sábado, 28 de abril de 2012

En el interior de una estrella antigua (II)

(Para ver la primera parte de este artículo y así entenderlo mejor, haz clic aquí.)

Gigantes rojas. Es en lo que se convierte una estrella como el Sol con el paso del tiempo: su núcleo se contrae, volviéndose caliente y denso, y su atmósfera exterior se expande, enfriándose y tornándose tenue. Para comprender lo que le pasa a la rotación de la estrella en estas circunstancias, nos podemos imaginar a un patinador sobre hielo girando sobre sí mismo. Si quiere frenar, extiende los brazos; pero si quiere ir más rápido, los pega al cuerpo para que no le estorben. De modo similar, las capas exteriores de la gigante roja pierden velocidad, mientras que el núcleo se acelera.

Red giant and Sun
Representación esquemática hecha por M. Alesmo.
El telescopio espacial Kepler, una de las misiones espaciales actuales de la NASA con más éxito, ha hecho posible este descubrimiento. Fue diseñado para buscar planetas del tamaño de la Tierra en la zona habitable de estrellas lejanas. Kepler puede detectar variaciones en el brillo de una estrella de sólo unas partes por millón, por lo que es ideal para detectar las pequeñas ondas mencionadas en la primera parte de este artículo. El efecto de la rotación sobre estas ondas es tan pequeño que su descubrimiento necesitó dos años de recogida de datos casi continua por parte del satélite Kepler.

Gracias a Paul Beck (de la Universidad Católica de Lovaina), podemos ver un vídeo en el siguiente enlace: http://youtu.be/ZYF3SoCtI0w, donde aparece una representación de la rotación en el interior de una estrella gigante roja. Al principio, se ve la comparación en tamaño del Sol con una de estas estrellas. Después, podemos apreciar cómo el núcleo caliente de la gigante roja gira unas diez veces más rápido que la superficie.
_____
Fuente:
http://fys.kuleuven.be/ster/Outreach/press-releases/spinningcore/corerotation

miércoles, 25 de abril de 2012

En el interior de una estrella antigua (I)

Un equipo internacional de astrónomos dirigidos por el doctorando Paul Beck de la Universidad de Lovaina (Bélgica) ha conseguido mirar en las profundidades de estrellas antiguas y ha descubierto que sus núcleos giran al menos diez veces más rápido que sus superficies. Se ha sabido por mucho tiempo que la superficie de estas estrellas gira lentamente, tardando alrededor de un año entero en completar una rotación. Pero el equipo ha descubierto ahora que el núcleo de un estrella de este tipo gira mucho más rápido, con una rotación por mes aproximadamente. El descubrimiento fue posible gracias a la alta precisión de los datos del telescopio espacial Kepler de la NASA.

Beck y sus colaboradores analizaron las ondas que recorren el interior de las estrellas y que aparecen en la superficie como variaciones rítmicas en el brillo de las mismas. El estudio de tales ondas se denomina astrosismología y puede revelar condiciones en lo más profundo de una estrella que permanecerían ocultas de otro modo. Diferentes ondas sondean diferentes partes de la estrella y, comparando detalladamente la profundidad a la que penetran estas ondas dentro de la estrella, el equipo encontró evidencias de la velocidad de rotación y su aumento dramático según nos acercamos al núcleo. Parece ser que es el corazón de una estrella lo que determina cómo evoluciona, por lo que averiguar cómo rota por dentro puede ayudarnos a comprender cómo envejecen las estrellas como nuestro Sol.

El estudio de Beck et ál. se centra en lo que se denomina gigantes rojas, que es en lo que se convertirá el Sol en unos 5000 millones de años. Se llaman gigantes porque sus capas exteriores se han expandido hasta más de cinco veces su tamaño original y son rojas porque se han enfriado significativamente y presentan un aspecto rojo. Al mismo tiempo, al núcleo le ha pasado lo contrario: se ha contraído formando un entorno extremadamente caliente y denso.

Pero, ¿eso qué tiene que ver con el giro de la estrella? Como ves, aún hay más que se puede decir de este tema, pero eso lo veremos en el próximo artículo.
_____
Fuente:
http://fys.kuleuven.be/ster/Outreach/press-releases/spinningcore/corerotation

jueves, 19 de abril de 2012

Informática cuántica "ciega"

La informática cuántica promete una mayor eficiencia frente a la informática clásica. Y la comunicación cuántica promete una seguridad a prueba de cualquier ataque. Si combinamos los dos, tenemos la informática cuántica "ciega". Ésta permitiría a un cliente, sin capacidad especial para la informática cuántica, ejecutar un algoritmo en un servidor remoto sin revelar nada de los datos de entrada o de salida ni del cálculo intermedio. Ahora, Philip Walther (Universidad de Viena) y sus colaboradores han demostrado una versión a pequeña escala de un ordenador cuántico ciego.

El experimento usa un protocolo basado en un ordenador cuántico de sentido único, es decir, más que manipular un sistema de cubits* y leer después el resultado, el ordenador comienza con un estado altamente entrelazado (universal para todos los cálculos hasta un cierto tamaño) y realiza una serie de medidas de un cubit. Los resultados de estas medidas se pueden procesar luego con un ordenador clásico para dar el resultado del cálculo. Para hacer el cálculo ciego, el cliente prepara los cubits con ángulos de fase θi que sólo él conoce y ordena al ordenador que los mida a ángulos δi. El ordenador entrelaza los cubits de una manera específica, los mide y transmite los resultados al cliente. Sin conocer los ángulos θi, ni el ordenador ni un observador furtivo pueden deducir el cálculo subyacente a partir de los ángulos δi y los resultados de la medida.

El protocolo antes mencionado no requiere que el cliente haga nada que no esté dentro de los límites de la tecnología actual. Incluso las tareas que ha de hacer el ordenador (entrelazar los cubits por parejas y medirlos uno por uno) se pueden llevar a cabo en sistemas pequeños, como han hecho Walther y sus colaboradores. Entre otras cosas, realizaron una versión en miniatura de una búsqueda en una base de datos, que promete ser más eficiente en un ordenador cuántico que en uno clásico.

¿No estás deseando ver ya un ordenador cuántico?
_____
Fuente:

miércoles, 18 de abril de 2012

Cómo frenar los tumores (II)

(Para ver la primera parte de este artículo, pincha aquí.)

Como modelo experimental sencillo, Montel y su equipo usaron células de ratón que se autoensamblan para formar esferoides similares a tumores, aunque con una estructura y composición más simples. En ausencia de cualquier tensión externa, estos esferoides crecen en tamaño durante dos o tres semanas hasta que alcanzan un estado estable donde los ritmos de división y muerte celulares están en equilibrio. Montel y sus colaboradores plantean que este estado estable se podría alterar si se aplicara una tensión mecánica al esferoide.

Para conseguirlo, Montel et ál. aplicaron una tensión osmótica mediante el aumento de la concentración molecular del medio que rodea al esferoide. El grupo usó dextrano para crear esta presión osmótica, ya que es un polímero biocompatible que no afecta al metabolismo de las células ni a su viabilidad. Y en efecto, los resultados indicaron que una presión osmótica externa de sólo 500 pascales es capaz de frenar el ritmo de crecimiento del esferoide tumoral. Además, se trata de un proceso reversible: cuando se deja de aplicar la presión, el esferoide vuelve a crecer.
Tumor growth arrest
Representación esquemática de un esferoide con células cancerosas.

Para que crezcan los tumores, las células tienen que dividirse más rápido de lo que mueren. Para comprobar si la tensión mecánica favorecía la muerte de las células frente a su división, los autores hicieron un mapa de ambos procesos dentro del esferoide. Normalmente, la muerte celular (en rojo en la figura) se localiza mayoritariamente en el centro del esferoide, mientras que la división (en verde) se produce tanto en el centro como en la superficie. Con ayuda de un modelo sencillo, llegaron a la conclusión de que, al aplicar la tensión mecánica, no se alteraba la localización de la muerte celular, pero sí limitaba la división a la superficie.

Por otro lado, los autores demuestran que estos hallazgos no se pueden explicar con argumentos químicos, sino que todo apunta a que es verdaderamente un efecto mecánico lo que restringe el crecimiento del esferoide tumoral.

En resumen, el estudio de Montel et ál. apoya la teoría de que el crecimiento de un tumor es consecuencia de un aumento en la presión homeostática, lo cual puede ser debido a diversos factores microambientales.

sábado, 14 de abril de 2012

Cómo frenar los tumores (I)

Todos sabemos que lo mejor sería que no aparecieran los tumores, pero si ya están ahí, ¿qué podemos hacer para impedir que se desarrollen o frenar su crecimiento?

Distintos experimentos hechos en conjuntos de células similares a los tumores parecen indicar que la tensión mecánica es capaz de inhibir el crecimiento de un tumor. Sir David Smithers en 1962 y Stephen Paget en 1889, entre otros, pensaban que el cáncer se debía tanto a la interacción de la célula con su microentorno como a la propia célula. Sin embargo, el descubrimiento de los primeros oncogenes y genes supresores de tumores en los años setenta y ochenta hizo que se dejara a un lado el estudio del papel del microambiente en el desarrollo del cáncer. Hasta no hace mucho.

Actualmente, la noción de que las aberraciones genéticas sólo conducen a un crecimiento tumoral y a la metástasis bajo condiciones específicas microambientales está recibiendo un renovado interés. En un artículo de Physical Review Letters, Fabien Montel y sus colaboradores del Instituto Curie de París muestran experimentos en los que exploran los efectos de la tensión mecánica en la evolución de un conjunto de células semejante a un tumor. Su trabajo sugiere que la presión puede impedir el crecimiento de un tumor alterando la localización y los ritmos de la división y muerte celulares.
Tumor growth arrest
Representación esquemática de un esferoide con células cancerosas. El color verde indica dónde se produce la división celular y el rojo señala la muerte celular. Las flechas indican la tensión mecánica.


En principio, la influencia del microambiente sobre el comportamiento de una célula cancerosa se basa en la composición y estructura del entorno polimérico que rodea a las células dentro de los tejidos. Pero también la actividad mecánica que el microambiente ejerce sobre el tumor puede facilitar o impedir el crecimiento y la dinámica del mismo, aunque este efecto todavía no se comprende perfectamente.

La actividad mecánica del microambiente de un tumor puede alterar su crecimiento mediante diversos mecanismos. Algunos de estos mecanismos incluyen la transducción de fuerzas físicas en señales químicas. Pero otra posibilidad es que las tensiones mecánicas regulen directamente los ritmos de crecimiento y muerte de las células del cáncer. Esta posibilidad es la que han explorado Montel y sus colaboradores en el trabajo antes mencionado.

Pero, para saber en qué consiste el experimento y los resultados del trabajo de Montel, tendrás que leer el próximo artículo.
_____
Fuente:

miércoles, 11 de abril de 2012

Detalles de la formación de la Luna

Nuevamente, la Luna es la protagonista de otro artículo aquí en Res Scientifica. Ya comentamos cómo ha permanecido prácticamente igual durante la historia humana; sin embargo, nuestro conocimiento de cómo es y cómo ha evolucionado a través del tiempo sí ha cambiado. Puedes mirar la Luna más de cerca y aprender más detalles sobre su formación con la ayuda del siguiente vídeo.


Por si a alguien le interesa, incluyo un resumen de lo que dice el narrador del vídeo:

  • Mare Orientale: Probablemente, el último impacto gigante en la historia lunar, tan ancho como la distancia de Nueva York a Cincinnati. La distancia entre los puntos más profundos del cráter y los anillos montañosos exteriores es de varios kilómetros.
  • Shackleton: Uno de los cráteres de las regiones polares que no ha visto la luz del Sol por más de 2000 millones de años. Tiene más del doble de profundidad que el Cañón del Colorado. Ahora, sin embargo, se ha podido hacer un mapa de este tipo de cráteres.
  • Cuenca Aitken (en el polo sur): Es la cuenca de impacto más grande del sistema Tierra-Luna, con varios kilómetros de profundidad y unos 2500 kilómetros de diámetro. Sólo la Hellas Planitia de Marte rivaliza con ella en tamaño.
  • Tycho: Uno de los cráteres más recientes, puede haberse formado sólo hace 108 millones de años, cuando los dinosaurios poblaban la Tierra. Tiene un pico central, con bordes afilados, piedras tan grandes como edificios y una roca central del tamaño de un estadio de béisbol.
  • Aristarco: Cráter formado en la misma era que Tycho. Se ha comprobado que lo que parecían valles fluviales en sus alrededores eran en realidad hendiduras provocadas por antiguos flujos de lava.
  • Mare Serenitatis: En la cara visible de la Luna. En diciembre de 1972, la tripulación del Apolo 17 aterrizó en el valle de Taurus Littrow, la última vez que los humanos han visitado la superficie de la Luna. Con las nuevas imágenes, se pueden ver evidencias de la visita: huellas de pisadas y de ruedas, así como la base del módulo lunar de alunizaje junto con el todoterreno usado para desplazarse por la Luna.
  • Región de Compton-Belkovich: Zona volcánica en la cara oculta de la Luna, única no sólo porque está aislada de los otros volcanes del área, sino también porque está situada lejos de los mares lunares, donde suelen encontrarse los volcanes.
  • Jackson: Cráter en la cara oculta de la Luna, similar al Tycho por su extenso y complejo sistema de marcas radiales.
  • Tsiolkovsky: Un excelente ejemplo de cráter de la cara oculta de la Luna lleno de un mar de antigua lava. Está aislado de otros cráteres similares y tiene un bello pico central.
_____
Vídeo gracias a: NASA/Goddard Space Flight Center.

sábado, 7 de abril de 2012

AMS para datación en arqueología

(Te recomiendo que te leas antes los artículos Aceleradores, arte y arqueología y PIXE en el mundo del arte.)

La espectrometría de masas con aceleradores (AMS por sus siglas en inglés), al igual que la espectrometría de masas convencional, identifica un radionúclido (núclido inestable) específico separándolo de otros isótopos con diferentes relaciones masa/carga. Pero en la AMS, un acelerador proporciona energía a los iones liberados de la muestra. Estos iones altamente energéticos se pueden tratar con las técnicas de física nuclear que detectan, por ejemplo, el tiempo de vuelo, la energía E, el poder de frenado (la velocidad dE/dx de atenuación de la energía con la distancia x cuando una partícula atraviesa un medio) y la posición en un plano focal. Tal información determina el número másico A y el número atómico Z de un isótopo, a la vez que permite la identificación de un isótopo específico, incluso si se encuentra en un fondo isotópico (misma Z) e isobárico (misma A) que puede ser hasta 16 órdenes de magnitud mayor.

La espectrometría de masas con aceleradores es ahora la herramienta más popular para la datación de artefactos arqueológicos. Y en parte es debido a que el método requiere sólo una pequeña cantidad de material para obtener una precisión excepcional. Ejemplos famosos de la datación con AMS son la Sábana Santa de Turín y Ötzi, una momia natural descubierta en 1991 en la frontera entre Austria e Italia. En ambos casos, se usaron muestras que no pesaban más de unas decenas de miligramos y fueron fechadas mediante la desintegración del carbono 14. De hecho, el grado de precisión que proporciona la datación de carbono 14 mediante AMS está ahora inspirando el desarrollo de sistemas cada vez más pequeños y de más fácil manejo.
_____
Fuente:
http://www.physicstoday.org/resource/1/phtoad/v65/i1/p58_s1

miércoles, 4 de abril de 2012

PIXE en el mundo del arte

(A modo de introducción, puedes leer el artículo Aceleradores, arte y arqueología.)

Cuando un haz de protones interacciona con el material de una muestra, puede liberar electrones atómicos de capas internas. A medida que otros electrones se relajan y llenan el hueco, emiten radiación electromagnética, mayoritariamente rayos X, que es característica de cada elemento. De este modo, la técnica de Emisión de Rayos X Inducida por Partículas (PIXE por sus siglas en inglés) es un método de análisis atómico que nos permite llegar a conocer la concentración de los elementos en la superficie de la muestra. Variando la energía del haz se puede profundizar en la muestra y los haces finos permiten un análisis puntual a nivel microscópico. Además, la relación señal/ruido es más baja que con otros métodos, como la fluorescencia de rayos X.

Aplicada al mundo del arte, PIXE ayuda a identificar la composición de pigmentos u otros materiales de una obra de arte. Por este motivo, cada vez tiene un mayor impacto en el análisis forense de supuestas falsificaciones. El análisis de monedas antiguas proporciona información sobre el proceso de acuñación y también da idea de los desarrollos económicos. Por ejemplo, la inflación durante el Imperio romano se refleja en una continua devaluación del denario de plata, pues se iba reemplazando gradualmente la plata por metales de menor valor.

Un caso bien conocido de cómo PIXE ayuda en la datación comparativa es el análisis de la tinta usada por Galileo Galilei en sus escritos y notas, en los que con frecuencia falta la fecha. Ese análisis ha llevado a una mejor comprensión de los procesos de pensamiento de Galileo y de su papel en la historia de la ciencia. Otro ejemplo es la secuencia de dibujos a punta de plata de Alberto Durero, que viajaba periódicamente a la corte imperial para recibir su estipendio anual. En esos viajes, usaba varillas de punta de plata, compradas en diferentes sitios, para dibujar paisajes locales o para grabar momentos e ideas que usaría después en sus pinturas. PIXE ha hecho posible la determinación del orden en que esos dibujos fueron hechos, lo que permite comprender mejor el desarrollo artístico de Durero.

Para conocer otra técnica con aceleradores, puedes leer el artículo AMS para datación en arqueología.
_____
Fuente:
http://www.physicstoday.org/resource/1/phtoad/v65/i1/p58_s1
Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...