Viaje a través de un agujero negro (y II)

(Este artículo es continuación de Viaje a través de un agujero negro (I). Te recomiendo que lo leas primero).

Para entrar en un agujero negro, hace falta alcanzar su horizonte de sucesos¹, el límite más allá del cual nada puede escapar. Cuanto más masivo es el agujero negro, mayor es el radio de este horizonte. Los agujeros negros más comunes, que pesan una media de diez veces más que el Sol, tienen fronteras que se extienden más de 60 km. Pero la mayoría de las galaxias tienen agujeros negros supermasivos en sus centros, que pesan millones de veces lo que el Sol y tienen fronteras que se prolongan millones de kilómetros.

Según nos aproximamos al horizonte, no notaríamos nada especial, pero un observador desde el exterior nos vería ir cada vez más lento y le parecería que nunca llegamos a atravesar el horizonte de sucesos. Además, nos vería con un aspecto cada vez más tenue, porque la luz que emitiríamos en el horizonte necesita mucho tiempo para llegar al observador, desplazándose hacia el rojo¹.

Muchos piensan que nos veríamos envueltos en oscuridad una vez atravesado el horizonte, pero no es cierto. Veríamos el universo exterior de forma distorsionada, pero no desaparecería. Es entonces cuando empezaríamos a caer más rápido que la velocidad de la luz hacia el centro del agujero negro². Los efectos de la enorme gravedad darían lugar a lo que algunos llaman "espaguetización": la gravedad en los pies es mayor que en la cabeza (si caemos con los pies por delante), con lo que nos alargaríamos verticalmente, a la vez que nos espachurraríamos horizontalmente.

La misma fuerza que nos estaría destrozando concentraría la visión del universo en una banda delgada alrededor de la cintura. Haría que la escena por encima y por debajo de nosotros se desplazara hacia el rojo (más tenue) y la luz alrededor de nuestra cintura se vería desplazada hacia el azul (más brillante). 

Además, para poder distinguir las distancias dentro de un agujero negro, necesitaríamos tres ojos, ya que el espacio-tiempo estaría altamente curvado y nuestra visión binocular se confundiría. Incluso un tercer ojo no sería suficiente para ver el centro del agujero negro, debido a que toda la luz se dirige hacia la singularidad y nada hacia fuera de él; esto haría que el espacio y el tiempo tal como los conocemos dejasen de existir.

De todos modos, nos recuerda Jeff McClintock³ que un viaje así sólo es posible de forma teórica. El agujero negro más cercano que conocen los astrónomos está a unos 3000 años luz, lo cual es una distancia muy segura, por si alguien se preocupa de que la Tierra pudiera ser tragada por un agujero negro. E incluso si el Sol (a unos 8 minutos luz de la Tierra) fuera reemplazado por un agujero negro de la misma masa, los planetas seguirían girando igual; lo único que cambiaría es que no habría ni luz ni calor. El agujero negro no trataría de tragarnos más de lo que lo hace el Sol. Sólo pasan todas estas cosas extrañas cuando nos acercamos muchísimo.

(Para ver un vídeo donde se aprecia el resultado de la simulación, haz clic aquí.)
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Fuente (del artículo y del vídeo):
http://edition.cnn.com/2009/TECH/space/04/27/falling.into.black.hole/index.html#

1. V. diccionario.
2. Dicho centro se conoce como una singularidad, donde la curvatura del espacio-tiempo tiende a infinito, así como las fuerzas de marea debidas a la gravedad.
3. Astrofísico del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian (Cambridge, Massachusetts).

Viaje a través de un agujero negro (I)

Como dice el astrofísico Andrew Hamilton¹ en su página web, "Si caes en un agujero negro, morirás. No atravesarás un agujero de gusano hacia otro tiempo y espacio". Pero, ¿y si sí? Aunque eso es materia para otro artículo. Hoy nos centraremos en qué pasaría si cayéramos en un agujero negro del tipo más simple: un agujero negro de Schwarzschild.

En realidad, los seres humanos sólo se han acercado a un agujero negro en los libros y películas de ciencia ficción. Los astrónomos ni siquiera los han visto directamente, aunque hay una gran evidencia de que existen millones sólo en nuestra galaxia.

No obstante, los científicos pueden intentar simular un viaje hacia el interior de uno de ellos con la ayuda de las ecuaciones de la teoría de la relatividad general de Einstein, que hace predicciones sobre el comportamiento de los agujeros negros. Andrew Hamilton dice que, a pesar de lo complicado de las matemáticas que los describen, los agujeros negros son de lo más simple.

Los agujeros negros se forman cuando estrellas enormes se quedan sin combustible nuclear e implosionan, lo que da lugar a tal compresión y densidad que ni siquiera la luz puede escapar de su gravedad. A Hamilton le gusta describirlos como lugares donde el espacio cae más rápido que la luz. Serían como cascadas, pero en lugar de agua, lo que caería sería el espacio. Incluso la luz, intentando salir fuera del agujero negro, se vería arrastrada hacia el interior, como haciendo el moonwalk de Michael Jackson.

Hamilton y Gavin Polhemus, un profesor de física de Fort Collins (Colorado), decidieron tratar de visualizar lo que se vería si nos adentráramos en el agujero negro supermasivo que se encuentra en el centro de la Vía Láctea. Y, con ayuda de un complicado programa de ordenador que ellos crearon, hicieron un vídeo bastante ilustrativo.

No te pierdas la descripción del viaje en el próximo artículo.
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Fuente:
http://edition.cnn.com/2009/TECH/space/04/27/falling.into.black.hole/index.html#

1. De la Universidad de Colorado en Boulder.

Darwinius masillae, ¿el eslabón perdido?

Acabo de ver una noticia del 2009, pero me ha parecido interesante. Se trata del descubrimiento de un fósil prácticamente intacto* de un primate de 47 millones de años al que algunos quisieran dotar del sobrenombre del eslabón perdido entre los humanos y los simios. Tal vez, entre los prosimios y los simiformes**.

Oficialmente recibe el nombre de Darwinius masillae, aunque más coloquialmente se le llama Ida. Se trata del fósil de una criatura parecida a un lémur con pulgares oponibles como los humanos y uñas en lugar de garras. Es una hembra joven del tamaño de un gato (puede verse en el vídeo) y sus patas traseras muestran cambios evolutivos similares a los que llevaron a los primates a la bipedación**. ¿Será finalmente cierta la teoría de Darwin?

En 1983, un grupo de cazadores de fósiles aficionados descubrió los restos dentro de un cráter de más de un kilómetro de ancho a las afueras de Fráncfort. Se trata de una caldera volcánica donde murieron numerosos animales de la época del Eoceno y sus restos se conservaron muy bien. Aunque el sitio ha sido una fuente abundante de otros fósiles, los inexpertos arqueólogos no se dieron cuenta del valor de su hallazgo.

Años más tarde, la Universidad de Oslo compró el fósil y Jørn Hurum lo estudió en secreto durante dos años. Un colega suyo, Jens Franzen, dijo que podría ser más una "tía" que una "abuela" nuestra, pues algunos aspectos de los dientes parecen indicar que no es un ancestro directo.

Lo curioso del caso es toda la campaña publicitaria que se organizó en torno a la presentación del hallazgo, inusual en los descubrimientos científicos. Se creó un sitio web, se publicó un libro y se hizo un documental, todo prácticamente al mismo tiempo que la conferencia de prensa y la publicación del artículo relativo al fósil.


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Fuentes:
http://articles.nydailynews.com/2009-05-19/news/17922526_1_human-evolution-missing-link-jorn-hurum#ixzz1wL6Jr0pF
http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/8057465.stm

* Se conservaban huellas de la piel y de los tejidos blandos, incluyendo la presencia de alimento en su estómago.
** V. diccionario.

La temperatura más alta

En el Laboratorio Nacional de Brookhaven (BNL por sus siglas en inglés), un grupo de físicos han hecho colisionar iones de oro para producir un plasma de quarks y gluones como el que existía en los primeros instantes después del big bang que dio origen al universo. Y en el proceso, han producido la temperatura más alta generada por el hombre: 4 billones de grados centígrados, aproximadamente 250 000 veces la temperatura del interior del Sol.

Los quarks son partículas elementales, componentes de otras partículas subatómicas, como el protón y el neutrón, y que no aparecen de forma aislada. La fuerza que los mantiene unidos* proviene del intercambio de gluones, que son bosones de masa nula.

En las primeras diezmillonésimas de segundo después del big bang, el universo consistía en lo que ahora se conoce como plasma de quarks y gluones, pero en seguida se condensó en la materia que ahora conocemos.

Los científicos han estado intentando recrear las condiciones del big bang para poder comprender mejor cómo se originó el universo. Para ello, en Brookhaven tienen un gran acelerador de partículas, el Acelerador Relativista de Iones Pesados  (RHIC por sus siglas en inglés), que consiste en un anillo de 3,8 km de circunferencia en el que los iones pueden ser acelerados a velocidades cercanas a la de la luz.

En un experimento llamado PHENIX, se aceleran iones de oro en ambos sentidos del interior del anillo para acabar haciéndolos colisionar en una de las seis cámaras experimentales del acelerador. El equipo pudo así observar brevemente la formación del plasma de quarks y gluones, un fluido prácticamente carente de rozamiento con una temperatura de 4 billones de grados centígrados.

No obstante, el récord no va a durar mucho. Los físicos del Gran Colisionador de Hadrones, en Europa, han producido un plasma con una densidad de energía tres veces mayor que la generada en RHIC, lo que equivaldría a un 30% más de temperatura.
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Fuente:
http://www.latimes.com/news/science/sciencenow/la-sci-sn-highest-temperature-20120627,0,6805428.story

* Llamada interacción (nuclear) fuerte.

Un nanobarril de ADN con la mercancía

(Este artículo es continuación de Papiroflexia con el ADN. Te recomiendo que lo leas primero).

Representación esquemática del nanobarril con y sin el ADN.

El dispositivo que comentábamos en el artículo anterior consiste en un recipiente con forma de barril similar al que aparece en el dibujo. Las dos mitades del barril tienen un extremo unido de forma articulada, mientras que el otro extremo se puede cerrar con un par de cierres de ADN. Cada uno de estos cierres consiste en dos hebras de ADN parcialmente complementarias (una naranja y la otra azul en el dibujo), que se unen y mantienen el barril cerrado. Cada cierre está diseñado para abrirse cuando encuentra un antígeno concreto (en rojo) que se halla en la superficie de las células blanco. Dentro del barril se encuentran los anticuerpos (en rosa) sujetos por hebras de ADN modificadas químicamente (en amarillo). Cuando se abren ambos cierres, los anticuerpos quedan expuestos y pueden neutralizar las células blanco.

El uso de dos cierres es importante, ya que puede no haber un único antígeno que caracterice las células blanco, pero sí puede ser posible con una combinación de dos antígenos. Por otro lado, gracias a la rigidez de la papiroflexia con ADN (poco usual entre los nanomateriales), los anticuerpos no son expuestos cuando sólo uno de los cierres se abre. Church y sus colaboradores* diseñaron seis nanobarriles diferentes, cada uno con una combinación diferente de cierres, y los probaron en seis líneas de células cancerosas, cada una con una combinación distinta de antígenos. Los barriles sólo se abrían cuando las células tenían los antígenos adecuados para desbloquear ambos cierres.

No obstante, tratar el cáncer en un ser humano o un animal es mucho más complicado que atacar células cancerosas en el laboratorio. Los nanobarriles de ADN tienen que evitar ser expulsados del cuerpo a través del hígado y el bazo hasta llegar al sitio del tumor. Y en el caso de un tumor sólido, es necesario alcanzar células más profundas, no sólo las de la superficie. Cuando se resuelvan estas pegas, los nanobarriles pueden convertirse en un verdadero medio terapéutico.
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Fuente:
http://www.physicstoday.org/resource/1/phtoad/v65/i4/p20_s1

* De la Escuela de Medicina de Harvard.

Papiroflexia con el ADN

La papiroflexia* con ADN consiste en doblar una sola hebra larga de ADN para crear una forma rígida que se mantiene fija mediante muchas hebras cortas. En 2006, Paul Rothemund (Instituto de Tecnología de California) hizo una demostración en la que usó esta técnica para crear smileys** y otras formas caprichosas. Desde entonces, los investigadores han desarrollado estructuras más funcionales, como cajas que se pueden abrir y cerrar con llaves de ADN y nanomáquinas que recogen cargamentos de nanopartículas en respuesta a señales químicas procedentes del entorno de la máquina.

Ahora George Church y su equipo de la Escuela de Medicina de Harvard (o HMS por sus siglas en inglés) han aplicado la papiroflexia con ADN para crear un dispositivo capaz de llevar un cargamento molecular a una clase específica de células.

Proporcionar un medicamento a células de un tipo concreto mientras se minimiza el efecto sobre otras células es una importante meta de la medicina. En particular, en el tratamiento del cáncer, a menudo es difícil encontrar el equilibrio entre eliminar suficientes células cancerosas y dejar intactas suficientes células sanas. Existen diversas estrategias, en diferentes estadios de desarrollo, para superar esta dificultad, mediante el uso de nanomateriales y otras tecnologías. El trabajo de Church y su equipo puede representar otro posible enfoque.

En el próximo artículo veremos con más detalle en qué consiste este trabajo.
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Fuente:
http://www.physicstoday.org/resource/1/phtoad/v65/i4/p20_s1

* También llamado origami o cocotología.
** Representación esquemática de una cara sonriente.

Un agujero negro destruyendo una estrella (y II)

(Este artículo es continuación de Un agujero negro destruyendo una estrella (I). Te recomiendo que lo leas primero).

Los astrónomos suponen que estrellas similares a la protagonista de este suceso dan vueltas alrededor del agujero negro que está en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Sin embargo, este tipo de eventos es raro, ocurriendo aproximadamente cada 100 000 años. Para encontrar el que estamos comentando, hubo que monitorizar cientos de miles de galaxias en la zona del ultravioleta con el GALEX y en la zona del visible con el Pan-STARRS, un telescopio que examina el cielo nocturno completo buscando todo tipo de fenómenos transitorios, incluyendo supernovas.

El equipo que lo descubrió estaba buscando destellos brillantes en el ultravioleta que provinieran del núcleo de una galaxia con un agujero negro previamente inactivo. Ambos telescopios detectaron uno en junio del 2010 y los astrónomos observaron su evolución: tardó un mes en alcanzar su brillo máximo y durante los doce meses siguientes se fue apagando lentamente. El destello es similar al producido por una supernova, pero el ascenso hasta el máximo de brillo se produce de forma mucho más lenta, tardando casi un mes y medio.

Midiendo este aumento en luminosidad, los astrónomos calcularon que la masa del agujero negro era de varios millones de veces la del Sol, comparable con el tamaño del agujero negro de la Vía Láctea. Por otra parte, observaciones espectroscópicas* mostraron que el agujero negro estaba absorbiendo grandes cantidades de helio. Para acabar, el destello podría haber sido debido a un núcleo activo en la galaxia, pero el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA demostró que las propiedades del gas no coincidían con las de un núcleo galáctico activo.
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Fuente:
http://www.nasa.gov/mission_pages/galex/galex20120502.html

* La espectroscopia divide la luz en sus colores del arcoíris, dando lugar a las propiedades características de un objeto, como su temperatura o su composición gaseosa.