La cicatriz de Júpiter probablemente la generó un cuerpo rocoso
Un veloz asteroide del tamaño del Titanic provocó la cicatriz que apareció en la atmósfera de Júpiter el 19 de julio de 2009, de acuerdo con dos artículos publicados recientemente en la revista Icarus.
Los datos de tres telescopios infrarrojos permitieron a los científicos observar las calientes temperaturas atmosféricas y las condiciones químicas únicas asociadas al impacto. Uniendo estas firmas de los gases y los oscuros escombros producidos por las ondas de choque del impacto, un equipo internacional de científicos fue capaz de deducir que el objeto era más similar a un asteroide rocoso que a un cometa helado. Entre los equipos estaban los liderados por Glenn Orton, astrónomo del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California, y Leigh Fletcher, investigador de la Universidad de Oxford en el Reino Unido, que empezó el trabajo mientras era becario de posdoctorado en el JPL.
“Tanto el hecho de que tuviera lugar el impacto como la implicación de que pudiera perfectamente haber sido un asteroide en lugar de un comenta, nos demuestra que el Sistema Solar exterior es un sistema complejo, violento y dinámico, y que nos aguardan muchas sorpresas ahí fuera”, dice Orton. “Hay aún mucho por saber del Sistema Solar exterior”.
La nueva conclusión también es consistente con los resultados del Telescopio Espacial Hubble de la NASA que indicaba que los restos del impacto de 2009 eran más pesados o densos que los del cometa Shoemaker-Levy 9, el último objeto conocido en lanzarse contra la atmósfera de Júpiter en 1994.
Antes de esta colisión, los científicos habían pensado que sólo los objetos que impactaban en Júpiter eran cometas helados cuyas inestables órbitas les lleva lo bastante cerca del planeta para ser absorbidos por la gran atracción gravitatoria del mismo. Esos cometas se conocen como cometas de la familia de Júpiter. Los científicos cree que Júpiter ha limpiado la mayor parte del resto de objetos, tales como asteroides, de su esfera de influencia. Junto al Shoemaker-Levy, los científicos sólo conocen otros dos impactos en el verano de 2010, que iluminaron la atmósfera de Júpiter.
El objeto del 19 de julio de 2009 probablemente impactó con Júpiter entre las 9 a.m. y las 11 a.m. UTC. El astrónomo aficionado Anthony Wesley de Australia fue el primero en notar la cicatriz en Júpiter, la cual aparecía como una mancha oscura en las longitudes de onda visibles. La cicatriz aparecía en las latitudes medias del sur. Wesley escribió a Orton y sus colegas, quienes inmediatamente usaron tiempo de observación existente de la Instalación del Telescopio Infrarrojo de la NASA en Mauna Kea, Hawai, la siguiente noche y propusieron tiempo de observación en un grupo de otros observatorios terrestres, incluyendo el Observatorio Géminis Norte en Hawai, el Telescopio Géminis Sur en Chile, y el Telescopio Muy Grande del Observatorio Europeo del Sur (ESO). Se recopilaron datos a intervalos regulares durante la siguiente semana tras la colisión de 2009.
Los datos demostraron que el impacto había calentado la estratosfera baja de Júpiter hasta en 3 ó 4 Kelvin a unos 42 kilómetros sobre la cima de las nubes. Aunque 3 ó 4 Kelvin no parece mucho, es un depósito de energía significativo, debido a que se esparce mucho a lo largo de un área tan grande.
Atravesando la atmósfera de Júpiter, el objeto creó un canal de gases atmosféricos y restos súper-calentados. Una explosión muy por debajo de las nubes – probablemente liberando al menos 200 millones de trillones de ergios de energía, o más de 5 gigatones de TNT – lanzó entonces el material de vuelta por el canal, sobre la cima de las nubes, para salpicar la atmósfera creando las partículas de aerosol y temperaturas calientes observadas en el infrarrojo. El estallido lanzó gas de amoniaco y otros gases de la parte inferior de la atmósfera, conocida como troposfera, a la parte superior, la estratosfera.
“El resultado de las comparaciones entre las imágenes de 2009 y las del Shoemaker-Levy 9 están empezando a mostrar diferencias intrigantes entre el tipo de objetos que impactan en Júpiter”, comenta Fletcher. “Los restos oscuros, la atmósfera caliente y el amoniaco ascendente fueron similares en este impacto y el Shoemaker-Levy, pero la columna de escombros en este caso no alcanzo una altitud tan grande, no calentó la estratosfera alta, y contenía firmas de hidrocarburos, silicatos y sílices que no se habían observado antes. La presencia de hidrocarburos, la ausencia de monóxido de carbono proporciona una evidencia sólida de un impactador sin agua en 2009″.
La detección de silicatos en esta mezcla de gases atmosféricos jovianos, trozos procesados del impactador y subproductos de las reacciones químicas de alta energía fueron significativas debido a que la abundancia de silicatos sólo podía producirse en el propio impacto, gracias a un cuerpo rocoso sólido capaz de penetrar muy profundamente en la atmósfera de Júpiter antes de estalla, pero no por el mucho más débil núcleo de un cometa. Asumiendo que el impactador tenía una densidad rocosa de 2,5 gramos por centímetro cúbico, los científicos calcularon un diámetro probable de 200 a 500 metros.
Los científicos calcularon el conjunto de posibles órbitas que llevarían al objeto a Júpiter en el rango adecuado de tiempo y posiciones. Luego buscaron el catálogo de asteroides y cometas conocidos para encontrar el tipo de objetos en estas órbitas. Un objeto conocido como 2005 TS100 – que probablemente es un asteroide, pero podría ser un cometa extinto – era uno de los que más se acercaban. Aunque el objeto no fue el impactador real, tiene una órbita muy caótica y realizó varias aproximaciones muy cercanas a Júpiter en los modelos por ordenador, demostrando que un asteroide podría haber impactado con Júpiter.
“No esperábamos encontrar que un asteroide fuese el posible culpable de este impacto, pero ahora sabemos que Júpiter se ve impactado por una gran diversidad de objetos”, dice Paul Chodas, científico de la Oficina del Programa de Objetos Cercanos a la Tierra de la NASA en el JPL. “Los impactos de asteroides en Júpiter se pensaba que eran bastante raros en comparación con los conocidos como “cometas de la familia de Júpiter’, pero ahora parece que puede haber una población significativa de asteroides en esta categoría”.
Los científicos aún están trabajando para calcular cada cuánta frecuencia recibe un impacto Júpiter, pero los asteroides del tamaño de éste impactan en la Tierra una vez cada 100 000 años. El siguiente paso en esta investigación será usar simulaciones detalladas del impacto para refinar el tamaño y propiedades del impactador, y continuar usando imágenes infrarrojas, así como en longitudes de onda visibles, para buscar restos de futuros impactos de este tamaño o menor.
Átomos ultra-fríos corren alrededor de un circuito láser
El primer circuito de átomos ultra-fríos ha sido desvelado por físicos de los Estados Unidos. El equipo ya ha demostrado cómo la corriente atómica del circuito puede controlarse con precisión, y cree que podrían usarse circuitos similares en sensores de rotación ultra-sensibles.
Anteriormente, los físicos habían creado circuitos de helio superfluido – un estado líquido de viscosidad cero que se produce a temperaturas por debajo de 2 K. Sin embargo, los circuitos de átomos ultra-fríos mucho más diluidos son más interesantes para los físicos debido a que las interacciones entre los átomos son más débiles y fáciles de describir matemáticamente. Como resultado, los ensamblajes de átomos ultra-fríos se usan rutinariamente para estudiar la física de los sistemas cuánticos.
Kevin Wright y sus colegas del Joint Quantum Institute en Gaithersburg, Maryland crearon el circuito a partir de un condensado Bose-Einstein (BEC) de átomos de sodio. Los BECs se forman cuando átomos idénticos con espín entero se enfrían hasta que todos los átomos están en el mismo estado cuántico – y se comportan como una única partícula cuántica.
El equipo empezó enfriando mediante un láser los átomos de sodio en un haz, y capturando aproximadamente mil millones de ellos en una trampa magnética. La fuerza del campo que los atrapa se reduce entonces para permitir que los átomos más energéticos reboten, reduciendo así más la temperatura del resto de átomos. El resultado es una colección de unos 300 000 átomos a una temperatura de 10 nK, que es lo bastante fría para formar un BEC.
Rosquilla aplastada
Entonces, el equipo capturó el BEC en lásers cruzados, eliminando la trampa magnética. Uno de los haces láser era cilíndrico, mientras que el otro era como una lámina. Juntos, los dos lásers configuraban un campo que provocaba que los átomos de sodio se reuniesen en una forma similar a la de una rosquilla aplastada, con un radio de unos 20 µm.
De acuerdo con Wright, la suavidad del contenedor óptico creado por los dos lásers es clave para el éxito del grupo. “Puedes imaginar que si tienes un cubo muy abollado, terminarás con un montón de pequeñas piscinas”, explica. Pero en el campo láser cuidadosamente creado, los átomos son capaces de asentarse uniformemente en el anillo, creando un bucle continuo.
También es importante cómo empezó el equipo la rotación sin romper el BEC, lo cual se hizo iluminando dos lásers sobre el condensado. Los fotones de un láser caen en espiral, portando momento angular, pero los del otro láser no llevan ninguno. Los lásers se ajustan para forzar a los átomos que absorban fotones de un haz y los emitan en el otro. Como resultado, captan momento angular, y el condensado empieza a rotar.
Flujo turbulento
Los investigadores también fueron capaces de aumentar la corriente obstruyendo el condensado en giro.
Esto se hizo focalizando una luz láser azul en el anillo. La forma elíptica del haz láser está de lado respecto a la corriente de átomos, creando una zona llana en el flujo de átomos de sodio. Como un río que corre por una región poco profunda, la corriente acelera cuando pasa la obstrucción. Cuanto mayor sea la obstrucción, más rápido tiene que ir la corriente sobre ella, y el flujo se hará turbulento a cierta velocidad crítica.
Esta velocidad crítica ha captado la atención de otros físicos, incluyendo a Francesco Piazza de la Universidad de Trento en Italia. “La cuestión de la velocidad crítica del superfluido en la presencia obstrucciones es una problema antiguo”, dice Piazza. Sus resultados parecen estar de acuerdo con la descripción del vórtice propuesta por Richard Feynman en 1955 y Piazza encuentra esto interesante, aunque son necesarios modelos más precisos para dar unos resultados concluyentes.
El BEC está gobernado por la mecánica cuántica y, por tanto, sólo puede rotar en un conjunto de velocidades angulares discretas. Los investigadores eligen la menor posible – aproximadamente un ciclo por segundo. Wright dice que la propia rotación puede verse como un vórtice atrapado en el centro del anillo que no puede escapar a través del superfluido. Pero una vez que el flujo se hace turbulento, el vórtice puede salir del bucle, y la rotación se detiene.
Como en muchos experimentos con átomos ultra-fríos, no es posible estudiar directamente el BEC atrapado – en lugar de eso debe liberarse de la trampa para echar un vistazo a sus propiedades. Un destello láser arroja una sombra de la nube de átomos, revelando su distribución de densidad. El tamaño del agujero en el patrón está relacionado con cómo de rápido ha estado rotando el condensado. Los átomos tienden a dispersarse hacia fuera más que hacia dentro si han estado gurando rápidamente, pero el agujero desaparece si el BEC deja de girar. La velocidad crítica a la que cesa la rotación en el condensado proporciona un banco de pruebas para medir la rotación fuera del dispositivo, lo cual significa que podría usarse como un detector de rotación muy sensible.
Brian Anderson de la Universidad de Arizona en Tucson cree que los circuitos atómicos podrían también ser la base de dispositivos más complejos. “Comprender la respuesta de un superfluido atómico respecto a una barrera es, por tanto, el primer paso importante adelante hacia una realización final de tales circuitos”, dice.
El artículo que describe el trabajo se ha aceptado para su publicación en la revista Physical Review Letters y hay un borrador disponible en arXiv .
Fuente Original: Ciencia Kanija
