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Descubren un agujero negro de más de cinco veces la masa del Sol
El Gran Telescopio Canarias obtiene los primeros espectros sobre el sistema binario XTE J1859+226 que confirman la presencia de un agujero negro.
Sólo se conocen unos 20 sistemas estelares binarios con agujero negro de una población estimada de unos 5000 en la Vía Láctea.
Lo intuían, pero hasta ahora no habían podido confirmarlo. Investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) han descubierto la existencia de un agujero negro demás de 5,4 veces la masa del Sol en el sistema binario de rayos X XTE J1859+226. Las observaciones realizadas desde el Gran Telescopio Canarias (GTC), que ha logrado obtener los primeros espectros que se publican de este sistema binario, han sido determinantes en el hallazgo.
Las binarias de rayos X son sistemas estelares compuestos por un objeto compacto (que puede ser una estrella de neutrones o un agujero negro) y una estrella ‘normal’. El objeto compacto arranca materia de la estrella y la incorpora lentamente a su propia masa a través de un disco que se forma en torno a él.A este proceso se le conoce con el nombre de acreción. Tan sólo se conocen unas 20 binarias con agujero negro de una población estimada de unas 5.000 en la Vía Láctea.
En concreto, XTE J1859+226 es una binaria de rayos X transitoria que se encuentra en la constelación de Vulpecula. Fue descubierta por el satélite RXTE durante una erupción registrada en 1999.
“Las binarias transitorias de rayos X se caracterizan por estar la mayor parte de su vida en un estado de quietud, entrando ocasionalmente en erupción, un momento en el que el ritmo de acreción de materia sobre el agujero negro se dispara”, explica el astrofísico del IAC Jesús Corral-Santana, que lidera el trabajo que publica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS).
Tanto las estrellas de neutrones como los agujeros negros son los restos que deja una estrella masiva al morir. La mayor parte de las estrellas de neutrones conocidas tienen masas en torno a 1,4 veces la masa del Sol, aunque en unos pocos casos se han medido valores superiores de hasta dos veces la masa del Sol. Los astrónomos creen que a partir de unas tres masas solares las estrellas de neutrones no son estables y colapsan formando un agujero negro.
Para Corral-Santana, “medir la masa de los objetos compactos es determinante para saber de qué tipo de objeto se trata. Si tiene más de tres veces la masa del Sol, sólo puede ser un agujero negro. Nosotros hallamos que XTE J1859+226 tiene un agujero negro de más de 5,4 veces la masa solar. Es la confirmación definitiva de la existencia de un agujero negro en este objeto”.
“Con este resultado añadimos una pieza más al estudio de la distribución de masas de agujeros negros. La forma de esta distribución tiene implicaciones muy importantes en nuestro conocimiento sobre la muerte de estrellas masivas, la formación de agujeros negros y la evolución de los sistemas binarios de rayos X”, añade el astrofísico del IAC.
Doce años de observación: medir lo visible y lo invisible
El equipo de astrofísicos del IAC no había perdido de vista el objeto desde que entró en erupción en 1999, cuando comenzaron a realizar campañas de observación para seguir su evolución. Los investigadores han combinado las mediciones fotométricasdel Isaac Newton Telescope (INT), el William Herschel Telescope (WHT) del año 2000 y las del Nordic Optical Telescope (NOT) de 2008, con los espectros realizados con el GTC en 2010, los primeros publicados de este objeto.
“Debido al bajo brillo del sistema observado, necesitábamos telescopios de 10 metros para poder obtener espectros. En este sentido, haber podido observar desde el GTC ha resultado determinante”, subraya Corral-Santana.
Las mediciones en el GTC se realizaron con el instrumento OSIRIS, que puede utilizarse como cámara o espectrógrafo en el rango visible . El espectrógrafo descompone la luz que emite una estrella en sus distintas frecuencias y permite detectar líneas correspondientes a los distintos elementos químicos presentes en su atmósfera. Estas líneas aportan información sobre las propiedades físicas de la estrella y su movimiento.
Las medidas fotométricas permitieron determinar el período orbital de la binaria (6,6 horas) mientras que los espectros proporcionaron, además, información sobre la velocidad de la estrella alrededor del agujero negro. La combinación de estos dos parámetros resultó imprescindible para calcular la masa del agujero negro.
El Gran Telescopio Canarias (GTC), ubicado en el Observatorio del Roque de los Muchachos (La Palma), constituye el mayor telescopio óptico-infrarrojo del mundo, con un espejo de 10,4 metros de diámetro.
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Enana marrón difumina la línea entre estrella y planeta
Planetar. Subestrella. Estrella fallida. Objeto subestelar. Los astrónomos han colocado cada uno de estos apodos sobre las enanas marrones, una categoría que siempre ha dejado perplejos a los científicos debido a que genera preguntas sobre qué significa ser una estrella o planeta. Y por si eso no fuese suficiente, ahora hemos descubierto la enana marrón más fría hasta el momento, difuminando aún más la línea entre estrella y planeta.
Su nombre es CFBDSIR J1458+1013B, y puede ser más fría que el punto de ebullición del agua (a la presión de la atmósfera de la Tierra). Este extraño cuerpo está aproximadamente a 75 años luz de nosotros, donde orbita a su compañera binaria, otra enana marrón. Usando las capacidades infrarrojas del Telescopio de 10 metros Keck-II en Mauna Kea, el investigador de la Universidad de Hawai Michael Liu y su equipo, estimaron la temperatura de la enana marrón, y tienen un rango aproximado para su masa: Entre 6 y 15 veces la masa de Júpiter.
Es especial debido a que puede ser una enana de clase Y (temperatura de menos de 225 grados Celsius), un tipo de objeto cuya existencia habían predicho los astrónomos, pero que nunca se había encontrado. Antes de que apareciera esta candidata, la enana marrón más fría conocida estaba en la clase espectral T; aunque hubo anteriormente algunas candidatas a clase Y, los científicos han logrado mejores datos de la temperatura de esta: 97 grados Celsius, más o menos 40 grados.
Otra cosa interesante sobre esta enana marrón en concreto, es su masa. Un objeto de menos de 13 veces la masa de Júpiter es demasiado ligero para fusionar átomos de deuterio, un isótopo pesado del hidrógeno; los objetos por encima de dicha masa pueden fusionar deuterio. La incertidumbre sobre la masa de CFBDSIR — estimada entre 6 y 15 veces la de Júpiter – podría ponerla a cualquier lado de esa línea. Y para rematarlo, puede estar tan fría que los gases podrían formar nubes, algo que la asemeja mucho a los planetas.
Por lo que aún queda mucho por saber sobre esta enana marrón en particular, y sobre las enanas marrones en general, pero una cosa está clara, al menos por ahora: Es la más fría jamás observada, y puede ayudarnos a aclarar este vago y complejo misterio sobre la borrosa línea entre estrellas y planetas.
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Nueva estructura permite a las baterías de iones de litio cargarse más rápidamente
Una nueva tecnología podría crear un tiempo de carga más rápido para las baterías de iones de litio.
Un grupo de investigación de la Universidad de Illinois ha desarrollado una tecnología que puede tener implicaciones para los vehículos eléctricos (VEs) y otros dispositivos electrónicos.
El grupo, liderado por Paul Braun, profesor de ciencias de los materiales e ingeniería, ha aparecido con una tecnología que crea un tiempo de recarga más rápido para las baterías de ión-litio, que alimentan dispositivos electrónicos como teléfonos móviles, ordenadores portátiles y desfibriladores. Las baterías de ión-litio también alimentan los VEs, que pueden pasarse toda la noche en carga en casa y hasta una hora en las estaciones de VEs.
Los hallazgos de Braun, publicados la semana pasada en una versión on-line de la revista Nature Nanotechnology, podría llevar a un tiempo de carga de los VEs comparable al del llenado de un depósito de gasolina. Objetos menores, como teléfonos móviles, podrían cargarse en menos de un minuto, comenta Braun.
“Tenemos baterías en el laboratorio que se pueden cargar en diez segundos”, señala.
Cuando una batería se carga, la energía se mueve entre su cátodo y ánodo. Cuando una batería alimenta un producto, o se descarga, la energía se mueve en dirección contraria, entre su ánodo y cátodo. El grupo de Braun llegó a una nanoestructura tridimensional para el cátodo de la batería que permite que las mismas se cargue a un ritmo mucho más rápido que las convencionales.
Las baterías recargables convencionales de ión-litio o níquel-hidruro metálico contienen material activo que se coloca en una fina película. Esta película permite que las baterías se carguen y recarguen rápidamente, pero con el coste de un significativo degradado con el paso del tiempo. Debido a su finura, la película no permite mucho almacenamiento de energía. Esta falta de densidad provoca un degradado rápido.
El invento de Braun es envolver la película alrededor de una estructura 3-D que permite una mayor capacidad de almacenamiento de energía mientras que se sigue cargando y recargando rápidamente. La estructura 3-D se ensambla cubriendo la superficie con diminutas esferas. El espacio entre las esferas se rellena con metal. Ambas se fusionan entonces, dejando una superficie porosa, similar a una esponja. Luego, se agrandan los poros y la estructura se recubre con la película fina.
La nanoestructura no es inmune a la degradación, pero este proceso es prolongado debido a que su eficiencia es 10 veces mayor que en las baterías convencionales, comenta Braun. También espera que esta mayor eficiencia permitirá a las baterías de VEs funcionar mejor a bajas temperaturas, aunque su grupo no ha realizado aún estudios para verificar esto.
Lograr que las baterías de un VE se carguen tan rápido como se rellena un depósito de gasolina requiere de una infraestructura distinta a la que existe actualmente, comenta. Las estaciones de recarga tendrán que ofrecer suficiente energía, pero Braun dice que el desarrollo de tal tecnología finalmente crearía un incentivo para ello.
Aunque la nanoestructura hace que las baterías sean un 20 o 30 por ciento más densas, Braun comenta que la mayor mejora es la rapidez en la carga.
El grupo de Braun trabajó durante aproximadamente dos años en la nanoestructura. Dado que la nanoestructura se aplica al cátodo de la batería, comenta, el siguiente paso es estudiar mejoras en el ánodo, junto con un mayor incremento de la densidad en la batería.
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Leer discos con menos fotones
La intensidad de la luz requerida para leer datos de un disco óptico puede verse drásticamente reducida usando fotones entrelazados – de acuerdo con un físico del Reino Unido. La idea, que tiene que verificarse experimentalmente, podría permitir que se almacenase más información en CDs o DVDs y llevaría a nuevos tipos de medios de almacenamiento óptico re-escribible.
El entrelazamiento es una propiedad mecánico-cuántica que permite a las partículas tener una relación mucho más estrecha de lo permitido en la física clásica. Un famoso ejemplo de esto es la correlación Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) entre la posición y momento de pares de fotones. Esto es distinto a la luz láser usada para leer discos ópticos convencionales, los cuales no tienen una correlación tan fuerte entre fotones.
La luz EPR puede crearse en el laboratorio, y Stefano Pirandola de la Universidad de York, en el Reino Unido, ha calculado que podría ofrecer una nueva forma de leer datos de discos ópticos. Pirandola llegó a la idea cuando consideraba una memoria que constase de una colección de células, cada una con dos reflectividades posibles. Una reflectividad más alta representa un “1”, y una reflectividad menor un “0”.
Midiendo intensidades
En su sistema propuesto, la luz impacta en la célula de memoria y un detector registra la intensidad de la luz reflejada. La luz también se envía directamente desde la fuente al detector, creando modos “de reposo” auxiliares que pueden mejorar la lectura de células aprovechando posibles correlaciones entre las señales.
“No sabemos si es necesario el modo de reposo o no”, admite Pirandola.
Cree que la ganancia de información – la diferencia entre la información extraído por una fuente EPR y las mejores clásicas – puede ser de casi el 100%. “Cuando es igual al 100%, indica que la fuente EPR recibe toda la información perfectamente, mientras que ninguna fuente clásica puede leer la memoria”.
En la mayor parte de situaciones, crear un sistema práctico basado en luz entrelazada es extremadamente difícil debido a que al interactuar con el entorno se pierde el entrelazamiento. De acuerdo con el análisis de Pirandola, su sistema no debería sufrir tal destino. Los cálculos revelan que las medidas de la reflectividad de las células no se ven afectadas por fotones perdidos dentro del sistema que impactan en el detector después de ser dispersados por el entorno.
Poner la teoría en práctica
El mayor reto para construir un sistema real basado en los cálculos de Pirandola es crear una fuente adecuada EPR. Pero este obstáculo no es insalvable, dado que tales fuentes ya se están creando en muchos laboratorios de óptica cuántica. Esto se hace mediante un proceso conocido como conversión paramétrica a la baja, mediante el cual la luz procedente de una bomba láser impacta en un cristal especial “no lineal” para emitir pares de fotones entrelazados.
Pirandola cree que un sistema práctico podría emplear apenas unas decenas de fotones para leer cada célula. Sin embargo, esto no significa que se necesiten los caros detectores para contar fotones. En lugar de esto, la señal reflejada de las células puede combinarse con la de la bomba láser, antes de separarse en dos, cada una impactando en su propio fotodetector. “Gracias a esta configuración, la señal de entrada se amplifica a una macroscópica antes de medirse”, explica Pirandola.
Sin embargo, incluso si tal sistema se muestra mucho mejor para leer CDs y DVDs, su tamaño y coste de fabricación lo hacen poco práctico para esta aplicación. La mayor barrera es la realización de fuentes eficientes y pequeñas de luz EPR. “Una tecnología prometedora es la emisión de dos fotones a partir de semiconductores”, dice Pirandola. “[Tal fuente] puede generar fotones correlados a una tasa muy alta, y también ser miniaturizadas”.
Resultados inesperados
Un investigador sorprendido por los resultados de los cálculos de Pirandola es Seth Lloyd del MIT: “El esquema considerado está muy cerca de la iluminación cuántica, y hemos verificado que la iluminación cuántica no funcionaría mejor para la detección que los esquemas clásicos”.
Dice que el trabajo de Pirandola es muy importante, ya que proporciona un raro ejemplo de medida mecánico-cuántica que es significativamente superior a una clásica.
Fuente Original: Ciencia Kanija
