Colosales nubes de radiación

Foto: X-ray: NASA/CXC/Tokyo Institute of Technology/J.Kataoka et al, Radio: NRAO/VLA.

Los agujeros negros supermasivos que se encuentran en los centros de las galaxias expulsan chorros de radiación que pueden transportar enormes cantidades de energía a grandes distancias.

En la imagen podemos ver columnas inmensas de radiación que constituyen la amplia fuente bilobular 3C353, donde la galaxia es el punto diminuto y brillante del centro de la fotografía.

Las nubes gigantes de radiación se pueden ver en el rango de los rayos X desde el observatorio Chandra de la NASA (en color púrpura) y en las longitudes de onda de radio desde el radiotelescopio Very Large Array (en color naranja).
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Fuente:
http://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/multimedia/3C353-giant-radiation-plumes.html

Agua extrema

Las estrellas, las explosiones nucleares y el universo primigenio son tres ámbitos donde la materia existe en condiciones extremas de presión, temperatura y densidad. No obstante, durante las últimas décadas, cada vez es más fácil tener acceso a la materia extrema en el laboratorio.

Imagen hecha por un artista de una explosión de rayos gamma,
donde normalmente se producen condiciones extremas.
(Autor: ESO/L. Calçada).

El agua es uno de los materiales favoritos debido a su casi incompresibilidad y su relevancia en los interiores de los planetas gigantes. Pero llevar el agua al extremo normalmente requiere unos 100 kJ de energía por experimento.

 Un equipo de físicos del Instituto Tecnológico de Israel Technion ha podido generar agua extrema a una escala menor. Cogieron alambres de cobre o aluminio y los enrollaron alrededor de una bola que luego disolvieron, creando una caja esférica formada por los alambres. Esta caja se conecta a un generador de energía pulsante, con una acumulación de energía de unos 6 kJ.

Cuando se sumerge la caja en agua y se libera de repente la energía acumulada, los alambres se volatilizan y producen potentes ondas de choque que se superponen para formar una onda mayor que converge en el centro de la esfera. Ahí, durante menos de un microsegundo, el agua se comprime hasta siete veces.

Combinando los resultados experimentales y las simulaciones, los investigadores dedujeron que la temperatura del agua alcanza casi 10⁵ K (más caliente que la superficie del Sol) a una presión de 2×10⁷ atm (mayor que en el núcleo interno de la Tierra). Sorprendente, ¿verdad?
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Fuente:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/65/12/10.1063/PT.3.1815

Posiblemente el volcán más grande de la Tierra

Al noroeste del Océano Pacífico se encuentra un enorme volcán que perfectamente podría ser el más grande de la Tierra, así como un rival en tamaño del Olympus Mons (o Monte Olimpo) de Marte, el mayor volcán que se conoce en el sistema solar. El Macizo Tamu, el monte submarino más antiguo de la formación conocida como la meseta Shatsky, es aproximadamente del tamaño de las Islas Británicas.

Mediante perfiles sísmicos y muestras del sitio, los investigadores han llegado a la conclusión de que el macizo Tamu, situado entre Japón y Hawái, es un enorme volcán basáltico en escudo. Se formó hace unos 145 millones de años al sur de la meseta Shatsky, que tiene a su vez el tamaño del estado de California en Estados Unidos.

El macizo Tamu es mayor que los complejos de volcanes de las islas de Hawái e Islandia. Las mesetas oceánicas de Ontong Java y Kerguelen son más grandes, pero ambas se consideran complejos compuestos con múltiples volcanes.

El pariente marciano de Tamu, Olympus Mons, puede parecer más impresionante porque se alza más de 22 km sobre la superficie del Planeta Rojo. Por el contrario, la cima del macizo Tamu sólo está a algo más de 4 km del fondo marino.

No obstante, sus volúmenes son comparables. Tamu es solo un 25% más pequeño en volumen. Tamu es como un iceberg: tiene un grosor de 30 km, con la mayor parte de la masa en el interior del manto terrestre, mientras que el Olympus se formó sobre una sólida litosfera que soporta su peso.

Futuras investigaciones sobre el macizo Tamu explorarán cómo tal volumen de magma se formó debajo del volcán antes de entrar en erupción. Por cierto, se encuentra inactivo desde hace 140 millones de años.

Fuente:
http://blogs.discovermagazine.com/d-brief/2013/09/05/contender-to-largest-volcano-in-the-solar-system-found-on-earth/#more-2987

Localización del macizo Tamu.
(Foto: Versión de Image:Elevation.jpg cortada por User:Seattle Skier).

Japón

Macizo
Tamu

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Hawái

La importancia de los rayos X

Hace 160 000 años murió un niño en el norte de África y su mandíbula fue hallada hace unos años bien conservada en Jebel Irhoud, una cueva de Marruecos donde se han hecho hallazgos arqueológicos significativos. Sorprendentemente, se sabe que el niño murió cuanto tenía unos 2839 días. Y lo sabemos porque los dientes humanos crecen con microscópicos incrementos de esmalte diarios, que pueden verse claramente en una microtomografía de rayos X del diente del niño.

En realidad, este tipo de tomografías es uno de los métodos más precisos hasta la fecha para identificar cambios graduales en el registro fósil humano; y estos cambios son cruciales para comprender los orígenes de la anatomía actual. La reconstrucción tomográfica de un fósil es solo uno de los múltiples ejemplos en los que los métodos de rayos X pueden determinar de forma no destructiva y con gran detalle la composición estructural o química de los materiales.

Otros ejemplos incluyen el descubrimiento de pinturas escondidas bajo famosas obras maestras y de pruebas matemáticas escritas con tinta ya desvanecida en el Palimpsesto de Arquímedes; el seguimiento del movimiento migratorio de los peces mediante la medida de la acumulación de metales en sus otolitos; y el análisis de la madera para determinar las fechas de famosas erupciones volcánicas.

Radiografía de la mano de Albert von Kölliker
tomada por Wilhelm Röntgen en 1896. (Foto
original de W. Röntgen; versión actual creada
por Old Moonraker).

Los métodos modernos de rayos X también abarcan fenómenos transitorios tan diferentes como insectos tragando y respirando en tiempo real, electromigración en nanocables, rápidas transiciones de fase, turbulencia en microrreactores y ondas de choque en gases.

En todos estos casos, el detector de rayos X pone el límite a lo que se puede hacer. Idealmente, los detectores deberían ofrecer una alta resolución espacial, temporal y energética. Pero en la práctica tienen que ser diseñados para optimizar la resolución de algunos aspectos, a menudo a costa de la resolución de otros.

Además, aunque los detectores de rayos X han mejorado por regla general en los últimos años, en gran parte gracias a mejoras en los sistemas electrónicos, no han avanzado al mismo ritmo que las fuentes y la óptica de los rayos X. Cuando Wilhelm Röntgen investigó por primera vez los rayos X en 1895, usó un tubo de Crookes para generarlos y emulsiones de película fotográfica para registrarlos; la fotografía de la mano de su mujer es un ejemplo famoso. Los tubos de Crookes ya no se usan, pero las emulsiones fotográficas siguen con nosotros.

La utilidad de los rayos X hace que el desarrollo de los detectores no se haya estancado, sino que aún se siguen mejorando guiados por la necesidad de mayores resoluciones en algunos aspectos de la medida.
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Fuente:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/65/12/10.1063/PT.3.1819

Separación de partículas sin filtros

Un grupo de investigadores de la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA) ha desarrollado un nuevo método en el campo de los microfluidos para separar partículas del mismo tamaño (en la escala de los micrones) pero diferente forma. La novedad del método está en su simplicidad.

Mientras otros métodos de separación por forma implican configuraciones complicadas, pantallas deflectoras o algún tipo de campo externo que rompa la simetría, el método de UCLA se basa en las diferentes maneras en que las partículas ruedan libremente por un canal rectangular. Los dos pares de paredes del canal están suficientemente próximos (unas decenas de micrones) como para que el gradiente de velocidad transversal del flujo se extienda hasta el centro del canal.

Cuando las partículas siguen el flujo, el gradiente de velocidad las empuja hacia las paredes, mientras una fuerza inducida por estas las empuja hacia dentro. Para varillas y otras partículas con proporciones similares, predomina la fuerza hacia fuera más que para esferas y partículas con proporciones más iguales.

El resultado es un gradiente de forma a lo largo del flujo que se puede utilizar para enviar la parte central del flujo por una salida y la parte exterior por otra. Simplemente con una pasada, el grupo de UCLA extrajo el 96% de las esferas de una mezcla 50-50 de esferas y varillas.

Glóbulos rojos; los de forma de hoz tienen
la anemia falciforme. (Foto atribuida a
Drs. Noguchi, Rodgers y Schechter,
de NIDDK; US government agency,
http://www.cc.nih.gov/ccc/ccnews/nov99/)

Aplicaciones posibles de la técnica incluyen: la separación de glóbulos rojos sanos de los enfermos y deformados; la clasificación de nanopartículas artificiales; y la segregación de organismos unicelulares en diferentes estados de división celular. De hecho, el equipo de UCLA ha confirmado que su método puede separar las células de la levadura que se reproducen por gemación de las que no.

Como decía Leonardo da Vinci, "la sencillez es la máxima sofisticación".
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Fuente:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/65/11/10.1063/PT.3.1779

La corteza espiral de una estrella

En la constelación Sculptor, a unos mil años luz, la estrella gigante roja R Sculptoris está expulsando grandes cantidades de su masa mediante un fuerte viento solar (o estelar) complementado con pulsos térmicos periódicos. Estos pulsos son fases breves de helio explosivo quemándose en una delgada región fuera del núcleo de carbono-oxígeno de la estrella, y van creando una capa esférica de gas y polvo que envuelve a la estrella.

Gracias al proyecto astronómico ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), Matthias Maercker, del Observatorio Europeo Austral (ESO) y la universidad de Bonn, y sus colegas han podido descubrir una sorprendente estructura interna en forma de espiral, donde antes solo se apreciaba una especie de grumos en la corteza que rodea R Sculptoris.

Curiosa espiral alrededor de la gigante roja R Sculptoris.
(Imagen: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/M. Maercker et al.)

Con unos 40 arcosegundos, la espiral indica la presencia de otra estrella que no se ve y que orbita alrededor de la primera con un periodo de 350 años. La detallada estructura de la espiral permite determinar varias propiedades importantes tanto del sistema binario como del pulso térmico. A su vez, esto ayuda a comprender y modelar mejor las últimas fases de la evolución estelar y, posiblemente, el futuro de nuestro sol.
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Fuente:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/65/12/10.1063/PT.3.1831

Interacciones entre ondas solitarias

Desde que en 1834 John Scott Russell describió por primera vez una gran ola solitaria de forma constante que se propagaba por un canal escocés, tales olas (u ondas) han sido el objeto de numerosos estudios en ámbitos tan diversos como la oceanografía, la óptica, la cosmología, la física de los plasmas e incluso la biofísica.

Se las llama solitones y son ondas no lineales por naturaleza, con velocidades que dependen de la amplitud. Cuando chocan en una dimensión, pueden rebotar entre sí o la más rápida salta sobre la más lenta. En dos dimensiones, pueden ocurrir interacciones más complejas todavía.

Mark Ablowitz y Douglas Baldwin, de la Universidad de Colorado en Boulder, han observado con sorprendente frecuencia diversas interacciones no lineales entre múltiples olas solitarias en dos playas planas. Los dos matemáticos descubrieron que las interacciones normalmente ocurren, aunque brevemente, en aguas poco profundas en el intervalo de dos horas durante la marea baja; tienden a suceder en grupos; y son extraordinariamente resistentes a cambios en la profundidad, perturbaciones debidas al viento o incluso a las rupturas.

Las diversas estructuras de las olas se pueden reproducir usando una ecuación de ondas no lineal en dos dimensiones. La misma ecuación sirve para aproximar la propagación de los tsunamis y los investigadores advierten que interacciones no lineales similares podrían amplificar notablemente el poder destructivo de un tsunami.

Y tú, ¿has visto alguna vez una de estas olas solitarias? Echa un vistazo a este vídeo para descubrirlo. (Vídeo de YouTube sobre interacciones de tipo Y grabado por Mark J. Ablowitz en Nuevo Vallarta, Mexico y editado junto a Douglas E. Baldwin.)

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Fuente:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/65/11/10.1063/PT.3.1777