Efecto Unruh y sondas

Según nos ha enseñado un compañero parece ser que se habían detectado algunas anomalías en la velocidad de sondas y satélites. Una vez descartados errores, efectos del combustible, etc., se ha pensado en el efecto de la radiación Unruh (post de Ciencia Kanija):
Un reciente estudio de Magic McCulloch sugiere que la “radiación Unruh” puede ser el culpable. El efecto Unruh, resumiendo, sugiere que los cuerpos que aceleran sufren un tipo de radiación electromagnética. En aceleraciones muy bajas, la longitud de onda emitida sería tan larga que una longitud de onda completa sería mayor que las dimensiones del universo (conocido también como la Distancia de Hubble). Las bajas aceleraciones generarían, por tanto, ondas que no tienen efecto sobre el cuerpo. Sin embargo el cuerpo en aceleración (por ejemplo Galileo siendo acelerado por la gravedad de la Tierra durante el sobrevuelo de 1990) lentamente superaría un umbral de aceleración, la radiación Unruh decrementaría la longitud de onda (menor que la Distancia de Hubble), provocando un diminuto, pero medible “impulso” a este incremento de la velocidad.

El artículo original de M.E. McCulloch se puede obtener en arxiv.

El efecto Unruh (podéis consultar el artículo original de Bill Unruh) fué descubierto por Bill Unruh de la University of British Columbia, y se trata, como se ha podido deducir del post enlazado y del extracto, de la predicción de que si un cuerpo es acelerado, éste observará radiación de un cuerpo negro en una zona en la qeu un observador inrecial no observará. Es decir, el fondo aparece más caliente en un marco de referencia acelerado. Se trata de un efeco cuántico.


Sobre la radiación Unruh os pongo algunos enlaces:
Entropía de Entanglement asociada a la radiación Unruh
Como no, Wikipedia.
Artículo original de Bill Unruh: Notes on black-hole evaporation.
Matters of Gravity, the newsletter of the APS Topical Group on Gravitation, Spring 2001
Efecto Unruh de manera experimental. Matt Visser, Washington University St. Louis
The Schwinger Mechanism, the Unruh Effect and the Production of Accelerated Black Holes, R. Parentani, S. Massar
Hawking-Unruh Radiation and Radiation of a Uniformly Accelerated Charge, Kirk T. McDonald
The Unruh effect: quantum tunneling through the horizon

Mapa detallado de materia Oscura en un cúmulo

Se ha conseguido un mapa detallado de la matería oscura en el cúmulo de Abell 901/902. Podéis ver el artículo completo original aquí. Para ello ha estado utilizando el Hubble un grupo de astrónomos con Catherine Heymans de la University of British Columbia a la cabeza:

“For the first time we are clearly detecting irregular clumps of dark matter in a supercluster,” says Heymans, a postdoctoral fellow in the Dept. of Astronomy and Physics.
“Previous studies were only able to detect fuzzy, circular clumps, but we’re able to resolve detailed shapes that match the distribution of galaxies.”

Para ello han analziado como zonas de alta densidad de materia oscura ha curvado la luz de las galaxias, es decir, el ya tradicional efecto de la lente gravitatoria.

De lo más pequeño a lo más grande

Uso este manido título porque realmente es lo que está sucediendo ahora. Para estudiar el origen del universo, los procesos que tuvieron lugar cerca del BigBang, cómo se formaron las grandes estructuras del universo; es necesario conocer cada vez más cosas sobre cómo funcionan las partículas.

Conociendo parámetros concretos de energías, masas, procesos de desintegración o creación, etc podemos deducir cómo serían los universos según los diferentes modelos a gran escala, y de ahí comparar con lo que estamos observando y deducir si el modelo es incorrecto. Por ejemplo, si usando un determinado modelo, y usando o que sabemos osbre las partículas, deducimos una tasa de nucleosíntesis (o la proporción entre protones y neutrones, por ejemplo), y lo que se deduce no se corresponde con lo observado, sabremos que el modelo es erróneo.
Cada vez recogemos más información del universo usando partículas, o haces de fotones resultado de ciertos procesos que se producen en el nivel fundamental, por lo que debemos conocer muy bien cómo se producen esos fenómenos. Otro caso parecido es el estudio de las ondas gravitacionales, la búsqueda de materia oscura, etc.
Por eso se dice que muchas veces se estudia el origen del universo en los aceleradores de partículas.
¿Qué se está haciendo en Europa? He encontrado un sitio de éstos de Web2.0, en el que se pretende hacer ciencia colaborativa. Se ponen a disposición de los miembros de los grupos particippntes herramientas de videoconferencia, documentos, etc.
De uno de esos documentos, bastante interesante, he sacado el mapa d elo que intersa ahora mismo en Europa respecto a partículas, cosmología y astrofísica:


Lo interesante del documento, es que repasa lo que se está investigando, en qué situación está la comunidad científica, cuánto sabemos de cada rama y qué se está haciendo para saber más. Es un resumen bastante interesante.
Por ejemplo, en la búsqueda de materia oscura quieren montar un par de detectores. En el análisis del proceso de decaimiento del protón y su relación con el neutrino también...
Otro tipo de investigación es lo que se puede deducir del momento multipolar de la radiación de fondo. de la que ya hablamos.

Lentes gravitatorias y materia oscura

La existencia de materia son acumulaciones de materia que pueden llegar a "curvar" el espacio-tiempo de tal manera que actúen como lentes. Es decir, galaxias, o cúmulos, que modifican la trayectoria de los rayos de luz de objetos que están por "detrás" de las lentes (respecto de nuestro punto de vista) y hacen qeu se produzcan imágenes dobles, imágenes deformadas, etc.
No siempre está claro qué objeto es el que produce la lente gravitatoria, e incluso se puede usar para localizar materia oscura.
Ësto último parece que es lo que ha descubierto la NASA, en una imagen del todo poderoso Hubble.
En este caso se trata de un anillo de materia oscura, es decir, que no vemos. Los efectos que se producen sí que son visibles en ésta imagen. La imagen del anillo azulado está superpuesta a la imagen real para que se `pueda apreciar el efecto. La distribución de la materia oscura (en azul) se obtiene de estimar los fectos sobre la imagen deformada del cúmulo de galaxias que se observa.
No es la primera imgaen que se obtiene de éste estilo, hay otras, pero es bastante espectacular.
Adjunto otra (en la que no está superpuesto el halo), que también aparece en el artículo original de la NASA:

En ésta imagen, las galaxias que aparecen deformadas no pertenecen al cúmulo que estamos observando, se superponen visualmente gracias al efecto de la lente gravitatoria.

Probando la gravedad

En el 2004 se lanzó al espacio un satélite cuyo objetivo principal era probar el grado de validez de las ecuaciones de Einstein. ¿Son exactas? ¿Se puede llegar a otro grado de exactitud? Se trata del satélite Gravity Probe B (GP-B).
Éste satélite tenía cuatro requisitos básicos:

1. Debe recorrer una trayectoria perfecta orbitando la Tierra.
2. Se capaz de alinearse con una estrella lejana.
3. Protegerse de todas las fuerzas, salvo la gravitación (es decir, las otras cuatro: Débil, Fuerte, Electromagnética y El Reverso Tenebroso).
4. Durar al menos un año observando todo cuidadosamente.

El experimento estab enfriado hasta 2k, es decir, por debajo de la temperatura de la radiación de fondo. La precisión del aparato es tal que es capaz de detectar un cambio en el eje de giro de unos 0,5 milésimas de segundo de arco. Dicho así no está muy claro. Eso quiere decir que podría medir el grosor de un cabello humano a unos 40 kilómetros, o medir el espesor de un céntimo de euro a unos 4500 kilómetros.

Detalle del giróscopo

Estudiando el comportamiento de giróscopos muy muy precisos, se pretende observar la dilatación del tiempo, estudiar su precesión, etc.
Todavía se están estudiando los datos (más de un terabyte), pero ya se empiezan a presentar los datos en bruto:
Hay una presentación bastante interesante y con mucha información, aquí.

Sentido de la escala y mapa del universo en escala logarítmica

Tenía preparado este articulillo desde antes de la santa semana. y justo antes de publicarlo he visto que en Curioso Pero Inútil han publicado uno sobre el mismo asunto: Escalas del Universo. No se si me han leído la mente o se trata de espionaje industrial o maldita casualidad. Pero, en cualquier caso, publico el mío y espero que ambos juntos den mejor idea de lo que quería contar. Lo que realmente me molesta es que la animación que han puesto ellos está genial :-)

Una forma curiosa de ver la escala de las cosas está en la página oficial de "El Universo Elegante". Mediante un Flash, se va haciendo zoom en una manzana, en pasos de dos órdenes de magnitud, desde 10¹ m hasta llegar a 10^-35 m. Puede apreciarse dónde están los grandes saltos, dónde están los límites de las posibles mediciones de los físicos, etc.
Otro sitio en el que podemos hacernos una idea de la escala de las cosas es en Potencias de 10. Un documental que hemos visto todos, quizás en uno de los primeros capítulos de la serie Cosmos, de Carl Sagan. En esta película se pasa de tamaños de 10²⁵ m a 10^-18 m. Hecho a partir de éste video podéis ver una animación en java en Secret Worlds: The Universe Within.


Otra animación que podéis ver está en Escalas del Universo, de la Universidad de la Laguna.
Aunque el que más me gusta de todos, quizás por el rigor, es el Mapa del Universo en escala logarítmica (menos mal) publicado por primera vez en Astrophysical Journal, y que podeis encontrar con distintans resoluciones y en trozos, en el web del autor que he enlazado antes.
Os recuerdo también otro articulo, sobre el mapa de Materia Oscura en éste mismo Blog.

Relatividad especial, para "dummies": El Retorno

He encontrado un cursito muy básico sobre relatividad especial. Sirva como complemento de la nota anterior.
También hay una guía sencilla, aunque en inglés, en "The Dummies´Guide to Special Relativity".
Si quereis algo un poco más serio, pero también sencillo e interactivo, os recomiendo éste applet sobre órbitas en el espacio curvado.

Mapa de la materia oscura

Este mapa se ha realizado usando datos del Hubble, espectros captados por el VLT y con imáganes del telescopio japonés Subaru y el telescopio Canadá-Francia-Hawai.
Ofrece una primera visión de la distribución a gran escala de la materia oscura, una forma invisible de materia que es la responsable por la mayor parte de la masa del universo.

Los tres ejes del esquema corresponden a corrdenadas esféricas de la posición celeste (ascensión recta y declinación) junto con la distancia a la Tierra, que va aumentando de izquierda a derecha, según las mediciones del desplazamiento cósmico al rojo.
La distancia denota la antiguedad, cuánto más lejano, más cercano al origen del universo, si pensamos en el tiempo.

El artículo completo se puede encontrar en el portal de la Agencia Espacial Europea ESA y hay una versión traducida en Astroseti, web siempre recomendable.

Evidencia más o menos directa de la existencia de materia oscura

Esta noticia se publicó no hace mucho, pero no se porqué no me enteré.
En la imagen se ve la materia que emite luz en rojo y superpuesto en azul lo que se corresponde con la distribución de materia oscura. Para determinar esa distribución en este caso, se ha observado una lente gravitacional. La masa observada no se corresponde con la necesaria para desviar la luz en la forma que se ha observado. Para hacer esta imagen, y recoger los datos necesarios para poder afirmarlo, se usaron el Hubble Space Telescope, el Magellan Telescopes y el VLT (Very Large Telescope).
Es descubrimiento se ha hecho en el Acelerador de Stanford, y se publicó en Astrophysical Journal y Astrophysical Journal Letters.
Podéis ver un video del proceso en formato QuickTime (mov) o AVI

Efecto Casimir Dinámico

Creo que ya he hablado alguna vez del efecto Casimir. Se trata de un efecto que puede explicar algunas de las propiedades de la "materia oscura". Como sabeis la materia oscura se introduce para explicar la estructura del universo que observamos, teniendo en cuenta las abundancias relativas de las partículas del universo. El efecto fué predicho en 1948 por el físico teórico holandés Hendrik Casimir.
Se trata de lo siguiente. ¿Qué ocurre si ponemos dos lámina paralelas muy cerca una de la otra en el vacío? Pues en principio, si son eléctricamente neutras sólo sentiran la atracción gravitatoria. Sin embargo, debido a las fluctuaciones cuánticas aparece el efecto Casimir. Entre ambos planos sólo puede haber ondas de tal manera que la distancia entre ambas placas sea un múltiplo entero de las longitudes de onda. Es decir, se seleccionan ciertos tipos de ondas de las fluctuaciones, se limitan. Fuera del espacio entre las placas, esto no ocurre. El resultado es que aparece una fuerza neta de atracción.

La fuerza, es proporcional al área de la sección de los espejos y se incrementa 16 veces cada vez que la distancia, d, entre los espejos se reduce a la mitad. Dos espejos con un área de 1 cm² separados por una distancia de 1 µm tienen una Fuerza de Casimir atractiva de unos 10^-7 N ( aproximadamente el peso de una gotita de agua de medio milímetro de diámetro). Aunque esta fuerza podría parecer pequeña, a distancias por debajo de un micrómetro la fuerza de Casimir se convierte en la mayor fuerza entre dos objetos neutros. De hecho a separaciones de 10 nm (unas cien veces el tamaño normal de un átomo) el efecto Casimir produce el equivalente a 1 atmósfera de presión.

Parece ser que este efecto ya se observó macroscópicamente hace unos cuantos cientos de años cuando había mucho oleaje y estaban demasiado cerca dos barcos. Terminaban estrellándose, debido al mismo efecto pero con las olas como ondas.
En el CSIC se ha estado investigando el efecto dinámico del efecto Casimir.


Bibliografía
Un artículo sobre el efecto Casimir, de physicsweb
El Efecto Casimir: Una Fuerza de la Nada
Nota de prensa, CSIC

Ciclo de Conferencias de Otoño del Planetario

Conferencias del planetario
Son del 2 al 30 de noviembre.Todas las conferencias son a las 20 horas.

Jueves, 2 de noviembre, a las 20 horas
Álvaro Giménez Cañete.
Director del Departamento de Investigación y Apoyo Científico, ESA, ESTEC
Europa alrededor de Venus.

La Agencia Europea del Espacio lanzó el año pasado la misión Venus Express a nuestro planeta hermano. En la Semana Santa de 2006 llego a Venus y se inserto en órbita a su alrededor. Después de unos espectaculares descubrimientos iniciales, la nave ha desarrollado un completo programa de investigacion del que se esta obteniendo una nueva visión del planeta. Tan parecido a la Tierra y tan diferente a la vez, Venus esconde la clave para comprender el comportamiento y evolución de las atmósferas planetarias. En la conferencia se presentarán los resultados obtenidos hasta ahora, los programas previstos para los próximos años y el entorno global de la misión en el marco de la exploración del sistema solar de la Agencia Europea del Espacio.

Miercoles, 8 de noviembre, a las 20 horas
Antxon Alberdi Odriozola.
Investigador Científico del CSIC.
Instituto de Astrofísica de Andalucía, IAA.
Viaje al Centro de la Vía Láctea.

El centro de nuestra galaxia es uno de los objetos más brillantes del cielo a diferentes longitudes de onda. En muchos aspectos, recuerda a un núcleo de una galaxia activa de baja luminosidad. En la charla, describiremos la morfología del Centro Galáctico, desde escalas del kiloparsec hasta el parsec central. En el centro dinámico de la galaxia reside un objeto compacto, denominado SgrA*, cuya radiación parece provenir del acrecimiento de materia sobre un agujero negro. Detallaremos las evidencias observacionales, que demuestran la existencia de este agujero negro en el centro de la Vía Láctea, con una masa de unos 2 millones de veces la masa del sol.


Jueves, 26 de noviembre, a las 20 horas.
Rafael Rebolo López.
Profesor de Investigación del CSIC.
Instituto de Astrofísica de Canarias, IAC.
Exoplanetas terrestres.

En la última década se han descubierto unos doscientos planetas alrededor de estrellas parecidas al Sol. Algunos de estos nuevos planetas producen eclipses de sus estrellas, lo que ha permitido en varios casos el estudio detallado de sus principales parámetros físicos. La mayor parte son planetas gigantes gaseosos pero ya se han identificado algunos candidatos a planetas rocosos. El espectacular avance en la investigación de exoplanetas probablemente conducirá a la detección de planetas como la Tierra en la próxima década. Describiremos algunos de los proyectos que podrían conseguir la detección de exoplanetas terrestres en zonas de habitabilidad de estrellas como nuestro Sol. Varios de ellos ya están en marcha.

Jueves, 23 de noviembre, a las 20 horas.
Nicolás Cardiel López.
Profesor Contratado Doctor, Departamento de Astrofísica, Universidad Complutense de Madrid.
La Cosmología o la incesante búsqueda de la belleza.

En la Antártida, los líquenes y comunidades microbianas de los Valles Secos y Montañas Transantárticas no parecen limitados por la más dura combinación de frío, sequedad y radiación que se produce en nuestro planeta. Estas especies son excelentes candidatos para experimentos de exobiología en el espacio exterior, con el fin de demostrar la capacidad de supervivencia de células complejas originadas en la Tierra a posibles transferencias interplanetarias. Los líquenes antárticos han mostrado una extraordinaria resistencia al frío (-196 ºC) y a amplios periodos de frío y sequía (142 meses a -20 ºC) y son capaces de mantener una fotosíntesis activa a temperatura por debajo del punto de congelación. Además, se ha demostrado su capacidad para recuperar altos niveles de fotosíntesis en tan sólo unos minutos después de su exposición a plena luz del sol, tras haber permanecido meses en la oscuridad de la noche polar, cubiertos por una gruesa capa de nieve.

Jueves, 30 de noviembre, a las 20 horas.
José María Bermúdez de Castro Risueño.
Profesor de Investigación del CSIC.
Director del Centro Nacional de Investigación sobre Evolución Humana,
CENIEH, Burgosd.
Atapuerca y su contribución a las investigaciones sobre evolución humana.

Desde el hallazgo en 1976 de la primera mandíbula humana fósil en la Sima de los Huesos las excavaciones sistemáticas e investigaciones de los yacimientos pleistocenos de la Sierra de Atapuerca (Burgos) han dado una ingente cantidad de datos que han permitido dilucidar numerosas cuestiones sobre la evolución biológica y tecnológica de nuestros ancestros. En particular, hemos aprendido mucho sobre la evolución humana en Europa y se han planteado un sinfín de nuevos interrogantes.

TODAS LAS CONFERENCIAS TENDRÁN LUGAR EN LA SALA DE PROYECCIÓN DEL PLANETARIO DE MADRID, QUE TIENE CAPACIDAD LIMITADA.

PARA ACCEDER A LAS MISMAS SERÁ NECESARIO DISPONER DE INVITACIÓN, QUE SE PODRÁ RECOGER, GRATUITAMENTE, EN LA TIENDA DEL PLANETARIO DESDE EL JUEVES ANTERIOR A CADA CONFERENCIA

Radiación cosmica de fondo

Como todo el mundo sabe mucho de lo que se desarrolla ahora mismo en Cosmología tiene que ver con los datos aportados por el COBE. Este satélite dispone de varios sistemas para medir la radiación del fondo cósmico.

En estas imágenes podemos ver algunos resultados interesantes del COBE. En la primera imagen se ve que la radiación es prácticamente homogénea y se corresponde perfectamente con la radiación de un cuerpo negro a 2,728K. Esto último no se deduce de esta imagen, evidentemente, sino de otro dispositivo colocado en el COBE, que compara el espectro de un cuerpo negro con el de la radiación, el Far Infrared Absolute Spectrophotometer (FIRAS)
La segunda imagen da una idea de como es el diposlo. Aquí se exageran las diferencias de temperatura, haciendo que sean visibles diferencias de mK. La zona hacia la que se acerca la Tierra (arrastrada por el movimiento de toda la galaxia) sufre un pequeño corrimiento hacia el azul, y la arte opuesta hacia el rojo. Esto permite definir una especie de Éter, un sistema de referencia bastante "absoluto". aunque no es así, evidentemente. Se trata de coger la referencia de un sistema respecto al cual la radiación de fondo es homogénea.
La tercera imagen presenta diferencias de microKelvin, restando el dipolo. Aquí podemos observar la galaxia, y vemos irregularidades que se explican únicamente mediante el modelo inflaccionario.

Si quereis ver un curso de cosmología:
Curso de Cosmología
Y el resto de datos sobre el COBE en
COBE

Investigación nuclear sobre el origen del Universo

Según la nota de prensa publicada por la Universidad de Santiago de Compostela:
Físicos de la USC estudian reacciones nucleares de interés astrofísico para conocer cómo se formaron los elementos químicos que constituyen el universo
Las tecnologías desarrolladas para llevar a cabo estas investigaciones podrían tener en un futuro próximo importantes aplicaciones médicas e industriales.
Es decir, podrían (o no) tener aplicaciones, pero ahora no... Esto es típico, ya no existe la investigación per se, siempre han de encontrarse aplicaciones, incluso cuando se están estudiando reacciones nucleares relacionadas con el origen del universo.
Volviendo al contenido de la noticia: se trata de una forma de relacionar la Física Nuclear con la Astrofísica que está cada vez más desarrollada. Hasta no hace mucho, algunas áreas de investigación del origen del universo se quedaban fuera del área experimental. Sin embargo, al relacionar lo más pequeño con lo más grande podemos hacer estudios de este estilo.
En este caso se estudian reacciones nucleares de nucleo-síntesis, intentando determinar en qué fase del origen del universo se crearon ciertos elementos o si se crearon en las estrellas, tras las explosiones de supernovas.
Se utiliza el acelerador de partículas de Alemania para la parte experimental de la comprobación de los diferentes modelos.

Correlación cuántica para medir ondas gravitacionales

Ye Yeo y sus colaboradores de la Universidad de Singapur proponen en un trabajo teórico que unos electrones correlacionados con una definición precisa del estado de spin inicial podrían ser usados para detectar las ondas gravitatorias.
Los cálculos muestran que la fuerza gravitatoria pasando en forma de onda cambia el momento de las partículas correlacionadas alterando el estado cuántico virginal que tenían. En principio el efecto se podría detectar experimentalmente, pero es tan pequeño que nadie sabe la manera de medirlo. Lo que propone este grupo es amplificar el efecto usando un truco que llaman “barrido cuántico”, que permite a los pares de partículas que nunca han estado en contacto estén correlacionados. El spin y el momento terminan estando altamente correlacionados de tal modo que cambiar algo en una partícula produce un cambio incluso mayor en la otra.
Artículo Original

Libro sobre Topología y Cosmología

Os recomiendo (si es que me lee alguien)un libro sobre el estudio de modelos cosmologícos desde un punto de vista matemático, aplicación de la Topología en la búsqueda de la estructura y tamaño del universo. Mezclado con el diario personal de una investigadora. Refleja algunos aspectos bastante reales de la vida del científico profesional.
Se llama "Cómo le salieron las manchas al universo" de Janna Levin.

Cursos de Física en el Caltech

Aquí podeis ver varios cursos completos que imparte el Instituto Californiano de Tecnología:
Physics Courses at Caltech
Sobre cuántica, métodos matemáticos de la física, electrodinámica, topología, supersimetrías, etc.
Es un sitio bastante completo (igualito que las universidades españolas (sarcasmo)).
Sobre física estadística y térmica hay un curso interesante en Draft chapters of Thermal and Statistical Physics