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Neutrinos cósmicos desde una remota galaxia PDF Print E-mail

29/4/2016 de Observatorio Astronómico de la Universidad de Valencia / Nature Physics

Ilustración 1 - Radioimágenes del blázar PKS B1424-418 obtenidas mediante la técnica conocida como VLBI.  El brillo aumentó en un factor 4, el cambio más importante observado en todas las fuentes del programa TANAMI.  © TANAMI

Radioimágenes del blázar PKS B1424-418 obtenidas mediante la técnica conocida como VLBI.  El brillo aumentó en un factor 4, el cambio más importante observado en todas las fuentes del programa TANAMI.  © TANAMI

Un equipo internacional de astrónomos ha conseguido determinar por primera vez el origen del neutrino más energético jamás detectado, conocido como ‘Caponata’. Este neutrino se generó durante una erupción en radiofrecuencia y en rayos gamma en la galaxia PKS B1424418. La asociación entre este cuásar y el neutrino da el impulso definitivo al nacimiento de una nueva disciplina científica, la astronomía de neutrinos. Estos resultados, en los que participa la Universitat de València, acaban de publicarse en la revista Nature Physics.

 “Nuestro trabajo muestra la primera asociación verosímil entre un objeto exterior a nuestra galaxia y los neutrinos cósmicos”, afirma Eduardo Ros, profesor de astronomía de la Universitat de Valéncia, actualmente investigador científico en el Instituto Max Planck de Radioastronomía en Bonn, Alemania, y coautor del estudio.  Añade: “De hecho, los neutrinos son las partículas más rápidas, ligeras y esquivas de la naturaleza y por tanto las más desconocidas.  Afortunadamente, nuevos detectores como IceCube acercan la física de partículas a la astrofísica; ahora podemos identificar neutrinos procedentes del exterior de nuestra galaxia.”

El detector de neutrinos IceCube, construido bajo el manto de hielo de la Antártida, es capaz de fotografiar la luz producida por la cascada de partículas que produce un neutrino al chocar con el hielo.  Esta luz, llamada radiación de Cherenkov, nos revela la energía y la dirección original del neutrino. 

El equipo científico de IceCube ha bautizado como personajes de Barrio Sésamo a los neutrinos más espectaculares.  Así, a Epi y Blas (HESE-20 y HESE-14 en su nombre científico) les siguió el día 4 de diciembre de 2012 la detección de Caponata (‘Big Bird’ en inglés, o HESE-35), un neutrino cuya energía excede los dos mil billones de electron voltios (2 PeV).  Esta energía es un billón de veces mayor que la de una radiografía dental pero concentrada en una sola partícula cuya masa es menos de una millonésima que la de un electrón.  Caponata fue el neutrino con mayor energía jamás detectado en su momento.

IceCube ha podido determinar la posición original de esta partícula con una precisión de 32 grados, equivalente a 64 lunas llenas.   De manera simultánea a las observaciones de IceCube, el programa de observaciones TANAMI utilizaba una red de radiotelescopios distribuidos por Australia, Sudáfrica, Chile y la Antártida para realizar un seguimiento de varias decenas de galaxias activas del cielo austral, incluyendo la región de donde procede HESE-35 (Caponata).   A su vez, el detector LAT del telescopio espacial de rayos gamma Fermi  observó un aumento de un factor 30 en el brillo de esta galaxia, una de las estudiadas en programa TANAMI.  Las imágenes en radiofrecuencia de TANAMI mostraron que el brillo de PKS B1424418 se multiplicó por cuatro entre finales de 2011 y comienzos de 2013.  

Ninguna otra galaxia observada por Fermi o por TANAMI mostró variaciones en su brillo durante el mismo periodo.  Por tanto, “tras cribar todas las posibles fuentes alternativas, Caponata tiene que haberse originado en el mismo objeto que brilla fuertemente en radio y en rayos gamma”, indica Felicia Krauss, estudiante de doctorado en la Universidad de Wurzburgo que ha contribuido notablemente a la investigación en el marco de su tesis, a lo que añade Matthias Kadler, profesor de la misma universidad y primer responsable de la publicación:  “Ha sido una suerte enorme y un gran éxito que estuviésemos estudiando todas estas galaxias con el proyecto TANAMI, y que así hayamos encontrado la ‘culpable’ de emitir un neutrino récord.”

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Last Updated ( Friday, 29 April 2016 09:43 )
 
Una versión con cúmulos de galaxias de las populares 'matrioskas' revela información sobre la energía oscura PDF Print E-mail

29/4/2016 de Chandra / Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

 These four galaxy clusters were part of a large survey of over 300 clusters used to investigate dark energy, the mysterious energy that is currently driving the accelerating expansion of the Universe, as described in our latest press release. In these composite images, X-rays from NASA's Chandra X-ray Observatory (purple) have been combined with optical light from the Hubble Space Telescope and Sloan Digital Sky Survey (red, green, and blue).

Estos cuatro cúmulos de galaxias forman parte de un gran estudio de más de 300 cúmulos utilizados para investigar la energía oscura, la misteriosa energía que actualmente controla la expansión acelerada del Universo. En estas imágenes compuestas los rayos X proceden del observatorio de rayos X Chandra de NASA (púrpura), combinados com luz óptica del telescopio espacial Hubble y del proyecto Sloan Digital Sky Survey (rojo, verde y azul). Créditos: rayos X de NASA/CXC/Univ. of Alabama/A. Morandi et al; óptico de SDSS, NASA/STScI.

Un equipo de astrónomos ha utilizado datos del observatorio de rayos X Chandra de NASA, Planck de ESA y una larga lista de telescopios ópticos para desarrollar un nuevo método potente para investigar la energía oscura, la misteriosa energía que actualmente domina la expansión acelerada del Universo. La técnica se apoya en que las zonas exteriores de los cúmulos de galaxias, las mayores estructuras del Universo que se mantienen unidas por la fuerza de la gravedad, muestran perfiles y tamaños similares en sus emisiones de rayos X. Los cúmulos más masivos son sencillamente versiones en grande de los menos masivos.

"En este sentido, los cúmulos de galaxias son como muñecas rusas, las más pequeñas tienen una forma parecida a las grandes", comenta Andrea Morandi, de la Universidad de Alabama, quien ha dirigido el estudio. "Saber esto nos permite comparar y determinar con precisión sus distancias a miles de millones de años luz".

Utilizando estos cúmulos como marcadores de distancia, los astrónomos pueden medir lo rápido que se expandía el Universo en distintas épocas desde el Big Bang. Según la teoría de la relatividad general de Einstein, el ritmo de expansión viene determinado por las propiedades de la energía oscura más la cantidad de materia del Universo, que está en su mayor parte formada por un material invisible llamado materia oscura.

Los resultados confirman estudios anteriores que encuentran que las propiedades de la energía oscura no han cambiado en miles de millones de años. También apoyan la idea de que la energía oscura se explica mejor como la "constante cosmológica"  que propuso Einstein y que es equivalente a la energía del espacio vacío. "Aunque hemos buscado otras explicaciones", comenta el coautor Ming Sun, "todavía parece que la energía oscura se comporta precisamente como la constante cosmológica de Einstein".

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Last Updated ( Friday, 29 April 2016 09:44 )
 
Detectives geoquímicos emplean símiles en laboratorio para mirar atrás en el tiempo PDF Print E-mail

29/4/2016 de Carnegie / Science

 Caption: An illustration of how laboratory techniques can tell scientists like Anat Shahar and her team about how elements such as iron behave under the extreme pressures found in the Earth’s core. Background image courtesy of Vadim Sadovski, additional imagery courtesy of Anat Shahar.

Ilustración  de cómo las técnicas de laboratorio pueden indicar a científicos como la investigadora Anat Shahar y su equipo el modo en que elementos como el hierro se comportan bajo las presiones extremas que reinan en el núcleo de la Tierra. Crédito: imagen del fondo cortesía de Vadim Sadovski, imágenes adicionales cortesía de Anat Shahar.

Un nuevo trabajo realizado por un equipo de investigadores dirigido por Anat Shahar de Carnegie, expone descubrimientos inesperados acerca de la química del hierro bajo condiciones de alta presión, como las que se encuentran en el núcleo de la Tierra, donde el hierro predomina y crea nuestro campo magnético, que constituye un escudo protector para la vida en la Tierra. Sus resultados, publicados en Science, podrían arrojar luz sobre los días primitivos de la Tierra cuando se formó el núcleo a través de un proceso llamado diferenciación, cuando los materiales más densos, como el hierro, se hundieron hacia el centro, creando la estructura en capas que el planeta tiene hoy en día.

La Tierra se formó a partir de materia acumulada alrededor del Sol joven. Con el tiempo, el hierro de este material planetario temprano se desplazó hacia el interior, separándose de los silicatos que tenía a su alrededor. Este proceso creó el núcleo de hierro del planeta y el manto superior de silicatos. Los datos sísmicos muestran que, además del hierro, hay elementos más ligeros presentes en el núcleo, pero se ha discutido mucho qué elementos son y en qué concentraciones se encuentran.

Los científicos decidieron investigar esta cuestión estudiando cómo presiones similares a las del núcleo de la Tierra afectarían a la composición de isótopos de hierro en varias aleaciones de hierro y elementos ligeros. Los isótopos son versiones de un elemento químico en las que el número de neutrones difiere del de protones. Debido a esto, los isótopos tienen masas diferentes, que pueden a veces causar pequeñas variaciones en su distribución entre los silicatos o el metal de hierro. Algunos isótopos son preferidos por ciertas reacciones, lo que resulta en un desequilibrio en la proporción de cada isótopo incorporado en los productos finales de estas reacciones, un proceso que puede dejar trazas de estos isótopos en rocas. Este proceso se conoce como fraccionamiento de isótopos y es crucial para esta investigación.

Los investigadores han descubierto que debido a este fraccionamiento bajo alta presión, las reacciones entre el hierro y dos de los elementos ligeros que a menudo se considera que sea probable que se hallen en el núcleo (carbono e hidrógeno) habrían dejado atrás una señal isotópica en el manto de silicatos cuando reaccionaron con el hierro y se hundieron hacia el núcleo. Pero esta marca isotópica no se ha encontrado en rocas del manto. Shahar explica: "aunque la Tierra es nuestro hogar, todavía hay mucho acerca de su interior que no comprendemos. Pero las pruebas de que las presiones extremas afectan a la forma en que se particionan los isótopos, en modos en los que podríamos observar rastros en muestras de rocas, es un gran paso adelante para conocer más sobre la evolución geoquímica de nuestro planeta".

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Last Updated ( Friday, 29 April 2016 09:44 )
 
Vientos potentes observados en misteriosas binarias de rayos X PDF Print E-mail

29/4/2016 de ESA / Nature

Artist’s impression depicting a compact object – either a black hole or a neutron star – feeding on gas from a companion star in a binary system.

Ilustración de artista mostrando un objeto compacto - un agujero negro o una estrella de neutrones - alimentándose de gas de una estrella compañera en un sistema binario. Crédito: ESA–C. Carreau.

El satélite de rayos X XMM-Newton de ESA ha descubierto gas alejándose a un cuarto de la velocidad de la luz desde binarias de rayos X muy brillantes en dos galaxias cercanas. Estos sistemas binarios están formados por un resto estelar (una enana blanca, estrella de neutrones o agujero negro) que se alimenta del gas de una estrella compañera. El gas forma un disco que gira alrededor del objeto central compacto; la fricción en el disco hace que el gas se caliente y emita luz en muchas longitudes de onda, con intensidad particular en rayos X. Sin embargo, no todo el gas es tragado por el objeto central y parte de él podría incluso haber sido expulsado por vientos y chorros potentes.

Existe una clase intermedia de objetos que fue descubierta en la década de 1980 y todavía no se conoce bien. Estas fuentes, que son entre diez y cien veces más brillantes que las binarias de rayos X ordinarias, son no obstante demasiado débiles para ser relacionadas con agujeros negros supermasivos y, en cualquier caso, a menudo se encuentran lejos del centro de sus galaxias, donde se hallan estos agujeros negros.

"Pensamos que estas 'fuentes de rayos X ultraluminosas' son sistemas binarios especiales en cierto modo, engullendo gas a un ritmo mucho mayor que una binaria de rayos X ordinaria", explica Ciro Pinto, del Instituto de Astronomía de Cambridge (UK). "Algunos contienen estrellas  de neutrones altamente magnetizadas, mientras que otros podrían esconder los agujeros negros de masa intermedia, durante mucho tiempo buscados, que tienen masas de alrededor de 1000 veces la masa del Sol. Pero en la mayoría de los casos, la razón de su comportamiento extremo todavía no está clara".

Ciro es el director de un nuevo estudio, basado en observaciones del satélite XMM-Newton de ESA, que revelan por vez primera la presencia de fuertes vientos soplando a velocidades muy altas desde dos de estos objetos exóticos. El descubrimiento, publicado en la edición de esta semana de Nature, confirma que estas fuentes esconden un objeto compacto que adquiere masa a ritmos extraordinariamente altos.

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Last Updated ( Friday, 29 April 2016 09:45 )
 
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