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Un agujero en la radiación de fondo en mircoondas, el efecto Siunyáiev-Zeldóvich

La radiación de fondo en microondas (CMB – Cosmic Microwave Background) se originó en el Big-Bang y proviene de todas partes del cielo.
Debido a la gran distancia a la que se encuentra de origen, se la observa fuertemente corrida a bajas frecuencias, por eso se la detecta en micro-ondas (https://conexioncausal.wordpress.com/2013/03/21/que-es-la-radiacion-de-fondo-de-microondas/).
Cuando los fotones (partículas de energía que componen la luz) del CMB interactúan con electrones libres energéticos (a temperaturas mayores a la de su entorno), adquieren energía y se desplazan a frecuencias mayores; es decir que se “corren” de las microondas. A esto se lo conoce como efecto Siunyáiev – Zeldóvich (efecto SZ).

Observando en microondas el cúmulo de galaxias RX J1347.5 – 1145, se puede apreciar este efecto.

ALMA Confirms ability to see a “Cosmic Hole”

Imagen crédito de ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Kitayama et al., NASA/ESA Hubble Space Telescope.

En la imagen se observa al cúmulo visto por el telescopio Hubble. Superpuesta a ella, se muestra en color azul la energía en microondas observada por ALMA del CMB. Además de notarse el efecto de lente gravitacional en esas imágenes duplicadas y alargadas en forma de arcos, se aprecia un “agujero” donde falta radiación en microondas del CMB (https://es.wikipedia.org/wiki/Lente_gravitacional)
Esta radiación interactúa con los electrones libres de la materia intracumular, los que causan el incremento de frecuencia del CMB proveniente de esa dirección (efecto SZ) y deja de ser observada en microondas, dando la apariencia de ese agujero en el CMB.

Fuente:

pdp.

¿La violación CP explica la abundancia de materia sobre la antimateria?

En la física de partículas, hay dos tipos de simetrías.
Una es la simetría C (de carga), que dice que las leyes físicas para una partícula son las mismas sin importar la carga (positiva o negativa) de ella.
La otra es la simetría P (de paridad), que dice que las leyes físicas son invariantes ante inversiones especulares (o simétricas frente a un espejo); o sea que, son las mismas para el Universo y para su imagen simétrica.
Ambas simetrías dan origen a la simetría CP o de paridad y carga. El no cumplimiento de alguna de ellas, da origen a lo que se dio en llamar la violación CP (https://es.wikipedia.org/wiki/Violaci%C3%B3n_CP).

Ilustración de materia – antimateria publicada en Wikipedia.

Recordemos que la antimateria está formada por electrones positivos y protones negativos (todo lo contrario de la materia). Cuando ambas se encuentran, no se cancelan mutuamente desapareciendo ambas, sino que ambas liberan mucha energía (partículas llamadas fotones) y aparecen partículas y antipartículas; o sea que decaen en otras versiones de partículas. Uno de los grandes misterios de la Ciencia en el gran desbalance entre materia y antimateria (https://es.wikipedia.org/wiki/Antimateria).

Uno de los grandes misterios de la Ciencia es el desbalance entre materia y antimateria.
En el Big-Bang, se produjo la misma cantidad de materia que de antimateria ya que provienen de la nada, porque no hay evidencias de algo previo al Big-Bang. Luego, materia y antimateria se unieron liberando energía y dejando algunas partículas residuales de esa fusión. Pero como podemos ver, en el Universo no hay algunas partículas sino muchísima materia y casi nada (o nada) de antimateria.
Una explicación, es que las leyes de la Física no sean las mismas para partículas que para las antipartículas; o sea que haya violación CP.

En el colisionador de hadrones del CERN (https://es.wikipedia.org/wiki/Antimateria) se hizo chocar materia con antimateria y en el decaimiento se encontró un desbalance de un 20% a favor de las partículas sobre las antipartículas.

Los estudios continúan hasta tener una estadística definitivamente concluyente, ya que esto debe repetirse siempre en proporciones semejantes; pero es un comienzo.

Referencia:

Fuente:

pdp.

El efecto fotoacústico explica el sonido casi simultáneo asociado a un meteorito.

Cuando se observa un meteorito, suele asociarse con un sonido muy particular.
A veces como un silbido soplado (ffffffssssszzz…) y a veces como un trueno lejano, ese sonido es casi simultáneo con la aparición del meteorito.
Eso es curioso. El sonido se produce por masas de aire en movimiento que viajan hasta nosotros, y si lo hacen bajo condiciones normales, viajan a 300 m/seg.
Por ejemplo: un relámpago calienta su entorno y desplaza aire. Es sonido debido al aire desplazado, llega a nosotros luego del fogonazo que, viajando a 300 mil Km/seg., nos llega casi instantáneamente luego de producirse.
Pero muchas veces, el sonido asociado a un meteorito es casi simultáneo con su aparición, cuando en realidad no debería sentirse hasta un rato después, ya que éste se manifiesta a varios Kms. de distancia del observador.

Quizá el sonido no provenga del meteorito aunque sí lo genere.

Los objetos suelen devolver la energía que reciben. En general, muchos reciben luz y retornan calor.
Sucede que hay objetos que al recibir luz, devuelven esa energía en forma de sonido; es decir que retornan esa luz en forma de energía cinética (o de movimiento) a las partículas de su entorno. Esas partículas en movimiento cumplen con la definición de sonido. A esto se lo llama efecto fotoacústico.
Objetos como el asfalto, madera obscura, hojas secas, algunas telas y hasta cabello, muestran este efecto y se los cataloga como transductores fotoacústicos.
A diferentes muestras, se la expuso a pulsos de luz y un micrófono cercano a la muestra conectado a un amplificador captó el sonido verificando así la existencia este efecto.

Figure 2

En la imagen se aprecia el sistema que permitió verificar el efecto focoacústico. Las flechas señalan al micrófono, fuente de luz de LED y la muestra a analizar. Imagen publicada en el trabajo de R. Spalding et al.

Luego, este efecto explica el sonido casi simultáneo que se oye con la entrada de un meteorito. No lo produce él, sino los objetos cercanos a los observadores.
La luz irradiada por el aire calentado y excitado por el meteorito comprimiéndolo a su paso, llega a objetos cercanos al observador que sean sensibles al efecto fotoacústico. Éstos responden generando el sonido que se percibe casi simultáneamente con la aparición del meteorito.

Referencia:

Fuente:

pdp.

Materia y antimateria responden a las mismas leyes.

La materia está formada por átomos.
Si bien nunca vimos uno, se comportan como un núcleo con cargas positivas (protones) y partículas de carga neutra (neutrones) rodeado de partículas de carga negativa (electrones).
El átomo más simple es el del Hidrógeno, que tiene un núcleo con un protón y un neutrón orbitado por un sólo electrón.
Usando grandes cantidades de energía, se pueden obtener pares de partículas de igla masa y eléctricamente opuestas; o sea partículas y antipartículas. Así se obtienen antiprotones (partículas con carga negativa y la misma masa que los protones) y antielectrones o positrones (con la misma masa que los electrones pero positivos).
La antimateria está compuesta por antiátomos compuestos de estas antipartículas.
Luego se puede obtener un átomo de antihidrógeno; es decir un átomo con un núcleo compuesto por un neutrón más un antiprotón, rodeado por un positrón.
Eso es el átomo más simple de antimateria.
Si un átomo y un antiátomo tienen contacto, se neutralizan liberando mucha energía.
La antimateria tiene el mismo aspecto que la materia. Digamos que una mesa hecha de antimateria sería tan robusta como otra de materia, incluso pesando lo mismo ante la misma cantidad de materia y antimateria componente.

Experimento Alfa para observar el espectro de la antimateria. Imagen crédito de Maximilien Brice/CERN)

Se ha logrado aislar un átomo de antihidrógeno y se lo excitó con un láser. Con eso se logró excitar a su positrón, el que absorbió energía de los fotones (luz) del láser y luego la retornó al desexcitarse.
Así se obtuvo el espectro o distribución de la energía del antihidrógeno, observándose que es igual al del hidrógeno. Luego, ambos responden a las mismas leyes que describen el comportamiento del átomo cuando absorbe y devuelve energía; las leyes del átomo (y antiátomo ) de Bohr.

En la creación de antiátomos de Hidrógeno, se verifica que cumplen con las leyes de gravitación y electrodinámica. Luego, la antimateria comparte el mismo comportamiento que la materia.

La gran pregunta es, si el Universo se formó de la nada dividida en materia y antimateria, entonces ¿dónde está la antimateria natural en el Universo?. ¿Puede ser que la estemos observando y no la identifiquemos como tal?.

Fuente:

pdp.

La flecha del tiempo.

La Flecha del Tiempo (FDT) es un concepto que puede resultar evidente para unos y no para otros.
Este concepto dice básicamente que el tiempo siempre fluye hacia adelante. Luego, no es reversible y eso impide muchas cosas en las que muchos creen.

Va de la mano con el concepto de que los sistemas evolucionan siempre hacia el estado de menor energía o excitación. Por eso un martillo cae bajo la acción de la gravedad. Si hago correr el tiempo hacia atrás en las ecuaciones descriptivas de la caída libre, veremos que el martillo sube; pero estamos “pasando la película al revés”. Lo que podemos hacer es darle valores cada vez menores a la variable llamada tiempo de las ecuaciones de movimiento, para ver dónde estaba el cuerpo antes que ahora; cosa que no es lo mismo que hacerlo correr hacia atrás.
Hacer correr el tiempo hacia atrás para ver dónde estaba el martillo, implicaría verlo “en vivo” subir en un ambiente donde la gravedad sigue siendo hacia abajo a medida que voy al pasado. O sea que la máquina del tiempo, sería una máquina que debería evolucionar al revés para ir al pasado y eso rompe el concepto de FDT.
Tampoco podría saltar en su continua evolución para ir al futuro. No puedo ver “en vivo” caer un martillo más rápido que lo que obliga la gravedad a medida que voy hacia el futuro.

Al buscar la menor energía, los sistemas tienden a desordenarse. Por eso al juntar 1 litro de agua fría con otro de caliente obtenemos 2 litros de agua tibia. Dados dos litros de agua tibia, es imposible que por su cuenta se separe en 1 litro de agua caliente o otro de fría. A esto se lo conoce como principio de entropía o segundo principio de la termodinámica.
Por este mismo principio vinculado al de FDT, es que no existen los agujeros blancos por donde aflora la materia caída en uno negro.

Los sistemas evolucionan hacia el estado más probable. Eso lo dice la cuántica. Por eso, al mirar dentro de la bolsa para saber si el gato de Schrödinger está vivo o muerto, en ese momento convergerá al estado más probable. Otra vez la FDT.

Referencias:

Fuentes:

pdp.

Ejemplo de por qué las tapas de alcantarillas son redondas.

Muchas veces surgió la pregunta de: ¿por qué motivo es que las tapas de las alcantarillas son circulares?
Muchas fueron las respuestas pero sólo una parece ser la correcta.
La forma circular es la única que no permite que la tapa pase por la abertura (obviamente de la misma forma y diámetro) no importa como se oriente esa tapa. El diámetro de la tapa se encarga de encajarla contra su homólogo de la abertura. La proyección del diámetro es siempre la misma. Es una propiedad de la circunferencia por tener infinitos lados.
De ser cuadrada, puesta de canto y rotada 45º de tal forma que su lado coincide con la diagonal de la abertura, podría caer adentro.

Me parece que encontré el ejemplo.
En este video, se observa a una tapa de alcantarilla “bailoteando” un día de tormenta.

Cuando hay abundante lluvia, las tuberías de los desagües se llenan de agua y desplazan el aire que allí pueda haber. Ese aire busca salir aumentando la presión sobre las tapas, las que, pese a su peso, son levantadas permitiendo la descompresión y escape del aire.
En ese movimiento aleatorio, la tapa se balancea, desplaza y rota en torno a un eje perpendicular a ella que pasa por su centro. Luego cabe la posibilidad de que se oriente de tal manera que pase por el agujero, cosa que no sucede por su forma circular.

Referencia:

pdp.

LIGO detecta más ondas gravitacionales (la segunda tanda)

LIGO detectó otra onda gravitacional (era de esperarse).
La primera fue en Septiembre del 2015 y se trató de la unión de dos agujeros negros de 36 y 29 masas solares cada uno.

artwork depicting black holes merging

Ilustración crédito LIGO/T. Pyle.

Estos objetos se orbitan mutuamente espiralando hasta unirse. En ese proceso orbitan cada vez más rápido emitiendo ondas gravitacionales cada vez de mayor frecuencia y amplitud hasta que… BOOOOMMMM… se fusionan y en Casa LIGO detecta un simple y sutil… “Chic”

Mucho se teorizó si se trato de agujeros negros o de gravastars, pero objetos masivos de todas maneras.

En esta segunda oportunidad, a las 03:38: 53 del 25 de diciembre UTC (Tiempo Universal Coordinado o si se prefierís Tiempo de Greenwich), plenos festejos navideños, un “Chic” llamó la atención de los científicos de LIGO.
En esta oportunidad se trató de una señal menor que la anterior, pero señal al fin.
LIGO es capaz de detectar moléculas impactando en el sistema, por lo que esta detección casi se confundió con “ruido”.
Los modelos sugieren que se trató de la unión de dos agujeros negros de 14 y 8 masas solares cada uno, a unos 1400 millones de años años luz de Casa. El objeto resultante de esa unión, dejó un masivo objeto agujero negro (o gravastar) de 21 masas solares.
La masa solar restante (ya que 14 + 8 = 22 y no 21) se transformó en energía, la transportada a la distancia por la onda gravitacional detectada. Haciendo cuentas, esa masa solar transformada en energía (la masa es una de las formas en que se presenta la energía) dada por E = M*C2 con C = velocidad de la luz, arroja una cantidad de energía equivalente a la que el Sol emite en 15 billones de años (15 millones de millones). O sea, poco más de 1000 veces la que emitirtá en toda su vida de unos 10 mil millones de años aproximadamente (nuestro Sol tiene casi 5 mil millones de años y se espera que viva otro tanto)

Pensemos en esa energía tremenda liberada en un encuentro que dura fracción de segundo.

Las masas involucradas en este caso, son típicas de estrellas binarias masivas que murieron como supernovas en diferentes momentos, dejando sus núcleos colapsados como estrellas de neutrones y luego agujeros negros que terminaron fusionándose.

Referencias:

pdp.