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Los agujeros negros gigantes pueden ser más pequeños de los que se pensaba
Las misteriosas zonas de destrucción alrededor de los gigantescos agujeros negros que se sospecha que están en el corazón de la mayor parte de galaxias, están revelando sus secretos, gracias a una novedosa forma de investigar esos violentos enigmas.
Estos nuevos hallazgos revelaron que estos gigantescos agujeros negros pueden ser menores de lo que pensaban anteriormente los científicos, lo cual podría ayudar a resolver algunas preguntas respecto a su crecimiento.
Los centros de casi todas las galaxias se sospecha que alojan agujeros negros supermasivos de millones a miles de millones de veces la masa de nuestro Sol. Estos monstruos están rodeados por zonas extremadamente brillantes que se supone que tienen materia súper-caliente a su alrededor – y hacia – los agujeros negros.
Sin embargo, las regiones centrales de estas galaxias son relativamente pequeñas, demasiado para verlas con claridad. Su pequeño tamaño ha dejado que su estructura y comportamiento sea en gran parte un misterio a pesar de décadas de intenso estudio.
Agujeros negros en el corazón de las galaxias
Para aprender más sobre estas zonas, los astrofísicos Wolfram Kollatschny y Matthias Zetzl de la Universidad de Gottingen en Alemania, observaron más de cerca la luz que surgía de ellos.
La luz lleva en una amplia variedad de longitudes de onda – algunas visibles y muchas invisibles. Las longitudes de onda de la luz que emite la materia a menudo llegan en grupos específicos, o líneas, las cuales pueden revelar mucho sobre la composición o actividad del material en cuestión.
Los investigadores analizaron la luz procedente de 37 galaxias y descubrieron una variación consistente en cómo de anchas eran varias líneas de emisión. Esto permitió a los investigadores deducir la velocidad a la que el gas de estas regiones centrales orbita los agujeros negros, así como la turbulencia dentro del gas.
El diámetro de un agujero negro depende de su masa. Cuando se trata de un agujero negro supermasivo como el que hay en el centro de la Vía Láctea, con una masa de unos 4 millones de soles, los científicos estiman su diámetro en unos 150 millones de kilómetros, o aproximadamente la distancia del Sol a la Tierra.
Pesando agujeros negros
A partir de la velocidad a la que orbita esta materia y su distancia al agujero negro, los investigadores deducen la masa de estos agujeros negros gigantes usando las viejas leyes del movimiento de Kepler.
Es intrigante que encontrasen que la masa de estos agujeros negros parece ser entre 2 y 10 veces menor que lo estimado anteriormente. La cuestión de cómo las galaxias podrían haber creado unos agujeros negros tan grandes ha estado molestando a los científicos mucho tiempo.
“La evolución de estas regiones centrales es importante para nuestra comprensión general de la evolución galáctica”, dice Kollatschny a SPACE.com.
Los científicos detallan sus conclusiones en el ejemplar del 17 de febrero de la revista Nature.
Matemáticos proponen una tabla periódica de formas
Los matemáticos se han embarcado en un proyecto de tres años para crear su propia versión de la tabla periódica, la cual proporcionará un vasto directorio de todas las posibles formas del universo en tres, cuatro y cinco dimensiones.
Uniendo todas estas formas de la misma forma que la tabla periódica vincula los grupos de elementos químicos, la nueva tabla debería proporcionar un recursos que matemáticos, físicos y otros científicos puedan usar para cálculos e investigación en un amplio grupo de áreas, incluyendo visión por computador, teoría de números y física teórica.
“La tabla periódica es una de las herramientas más importantes de la química. Nuestro trabajo tiene como objetivo crear un directorio que liste todos los bloques básicos geométricos y los separe según las propiedades de cada uno usando ecuaciones relativamente simples”, dice el líder del proyecto Alessio Corti, del Departamento de Matemáticas del Imperial College de Londres.
Describir el ‘flujo’ de bloques básicos
Los investigadores, del Imperial College de Londres, el Grupo de Álgebra Computacional de la Universidad de Sydney e instituciones de Japón y Rusia, tienen como objetivo identificar todas las formas en tres, cuatro y cinco dimensiones que no pueden dividirse en otras formas.
A través de ecuaciones diferenciales – un tipo de ecuación matemática que expresa la relación entre una función y sus derivadas – se pueden describir las formas básicas en términos de ‘flujo’.
El matemático italiano, Gino Fano, usó una técnica durante la década de 1930 para encontrar nueve formas atómicas bidimensionales. La actual aproximación, inventada por Corti y su colega Vasily Golyshev, está basada en las ideas de la Teoría de Cuerdas para encontrar formas atómicas en dimensiones superiores.
“Estamos buscando formas especiales, llamadas variedades de Fano, que son los ‘elementos’ de nuestra tabla periódica de formas”, dice el equipo en su blog.
Explorando otras dimensiones
El equipo de Corti analizará formas que implican dimensiones que no pueden ‘verse’ en un sentido convencional en el mundo físico.
Además de las tres dimensiones de longitud, anchura y profundidad de una forma tridimensional, los científicos explorarán formas que implican otras dimensiones.
Por ejemplo, el espacio-tiempo descrito en la Teoría de la Relatividad de Einstein tiene cuatro dimensiones – las tres espaciales más el tiempo. Los teóricos de cuerdas creen que el universo está hecho de dimensiones ocultas adicionales que no pueden verse.
Resolver problemas con Magma
El colega de Corti en el proyecto, Tom Coates, también del Imperial College de Londres, ha creado un programa de modelado por ordenador que debería permitir a los investigadores observar los bloques básicos de estas formas multi-dimensionales a partir de un conjunto de cientos de millones de formas.
Los investigadores usarán el programa para identificar formas que puedan definirse mediante ecuaciones algebraicas y no puedan dividirse más. Aún no saben cuántas formas podría haber.
Los contribuyentes del Grupo de Álgebra Computacional de Sydney, liderados por John Cannon, también han desarrollado una herramienta de software matemático muy potente llamada Magma para ayudar en el descubrimiento de las variedades de Fano, señala Coates.
“Magma es una herramienta de software muy flexible que resolverá muchos problemas matemáticos, pero el Grupo de Álgebra Computacional ha añadido algunas características extra a Magma para ayudarnos en nuestra búsqueda de variedades de Fano, y han ajustado su software para hacer que nuestra búsqueda sea más eficiente”.
Útil para física y robótica
Los investigadores calculan que hay alrededor de 500 millones de formas que pueden definirse algebraicamente en cuatro dimensiones, y prevén que encontrarán unos miles de bloques básicos a partir de los cuales se crean estas formas.
“Creemos que podemos encontrar un vasto número de formas, por lo que probablemente no podrías colgar la tabla en la pared, pero esperamos que sea una herramienta muy útil”, dice Corti.
Coates añade que: “Comprender este tipo de formas es realmente importante para muchos aspectos de la ciencia. Si estás trabajando en robótica, podrías necesitar calcular la ecuación para una forma de cinco dimensiones, para descubrir cómo instruir a tu robot sobre cómo mirar un objeto y mover su brazo para cogerlo”.
“Si eres físico, podrías necesitar analizar las formas de las dimensiones ocultas del universo para comprender cómo funcionan las partículas subatómicas. Creemos que el trabajo que estamos haciendo en nuestra nuevo proyecto, finalmente ayudará a nuestro colegas en muchas ramas de la ciencia”.
“En nuestro proyecto, estamos buscando los elementos básicos de las formas. El siguiente reto es comprender cómo las propiedades de las formas más grandes dependen de los ‘átomos’ de los que están hechas. En otras palabras, queremos construir una teoría química para las formas”, dice Coates.
Las neuronas empiezan a enviar señales muy pronto
Las neuronas fetales muestran patrones de disparo similares a los que se ven en adultos que duermen.
Las patadas y sobresaltos de un bebé en desarrollo no son los únicos ejercicios que realiza en el útero. Los bebés también ejercitan sus músculos mentales meses antes de su nacimiento.
Las células nerviosas de los cerebros en desarrollo de 20 semanas se disparan en un patrón que persiste cuando son adultos, según informan los investigadores en el ejemplar del 15 de febrero de la revista Journal of Neuroscience. La investigación proporciona un vistazo al comportamiento de las células cerebrales extremadamente jóvenes y podría ayudar a los científicos a comprender qué sucede cuando el cerebro tiene problemas.
Las células de los córtex cerebrales en fetos de 20-21 semanas exhiben estallidos de actividad eléctrica intercalados con periodos de tranquilidad, según encontraron investigadores del Centro de Salud de la Universidad de Connecticut en Farmington. Cuando el cerebro adulto duerme, o está bajo anestesia, también muestra este patrón de actividad-calma, sugiriendo que puede ser una propiedad intrínseca de los cerebros humanos.
El córtex cerebral trata la información sensorial, pensamientos, emociones y consciencia. Pero incluso cuando no reciben entradas del mundo exterior, las células nerviosas, o neuronas, de esta región oscilan entre el disparo y el descanso.
“En adultos, vamos a dormir y el córtex se desconecta del entorno exterior – duerme solo. Pero puedes ver esta tranquila actividad sincronizada”, dice Igor Timofeev de la Universidad Laval en Québec. Esas jóvenes células nerviosas se comportan de forma similar mucho antes de que lidien con las entradas externas, lo que sugiere que el patrón de disparo “es una característica muy básica que tiene lugar en el cerebro en etapas del desarrollo muy tempranas”, dice Timofeev.
Los científicos aún no comprender el propósito de la actividad celular nerviosa en una etapa del desarrollo tan temprana. Tal vez es un ejercicio de los músculos mentales para ayudar a mantener vivas las células, dice el neurocientífico Srdjan Antic, que lideró el nuevo estudio. Tener un estallido de actividad una y otra vez puede ser una señal a otras neuronas del tipo: “Hey, estoy aquí, mírame, sigue conectada conmigo”, comenta Antic. “Durante el sueño, las neuronas hacen exactamente eso”.
Antic y sus colegas estudiaron la actividad de las neuronas en placas de laboratorio una cada vez. Aunque la mayoría de las células exhibían el patrón de disparo, el equipo no puede decir si el disparo estaba sincronizado. Si las neuronas se disparan en oleadas, podría ser su forma de señalar su posición a otras células cerebrales, dice el neurocientífico William Moody de la Universidad de Washington en Seattle.
Tal señal en oleada en los cerebros de ratones desempeña un papel en el cableado del sistema nervioso durante el desarrollo, de forma que las regiones adyacentes del cerebro se correspondan con partes del cuerpo adyacentes. Si estas jóvenes células se disparan en oleadas, esa actividad podría ser parte de este proceso de mapeado, dice Moody.
“Este es un gran trabajo”, dice sobre el nuevo estudio. “Han dado el primer paso para mirar a los humanos”.
Hay varios desórdenes que pueden dar generarse cuando las neuronas no terminan en el lugar adecuado. Y los desórdenes del espectro autista pueden también estar relacionados con un disparo incorrecto, dice Moody.
Descubren la masa mínima para crear galaxias con estrellas
Un equipo internacional con participación española ha descubierto la posible masa mínima para que surja una galaxia en la que se formen estrellas. La estadística apunta a que los halos de materia oscura que envuelven estas galaxias deben tener al menos una masa de 300 mil millones de masas solares.
“Sólo cuando se llega a una masa de halo mínimo de 300 mil millones de soles, una galaxia puede comenzar a formar estrellas de manera eficiente”, explican a SINC Bruno Altieri e Ivan Valtchanov, dos de los autores del estudio que hoy publica Nature e investigadores del Centro Europeo de Astronomía Espacial (ESA) en Villanueva de la Cañada (Madrid).
Los científicos consideran que en el paradigma de la materia oscura fría (una de las propuestas para explicar la formación de estructuras cósmicas) las galaxias se forman en una etapa temprana del universo mediante halos de materia oscura de una masa cercana a un millón de masas solares. Después, estos halos empiezan a crecer por concentración de masa o por la fusión de otros halos.
Según el estudio, liderado desde la Universidad de California (EEUU), cuando la masa de estos halos supera los 300 mil millones de masas solares estadísticamente pueden comenzar a formarse las galaxias con estrellas.
“Este es un ingrediente importante para los modelos de evolución galáctica porque después de este momento, la física de las galaxias cambia y se vuelve más complicada, a medida que la luz de las estrellas recién formadas comienza a interactuar con el gas y el polvo en el medio interestelar”, añaden los autores.
Los investigadores subrayan que se trata de un estudio estadístico importante para elaborar modelos, y no tanto para estudiar galaxias concretas.
Herschel proporciona los datos
Para llevar a cabo la investigación, los científicos han utilizado datos del Observatorio Espacial Herschel, que es capaz de captar los rayos infrarrojos lejanos (ondas submilimétricas superiores a 100 micras). “Este telescopio está cartografiando grandes superficies de cielo que detectan varios miles de galaxias lejanas con altas tasas de formación estelar”, declaran Altieri y Valtchanov.
Las señales que llegan desde este tipo de galaxias son tan débiles, debido a la gran cantidad de polvo, que la mayoría de los telescopios ópticos no pueden detectarlas ni desde tierra ni desde el espacio, ni siquiera el Hubble.
Fuente Original: Ciencia Kanija
