estos objetos con un asteroide relativamente grande:

(Fuente)

Y, para hacernos otra idea de lo comprimido que estaría el material dentro de estas estrellas, sería algo así:

Pero, por emocionante que suene la idea, nadie ha encontrado una estrella de quarks… De momento.

Se ha sugerido que las estrellas de neutrones con una masa más de 2 veces superior a la del sol podrían estar parcialmente hechas de esta “sopa” de quarks, así que el descubrimiento de una estrella con estas características sería un buen indicativo de la existencia de este tipo de materia. Por otro lado, también se ha calculado que un objeto compacto con una masa unas 2,75 veces superior a la del sol generaría una fuerza gravitatoria lo bastante intensa como para convertirse en una verdadera estrella de quarks.

¿Tan poca masa? Entonces el universo debe estar lleno de estas estrellas de quarks, ¿no?

Pues no tiene pinta, voz cursiva, porque la estrella de neutrones más masiva que se ha descubierto hasta ahora no alcanza las dos masas solares así que, al menos de momento, no hay ningún candidato sólido en la categoría de las estrellas de quarks.

Aun así, también algunas supernovas especialmente intensas que se han observado podrían indicar que estas explosiones están produciendo estrellas de quarks, en vez de estrellas de neutrones. Un caso es el de la supernova SN 2006gy, que estalló con un brillo 100 veces más de lo que cabría esperar… Pero, igual que en los casos anteriores, no hay una evidencia sólida de que ese sea el caso.

O sea que, de momento, las estrellas más densas que se conocen son las estrellas de neutrones. ¿Se confirmará la existencia de las estrellas de quarks y me veré obligado a actualizar esta entrada? Sólo el tiempo lo dirá.

 

Y ahora, para variar…

Ciencia de Sofá tiene un libro nuevo, “Las 4 fuerzas que rigen el universo“. En él hablo sobre cómo las cuatro fuerzas fundamentales dan forma a nuestro universo, su descubrimiento y su efecto sobre nuestras vidas. Por otro lado, el libro “viejo” (“El universo en una taza de café“) va por la tercera edición y ahora vuelvo a ofrecer suscripciones a la revista de National Geographic así que, si os interesa alguna de estas propuestas, podéis acceder a una entrada donde las explico con más detalle haciendo click sobre la siguiente imagen 🙂

¿A qué temperatura están los meteoritos cuando tocan el suelo?

Todos hemos visto alguna vez la típica escena en la que los protagonistas de una película o serie se acercan a investigar un objeto que ha caído del cielo y, al llegar al lugar del impacto, encuentran un meteorito clavado en el suelo y echando humo… O vapor… O cualquier otro efecto visual que nos da a entender que su superficie a está muy, muy caliente.

Pero, por muy extendida que esté la idea de que los meteoritos llegan a la superficie de la Tierra casi incandescentes, ese no suele ser el caso, así que…

Así que vas a hablar de meteoritos otra vez, ¿verdad?

Sí, voz cursivaotra vez.

En primer lugar, aclaremos la terminología: un trozo de roca y metal que flota por el espacio, un meteoroide, se convierte en un meteoro si se adentra en nuestra atmósfera y se desintegra antes de tocar el suelo… Que viene a ser lo que comúnmente llamamos una estrella fugaz, vaya. Sólo los meteoroides que sobreviven a su paso por la atmósfera y llegan hasta el suelo tienen el honor de llamarse meteoritos.

Os dejo también una animación que ilustra muy bien la diferencia.

Hay que tener en cuenta es que los meteoroides se mueven a hasta 72 kilómetros por segundo cuando entran en contacto con la atmósfera terrestre. A estas velocidades, el gas que tienen frente a ellos se comprime una barbaridad y, por tanto, su temperatura aumenta muchísimo. De hecho, el intenso calor producido durante esta fase hace que la superficie de los meteoroides se funda.

Ah, vale, ¿y me quieres decir que una bola de metal y roca no va a llegar al suelo calentita después de pasar por este proceso?

Pues no necesariamente, voz cursiva.
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No vas a pesar 1 kg menos durante el próximo eclipse solar (ni ningún otro)

Estos días me habéis estado preguntando por un rumor que afirma que todos pesaremos 1 kilo menos durante el próximo eclipse del 21 de agosto. Dejando a un lado la confusión entre peso y masa (que mencionaré más adelante), se supone que esto ocurrirá porque, como el sol y la Luna estarán alineados con la Tierra en la misma dirección durante el eclipse, sus tirones gravitatorios se combinarán para quitarnos ese kilo de encima.

Para un aficionado a la astronomía se ve a leguas que esto es un bulo, pero lo que me ha sorprendido más de esta “noticia” es que, aunque es el tipo de chorrada que repiten una y otra vez las páginas a las que no les importa mucho su reputación, si hacéis una búsqueda rápida en Google, encontraréis esta afirmación absurda en muchos medios de comunicación importantes Incluyendo algunos que supuestamente se dedican a hablar de ciencia.

Al ver la gravedad del asunto, me he puesto en modo divulgación de emergencia y vengo a explicar rápidamente por qué la idea de que todos vayamos a pesar 1 kg menos durante el próximo eclipse solar (o cualquier otro) no tiene ningún sentido.

Como sabréis, el eclipse solar del 21 de agosto se producirá porque la Luna se va a alinear con la Tierra y el sol. Y, por supuesto, es verdad que el tirón gravitatorio que experimentaremos en dirección al sol será mayor en ese momento que cuando la Luna no está en medio.

Nada está a escala en esta imagen (excepto Ronnie Coleman y la Tierra).

Pero, incluso antes de desenmascarar el bulo analizando los efectos de la gravedad combinada del sol y la Luna sobre nosotros, la primera pista que nos indica que la afirmación de hoy es falsa es que, desde el punto de vista físico, estas alineaciones no tienen nada de especial.
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¿Cómo es el universo: finito o infinito?

Hoy toca responder a unas cuantas preguntas que quedaron en el aire cuando hablé sobre el concepto de universo observable que, en resumidas cuentas, es el volumen de 46.500 millones de años luz de radio que nos rodea. Esa esfera representa la distancia a la que se encuentran hoy en día los objetos más lejanos de los que tenemos información, que son los que emitieron la radiación de fondo de microondas hace 13.800 millones de años.

Pero, ¿qué relación tiene el límite del universo observable, también llamado horizonte de partículas, con el tamaño real del universo? ¿Hay más espacio y galaxias tras ese horizonte o la realidad termina en él como si fuera una carretera cortada? Y, si el universo continúa más allá de este límite, ¿el espacio y las galaxias se extienden hasta el infinito o dejarías de ver materia si te alejaras lo suficiente?

Creo que son demasiadas preguntas incluso para mí.

No te preocupes, voz cursiva. Empecemos por lo básico: ¿cómo sabemos que el universo continúa más allá del universo observable?

Ya habíamos visto que el universo no está en expansión porque las galaxias se estén alejando de un punto “central” del espacio sino que, en realidad, lo hace porque el propio espacio que las separa se está estirando. Como todas las galaxias se alejan unas de otras ellas sin ningún punto de referencia común, siempre te dará la impresión de que tú estás en el centro del universo y que el resto de las galaxias son las que se están alejando de ti, vayas donde vayas.

Por supuesto, eso no es más que una ilusión óptica que se puede apreciar claramente en esta secuencia de imágenes: cada vez que se superpone el mismo punto de las dos imágenes de cada fotograma (los puntos están más separados en una de ellas), el resto quedan descentrados, dando la impresión de que todos los demás se han alejado de él.

En la vida real, este fenómeno provoca que cada punto del espacio tenga su propio universo observable a su alrededor, lo que significa que, si te mudaras a una galaxia lo suficientemente lejana, observarías regiones distantes del universo que quedan fuera de nuestra vista desde la Vía Láctea.

Y a cada observador que está en el centro de cada universo observable le parece que todo lo que le rodea se está alejando de él.

Total que, como parece que el universo no tiene un centro absoluto y a lo que llamamos universo observable es una simple cuestión de perspectiva, entonces parece lógico concluir que el universo continúa más allá de nuestro universo observable.

Captado. Así que, en principio, existirían más espacio y más galaxias tras el horizonte de partículas ¿verdad?

Exactamente, voz cursiva.

Vale, vale. Pero, entonces, ¿qué pasa con todo ese universo que hay más allá de nuestro universo observable? ¿Es una esfera aún mayor, pero con un tamaño limitado? ¿O, por el contrario, las galaxias se extienden para siempre en todas las direcciones?

Esa es una pregunta más difícil de responder.

Para poder estimar hasta qué distancia se extiende universo más allá del horizonte de partículas, primero tendríamos que recibir algún tipo de información de esa región que nos permitiera deducir cómo está estructurada. El problema es que todo lo que se encuentra más allá de nuestro universo observable se aleja de nosotros a velocidades muy superiores a la de la luz, de modo que nunca podremos recibir ninguna señal emitida desde su interior.

De hecho, incluso hay objetos que están dentro de nuestro universo observable que se alejan de nosotros tan deprisa que nunca sabremos nada más de ellos. Esto se debe a que se encuentran tras otro límite cosmológico, el horizonte de sucesos del universo, que representa la distancia a partir de la que un rayo de luz emitido ahora mismo nunca podrá alcanzarnos en el futuro, por mucho que se expanda nuestro volumen de Hubble.

Actualmente, esta frontera se encuentra a unos 16.300 millones de años luz así que, como podéis ver en la siguiente imagen, eso limita mucho la cantidad de información del resto del universo observable que podremos recibir en un futuro.

Pero, un momento, ¿cómo que no tenemos información de la materia que hay más allá del universo observable? ¿Y qué pasa con el famoso flujo oscuro?

Buena observación, voz cursiva, aunque no sé de dónde sacas eso de famoso.

El flujo oscuro es una supuesta anomalía en la distribución de la velocidad de algunas galaxias lejanas que parece indicar que se están moviendo hacia la misma región del espacio (aún más alejada que el famoso (ahora sí) Gran Atractor). En base a estos datos, se ha sugerido que, en el pasado, estas galaxias podrían haber sido atraídas por la gravedad producida por una gran concentración de masa situada más allá de nuestro universo observable… Pero aún se está debatiendo la existencia de esa anomalía así que, de momento, no hay nada claro.

En cualquier caso, aunque no tenemos evidencias directas de que haya algo más allá del horizonte de partículas, el consenso es que el universo observable forma parte de un universo aún mayor. Partiendo de ahí, existen dos opciones: que la extensión del universo sea limitada más allá de nuestro horizonte de partículas o que se extienda infinitamente en todas las direcciones.

Veamos qué consecuencias tendría cada una de ellas.

HIPÓTESIS 1: EL UNIVERSO ES FINITO.

Venga, voy a ayudarte a encaminar esta sección. ¿Cómo se supone que funciona un universo finito? ¿Es como una esfera enorme llena de galaxias que se acaba de repente? ¿O hay algún tipo de barrera al final, como un barranco en el límite del espacio?

Gracias, voz cursiva, pero no hay nada de eso. Un universo finito no tiene por qué estar limitado necesariamente por una frontera.

Hace un tiempo estuve hablando sobre qué significa que el universo sea “plano”. Los astrónomos no están afirmando que el espacio tiene literalmente dos dimensiones cuando dicen que el universo es “plano”, sino que es un término con el que se refieren a si nuestro espacio tridimensional está curvado o no sobre una dimensión adicional.

La curvatura del espacio influye en la pregunta de hoy porque, si se descubriera que el universo tiene una curvatura positiva (como una esfera), entonces no sólo significaría que el espacio está cerrado sobre sí mismo y que, por tanto, el universo tiene un volumen finito sino que, además, implicaría que tampoco está delimitado por una frontera.

¿Pero cómo puede estar el espacio tridimensional cerrado sobre sí mismo? ¿Y cómo no va a tener una frontera? ¿Cómo se supone que tengo que tragarme eso?

Intentaré ponerlo de otra manera que suene menos extraña.

Imaginemos que nos encontráramos sobre una superficie plana y finita que flota en medio del espacio (que no es el caso). Si nos pusiéramos a caminar en línea recta en cualquier dirección encima de ese mundo plano, entonces terminaríamos llegando hasta el borde y nos veríamos obligados a detenernos. Sobre una superficie curvada como la de una esfera, en cambio, ocurre algo muy distinto: si caminamos en línea recta en cualquier dirección, siempre volveremos al mismo punto de origen incluso aunque, desde nuestro punto de vista, no hayamos hecho más que alejarnos de él durante todo el camino.

¿Y qué tiene que ver esto con el universo real? Pues que si el espacio tuviera curvatura positiva y, por tanto, estuviera cerrado sobre otra dimensión adicional, entonces podrías montarte en una nave, partir en cualquier dirección en línea recta y, con el tiempo suficiente, volverías a llegar a la Tierra aunque nunca hubieras dado media vuelta.

Ah, vale, como en esos videojuegos viejos en los que desaparecías por un lado de la pantalla y aparecías por el otro.

Sí, bueno, más o menos. En cualquier caso, la ventaja de vivir en un espacio cerrado es que puedes calcular el tamaño del universo si consigues medir su curvatura. Y eso es precisamente lo que se está intentando.

En primer lugar, me gustaría adelantar que no tiene pinta de que el espacio tenga curvatura alguna: las mediciones más precisas que se han hecho hasta ahora parecen sugerir que vivimos en un universo “plano”. Pero, aunque hablaré sobre eso en un momento, en principio también existiría la posibilidad de que vivamos en un universo cerrado (y, por tanto, finito), pero tan grande que somos incapaces de distinguir su curvatura con la tecnología actual.

Partiendo de esta premisa, hay gente que se ha dedicado a intentar estimar cómo sería esa curva imperceptible e intentar calcular el tamaño del universo. Por ejemplo, en 2011, un grupo de investigadores aplicó análisis estadístico sobre el mapa de la radiación de fondo de microondas y concluyeron que, para observar una curvatura tan pequeña, tendríamos que estar metidos en un universo con un volumen 250 veces mayor que el de nuestro universo observable.

Por otro lado, otro artículo de 2006 sostenía que el volumen del universo podría ser al menos 21 veces mayor que el del universo observable. Pero el artículo añadía que, en el caso de que el universo fuera finito, las perturbaciones que sufre la radiación de fondo de microondas de camino a nuestros telescopios harán que nunca podamos saber si su volumen es más de 10.000 veces mayor que el del universo observable, por mucho que mejore la precisión de nuestros instrumentos.

Pero, pese a que existe la posibilidad de que vivamos en un universo “cerrado” y finito, aunque tan grande que nunca podremos deducir su tamaño, de momento hay otro escenario que parece más probable…

HIPÓTESIS 2: EL UNIVERSO ES INFINITO.

Ya en el siglo XVI, se razonó que el universo tenía que ser finito porque, si fuera infinito y contuviera una cantidad ilimitada de materia, en todos y cada uno de los puntos del cielo habría una estrella. Si esto fuera cierto, entonces el cielo debería estar permanentemente iluminado por la luz combinada de infinitas estrellas… Y, como habréis notado, ese no es el caso.

Pero esta contradicción no demuestra que el universo tenga que ser necesariamente finito: hoy sabemos que la expansión del universo se acelera con la distancia así que, incluso aunque existiera un número infinito de estrellas ahí fuera, sólo podemos ver la cantidad finita que está dentro de nuestro volumen de Hubble. Y eso por no decir que la luz emitida por objetos suficientemente lejanos está tan estirada por la expansión del espacio que queda fuera del rango de la luz visible.

En realidad, el hecho de que no se haya podido medir una curvatura apreciable del espacio apoya la idea de que el universo podría ser infinito.

¿Pero qué quiere decir exactamente que el universo podría ser infinito? ¿Que sería infinitamente grande y contendría infinitas galaxias? ¿Que contiene una cantidad limitada de materia, pero el espacio es infinito? ¡ESPECIFICA!

Me refiero a que podría ser infinito en los dos sentidos: tanto en su extensión como en la cantidad de materia que contiene.

Hemos visto que, en un espacio tridimensional cerrado, siempre volverías al punto de origen si te movieras en línea recta. Pero, si hicieras lo mismo en un espacio plano (e infinito), simplemente te alejarías de tu planeta de origen eternamente y nunca más volverías a ver a tus seres queridos… Aunque es posible que encontraras cosas bastante raras por el camino.

Como explica Fraiser Cain en Phys.org la probabilidad de que cualquier cosa se repita en alguna región del espacio en un universo infinito debería ser del 100%. Por tanto, podrías encontrar cualquier cosa imaginable si te alejaras lo suficiente de tu planeta natal, siempre y cuando las leyes de la física permitieran su existencia. De hecho, en un universo infinito, nada impediría que exista un planeta idéntico a la Tierra habitado por una copia exacta de ti mismo en algún lugar del espacio… O incluso que existieran infinitas versiones de ti mismo perdidas en la distancia eterna.

Pero, antes de que convirtamos la ficción en ciencia, no está de más mencionar que todo esto es especulación: hay quién se opone a esta idea y sostiene que un universo infinito no implica necesariamente que cualquier evento se tenga que repetir más de una vez en su interior.

Bueno, vale, pero estoy empezando a aburrirme de tantas elucubraciones sin fundamento. Ve al grano: ¿El universo es finito o infinito?

Pues siento decepcionarte, voz cursiva, pero nadie lo sabe de momento. En base a los datos de los que disponemos a día de hoy, podemos encontrarnos en dos escenarios:

  • Si el espacio no tiene curvatura (que, de momento, parece ser el caso), el universo podría ser infinito tanto en su extensión como en la cantidad de materia que contiene.
  • Si el espacio tiene una curvatura positiva tan leve que no la podemos detectar, entonces viviríamos en un universo inmenso, pero finito, cerrado sobre sí mismo.

Para variar, las cosas no son tan simples porque, mientras que un espacio con curvatura positiva da lugar necesariamente a un universo finito, parece ser que hay topologías que permiten que un espacio plano también genere un universo finito.

En cualquier caso, si desconocer la verdadera extensión del universo os impide dormir, tened en cuenta este dato: tanto si el universo es finito como si es infinito, permaneceremos siempre atrapados en el interior de nuestro universo observable.

Es más: teniendo en cuenta que el horizonte de sucesos del universo está mucho más cerca que el límite del universo observable, incluso aunque ahora mismo nos montáramos en una nave del futuro y pusiéramos rumbo a los confines del espacio, tan sólo tendríamos acceso al 3% del universo observable. Y ese número no hace más que bajar a medida que la expansión del universo se acelera.

O sea, que nunca podremos comprobar personalmente si alejarte en línea recta de la Tierra te lleva de vuelta a casa o si, por el contrario, te distancia para siempre de tus seres queridos, porque nunca llegaremos a atravesar el límite del universo observable para ver qué hay más allá… A menos que alguna de esas tecnologías teóricas tan recurrentes en la ciencia-ficción se convierta en una realidad (como los agujeros de gusano).

Así que no te preocupes de momento, voz cursiva, porque, independientemente de que el espacio sea finito o infinito, estaremos para siempre atrapados en un pequeño volumen del universo observable.

Bieeeeen…

Dicho todo esto, toca  pasar a la publicidad poco invasiva de Ciencia de Sofá.

Ciencia de Sofá tiene un libro nuevo, “Las 4 fuerzas que rigen el universo“. En él hablo sobre cómo las cuatro fuerzas fundamentales dan forma a nuestro universo, su descubrimiento y su efecto sobre nuestras vidas. Por otro lado, el libro “viejo” (“El universo en una taza de café“) va por la tercera edición y ahora vuelvo a ofrecer suscripciones a la revista de National Geographic así que, si os interesa alguna de estas propuestas, podéis acceder a una entrada donde las explico con más detalle haciendo click sobre la siguiente imagen 🙂

 

Respuestas (LXXX): ¿Qué fue de la supernova que impulsó la formación del sistema solar?

Carlos Morro me envió un correo electrónico (a jordipereyra@cienciadesofa.com) preguntando sobre la supernova que dio lugar al sistema solar. ¿Qué se sabe sobre esa estrella que reventó y posibilitó nuestra existencia? ¿Tenía su propio sistema planetario? ¿A qué distancia ocurrió? ¿Y dónde están ahora los restos de su explosión? (esta última la he añadido yo)

El tema me pareció interesante pero, antes de empezar, habrá que aclarar cómo se formó nuestro sistema solar para asegurarnos de que todos partimos de la misma base que Morro.

El proceso de formación de las estrellas es simple: empieza con una nube de gas (compuesta principalmente por hidrógeno y helio) que flota por el espacio y, por un motivo u otro, aparecen en ella regiones más densas que comienzan a atraer material a su alrededor gracias a su mayor fuerza gravitatoria. A medida que estas bolas de gas se vuelven cada vez más grandes y densas, la presión sobre su núcleo va creciendo hasta que, cuando han acumulado la masa suficiente, aumenta tanto que desata una cadena de reacciones de fusión nuclear. Estas reacciones disparan millones de grados la temperatura del núcleo y el calor termina repartiéndose por todo el amasijo de gas, convirtiéndolo en una bola de plasma incandescente o, lo que es lo mismo, una estrella (hablaba sobre el mecanismo con más detalle en esta entrada).

Este proceso se puede ver en la siguiente simulación en la que varias regiones de una nube molecular se colapsan y empiezan a producir estrellas, todo mientras las diferentes partes del tinglado interaccionan gravitacionalmente:

El proceso de formación de planetas es parecido. El disco de gas que queda dando vueltas alrededor de una estrella tras su formación contiene partículas de elementos más pesados que empiezan a colisionar entre ellas, fusionándose, formando trozos de materia cada vez mayores y con un campo gravitatorio más intenso que atraen aun más material hacia ellos… Y el efecto bola de nieve continúa hasta que se convierten en planetas (hablaba los distintos tipos de planetas en este otro artículo).

Aquí tenéis otra animación del proceso, en la que se puede ver cómo la nucleación de planetas empieza en las regiones más densas del disco de gas y polvo, inducidas por la propia rotación del sistema:

Captado, pero… ¿De dónde salieron esos elementos más pesados que formaron los planetas rocosos, como Mercurio o Venus?

Buena pregunta, voz cursiva.

Después de que tuviera lugar el Big Bang, en el universo tan sólo existían átomos de hidrógeno y de helio (y alguno de litio). Pero, afortunadamente, estos átomos se empezaron a fusionar en los núcleos de las primeras estrellas que se formaron a partir de ellos, convirtiéndose en elementos más pesados como el carbono, el nitrógeno, el oxígeno o el hierro. Las estrellas de esta primera generación eran inmensas y, cuando se quedaron sin combustible, terminaron sus vidas reventando en forma de las mayores explosiones conocidas, las supernovas, lanzado al espacio esos elementos pesados que guardaban en sus entrañas (otra cosa que comenté más concienzudamente en otra entrada).
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¿Qué significa realmente el concepto de “universo observable”?

En la última entrada estuve explicando cómo es posible que las galaxias más lejanas se estén alejando de nosotros a velocidades superiores a la de la luz si, en principio, ningún objeto que tenga masa puede igualar o superar esa velocidad. Y, por supuesto, quedaron algunas dudas en el aire que creo que la voz cursiva dejó apuntadas en algún lado.

Sí… Las tengo por aquí… Eh… ¿Cómo podemos detectar una galaxia que se aleja a una velocidad superior a la de la luz? ¿Y qué es eso del universo “observable”? ¿Es que hay partes del universo que no podemos observar? ¿Cómo podemos saber qué tamaño tiene el universo? 

Estupendo. Intentemos resolver el entuerto hablando un poco sobre los conceptos de volumen de Hubble y universo observable.

Como vimos en la entrada anterior, el espacio se expande de tal manera que la velocidad con la que las galaxias se alejan de nosotros aumenta cuanto mayor es la distancia que nos separa de ellas. Y, de hecho, si te alejas lo suficiente en cualquier dirección, terminas encontrando galaxias que se están alejando de nosotros a la velocidades iguales o superiores a la de la luz.

Esto significa que, desde nuestro punto de vista, podemos separar el espacio que nos rodea en dos regiones: una más “cercana” donde las cosas se alejan de nosotros a velocidades inferiores a la de la luz y otra “lejana” en la que lo hacen a velocidades superiores. En la frontera entre las dos se encuentra el llamado límite de Hubble, la franja del espacio en la que las cosas se alejan de nosotros a la misma velocidad que la luz.

Pero, ojo, que aquí llega un dato interesante: no podemos ver la luz emitida actualmente por los objetos que se encuentran más allá de nuestro volumen de Hubble (la esfera delimitada por el límite que tiene el mismo nombre) porque, en esta región, el espacio se expande tan deprisa que ni siquiera la luz es lo suficientemente rápida como para poder avanzar hacia nosotros a través de él. Es como si una persona normal se montara en la cinta de correr de Usain Bolt y le subiera la velocidad al máximo: por muy rápido que corra, la cinta siempre se moverá más deprisa y le arrastrará en la dirección contraria.
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Respuestas (LXXIX): ¿Por qué (a primera vista) el universo observable es más grande de lo que su edad le debería permitir?

Hace un par de semanas, Roberto López-Herrero preguntaba por Twitter cómo es posible que el universo observable tenga un radio de 46.500 millones de años luz, si el Big Bang ocurrió hace 13.800 millones de años.

Se trata de una duda que a todos los aficionados a la astronomía nos ha atormentado en algún momento de nuestras vidas: el universo se ha estado expandiendo desde que tuvo lugar el Big Bang pero, incluso suponiendo que las galaxias se hubieran estado moviendo a la velocidad de la luz, sólo podrían haber recorrido 13.800 millones de años luz en cualquier dirección durante todo este tiempo. Por tanto, siguiendo este razonamiento, el diámetro del universo actual no podría superar los 27.600 millones de años luz.

Pero, por supuesto, eso no es así: sabemos que el universo observable tiene un diámetro de 93.000 millones de años luz.

¡Y eso sólo puede significar que el universo se ha estado expandiendo a velocidades superiores a la de la luz! ¡Maldita sea! ¿No  decías hace una semana que es imposible que un objeto se mueva a la velocidad de la luz? ¿Cómo puede ser que haya galaxias que han movido incluso más rápido? ¿No será que el Big Bang no es más que una gran patraña? 

Pues no, voz cursiva, no es una patraña. Para entender lo que está pasando, empecemos por hablar de la expansión del universo.
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¿Se puede destruir un agujero negro?

Como comenté en esta otra entrada, caer en un agujero negro no sería experiencia muy agradable, así que no es de extrañar que la idea de que un agujero negro engulla la Tierra nos ponga los pelos de punta. Pero imaginemos por un momento que se descubre que un agujero negro errante se está acercando hacia nuestro planeta y que, debido a su tremenda masa, es imposible desviarlo con alguna triquiñuela gravitatoria. En este escenario, ¿habría alguna manera de destruir el agujero negro y salvar la Tierra?

Espera, espera. ¿Por qué te ha pegado por hablar de este tema así, sin más? ¿Sabes algo que yo no sé? Porque si de verdad hay algún agujero negro dirigiéndose hacia nosotros, dímelo para que empiece a romper escaparates.

Deja los escaparates tranquilos, voz cursiva, que el escenario del agujero negro hipotético dirigiéndose hacia la Tierra es sólo una excusa para hablar sobre las curiosas propiedades de estos objetos.

Ah, vale, vale. En ese caso, la respuesta es fácil: los agujeros negros están llenos de materia, así que basta con disparar un chorro de antimateria contra él para que se desintegre y nos deje en paz.

Bueno, vamos a ver si esa opción tendría algún efecto.

Un agujero negro no es más que una región del espacio en la que la fuerza gravitatoria es tan intensa que nada puede escapar de ella, ni siquiera aunque se mueva a la velocidad de la luz. Estos objetos extremos se forman cuando una estrella muy masiva agota su combustible y, de repente, sin una explosión termonuclear que la contrarreste, toda la masa de la estrella se precipita hacia el núcleo, compactándolo más allá de cualquier límite imaginable.

Patrañas (XV): Desmontando los argumentos de los defensores de la Tierra plana

Hace poco me topé con un vídeo hecho por un tal Oliver Ibáñez (que tiene un canal de Youtube de “conspiraciones”) que ha acumulado más de 2 millones de visitas en Facebook. El título del vídeo es “La Tierra plana en 10 minutos” y, en él, da una serie de argumentos con los que defiende que nuestro planeta es en realidad un disco plano y no una esfera o globo “como nos han hecho creer”. Y, por supuesto, todos los argumentos en los que se sostiene su hipótesis son mentiras (intencionadas o no) o verdades contadas a medias.

El vídeo ya lleva un par de meses circulando, así que poco se puede hacer para contrarrestar la difusión que ha tenido pero, al menos, tendréis un artículo al que recurrir cuando ese amigo de Facebook utilice estos mismos argumentos el día que le dé por anunciar a los cuatro vientos que ha llegado a la conclusión de que la Tierra es plana. Y, de paso, esta entrada también servirá para ver cómo, irónicamente, estos autoproclamados “portadores de la verdad” mienten y distorsionan la información para convencer al público de que sus ideas merecen alguna credibilidad.

Dicho esto, podemos empezar a desmontar los argumentos del vídeo.

1. [minuto 00:04] La Tierra debe ser plana porque, por mucho que te eleves, nunca llegas a ver la curvatura del planeta.

VEREDICTO: Incorrecto.

Las siguientes imágenes fueron grabadas desde la Estación Espacial Internacional (ISS, por sus siglas en inglés), que da vueltas alrededor de la Tierra a una altura de unos 400 km. Como podéis ver, la curvatura del horizonte se aprecia a la perfección (igual que en cualquier otro vídeo grabado desde el espacio, vaya).

Y eso por no hablar de la gran cantidad de fotos tomadas en el espacio en las que se puede ver la curvatura de la Tierra con total claridad.

¡Sí, venga, POR FAVOR! ¡Todo el mundo sabe que los satélites no existen y que esas imágenes están hechas por ordenador para mantenernos engañados! Lo que el vídeo quiere decir es que no hay fotos en las que se aprecie la curvatura del planeta desde un altura a la que pueda acceder la gente normal, como por ejemplo desde un avión.

En primer lugar, voz cursiva, es absurdo proclamar que los satélites no existen en cuanto ves fotos hechas desde el espacio que contradicen tus argumentos. Es obvio que hay satélites dando vueltas alrededor de la Tierra porque, de lo contrario, nuestros móviles no tendrían GPS, no habría televisión por satélite (capaz de transmitir señales entre caras opuestas del planeta) y no existirían los modelos meteorológicos que nos permiten predecir el tiempo con precisión, por citar algunos ejemplos.

De hecho, estás sugiriendo que los centenares de miles de personas que tienen trabajos relacionados con estos ámbitos están compinchadas para ocultar “la verdad”. Entre ese gran grupo de gente de todos los países habría tanto cargos públicos como privados, desde las empresas que fabrican la electrónica necesaria para construir y mantener la infraestructura hasta los profesores de las carreras de telecomunicaciones. En otras palabras: habría tantos conspiradores tan mezclados entre la población que el secreto no tardaría en salir a la luz (y más aún si realmente hubiera pruebas irrefutables de que la Tierra es plana).

Si estas pruebas indirectas de la existencia de los satélites no te convencen, deberías saber que a menudo se puede ver cómo cruzan el cielo e incluso hay páginas web que marcan su trayectoria en directo para que puedas verlos con tus propios ojos cuando pasan por tu localización. A simple vista sólo verás unos puntos brillantes, por supuesto, pero también hay gente que se dedica a sacarles fotos a través de sus telescopios, consiguiendo imágenes como esta de la vieja estación espacial MIR con el transbordador Atlantis acoplado:

Respuestas (LXXVI): ¿Cómo colonizaríamos diferentes cuerpos del sistema solar?

Hace unos días, la NASA anunciaba que se podría convertir Marte en un planeta más habitable protegiéndolo con un “escudo magnético. Esta noticia me ha recordado que la colonización de diferentes cuerpos de nuestro sistema solar es un tema recurrente en las consultas que me mandáis por correo electrónico (a jordipereyra@cienciadesofa.com), así que he pensado que podría matar varios pájaros de un tiro respondiendo a una sola pregunta: ¿qué posibilidades nos ofrecen los diferentes cuerpos del sistema solar de cara a su colonización?

Empecemos hablando de Marte, que suele ser el destino más popular.

Ya había hablado sobre la terraformación de Marte (la idea de alterar el planeta rojo para que se parezca más al nuestro) en esta entrada y esta otra. En resumen, incluso si nuestra intención es simplemente construir un par de bases en el planeta sin convertirlo en algo parecido a la Tierra, hay un pequeño detalle que nos impediría vivir cómodamente sobre su superficie: Marte no tiene una atmósfera densa.

Incluso aunque el aire del planeta no contenga oxígeno, una atmósfera densa es importante porque nos protege de la radiación cósmica que bombardea constantemente el sistema solar. Al nivel del mar, en la Tierra estamos expuestos a unos 0,2 Sieverts (Sv) de radiación cósmica cada año (un Sievert equivale a la cantidad de radiación que aumenta las probabilidades de sufrir cáncer a lo largo de tu vida en un 5%). Unos astronautas que se encontraran ahora mismo sobre la superficie de Marte, en cambio, recibirían alrededor de 1 Sv cada 500 días, una dosis de radiación que les podría causar todo tipo de problemas de salud a corto y medio plazo.

Por otro lado, una atmósfera densa retiene el calor del sol y, a través de la circulación del aire, distribuye la energía entre la cara iluminada del planeta y la que no lo está, disminuyendo la diferencia de temperaturas entre el día y la noche.

Pero,  ¿tanto se nota el efecto de un poco de aire sobre la superficie?
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