(07 Octubre, 2014 - CfA/CA) Cuatro cúmulos masivos de galaxias están cayendo uno sobre otro a cinco mil millones de años luz de la Tierra. El conglomerado está creando una concentración gigantesca de miles de galaxias. "Este es realmente uno de los cúmulos más masivos que conocemos y una de las fusiones más complejas que conocemos", dijo Reinout van Weeren del Centro Harvard-Smithsoniano para Astrofísica (CfA), quien presentó las últimas observaciones en la 224a reunión de la Sociedad Astronómica Americana.
Las primeras imágenes del choque,llamado MAC J0717 + 3745, las tomó el Telescopio Espacial Hubble en luz visible. Ahora el Observatorio Orbital Chandra X-Ray y el Very Large Array en Nuevo México han observado la agrupación en los rayos X y en luz de radio respectivamente. Las nuevas visiones revelan características que no eran visibles antes, como una extraña banda de ondas de radio brillante en el centro, que los científicos sospechan es la radiación emitida por las partículas cargadas de alta energía. El hecho de que esta característica coincida con un área de gas muy caliente - más de 100 millones de grados Kelvin - según revelan los datos de rayos X, sugieren que aquí el poderoso choque térmico actúa como un acelerador de partículas cósmicas, acelerando partículas a energías enormes.
Estos aceleradores de partículas que surgen de forma natural se han observado antes en los remanentes de supernovas. Pero MACS J0717 + 3745 puede llegar a ser uno de los más potentes aceleradores de partículas conocidos. Las observaciones sugieren que las partículas que hay energías que llegan hasta un millón de veces las logradas en los aceleradores de partículas de la Tierra, como el Gran Colisionador de Hadrones en Suiza.
En cierto modo, este choque de cúmulos de galaxias es menos violento de lo que parece. "Es un proceso muy lento", dijo van Weeren. "Cuando las nubes de gas golpean a otras, se calientan, causando un frente de choque donde los campos magnéticos se comprimen. Estos campos hacen que las partículas viajen hacia atrás y adelante sobre la parte frontal, recogiendo la energía del calor del gas durante cada cruce. Eventualmente, las partículas se vuelven tan energéticos que se escapan y vuelan hacia el espacio. Los científicos esperan estudiar más a fondo para saber si grupos como éste están detrás de muchos de los rayos cósmicos (partículas de alta velocidad) que penetran en la atmósfera de la Tierra desde el espacio.
Las nuevas observaciones de MACS J0717 + 3745 también revelan galaxias muy distantes cuya luz ha sido doblada y magnificada por la gravedad gigantesca acumulada entre los cuatro grupos que chocan. El fenómeno, llamado lente gravitacional, es una consecuencia de la teoría general de Einstein de la relatividad, que muestra que la masa dobla el espacio-tiempo alrededor de ella, haciendo que la luz viaje a una trayectoria curva. "Este grupo es muy complejo, y el aumento es muy interesante", dijo William Forman, también del CfA.
La enorme cantidad de masa recogida en MACS J0717 + 3745 hace que sea una de los mejores lentes gravitacionales conocidos. A finales de este año los astrónomos planean usar el Hubble para observar el objeto de nuevo como parte del programa Frontier Fields del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial, que tendrá exposiciones muy largas, para hacer algunas de las imágenes más profundas del cosmos jamás creados. El efecto de lente provisto por MACS J0717 + 3745 da al Hubble un impulso extra para ver aún más profundo de lo que debería. "Es probablemente el mejor telescopio cósmico en nuestro cielo", dice Dan Coe, un astrónomo del Instituto que trabaja en Frontier Fields. "Aumenta más del universo lejano que cualquier otro cúmulo de galaxias aún estudiado."
Nota: El original de esta noticia es de Junio 2014. Aunque atrasada, vale la pena recordarla.
LOGRAN SIMULAR CÓMO SE FORMÓ EL UNIVERSO
La simulación, llamada Illustris, comienza 12 millones de años después del Big Bang, y describe la formación de estrellas, elementos pesados??, galaxias, explosiones de supernovas y materia oscura, consiguió la mejor reproducción de cómo vemos el Universo en la actualidad.
Video: La simulación encapsula el universo en un cubo de aproximadamente 350 millones de años por lado.
(10 Mayo, 2014 -
BBC/CA) Los computadores han llegado a ser un instrumento fundamental para el desarrollo de la astronomía y la cosmología, los astrónomos aprovechan su gran capacidad de cálculo para simular, partiendo de las ecuaciones que gobiernan la materia y las fuerzas fundamentales de la naturaleza, cómo se comportan a través del tiempo.
El desafío es llegar a recrear lo que ven los telescopios, es decir se conoce la respuesta y hay que llenar los vacíos del cómo se llega a ella.
Ahora, un equipo internacional de investigadores de Estados Unidos, el Reino Unido y Alemania, han creado la simulación visual más completa y realista de cómo evolucionó el Universo. El modelo computacional basado en el código AREPO, desarrollado por el Dr. Volker Springel del Max-Planck-Institute for Astrophysics de Garching en base a una simulación hidrodinámica, muestra cómo se formaron las primeras galaxias alrededor de aglomeraciones de la misteriosa sustancia invisible llamada materia oscura.
En un artículo publicado en el último número de la revista Nature, los autores del trabajo afirman que los recientes avances en la potencia de cálculo de los computadores, combinado con mejores algorítmos numéricos y modelos más confiables de los principios físicos les ha permitido producir la simulación hidrodinámica Illustris, que es capaz de seguir simultaneamente la evolución de la materia oscura y bariónica (aquella que podemos ver) en detalle.
El Dr. Mark Vogelsberger del del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) de Cambridge, quien dirigió la investigación, contó que para realizar la simulación se ocuparon supercomputadores equivalentes a 10 mil computadores que corrieron el programa por seis meses, para lo que un notebook demoraría 5 mil años.
Es la primera vez que el Universo se ha modelado tan extensamente y con tanta resolución y proporcionará un banco de pruebas para las teorías emergentes sobre la composición del Universo y de cómo funciona.
Una de las principales autoridades del mundo sobre la formación de las galaxias, el profesor Richard Ellis, del Instituto de Tecnología de California ( Caltech), en Pasadena, describe la simulación como " fabulosa ".
"Ahora podemos ver cómo se forman las estrellas y galaxias y relacionarlo con la materia oscura", dijo a BBC News.
El modelo de computadora se basa en las teorías del profesor Carlos Frenk, de la Universidad de Durham, Reino Unido, quien dijo que estaba "contento" de que un modelo llegara a tan buen resultado si se incorpora desde el inició la materia oscura. "Usted puede hacer las estrellas y galaxias que se vean como la cosa real. Pero es la materia oscura que tiene la última palabra".
Los cosmólogos han estado creando modelos informáticos hidrodinámicos de cómo evolucionó el Universo desde hace más de 20 años y los resultados habían sido hasta ahora lejanamente aproximados de lo que los astrónomos realmente ven.
Imagen: A la izquierda el Universo real visto por el telescopio Hubble. A la derecha lo que surge de la simulación Illustris, un Universo que es sorprendentemente similar al real. Crédito: Illustris.
En la simulación se puede ver como en un principio, hebras del material misterioso que los cosmólogos llaman "materia oscura" se expanden a través del vacío del espacio como las ramas de un árbol cósmico. Luego mientras pasan los millones de años la materia oscura se aglomera y concentra para formar las semillas de las primeras galaxias.
Al principio, hay una serie de explosiones cataclísmicas cuando la materia oscura es atraída por agujeros negros para luego ser escupida: un período caótico que se regula la formación de estrellas y galaxias.
Luego surge la materia no oscura o bariónica, que a su vez formará las estrellas, los planetas y de la cual surgirá la vida. Finalmente, la simulación se asienta en un Universo que es similar a la que vemos a nuestro alrededor.
De acuerdo con el Dr. Vogelsberger las simulaciones respaldan muchas de las teorías actuales de la cosmología. "Muchas de las galaxias simuladas coinciden muy bien con las galaxias en el Universo real. Lo que indica que el conocimiento básico de cómo funciona el Universo debe ser correcto y completo".
En particular, la simulación apoya la teoría de que la materia oscura es el andamio sobre el que el universo visible está colgando. "Si no se incluye la materia oscura ( en la simulación ) no se verá como el universo real", dijo el Dr Vogelsberger a la BBC.
Galaxias
La simulación produce galaxias de diferentes formas y tamaños, las mismas que los astrónomos ven en el universo real. Esta simulación es la primera en mostrar que la materia visible emerge de la materia oscura. También ayudará a los cosmólogos a aprender más sobre otra fuerza misteriosa llamada energía oscura que está impulsando la continua aceleración del Universo.
La Agencia Espacial Europea (ESA) tiene previsto lanzar una nave espacial llamada Euclides en 2020 para medir la aceleración del Universo.
Desde la Antártica:
OBSERVACIÓN DE ONDAS GRAVITACIONALES EN EL FCM SERÍA ERROR
Se ha puesto en duda la detección de ondas gravitacionales que habrían confirmado la inflación cósmica que predice el modelo de formación del Universo a través del Big Bang, o CDM (Cold Dark Matter con Lambda).
(21 Marzo 2014 Actualizado 7 Octubre 2014 – Science/CA) El supuesto descubrimiento del Centro de Astrofísica de Harvard de rastros de ondas gravitacionales - ondulaciones en el tejido del espacio y el tiempo – en el universo infantil serían falsos.
Los rumores sobre el descubrimiento habían circulado durante días. Sin embargo, una vez publicada la observación electrizó a los científicos de todo el mundo. Ello, porque si se confirma, se consolidaría la idea de que en su primera micro fracción de segundo, el cosmos se expandió como un globo gigantesco, más rápido que la luz, un fenómeno conocido como “inflación” - una idea descabellada propuesta hace más de 30 años.
Imagen arriba: Los remolinos en el mapa de polarización del BICEP del Fondo Cósmico de Microondas son los preciados modos B, débiles y extensos remolinos que se extienden por decenas de grados en el cielo. Crédito: Colaboración BICEP2.
El descubrimiento muestra además por primera vez que la gravedad debe seguir las mismas reglas de la mecánica cuántica tal como lo hacen otras fuerzas, como el electromagnetismo. La construcción de una teoría cuántica de la gravedad sería una grandiosa meta para la física teórica.
Algunos cosmólogos dicen que es el descubrimiento más grande de sus vidas. "Nunca, hasta ahora, se habían empujado tanto los límites del entendimiento humano ", dice Max Tegmark del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT ) en Cambridge, que no participó en el trabajo. Los investigadores tenían buenas evidencias de cómo se formaron los primeros núcleos atómicos en el primer segundo después del Big Bang. Pero ahora han sondeado los primeros 10-32 segundos , dice Marc Kamionkowski , cosmólogo de la Universidad de Johns Hopkins en Baltimore , Maryland.
"No es todos los días que te despiertas y descubres lo que ocurrió una billonésima de billonésima de billonésima de segundo después del Big Bang."
El descubrimiento proviene de un estudio del brillo del Big Bang, el fondo cósmico de microondas (CMB ) realizado con el BICEP (Polarización Extragaláctica), un pequeño pero sofisticado telescopio ubicado a 800 metros del Polo Sur que observa cómo la polarización de esas microondas varía de un lugar a otro a través del cielo. En los datos obtenidos entre enero de 2010 diciembre de 2012, se encontraron con débiles remolinos llamados “modos B”. "Creemos que las ondas gravitatorias podrían ser la única manera de generar este patrón en modo B ", dice John Kovac, cosmólogo de la Universidad de Harvard y uno de los cuatro investigadores principales del BICEP. Los resultados fueron anunciados en una conferencia en el Centro Harvard -Smithsoniano para Astrofísica en Cambridge.
Muchos cosmólogos consideran también a los modos B la pistola humeante de la “inflación”. De acuerdo con el modelo estándar de la cosmología, cuando el universo empezó a existir contenía sólo una cosa: un campo cuántico. Algo similar a un campo eléctrico , formado por partículas llamadas inflatones. Ese campo explotó en el espacio-tiempo que dentro de los primeros 10-32 segundos y el cosmos se duplicó y redobló en tamaño 60 veces. En el proceso, se transformó en "plano", tan plano como una sábana tensa lista para romperse, nivelándose además en la temperatura. La inflación se detuvo cuando los inflatones decayeron en otras partículas, como los fotones, electrones y quarks. Ese escenario inflacionario fue inventado en 1980 por Alan Guth , cosmólogo del MIT.
En el campo de inflación aparecieron pequeñas fluctuaciones cuánticas que la inflación magnificó a un tamaño enorme, sembrando las variaciones en la densidad de la energía y la materia que a la larga se convirtieron en galaxias. Las fluctuaciones también crearon débiles variaciones en la temperatura del CMB a través del cielo, una parte en 100.000. Mediante la medición de la distribución estadística de los puntos calientes y fríos de diferentes tamaños , los investigadores han determinado el contenido del universo en términos de la materia ordinaria , la misteriosa materia oscura, cuya gravedad une las galaxias, y la extraña energía oscura del espacio que produce la expansión acelerada del universo (Science, 29 de marzo 2013 , p . 1513 ).
Es así que gran parte de la evolución del universo ha sido explicada, y todo parece estar en consonancia con la idea de la inflación. Pero con los nuevos resultados, los investigadores han ido un paso más allá y han probado una particular predicción de la inflación. Gracias a la mecánica cuántica, no sólo las cosas dentro del universo infantil fluctuaban – tal como lo hizo el propio espacio-tiempo. O como lo debe de haber hecho si el espacio-tiempo y la gravedad son como la mecánica cuántica. La inflación estiró las vibraciones en ondas gravitacionales de miles de millones de años luz de longitud de onda que dejaron su propia huella en el CMB . Considerando que las variaciones de densidad causaron un débil chapoteo de la materia y la energía de puntos más densos a puntos menos densos , las ondas gravitacionales generaron un movimiento de torsión más complejo llamado "modos de tensor . " Sólo ese tipo de movimiento puede dar lugar a los modos B, dice Uros Seljak , cosmólogo de la Universidad de California, Berkeley.
Detectar esos modos no fue fácil. Los modos B tiene apenas el 1% de la potencia de las ya débiles variaciones de temperatura. Para verlos, el equipo instaló BICEP2, un telescopio de 26 centímetros con 500 detectores de microondas de exquisita sensibilidad llamados bolómetros, cada uno enfriado hasta una fracción de un grado del cero absoluto. Los investigadores consiguieron un poco de ayuda de la naturaleza, ya que la señal en modo B aparece unas 20 veces más fuerte que lo que muchos cosmólogos esperaban.
BICEP recogió una plétora de otros experimentos, incluyendo la nave espacial Planck de la Agencia Espacial Europea, que tomó datos desde 2009 hasta el año pasado y se espera que presente los datos de polarización pronto. Irónicamente, dice Kovac , BICEP debe su éxito en parte a los detectores hechos por Jamie Bock y sus colegas en el Instituto de Tecnología de California en Pasadena, quien también desarrolló los detectores de Planck.
Suzanne Staggs, una cosmóloga de la Universidad de Princeton que trabaja en el proyecto Búsqueda de Modo B Atacama en Chile, dice que se sorprendió cuando se enteró del éxito de BICEP. "Cuanto más pienso en ello, más emocionada estoy porque la señal es tan fuerte", dice ella.
En particular, la fuerte señal sugiere que los cosmólogos pronto podrán poner a prueba la idea de la inflación en serio. Comenzando, dicen muchos investigadores, por silenciar a los que defienden la posibilidad de una expansión más rápida que la luz. Eso es porque las teorías alternativas no producen modos B, dice Scott Dodelson , cosmólogo de Fermi Nacional Accelerator Laboratory ( Fermilab ) en Batavia, Illinois. "Todas las alternativas que se han propuesto están muertas ", dice. "Esto es un hecho. "
Ahora los cosmólogos esperan investigar las características del campo inflatón - sobre todo cómo el campo interactúa consigo mismo para obtener energía. Los cosmólogos piensan en el campo como una canica en una colina, con la altura que indica la energía y el horizontal la posición del campo que denota su amplitud. El campo comenzó desde algún lugar en la colina y bajó hacia la energía y amplitud cero. El resultado de BICEP revela la altura inicial de la canica, dice Dodelson, que es equivalente a la densidad de energía del universo durante la inflación - 3 mil millones de veces cualquier energía obtenidos con un acelerador de partículas. La próxima gran meta de los cosmólogos es determinar la forma del paisaje de la energía, o "potencial".
Muchos cosmólogos dicen que la intensidad de la señal informada por BICEP concuerda muy bien con un modelo de ese paisaje propuesto en 1982 por Andrei Linde de la Universidad de Stanford en California, con forma de parábola. "De repente, este modelo muy simple funciona muy bien", dice Tegmark del MIT.
Sin embargo , unos pocos cosmólogos siguen siendo renuentes a la inflación. Paul Steinhardt de la Universidad de Princeton ha calificado a la inflación como "artificial", y dice que los resultados de BICEP solo la empeoran. La señal en modo B detectada por BICEP implica que el tensor de rotación en el universo temprano es dos veces más fuerte que el límite superior que se infiere a partir de las mediciones de temperatura de Planck , dice. Para hacer que esas dos observaciones tengan sentido, el espectro de las fluctuaciones cuánticas cortos y largos en el universo infantil debe haber sido mucho más complicado que la teoría estándar supone , argumenta : "Eso no es bueno para la inflación. "
Steinhardt reconoce que el descubrimiento descarta su propio modelo inflacionario – donde big bangs ocurren una y otra vez dentro de un espacio-tiempo mucho mayor . Pero cuando el polvo se asiente, predice, los teóricos todavía pueden encontrarse en busca de una alternativa a la inflación.
Sólo más observaciones pueden resolver el problema, dicen los científicos. En primer lugar, los investigadores necesitan confirmar el resultado BICEP , lo que puede suceder con bastante rapidez si la señal es tan potente como se informó . Más allá de eso, para trazar el panorama energético del inflatón, los observadores deben medir la distribución estadística de los remolinos de modos B exactamente de la misma forma en que miden la distribución estadística de los puntos calientes y fríos.
De la misma manera, el espectro de modos B grandes y pequeños debe revelar la forma del potencial del inflatón, dice Seljak de Berkeley. El equipo BICEP ha medido los modos en un trozo de cielo que mide 15 ° por 60 ° y ha observado los modos B que producen remolinos sobre un grado de ancho. Las ondas gravitatorias primordiales también deben producir modos B que se extienden por unos 10 ° de extensión. Para ver esos modos B grandes muy probablemente requerirá de otra nave espacial más sensible, que, como Planck, podría mapear todo el cielo. "La comunidad probablemente propondrá otra misión satelital para medir la polarización ", dice Seljak. "Ahí es donde espero que iremos."
Tal vez lo más tentador de tal misión es que finalmente podría permitir a los físicos para poner a prueba las teorías que tratan de combinar la mecánica cuántica y la teoría general de la relatividad de Einstein, que dice que la gravedad surge cuando el la masa y la energía curvan el espacio-tiempo. El resultado BICEP demuestra que la gravedad debe ser mecánico cuántizada , dice Dodelson del Fermilab , ya que los modos B se originan en las fluctuaciones cuánticas en el mismo espacio-tiempo .
Por otra parte, dice Dodelson , las teorías de la gravedad cuántica, como la teoría de cuerdas, predicen modificaciones a la forma del panorama energético inflatón. Así que si ese paisaje se puede medir con precisión, sugiere, los físicos finalmente podrían poner a prueba la teoría de las cuerdas – despectivamente llamada despectivamente burlado como una " teoría de todo ".
Incluso si ese sueño no se hace realidad, la observación de ondas gravitatorias primordiales ha sacudido a la cosmología, casi tanto como las ondas lo hacían con el universo naciente .
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