Explosiones cósmicas reforzadas por un fulgor caliente

Aparecido en Nature News.

(la traducción es infame, lo advierto)

La sensibilidad del satélite Fermi revela la física de la generación de los rayos gamma. 

Desde su lanzamiento en 2008! El telescopio espacial Fermi ha registrado cientos de explosiones de rayos gamma (GRBs, destellos de luz, que durante unos pocos segundos o minutos, son los objetos mas brillantes del universo. Y ahora el telescopio esta arrojando datos que empiezan a explicar los mecanismos que liberan estos chorros de luz, los cuales se piensa que emanan desde los polos de estrellas en rotación cuando colapsan en un agujero negro y explotan como supernovas. 

El 7 de mayo, en el encuentro de la conferencia del Fermi/Swift GRBS en Múnich, Alemania, miembros del equipo Fermi mostraron pruebas de que los rayos gamma no estaban siendo generados a través de los mecanismos comúnmente referidos de radiación sincrotrón, donde los electrones emiten luz al ser acelerados en ondas de choque que surgen de la explosión en espiral. En lugar de eso la luz proviene de un lugar aparentemente más obvio: se originan en emisiones termales en la superficie de la bola de fuego. Exactamente como la luz amarilla del sol emana de su fotosfera (la región superficial donde se origina la luz que externamente percibimos), así también los GRB surgen como emisiones termales desde la superficie de una bola de fuego que se expande a la velocidad de la luz. 

"Es un gran salto paradigmático porque todos pensaban durante 20 años en la radiación sincrotrón", dice Jochen Greiner, un astrónomo del Instituto Máximo Plank para la Física Extra Terrestre, en Garching, Alemania, y uno de los líderes del equipo encargado de la monitor ilación de los GRB del Fermi.

 

La razón de que el mecanismo de radiación sincrotrón mantuviera esa influencia es porque nada más parecía ser capar de crear los amplios espetros GRB que antes habían detectado los satélites. El espectro de un estallido individual se presenta en muchas formas y tamaños, pero tomados juntos, parece que hay una forma diferente: una ley de aumento de energía a bajas frecuencias y después otras ley de decrecimiento de energía ya que la intensidad de la luz decae a altas frecuencias. La radiación sincrotrón parecía una buena primera aproximación. "Esa es la maldición del campo -que este modelo ha ajustado tan bien" , dice Felix Ryde, un astrónomo de rayos gamma del Royal Institute of Technology en Estocolmo.

Pero en el encuentro GRB, Sylvain Guiriec, un miembro del equipo Fermi en el Goddard Spaceflight Center en Greenbelt, Maryland, dijo que dentro del caché de datos del Fermi había encontrado alrededor de una docena de GRBs que eran los suficientemente brillantes como para ser desmenuzados en espectro de alta resolución. Y en el medio de cada uno de esos espectros, Guiriec dice, hay un pequeño montecito en la parte superior de los amplios brazos de la ley de energía -el signo de la emisión termal (ver Hot spots).

Este campo también ha sido reforzado por un importante avance teórico. Durante muchos años, la potencial contribución de na fotosfera térmicamente emisora de una bola de fuego expandiéndose fue descartada porque se asumió que tendría la estrecha forma espectral de un cuerpo negro perfecto, como el de un estático y esférico cuerpo como el sol, y muy improbablemente la amplia forma de los espectros GRB. Pero Hyde destaca el cono de rápido movimiento de un GRB no es, decididamente, ni suave ni estático.  Él dice que los cálculos teóricos recientes muestran como las emisiones termales pueden contar para el aumento del espectro global GRB, incluso si la amplia forma inicialmente favoreciera la idea de emisión sincrotrón.

Davide Lazzati, un teórico de la Universidad del Estado de Carolina del Norte, en Raleigh, dice que todavía habrá lugar para la contribución de la radiación sincrotrón al flujo total de rayos gamma, particularmente a bajas frecuencias. Y a altas frecuencias, Lazzati apelaría a un mecanismo conjunto de emisión diferente: la dispersión Compton inversa, donde los electrones energéticos golpean a los fotones y los elevan a mayores energías. Pero al menos, dice, el campo ha superado su largo tiempo mantenido dogma y está empezando a vislumbrar los diferentes ingredientes que tomar parte en la formación de las explosiones de rayos gamma. "Es como un caldo variado", dice.

El LHC se prepara para el apilado de datos

Aparecido en Nature News

El acelerador de partículas más grande del mundo esta "rugiendo" por un camino sin precedentes, enviando un torrente de datos a los físicos que trabajan con él. Pero los cientos de millones de colisiones que ocurren dentro de la máquina cada segundo están creciendo en una gruesa niebla que, paradójicamente, amenaza con oscurecer un legendario hallazgo: el bosón de Higgs.

El problema se conoce como apilado y promete ser uno de los mayores retos este año para los científicos que están trabajando en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CERN, el principal laboratorio de alta energía de Europa cerca de Ginebra, Suiza.

Grandes cantidades de poder de computación, astutos programas y trucos técnicos ayudan a los científicos a permanecer alejados del problema. Pero los investigadores todavía pueden necesitar reescalar las colisiones para encontrar el largo tiempo buscado Higgs, la manifestación de un campo que se cree confiere masa a otras partículas.

Si existe, el Higgs aparecerá fugazmente dentro de la máquina antes de decaer en otras partículas más ligeras. El año pasado, los dos mayores detectores en el LHC vieron indicios del Higgs con una masa de 125 GeV aproximadamente (energía y masa son intercambiables en física de partículas). Este año los investigadores quieren recopilar más datos para ver si esas señales crecen hasta la certeza o se debilitan hasta la nada.

Desde que comenzó su última carrera científica el pasado mes, el LHC ha estado estrujando billones de protones en cada vez más pequeños grupos, y chocando esos grupos decenas de millones de veces por segundo. Los datos resultantes se miden en femtobarns (fb^-1)a la inversa, una unidad más o menos equivalente a 100 billones de colisiones. Solo en el mes pasado el LHC registró 1 fb^-1 de colisiones aprovechables. Hacia el final del año su objetivo había conseguido 15 fb^-1.

Para recoger estos datos los investigadores han impulsado el colisionador de dos maneras: acelerando las partículas a energías cada vez más grandes e incrementando el número de colisiones. Mayores energías permiten que se produzcan partículas más pesadas, pero es el número de colisiones lo que determina si los físicos tienen suficientes datos para declarar un descubrimiento. En las próximas semanas los científicos empaquetarán más protones dentro de la máquina y focalizarán las partículas tan estrechamente como sea posible en los puntos de colisión en el centro de los dos mayores detectores del LHC. Ya "lo hemos hecho muchísimo mejor de lo que pensamos que lo haríamos", dice Mike Lamont, el jefe de las operaciones de aceleración del CERN.

Cada vez que dos estrechamente empaquetados grupos de protones se cruzan, generan no una colisión sino un promedio de 27, dice Lamont. Pero dentro de unas pocas semans, el número se espera que se incremente a una media de 30, alcanzando un pico alrededor de las 40 colisiones por cruce. Los dos detectores principales del LHC fueron diseñados para tratar solo con unas docenas de colisiones a la vez. Pero se las han arreglado muy bien hasta ahora.

Cada detector está formado por capas de detectores más pequeños que registran cada traza de los restos que provienen de sus centros. Cuando una colisión sucede, los ordenadores situados arriba de la máquina deciden cuales de los datos son interesantes y, si es así, reconstruyen la colisión a partir de las trazas. Pero cuando docenas de colisiones ocurren a la vez, los ordenadores pueden desenmarañarlas.

El pasado año, los investigadores que trabajaban con el detector ATLAS formaron una fuerza de trabajo para acometer el problema del apilamiento, reescribiendo los códigos de computación de tal manera que el detector pudiera capear con las colisiones extra. El miembro de equipo Andreas Salzburger dice que el grupo ha estado trabajando duro para despejar las partículas "fantasma" que aparecían cuando los caminos de varias partículas se alineaban, creando la ilusión de una partícula que realmente no estaba allí. Eliminando esos fantasmas tan pronto como es posible se reduce la cantidad de poder de computación necesario para tratar los datos útiles, dice Salzburger.

En el CMS, el detector rival del ATLAS, los físicos han entrenados sus algoritmos para priorizar los datos al vuelo, analizando las trazas de partículas en orden de complejidad. "¿Has jugado alguna vez al juego "recoge los palos"?", pregunta Joe Incandela, el portavoz del CMS. "Recoges los más fáciles primero, y eso simplifica el tratar con los otros". El equipo también está trabajando en vías librarse de las señales de los "loopers", partículas de baja energía que se mueven en espiral a lo largo de las líneas de campo magnético del detector, generando datos que son irrelevantes para la caza del Higgs.

Semejantes trucos probablemente sean menos efectivos que el que el número de colisiones se incremente. El los extremos de la máquina, los segmentos del detector son más grandes y tienen una resolución más basta, así que puede no ser posible desenmarañar algunas de las trazas. Eso puede reducir la capacidad del detector para recoger una firma del Higgs: el decaimiento a un par de bosones W, que causa una cascada de partículas que son necesarias de ser capturadas en esos segmentos exteriores.

Por ahora, las montañas de datos extra deberían contrarrestar lo que se pierde por el apilado. Los investigadores esperan no perder más del 15% de los sucesos de la más probable vía de decaimiento del Higgs, la cual produce dos rayos gamma. Y si el ATLAS y el CMS no pueden tratar con las partículas extra que surjan de la máquina, dice Lamont, los físicos del acelerador están preparados para "telefonearle" de nuevo. Pero "si pueden hacerlo, se lo daremos" dice.

Cuatro enanas blancas "pilladas" consumiendo exoplanetas tipo Tierra

Aparecido en University of Warwick

Astrofísicos de la Universidad de Warwick han identificado cuatro enanas blancas rodeadas de polvo procedente de cuerpos planetarios dispersos que una vez tuvieron importantes similitudes en su composición con la Tierra.

Usando el Telescopio Espacial Hubble para un mayor sondeo de los datos de la composición química de la atmósfera de las enanas blancas, los investigadores encontraros que los elementos más frecuentes en el polvo alrededor de estas cuatr estrellas eran oxígeno, magnesio, hierro y silicio, los cuatro elementos que componen prácticamente el 93 por ciento de la Tierra.

De todas maneras una observación aún más significativa es que este material también contiene una extremadamente baja proporción de carbono, lo cual encaja muy bien con la Tierra y los otros planetas rocosos orbitando cesca de nuestro Sol.

Esta es la primera vez que una proporciones de carbono como estas han sido medidas en la atmósfera de enanas blancas contaminadas con restos. No solo es una clara prueba de que estas estrellas una vez tuvieron al menos un exoplaneta rocoso que han sido destruidos, sino que las observaciones también muestra la última fase de la muerte de estos mundos.

La atmósfera de una enana blanca está hecha de hidrógeno y/o helio, así que cualquier elemento pesado que llega a su atmósfera es arrastrado hacia su núcleo y desaparecen de vista en cuestión de días debido a la intensa gravedad de la enana blanca. Debido a esto, los astrónomos deben estar observando literalmente la fase final de la muerte de estos mundos mientras losmateriales caen en las estrellas a ritmos superiores a un millón de kilogramos por segundo.

La estrella PG0843+516, una de las cuatro enanas blancas, es un poco diferente a las otras debido a su relativa sobreabundancia de los elementos hierro, níquel y azufre en el polvo encontrado en su atmósfera.

El hierro y el níquel se encuentra en el núcleo de planetas terrestres, ya que penetran hacia su interior debido al tirón gravitatorio durante la formación planetaria, y lo mismo para el azufre gracias a su afinidad química con el hierro.

De esta manera, los investigadores creen que están observando a la enana blanca PG0843+516 en el preciso momento en el que está absorbiendo el material del núcleo de un planeta rocoso lo suficientemente grande como para llevar a cabo diferenciación, similar a los procesos que han separado el núcleo del manto de la Tierra.

El estudio, titulado "La diversidad química de los restos planetarios de exoplanetas alrededor de enanas blancas", por B.T. Gänsicke, D. Koester, J. Farihi, J. Girven, S.G. Parsons y E. Breedt se ha aceptado para su publicación en los avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.

El profesor Boris Gänsicke del departamento de Física de la Universidad de Warwick, que dirigió el estudio, dijo que el proceso destructivo que causó el disco de polvo alrededor de estas distantes enanas blancas es lo que probablemente tendrá lugar en nuestro propio sistema solar.

"Lo que estamos viendo hoy en estas enanas blancas a varios cientos de años luz de distancia puede ser muy bien una fotografía del futuro distante de la Tierra".

"Cuando estrellas como nuestro sol alcanzan el final de sus vidas, se expanden hasta convertirse en gigantes rojas cuando el combustible nuclear de sus núcleos se agota. Cuando esto ocurra en nuestro sistema solar, dentro de miles de millones de años, el Sol engullirá a los planetas interiores Mercurio y Venus. No está claro si la Tierra también será absorbida por el sol en esta fase de gigante roja, pero aunque sobreviviera, su superficie estaría achicharrada. Durante la transformación del Sol en una enana blanca, perderá una gran cantidad de masa, y todos los planetas se moverán hacia el exterior. Esto puede desestabilizar las órbitas y conducir a la colisión entre cuerpos planetarios como ocurrió en los inestables primeros días de nuestro sistema solar. Esto puede incluso despedazar planetas terrestres enteros, formando grandes cantidades de asteroides, algunos de los cuales puede tener una composición química similar a la de los núcleos planetarios. En nuestro sistema solar, Júpiter sobreviviría a la evolución tardía del Sol y desviaría los asteroides, viejos y nuevos hacia la enana blanca. Es enteramente factible que en PG0843+516 veamos el acrecimiento de esos fragmentos hechos del material del núcleo de lo que una vez fue un exoplaneta terrestre".

El equipo de la Universidad de Warwick sondeo más de 80 enanas blancas dentro de unos pocos cientos de años luz, usando el Espectrógrafo Cosmic Origin a bordo del Telescopio Espacial Hubble.

JUICE es la siguiente gran misión científica de Europa

Aparecido en ESA el 2 de mayo de 2012

The Jupiter Icy Moons Explore (el explorador de las lunas heladas de Júpiter) -JUICE- ha sido seleccionada sobre otros dos candidatos: NGO, the New Gravitational wave Observatory (el nuevo observatorio de ondas gravitatorias), para cazar ondas gravitatorias, y ATHENA, the Advance Telescope for High-Energy Astrophysics (el telescopio avanzado para la astrofísica de altas energías).

JUICE es la primera misión clase Large elegida como parte del programa Cosmic Vision de la ESA.

Será lanzada en 2022 desde el espaciopuerto de Kourou, Guayana Francesa, en un Ariane 5, llegando a Júpiter en 2030, para pasar al menos tres años realizando observaciones detalladas.

Las diversas lunas galileanas de Júpiter -la volcánica Io, la helada Europa y las heladas-rocosas Ganímedes y Calisto- hacen del sistema joviano un sistema solar en miniatura de pleno derecho.

De Europa, Ganímedes y Calisto, todos piensan que albergan océanos internos. La misisón estudiará las lunas como potenciales hábitats para la vida, apuntando a dos temas claves de programa Cosmic Vision: cuáles son las condiciones para la formación de planetas y el surgimiento de la vida, y como funciona el sistema solar.

JUICE observará continuamente la atmósfera de Júpiter y su magnetosfera, y la interacción de las lunas galileanas con el gigante gaseoso.

Visitará Calisto, el objeto con cráteres más pesado del sistema solar, y volará dos veces sobre Europa. JUICE realizará la primera medida del grosor de la capa de hielo de Europa e idenificará localizaciones candidatas para una futura exploración in situ.

La nave entrará finalmente en la órbita de Ganímedes en 2032, donde estudiará la superficie helada y la estructura interna de la luna, incluyendo el océano interno.

Ganímedes es la única luna del sistema solar de la que se sabe que genera su propio campo magnético, y JUICE observará la exclusiva interacción magnética y de plasma con la magnetorsfera de Júpiter en detalle.

"Júpiter es el arquetipo de los planetas gigantes del sistema solar y de la mayoría de los planetas que han sido encontrados alrededor de otras estrellas" dice el profesor Álvaro Giménez Cañete, director de Science and Robotic Exploration de la ESA.

"JUICE nos proporcionará una mejor visión de como los gigantes gaseosos y sus mundos orbitantes se forman y de su potencial para albergar vida".

"El proceso de selección ha sido un reto debido a la excelente calidad de las tres misiones candidatas, y me gustaría agradecer a la Space Science Advisory Committe por su duro trabajo llevado a cabo este arduo proceso de selección de una manera muy rigurosa", dice el catedrático del Science Programme Committe de la ESA, el doctor Richard Bonneville.

El anuncio de hoy es la culminación de un proceso comenzado en 2004, cuando la ESA consultó a la comunidad científica más amplia para establecer las metas de Europa en la exploración espacial durante la próxima década.

El programa Cosmic Visión 2015-2025 resultante, identificó cuatro objetivos científicos: ¿cuáles son las condiciones para la vida y la formación planetaria?, ¿cómo funciona el sistema solar?, ¿cuáles son las leyes fundamentales del universo?, ¿cómo comenzó el universo y de qué está hecho?

En 2007, un "Call for Missions" (algo así como un llamamiento para misiones) se estableció en torno a estos objetivos y como resultado se consideraron cierto número de misiones de clase Large.

"Fue una decisión difícil elegir una misión de entre estos tres excelentes candidatos. Todas ellas producirían ciencia a nivel global y pondrían a Europa al frente de la investigación espacial", dice el profesor Giménez Cañete.

"JUICE es un paso necesario para la futura exploración de nuestro sistema solar exterior".

El alto valor científico de NGO y ATHENA también fue reconocido por el Science Programme Committee, y se planea continuar con las actividades tecnológicas, permitiendo a estas misiones ser consideradas como candidatas en futuras operotunidades. Una segunda llamada para misiones Large se espera para 2013.