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Un agujero negro en retroceso (viajero).

En la fusión de dos grandes galaxias, no sólo se asimilan ambos sistemas estelares sino que también lo hacen sus agujeros negros (ANs).
Ambos comienzan a girar uno en torno, cada vez más rápido al otro a medida que se acercan mutuamente. Lo esperado es que terminen unidos en un sólo AN dominante de la galaxia resultante, pero no es tan así. Eso sería un caso sencillo.
Los ANs puden tener diferentes masas y rotaciones (spines). En ese caso, en el momento de la fusión se da un brusco desequilibrio. En términos más exactos, las ondas gravitacionales generadas son más intensas en una dirección que en otra; o sea que no son isotrópicas. En conclusión, el AN resultante recibe un empuje, una “patada” que lo puede impulsar y sacarlo de la galaxia resultante. Así es como aparece un AN en retroceso, un solitario.

Hay objetos candidatos a ser AN solitarios, uno de ellos es B3 1715 aparentemente explusado de la galaxia ZwCl 8183 resultante de una fusión (pdp, https://paolera.wordpress.com/2016/06/18/b3-1715425-un-posible-agujero-negro-solitario/).

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Imagen publicada en el trabajo de J. J. Condon et al.. La Cruz señala el centro de la galaxia y el círculo señala al agujero negro solitario.

Pero recientemente (febrero 2017) parece haberse confirmado el descubrimiento de otro AN en retroceso.
A 8000 millones de años luz (AL) de casa, se encuentra la galaxia 3C186, resultado de la fusión de dos galaxias.
Su agujero negro es de unas 1000 millones de masas solares y está 35 mil AL de su centro (más que nuestro Sol del centro de la Vía Láctea). Se mueve a 7,5 millones de Kms./h. (a esa velocidad vamos de la Tierra a la Luna en tres minutos). Estas galaxias habrían colisionado entre 1000 millones y 2000 millones de años atrás expulsando su AN resultante.
La energía involucrada en la expulsión de semejante objeto equivale a 100 millones de Supernovas.

Imagen de 3C186 crédito de NASA/ESA Hubble Space Telescope

Imaginemos objetos como esos vagando por el espacio. Luego, no sólo un asteroide puede amenazarnos. Por suerte es casi imposible que nos visite un AN solitario.

Referencia:

Fuente:

pdp.

Galaxias enanas difusas “agrandadas”.

Las grandes galaxias han crecido asimilando a otras menores.
De hecho, nuestra Vía Láctea ha crecido asimilando a galaxias enanas vecinas. Hay muchas evidencias de eso, como ser, cúmulos globulares como restos de sus núcleos y corrientes estelares como resultado de desgarros gravitatorios de las asimiladas (las mastica antes de tragarlas).

Existen las galaxias enanas difusas y las ultradifusas (muy débiles) y son conocidas como galaxias enana difusas (DDG – Diffuse Dwarf Galaxy) y enanas ultradifusas (UDDG – Ultra Diffuse Dwarf Galaxy).

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Imagen de la ultradifusas DGSAT 1 (arriba a la izquierda) y de And II (abajo a la derecha) publicda en el trabajo de D. Martínez Delgado et al.

Para sorpresa, se hallaron galaxias ultradifusas que no son enanas sino que tienen dimensiones comparables a grandes galaxias, se las denomina simplemente galaxias ultra difusas (UDG – Ultra Diffuse Galaxy). Hay dos candidatas en nuestro Grupo Local y unas 20 en el Volumen Local.

Esto viene a complicar los modelos evolutivos que dicen que estos sistemas crecen asimilando enanas y en la agitación de la materia asimilada se detona la formación de estrellas.
Aparentemente se trataría de enanas difusas “agrandadas”.
Estas galaxias se abrían formado en un ambiente de rápida rotación (o spin); o habrían adquirido alto spin, por lo que adoptaron una distribución espacial mayor.

Fuente:

pdp.

La materia obscura era menos influyente en la juventud del Universo.

La materia obscura es una importante componente del Universo que se detecta gravitacionalmente pero no es observable (al menos hasta marzo del 2017) (https://es.wikipedia.org/wiki/Materia_oscura).
Es la que mantiene armadas a las galaxias, de lo contrario se desmenuzarían por su rotación.
Además es la responsable de que las partes exteriores de la galaxia giren a mayor velocidad que la predicha por la teoría considerando sólo la materia ordinaria.
Al observar galaxias lejanas, las observamos más jóvenes con la distancia debido al tiempo que tarda su luz en llegarnos. En ellas, se ha medido velocidades de sus regiones exteriores menores que las observadas en galaxias más cercanas.

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Ilustración crédito de ESO

Luego, la materia obscura no ejercía tanta influencia en los orígenes de las galaxias.
Eso sugiere que le llevó más tiempo condensarse a la materia obscura que a la ordinaria.

Referencia:

Fuente:

  • eso1709 — Science Release, Dark Matter Less Influential in Galaxies in Early Universe. LT observations of distant galaxies suggest they were dominated by normal matter, 15 March 2017.
    https://www.eso.org/public/news/eso1709/

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.

Anisotropía en la morfología de galaxias.

La isotropía es la cualidad por la que se mide o se dan las mismas propiedades de algo en cualquier dirección en que se observe.
Así es como el Universo Local, se supone isotrópico, es decir que en todas direcciones tiene las mismas propiedades físicas. El Principio Cosmológico apoya esta idea. Este principio dice que todo punto puede ser considerado como el centro del Universo; luego, el Big-Bang se dio en todas partes al mismo tiempo, ya que todo se aleja visto desde todo punto sin importar cuál (pdp, 20/jun./2014, https://paolera.wordpress.com/2014/06/20/el-principio-cosmologico/).
Luego se espera la existencia de isotropía, de lo contrario habría lugares preferenciales desde los cuales se medirían o se observarían diferentes características del Universo.

La morfología de las galaxias (tipos o formas de galaxias) depende de las condiciones dadas en su nacimiento o formación, no está relacionada con su evolución.
Las primeras galaxias tendían a ser pequeñas y su fusión dio origen a las mayores. Dependiendo de las condiciones en esa fusión, se fueron dando las diferentes morfologías. Por ejemplo, las grandes espirales crecieron asimilando galaxias menores, aunque aún no se comprenda completamente el mecanismo de la formación de los brazos. Las enormes elípticas resultarían de la fusión de grandes galaxias; de hecho se piensa que la futura fusión entre M31 (la galaxia de Andrómeda) y la Vía Láctea, dará origen a una elíptica de gran tamaño. Por supuesto que también fue la fusión el origen de las que tienen formas más caprichosas o las irregulares, muchas de las cuales aún están en proceso de asimilación y no llegaron a su estado final.
Luego de su formación y de establecerse su morfología final o definitiva, su evolución como ejemplar de ese tipo, depende de cómo genere estrellas, de cómo consume el gas o lo adquiera de sus vecindades, pero no cambiará su tipo a menos que sufra otra asimilación.
De esta manera y suponiendo isotropía en el Universo local, se espera que se observe una variedad bien distribuida de morfologías galácticas; o sea, diferentes y tipos de galaxias en cualquier dirección que se observe.

Se dividió el cielo en regiones y se hizo un conteo de diferentes tipos de galaxias hasta 600 millones de años luz de distancia. Para sorpresa, se halló anisotropía en la morfología de las galaxias, es decir que en ciertas direcciones hay más galaxias de un tipo en en otras.

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Uno de los histogramas obtenidos de conteos de diferentes tipos de galaxias en una dirección publicados en el trabajo de

Behnam Javanmardi and Pavel Kroupa.

Esto supone un reto para las teorías evolutivas del Universo. Parece que no en todas partes se dieron las mismas variedades de condiciones para la formación de galaxias. El mismo Principio Cosmológico sufre las repercusiones de esto. De ser así, habrá que revisar las ideas de isotropía, pero el Principio Cosmológico seguirá valiendo como una buena aproximación a algo más complejo (pdp, 08/nov./2016, https://paolera.wordpress.com/2016/11/08/el-principio-cosmologico-es-una-primera-aproximacion-luego-vale/)
La otra opción, claro está, es que haya una sistemática tendencia en la clasificación de las galaxias observadas; digamos… un cierto tipo de error.

Fuente:

pdp.

El problema de horizontes y la velocidad de la luz.

Universo

Ilustración publicada en Muy Interesante.

El modelo inflacionario viene a explicar muchas cosas relacionadas con el origen de Universo.
En ese intento, hace agua en algunos puntos, digamos que explica algunas cosas y… plantea otras que no quedan claras, o peor, no las explica.
Bien, de eso se trata el modelismo.
Hay que hacer continuos retoques para explicar lo nuevo que se descubre, tanto que ya se habla de multiversos. Ahí, ya la inflación queda muy mal parada. Todo esto no sucede con la Matemática que es constructivista, se erige sobre ella misma.
En Fisica, los modelos van rodeando y describiendo la Naturaleza en sus diferentes escenarios. El problema surge cuando hay que unir todo en un sólo modelo.
Tenemos la Física clásica o Newtoniana para energías bajas a no muy altas, la Relatividad para altas energías y la Cuántica para el Universo atómico o corpuscular.
El problema aparece cuando hay que salvar las diferencias entre entornos y unir todo en una sola teoría, después de todo el Universo es uno sólo.

En al área de la Cosmología, la teoría inflacionaria nos dice que el Universo se expandió rápidamente de tal manera que la luz, o los fotones portadores de energía, llegaron a todos los rincones del mismo colaborando con que el Universo tenga una temperatura uniforme.
La radiación de fondo en micro-ondas (RFM) es la luz que se desparramó por todo el Universo en su expansión inicial y actualmente la observamos en todas direcciones. Así, su estudio nos dará pistas de lo que entonces sucedió.
Como ya se sabe, estas observaciones no sólo no corroboraban muchas cosas, sino que abría puertas a más interrogantes. Por ejemplo, los lugares más fríos que otros, o sea, las regiones de donde provienen fotones “más fríos”del RFM.

Aquí, con el tema de la temperatura del Universo ya hay un dilema.
Nuestro Universo tiene 14 mil millones de años de edad.
En una dirección observamos la RFM que proviene de 14 mil millones de años luz (AL) de distancia (nuestro horizonte en una dirección). En la dirección opuesta, observamos lo mismo (el horizonte en la dirección opuesta). Luego, la luz tuvo que viajar de un lado al otro para llenar el Universo. O sea que, hasta la actualidad, recorrió 28 mil millones de AL.
La pregunta es: ¿cómo pudo la luz recorrer 28 mil millones de AL, viajando a la velocidad de la luz, durante 14 mil millones de años?. O sea que no se entiende cómo en 14 mil millones de años recorrió el doble de lo que pudo recorrer en ese tiempo.
A esto se lo conoce como el problema de horizontes o de fronteras.

Una solución para este problema, sería que la velocidad de la luz no haya sido siempre la misma.
Si en el momento de la inflación, la luz se movía a mayor velocidad que la actual, incluso superando a las ondas gravitacionales, entonces el Universo pudo ser rápidamente bañado por ella y llegar pronto a una temperatura uniforme. Luego, con el aumento de la temperatura hasta su valor final, la velocidad de la luz disminuyó y pasó a ser la que hoy conocemos.

Referencia:

Fuente:

  • The critical geometry of a thermal big bang, Niayesh Afshordi, Joao Magueijo
    (Submitted on 9 Mar 2016 (v1), last revised 8 Nov 2016 (this version, v2)).
    https://arxiv.org/abs/1603.03312

pdp.

 

El Principio Cosmológico es una primera aproximación; luego: vale.

En Ciencia, un Principio es una ley que se observa en la Naturaleza. Luego es una ley natural, o sea que se trata de un Principio Natural.
Por ejemplo, el Principio de Arquímedes. Este Principio puede observarse simplemente sumergiendo un cuerpo en agua (o líquido en general).
Pero hay otros Principios, por ejemplo, el Principio Cosmológico (PC).
unoEl PC, nos dice que podemos suponer el centro del Universo en cualquier parte. O sea que no importa dónde nos paremos, todo se alejará de allí; luego, el Big-Bang se dio en todas partes al mismo tiempo. Esto puede apreciarse en las imágenes de la izquieda. En la primera estamos parados den el circulito del centro; y luego, en la de abajo en un objeto de arriba a la izquerda.
Este Principio, está basado en la idealización matemática de un Universo homogéneo (la misma distribución de materia dosen todas partes) con galaxias distribuidas al azar y además isotrópico, es decir que en todas direcciones que se observe, mostrará las mismas propiedades. Pero resulta que en
regiones cercanas, no se observa una distribución aleatoria de materia ni evidencias de isotropía. A mayor escala, a grandes distancias, la cantidad de galaxias por unidad de volumen deja de ser homogénea. Todo esto se acentúa con las grandes estructuras galácticas entre vacíos que hay en el Universo. Esto no ayuda al PC, o sea que ese Principio no se observa en el cielo.
Pero nada implica que esté errado.
No deja ser una primera aproximación al problema de la Cosmología y base de modelos elementales. Solamente es cuestión de tener en cuenta las distribuciones no aleatorias de materia para mejorar los modelos evolutivos del Universo.
Esto es típico de una ciencia como la Física. Mientras que la matemática es constructivista (se construye sobre ella misma), la Física genera ramas paralelas que abarcan diferentes escenarios, o se derrumba para reconstruirse mejorada, dejando los viejos modelos para casos sencillos.

Referencia:

Fuente:

pdp.