¿Cómo saber cuándo es significativo un nuevo hallazgo? El valor sigma puede decírtelo – pero cuidado con los peces muertos.

Es una cuestión que surge con virtualmente cada gran nuevo hallazgo en ciencia o medicina: ¿Qué hace que un resultado sea lo bastante fiable como para tomarse en serio? La respuesta tiene que ver con su significado estadístico – pero también con los juicios sobre qué estándares tienen sentido en una situación dada.

La unidad de medida que se ofrece normalmente cuando se habla de significado estadístico es la desviación estándar, expresada con la letra griega minúscula sigma (σ). El término se refiere a la cantidad de variabilidad en un conjunto de datos dado: si los datos apuntan todos a una zona conjunta o están muy dispersos.

Distribución normal

En muchas situaciones, los resultados de un experimento siguen lo que se conoce como “distribución normal”. Por ejemplo, si lanzas una moneda 100 veces y cuentas cuántas veces sale cara, el resultado medio será 50 veces. Pero si realizas esta prueba 100 veces, la mayor parte de los resultados estará cerca de 50, pero no será exactamente ese valor. Tendrás casi los mismos casos de 49 ó 51. También tendrás unos pocos de 45 o 55, pero casi ninguno de 20 o de 80. Si dibujas las 100 pruebas en una gráfica, tendrás una forma bien conocida llamada curva de campana, que es más alta en el medio y más baja en los extremos. Ésto es una distribución normal.

La desviación es lo lejos que está un punto dado respecto a la media. En el ejemplo de la moneda, un resultado de 47 tiene una desviación de tres respecto al valor medio de 50. La desviación estándar es la raíz cuadrada de la media de todas las desviaciones al cuadrado. Una desviación estándar, o un sigma, dibujado por encima o debajo del valor medio en tal curva de distribución normal, definiría una región que incluye el 68 por ciento de todos los puntos de datos. Dos sigmas por encima o debajo incluirían aproximadamente un 95 por ciento de los datos, y tres sigmas el 99,7 por ciento.

Entonces, ¿cuándo un punto de datos concreto – o resultado de investigación – se considera significativo? La desviación estándar puede ofrecernos una regla: Si un punto de datos está a unas pocas desviaciones estándar del modelo que se está poniendo a prueba, ésto es una prueba sólida de que dicho punto de datos no es consistente con el modelo. Sin embargo, cómo usar esta regla depende de la situación. John Tsitsiklis, Profesor Clarence J. Lebel de Ingeniería Eléctrica en el MIT, que enseña el curso de Fundamentos de Probabilidad, dice que: “la estadística es un arte, con mucho espacio para la creatividad y los errores”. Parte del arte consiste en decidir qué medidas tienen sentido para una configuración dada.

Por ejemplo, si estás haciendo una encuesta sobre cuánta gente planea votar en unas elecciones, la convención aceptada es de dos desviaciones estándar por encima o debajo de la media, lo cual da un nivel de confianza del 95 por ciento, lo que es razonable. El intervalo de dos sigmas es a lo que los encuestadores se refieren cuando dicen “el margen de error de la muestra”, como un 3 por ciento, en sus conclusiones.

Esto significa que si preguntas a toda la población y obtienes un resultado concreto, y haces la misma pregunta a un grupo aleatorio de 1000 personas, hay un 95 por ciento de posibilidades de que los resultados del segundo grupo estén a dos sigma de los resultados del primero. Si una encuesta encuentra que el 55 por ciento de toda la población está a favor del candidato A, entonces el 95 por ciento de las veces, los resultados de la segunda encuesta estarán en algún punto entre el 52 y el 58 por ciento.

Por supuesto, esto también significa que el 5 por ciento de las veces, el resultado estaría fuera del rango de dos sigmas. Este grado de incertidumbre está bien para una encuesta de opinión, pero puede que no para el resultado de un crucial experimento que desafía la comprensión de los científicos sobre un importante fenómeno – como el anuncio del pasado otoño de la detección de neutrinos que se movían más rápido que la velocidad de la luz en un experimento del Centro Europeo de Investigación Nuclear (CERN).

Seis sigmas pueden estar equivocadas

Técnicamente, los resultados de ese experimento tenían un nivel de confianza muy alto: seis sigmas. En la mayor parte de casos, un resultado de cinco sigmas se considera como el estándar de significación, que corresponde aproximadamente a una posibilidad en un millón de que los hallazgos sean sólo el resultado de variaciones aleatorias: seis sigmas se traduce como una posibilidad entre 500 millones de que el resultado sea una fluctuación aleatoria. (Una estrategia común de gestión de negocios conocida como “Seis Sigma” se deriva a partir de este término, y se basa en instaurar procedimientos rigurosos de control de calidad para reducir los residuos).

Pero en ese experimento del CERN, el cual tenía el potencial de dar un vuelco a un siglo de física aceptada y confirmada en miles de pruebas de distintos tipos, aún no es lo bastante bueno. Por una razón, asume que los investigadores han realizado el análisis correctamente y no han pasado por alto alguna fuente de error sistemático. Y debido a que los resultados son tan inesperados y revolucionarios, esto es exactamente lo que la mayoría de físicos creen que ha pasado – alguna fuente de error no detectada.

Es interesante señalar que un conjunto de resultados distinto procedente del mismo acelerador de partículas del CERN se interpretó de manera bastante diferente.

También se anunció el año pasado una posible detección de algo llamado bosón de Higgs – una partícula subatómica teórica que ayudaría a explicar por qué las partículas tienen masa . Este resultado tenía sólo un nivel de confianza de 2,3 sigmas, correspondiente a, aproximadamente, una posibilidad entre 50 de que el resultado fuese un error aleatorio (nivel de confianza del 98 por ciento). Debido a que encaja con lo esperado, basándonos en la física actual, la mayor parte de físicos cree que el resultado probablemente es correcto, a pesar de que su nivel de confianza estadística es mucho menor.

Significativo pero falso

Pero se complica más en otras áreas. “Donde el tema se pone realmente complicado es en las ciencias sociales y en la ciencia médica”, dice Tsitsiklis. Por ejemplo, un artículo de 2005 muy citado y publicado en Public Library of Science – titulado “Why most published research findings are wrong” (Por qué la mayor parte de las conclusiones de investigación publicadas son incorrectas) — daba un análisis detallado de una variedad de factores que podrían llevar a conclusiones injustificadas. Sin embargo, esto no se tiene en cuenta en las medidas estadísticas usadas normalmente, incluyendo el “significado estadístico”.

El artículo señala que al observar grandes conjuntos de datos de formas lo bastante diferentes, es fácil encontrar ejemplos que pasen los criterios habituales de significado estadístico, incluso aunque sean realmente simples variaciones aleatorias. ¿Recuerdas el ejemplo de la encuesta, donde una vez de cada 20 un resultado cae aleatoriamente fuera de los límites “significativos”? Bueno, incluso con un nivel de significación de cinco sigmas, si un ordenador genera millones de posibilidades, se descubrirán patrones totalmente aleatorios que encajen con esos criterios. Cuando esto sucede, “no publicas aquellos que no pasan” el test de significación, dice Tsitsiklis, pero algunas correlaciones aleatorias tendrán la apariencia de ser hallazgos reales – “por lo que finalmente terminarás publicando los errores estadísticos.

Un ejemplo de ésto: Muchos artículos publicados en la última década han afirmado encontrar correlaciones significativas entre cierto tipo de comportamientos o procesos mentales y las imágenes cerebrales captadas en imágenes de resonancia magnética, o IRM. Pero a veces estas pruebas pueden encontrar correlaciones aparentes que simplemente son el resultado de fluctuaciones naturales, o “ruido”, en el sistema. Un investigador en 2009 duplicó uno de dichos experimentos, sobre el reconocimiento de expresiones faciales, sólo que en lugar de sujetos humanos escaneó un pez muerto – y encontró resultados “significativos”.

“Si miras en suficientes lugares, puedes tener un resultado de ‘pez muerto’”, dice Tsitsiklis. Inversamente, en muchos casos un resultado con un bajo significado estadístico puede, sin embargo, “decirte algo que merezca la pena investigar”, comenta.

Así que ten en mente que simplemente porque algo encaje con la definición aceptada de “significativo”, no implica necesariamente que lo sea. Todo depende del contexto.

Autor: David L. Chandler
Fecha Original: 9 de febrero de 2012
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Un grupo de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU) ha conseguido aislar y caracterizar un azúcar en fase gas por primera vez en la historia. Los azúcares tienen un enorme interés bioquímico debido a la importancia y diversidad de las funciones que desempeñan: sirven de almacenes de energía y son el combustible de varios sistemas biológicos; forman parte del ADN y del ácido ribonucleico (ARN) y además juegan un papel clave en los procesos celulares.

Recientemente el interés de los azúcares también se ha acrecentado en la cosmoquímica, más en concreto, en la búsqueda de material fundamental para el origen de la vida en el espacio interestelar. Hallar ese material fundamental ayudaría también a comprender cuál fue el mecanismo del origen de la vida en la Tierra.

El interés de los azúcares también se ha acrecentado en la búsqueda de un material fundamental para el origen de la vida en el espacio interestelar.

Doble Hélice de ADN… hecha de libros © by alvy

Los azúcares más elementales, de 2 y 3 unidades de carbono, ya han sido encontrados en nubes y meteoritos. Sin embargo, no ha sido posible la detección de azúcares más complejos en el espacio debido a la ausencia de información precisa sobre su estructura. Y esa información la deben proporcionar los laboratorios de investigación.

Muchos eran los grupos en el mundo en la carrera por detectar el primer azúcar en fase gas utilizando técnicas en alta resolución. Los problemas surgían al intentar vaporizarlo debido a las inestabilidades térmicas provocadas por la pérdida de agua.

“Sólo si evitas los procesos de descomposición por deshidratación y consigues aislar el azúcar, sorteando así las alteraciones producidas por las moléculas vecinas, estarás en disposición de caracterizar su estructura”, explica Emilio José Cocinero, investigador del Departamento de Química Física de la Universidad del País Vasco/Euskal Herriko Unibertsitatea. Con su último estudio se han convertido en los primeros en el mundo que han logrado observar un azúcar, la ribosa, en fase gas, y caracterizar varias de sus estructuras.

Identificación de su estructura

“Los azúcares son moléculas super flexibles que pueden adoptar muchas y muy diferentes configuraciones. Nosotros hemos conseguido detectar las seis estructuras más estables de la ribosa libre”, explica el investigador. Sin embargo, todas las estructuras detectadas presentan ciclos de seis miembros, es decir, se trata de estructuras muy diferentes a las que presentan la ribosa o sus derivados en el ARN o en el ADN, donde aparece en ciclos de cinco miembros.

“Como el material genético tiene una configuración diferente, es poco probable que los primeros seres vivos contuvieran ribosa. La inestabilidad térmica y la preferencia por anillos de 6 miembros parecen excluir la posibilidad que los primeros materiales genéticos estuvieran formados por este azúcar”, concluye Emilio José Cocinero. Una vez abierta la puerta de como poder estudiar los azúcares en fase gas, será más “fácil” obtener información sobre el papel de los azúcares en los primeros seres vivos.

La investigación dirigida por Cocinero ha contado con la participación de Patricia Écija, Francisco José Basterretxea, José Andrés Fernández y Fernando Castaño, de la UPV/EHU, y la colaboración de Alberto Lesarri, de la Universidad de Valladolid, y de Jens-Uwe Grabow, de la Universidad de Hannover (Alemania) y ha sido realizada íntegramente con un equipo construido en la Universidad del País Vasco. En concreto, para observar la ribosa en fase gas han utilizado espectroscopía de microondas combinada con vaporización láser ultrarrápida con luz ultravioleta. No sólo la han aislado y observado, sino que también han detectado y caracterizado seis estructuras diferentes de la ribosa.

El artículo “Ribose Found in the Gas Phase”, que publica la revista Angewandte Chemie International Edition, ocupará la portada del número de abril y ha sido destacado en la versión on-line. Esta publicación tiene un índice de impacto del 12 730, lo que la convierte en la más importante en el área de Química.

Fecha Original: 8 de febrero de 2012
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Las partículas, buscadas desde hace tiempo, confirman una reacción de fusión que ayuda a dar energía al Sol.

En un esfuerzo técnico, los físicos han observado unos neutrinos de baja energía, buscados desde hace tiempo, que vuelan a toda velocidad desde el Sol. El descubrimiento confirma uno de los posibles primeros pasos en el ciclo de fusión que ayuda a dar energía a la estrella, dice Cristiano Galbiati, físico en la Universidad de Princeton y miembro del gran equipo internacional que informa del descubrimiento en el ejemplar del 3 de febrero de la revista Physical Review Letters.

Las recién encontradas partículas se producen cuando dos protones y un electrón interactúan para crear deuterio, una forma pesada del hidrógeno que ayuda a alimentar la fusión del Sol. Aproximadamente 1 de cada 400 átomos de deuterio en el Sol se crean en esta reacción de protón-electrón-protón, o pep.

The Dynamic Sun © by NASA Goddard Photo and Video

Los científicos pueden analizar el funcionamiento interno del Sol estudiando las partículas producidas en sus reacciones termonucleares – en particular, los neutrinos que fluyen a través de la Tierra en gran número, pero apenas interactúan con la materia. Los investigadores deben construir detectores bajo el suelo para apantallar estos esquivos neutrinos solares de otras partículas.

En 2007, una colaboración liderada por Italia, conocida como Borexino, empezó a intentar hacer esto mismo en el Laboratorio Nacional Gran Sasso, enterrado en una montaña en Italia central. Borexino consta de una gigantesca cuba de líquido, el cual emite minúsculos destellos cuando los neutrinos interactúan con él.

Los científicos del equipo sabían que podrían observar neutrinos procedentes de la reacción protón-protón (pp), más común y de mayor energía. “No esperábamos ser capaces de ver neutrinos pep cuando empezamos”, dice Frank Calaprice, miembro del equipo también de Princeton. “Sabíamos que podría ser posible, pero había enormes obstáculos”.

Por ejemplo, incluso aunque el detector esté enterrado para protegerlo del resto de partículas, algunos rayos cósmicos logran atravesar la montaña y llegar al experimento. Allí pueden producir carbono-11 radiactivo, el cual alcanza al detector en el rango de energía esperado para los neutrinos pep. Pero una nueva forma de eliminar el carbono-11 del análisis permitió a los científicos de Borexino filtrar la señal no deseada, dice Galbiati.

Una vez que se eliminó la interferencia de fondo, los científicos pudieron observar los reveladores signos de los neutrinos pep en el rango de energía esperado, alrededor de 1,4 millones de electronvolts. (En comparación, una partícula de luz común, o fotón, tiene una energía de alrededor de 1 electronvolt). Tuvieron lugar unos tres destellos cada día por cada 100 toneladas de líquido detector.

Los logros técnicos de Borexino al filtrar la señal de fondo ya están ayudando a otros experimentos, tales como los que buscan otros eventos de neutrinos o incluso materia oscura, dice Galbiati. “Este resultado abre la vía para que futuros detectores de neutrinos solares hagan medidas mucho más precisas”, comenta.

Posteriores estudios de neutrinos pep deberían ayudar a los científicos a refinar su comprensión del Sol, dice el físico Mark Chen de la Universidad de Queen’s en Canadá. El detector SNO+, en un laboratorio subterráneo cerca de Sudbury en la provincia canadiense de Ontario, llenará su propio detector este verano, con vistas a recopilar datos en 2013. Este experimento tiene como objetivo medir la tasa de neutrinos pep y también detectar otro tipo de neutrino solar de baja energía conocido como CNO, comenta Chen.

Autor: Alexandra Witze
Fecha Original: 8 de febrero de 2012
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Conforme el telescopio espacial Kepler empieza a encontrar sus primeros planetas del tamaño de la Tierra, con el objetivo final de encontrar los que realmente sean similares a la Tierra, parecería natural que el programa SETI echara también un vistazo a ellos, en la continua búsqueda de señales de radio alienígenas. Esto es exactamente lo que están haciendo los científicos de SETI, y han empezado a publicar parte de sus resultados preliminares.

Están procesando los datos tomados por Kepler desde principios de 2011; se han hallado algunas señales interesantes (una señal candidata se conoce como KOI Kepler Object of Interest- Objeto de Interés de Kepler), pero como rápidamente señalan, estas señales por el momento pueden explicarse por interferencias terrestres. Si una única señal procede de múltiples posiciones en el cielo, como pasa con estas,  es muy probable que sea una interferencia.

Alien audiophile at SETI booth © by Chris Radcliff

Sin embargo, comparten algunas características que se esperarían en una señal alienígena artificial.

Un par de ejemplos son KOI 817 y KOI 812. Están en una frecuencia muy estrecha, como se esperaría de una señal de origen artificial. También cambian de frecuencia con el tiempo, debido al efecto Doppler – el movimiento de la fuente de la señal alienígena respecto al radiotelescopio en la Tierra. Si se encuentra una señal con estas características, pero también parece ser algo más que simples interferencias, sería una buena candidata para una señal artificial real de origen extraterrestre.

Estos sólo son los resultados de las primeras observaciones y llegarán muchos más durante las próximas semanas y meses.

Buscar señales siempre ha sido como buscar una aguja en el pajar cósmico; hasta ahora estábamos buscando casi a ciegas, empezando incluso antes de saber si había otros planetas ahí fuera o no. ¿Qué pasa si nuestro Sistema Solar es el único? Ahora sabemos que sólo es uno entre muchos, con nuevas estimaciones de miles de millones de planetas solamente en nuestra galaxia, basándonos en los primeros datos de Kepler. Además está el hecho de que la mayor parte de los planetas se cree que son pequeños mundos rocosos como la Tierra, Marte, etc. Cuántos de ellos son realmente habitables aún es una pregunta abierta, pero encontrarlos estrecha la búsqueda, proporcionando objetivos reales más probables hacia los que orientar los radiotelescopios en lugar de simplemente tratar de buscar miles de millones de estrellas.

Los doce ejemplos de señales analizadas hasta ahora pueden descargarse aquí (PDF).

Autor: Paul Scott Anderson
Fecha Original: 6 de enero de 2012
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Los últimos análisis del Gran Colisionador de Hadrones apoyan la existencia de la partícula.

Hoy, dos de los principales experimentos del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el acelerador de partículas más potente del mundo, enviaron los resultados de sus últimos análisis. Los nuevos artículos apoyan la existencia, anunciada en diciembre, de una posible señal del Higgs, pero no nos emocionemos demasiado.


Primero, no hay nuevos datos – el LHC dejó de colisionar protones el pasado noviembre, y estos últimos resultados son simplemente un refrito de ejecuciones anteriores. En el caso del Compact Muon Solenoid (CMS), los físicos han sido capaces de observar otro posible tipo de desintegración del Higgs, y esto les permite aumentar la señal del Higgs de 2,5 sigma a 3,1 sigma. Uniendo estos datos con los del otro detector, ATLAS, la señal general del Higgs ahora se coloca oficialmente en aproximadamente 4,3 sigma. En otras palabras, si creemos en la estadística, la señal tiene un 99,996% de posibilidades de ser cierta.

Todo esto suena muy convincente, pero mantén la cabeza fría, debido a que las coincidencias estadísticas son algo cotidiano. En Cosmic Variance, Sean Carroll señala que hay una señal 3,8 sigma en el lanzamiento de la moneda de la Super Bowl. ¿Significa eso que se ha descubierto una super-compañera del bowl? No. (Si no has pillado el chiste, no te preocupes, se escribió sólo como castigo para aquellos que sí lo pillan).

Después de que el LHC empiece de nuevo a funcionar en primavera, estaremos mucho más cerca de saber qué esta pasando realmente. Justo ahora, los científicos se reunen en Chamonix, Francia, para decidir a qué energía poner en marcha el colisionador el próximo año. Los últimos rumores son que la máquina pasará de 7 a 8 teraelectronvolts, y que aumentará también su luminosidad (el número de colisiones por pasada).

Para algo más de contexto sobre lo que está pasando, mira el video de mi viaje el pasado noviembre.

Artículo de Referencia: Nature doi:10.1038/nature.2012.9992

Autor: Geoff Brunfield
Fecha Original: 7 de febrero de 2012
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El método desarrollado permite desentrañar la historia de la formación estelar (HFE) en las galaxias a partir del color y el brillo de sus estrellas individuales.

Gracias a este procedimiento se ha logrado descifrar la HFE de la galaxia M32, una de las dos únicas galaxias elípticas enanas del Grupo Local, donde se encuentra la Vía Láctea.

Realizar ‘estudios demográficos’ en poblaciones de estrellas de otras galaxias no es una tarea fácil. ¿Cuántas estrellas se han formado a lo largo de la vida de una galaxia? ¿Cómo saber la edad, masa y abundancia química de estas estrellas observándolas en la distancia? ¿De qué forma se distribuyen estos habitantes estelares dentro de la población de la galaxia? Los investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y el Departamento de Astrofísica de la Universidad de La Laguna (ULL) Sebastián Hidalgo y Antonio Aparicio han desarrollado un método que permite desentrañar la historia de la  formación estelar (HFE) en las galaxias a partir de dos variables de sus estrellas individuales: su brillo (magnitud) y su color.

M31, M32, M110 © by s58y

“Si aplicáramos los principios de la demografía a la astrofísica, estudiar poblaciones estelares supondría analizar de qué forma y en qué número viven las personas en una ciudad o país a lo largo de toda su historia. Lo que estudiamos en esta ocasión es cuántas personas nacen  [número de estrellas], con qué peso [masa] y con qué color de ojos [abundancia química] desde que se fundó la ciudad [galaxia] hasta hoy en día. Además, también investigamos cómo se distribuyen estas personas en el territorio: si las más viejas viven en el centro o en el extrarradio, por ejemplo”, explica Hidalgo.

Las dos variables clave para este análisis son la magnitud o brillo y el color. La relación entre el color de una estrella y su magnitud no es arbitraria. Depende fundamentalmente de tres factores: la masa, la edad y la abundancia química. “Nuestra labor consiste en obtener el diagrama color-magnitud de las galaxias cercanas y compararlo con los diagramas del mismo tipo que se obtienen de los modelos teóricos de evolución estelar”, concreta el investigador del IAC.

De esta comparación entre ambos diagramas color-magnitud se obtienen finalmente las edades y abundancias químicas de las estrellas que se formaron en esa galaxia. “Es decir, desentrañamos cuántas estrellas se formaron a lo largo de toda la vida de la galaxia y con qué abundancia química: su historia de formación estelar o HFE”, resume Hidalgo.

La astrofísica Antonela Monachesi, que en la actualidad trabaja en el Departamento de Astronomía de la Universidad de Michigan (EE UU), aplicó el método desarrollado por los investigadores del IAC para descifrar la HFE de la galaxia M32, una de las dos únicas galaxias elípticas enanas pertenecientes al Grupo Local, el grupo de galaxias en el que se encuentra la Vía Láctea. Gracias a esta colaboración se ha obtenido la primera HFE de M32, como ha publicado recientemente The Astrophysical Journal.

Para Hidalgo, “el estudio de M32 es importante porque, entre otras cuestiones, puede ayudarnos a comprender cómo evolucionan las galaxias elípticas mayores que se encuentran mucho más distantes [la más cercana está a unos 11 millones de años luz] y de las que no podemos obtener la magnitud y el color de sus estrellas menos brillantes, necesarias para conocer la HFE a lo largo de toda la vida de la galaxia”.

Con este trabajo se han detectado por primera vez y de forma inequívoca estrellas más jóvenes de 2000 millones de años. Las conclusiones del estudio señalan también que el 40% de la masa de M32 se formó hace entre 2000 y 5000 millones de años y que aproximadamente el 55% de su masa se formó hace más de 5000 millones de años, con una abundancia química relativamente menor que la anterior. El resto son estrellas jóvenes.

“Este resultado es muy interesante porque hasta ahora se pensaba que las galaxias elípticas estaban formadas fundamentalmente por estrellas muy viejas con muy poca contribución o ninguna de estrellas más jóvenes. Los resultados de M32 apuntan a que al menos las galaxias elípticas enanas sí poseen una contribución importante de estrellas jóvenes. Si las galaxias elípticas enanas son el mismo objeto que las galaxias elípticas mayores pero con menor masa, entonces las galaxias elípticas mayores también podrían albergar una importante población de estrellas de edades intermedias y jóvenes”, apunta.

Las hipótesis que manejan los investigadores sobre la formación de este sistema es que fuera una galaxia elíptica de baja luminosidad o bien una galaxia espiral cuyo bulbo [grupo central de estrellas de la galaxia que constituye lo que se observa en la actualidad] sobrevivió a una interacción dinámica con M31, la galaxia más cercana.

A pesar de que M32 se encuentre a 2,6 millones de años luz, mucho más cerca que las galaxias elípticas gigantes, su observación no es sencilla. Se trata de un objeto muy compacto: sus estrellas aparecen tan juntas que son difíciles de distinguir entre sí.

Cálculos en red

Los investigadores del IAC desarrollaron programas informáticos para poder aplicar su método estadístico. Aunque el proceso puede llevar ingentes cantidades de cálculos, cualquier ordenador personal sirve para realizarlos. “Debido a que hay que realizar muchos cálculos, usamos la red de ordenadores del IAC, unos 400, para  obtener los resultados de forma más rápida. Si usásemos un solo ordenador, nos llevaría unos 50 años obtener los resultados”, dice el astrofísico.

El método desarrollado por Hidalgo y Aparicio se ha aplicado a otras galaxias cercanas en colaboración con otras instituciones astronómicas repartidas por todo el mundo: el Instituto Astronómico Kapteyn (Groningen, Holanda); la Universidad de Laval (Quebec, Canadá); el Departamento de Astronomía de la Universidad de Michigan (Ann Arbor, EE UU); el  Instituto de Astronomía de la Universidad de Edimburgo (Edimburgo, Reino Unido);  el Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Waterloo (Waterloo, Canadá), el Observatorio Astronómico de la Universidad de Vilna (Vilna, Lituania); y el Departamento de Astronomía y Meteorología de la Universidad de Barcelona.

Tucana, Cetus, LGS-3, Phoenix, Leo-A, IC1613, NGC5102, M33 y M32 son algunas de las galaxias cercanas sobre las que se ha aplicado este método de investigación. En 2011 los investigadores del IAC iniciaron también una colaboración con miembros del Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de Pekín y con el Observatorio Nacional Astronómico de Japón para el uso de los códigos descritos con datos del telescopio Subaru, de 8,2 metros de diámetro, situado en Hawái.

Artículo de Referencia: http://adsabs.harvard.edu/abs/2012ApJ…745…97M
Fecha Original: 8 de febrero de 2012
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Un informe sobre tecnología espacial prioriza la propulsión nuclear.

Michael Houts quiere que los astronautas vayan a Marte en un reactor nuclear. Está convencido de que pequeñas cantidades de uranio-235 – el cual tiene una densidad de energía un millón de veces mayor que la de los combustibles líquidos – podrían propulsar cohetes de manera eficiente, usando el calor de la fisión para acelerar pequeños almacenamientos de propelente de hidrógeno. Pero aunque Houts, director de investigación nuclear del Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA en Huntsville, Alabama, tiene una fe inquebrantable en el potencial de la propulsión y energía nuclear espacial, el patrocinio para desarrollar dicha tecnología no ha sido consistente. Este año está dirigiendo un proyecto de propulsión nuclear con unos fondos de 3 millones de dólares – minúsculo en comparación con los 1300 millones que gastará la NASA en investigación y desarrollo de tecnología espacial en el año fiscal de 2012. “En ocasiones, el presupuesto ha llegado a ser cero”, dice Houts. “Pierdes lo equipos y el momento”.

Curiosity del Mars Science Labratory (MSL) © by SkinheadSportBiker1

Aunque un informe publicado el 1 de febrero por el Consejo Nacional de Investigación de los Estados Unidos podría cambiar la fortuna de Houts. Space Technology Roadmaps and Priorities es el primer documento comunitario en fijar las prioridades para la división de tecnología espacial de la NASA. El comité de dirección del informe pasó un año recopilando la opinión tanto de la industria como de la academia para crear una lista de las 16 áreas más importantes de desarrollo tecnológico, a partir de 320 temas potenciales. La propulsión y energía nuclear aparecieron en puestos altos de la lista. “Esto podría cambiar la exploración de una forma fundamental y para siempre”, dice Raymond Colladay, Presidente del comité y antiguo Presidente de Lockheed Martin Astronautics en Denver, Colorado.

Otras tecnologías aparecieron por encima en la lista. Por ejemplo, el comité puso énfasis en el desarrollo de ‘sombrillas estelares’ y coronógrafos para bloquear la luz de lejanas estrellas y permitir que los telescopios espaciales disciernan la tenue luz de los planetas que las orbitan. Y el informe prioriza el desarrollo de formas de proteger a los astronautas de la radiación en misiones de larga duración.

Pero el comité también dijo que los pequeños reactores de fisión podrían revolucionar la exploración del Sistema Solar, tanto para humanos como para robots. Los reactores podrían dar soporte a experimentos de larga duración en la superficie de planetas y alimentar misiones en el Sistema Solar exterior, donde el Sol está demasiado alejado para proporcionar suficiente energía incluso para los paneles solares más eficientes. Y una vez que esté en marcha la exploración espacial humana, los sistemas de propulsión nuclear pueden ser esenciales para viajes de varios años a asteroides o a Marte. Con el doble de eficiencia que los cohetes químicos, los reactores podrían impulsar a los astronautas no sólo más lejos, sino también más rápidamente que nunca antes – lo cual podría ayudar a reducir la exposición de los astronautas a la radiación.

Mason Peck, tecnólogo jefe de la NASA, dice que usará la lista de prioridades como guía cuando se fijen los presupuestos futuros. Sin embargo, desarrollar la energía de fisión para el espacio requerirá no sólo de dinero, sino también de voluntad política: la imagen de una nave nuclear estallando en la rampa de lanzamiento en su camino hacia la órbita es un poderoso elemento disuasorio. Houts dice que el riesgo de que el material nuclear contamine la Tierra tras un accidente es despreciable, debido a que el reactor no se iniciaría hasta que el sistema estuviese en órbita. No obstante, intentos anteriores de demostrar la tecnología han fallado. En 2003, la NASA empezó el Proyecto Prometeo, el cual apoyaba el desarrollo de un reactor nuclear que manejaría un impulsor de iones eléctrico para dar energía a una sonda a Júpiter. El programa recibió hasta 430 millones de dólares en 2005, pero fue cancelado un año más tarde, cuando la NASA desvió sus recursos hacia la vuelta a la Luna – un destino para el que no es necesaria la propulsión nuclear.

Aunque el proyecto ha desaparecido, apoyó un trabajo que ahora está dando fruto en forma de un nuevo generador de energía de radioisótopos – una fuente de energía que no usa fisión, sino que depende del calor natural del decaimiento del plutonio. El Advanced Stirling Radioisotope Generator (ASRG) es más ligero y eficiente que los ejemplos anteriores, y el informe de tecnología espacial lo identificó como un “punto crítico” de la tecnología que está casi listo para su demostración en vuelo. Hay dos misiones propuestas que incluyen el ASRG – una para explorar en un bote los mares de hidrocarburos de Titán, la luna de Saturno, y otra para saltar de un cometa a otro – ambas en proceso de consideración de la NASA.

Houts cree que la fuente de energía radiactiva para estas misiones no generaría mucha controversia política – ciertamente no como las protestas cuando se envió la misión Cassini-Huygens a Saturno en 1997 con una versión anterior del generador de radioisótopos. Actualmente, Houts a menudo abre sus charlas académicas preguntando a la audiencia si es consciente de que hay plutonio a bordo del Mars Science Laboratory (MSL), una misión lanzada en noviembre de 2011 para llevar un gran róver a Marte. Aproximadamente la mitad no lo sabe, dice. “De una forma extraña, siento que son buenas noticias”, dice Houts. “Parece que empieza a ser una tecnología muy aceptada”.

Autor: Eric Hand
Fecha Original: 6 de febrero de 2012
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Una investigación apoya la teoría de que el núcleo fundido de la luna probablemente era mantenido por una fuente de energía alternativa.

Nuevas pruebas procedentes de una antigua roca lunar sugieren que la Luna albergó en algún momento una dinamo que duró mucho tiempo – un núcleo de convección fundido de metal líquido que generaba un potente campo magnético hace 3700 millones de años. Los hallazgos, publicados hoy en Science, apuntan a una dinamo que duró mucho más de lo que anteriormente pensaban los científicos, y sugiere que una fuente de energía alternativa pudo haber alimentado la dinamo.

“La Luna tiene esta larga y sorprendente historia”, dice el coautor Benjamin Weiss, profesor asociado de Ciencias Planetarias en el MIT. “Ésto proporciona pruebas de una forma fundamentalmente nueva de crear un campo magnético en un planeta mediante una nueva fuente de energía”.

Luna © by Agent 1994

El nuevo artículo es la última pieza del rompecabezas en el que han estado trabajando los científicos planetarios desde hace décadas. En 1969, la misión Apollo XI trajo de vuelta las primeras rocas lunares a la Tierra – souvenirs del histórico paseo lunar de Neil Armstrong y Buzz Aldrin. Desde entonces, los científicos han estudiado los restos rocosos buscando pistas de la historia de la Luna. Pronto descubrieron que muchas rocas estaban magnetizadas, lo que sugería que la Luna era algo más que una fría y poco diferenciada pila de escombros espaciales. En lugar de éso, puede que haya albergado un núcleo metálico de convección que produjera un gran campo magnético, registrado en las rocas lunares.

Exactamente qué alimentaba a esta dinamo sigue siendo un misterio. Una posibilidad es que la dinamo lunar fuese autosostenida, como la de la Tierra:  conforme se enfría el planeta, en respuesta, su núcleo líquido se mueve, manteniendo la dinamo y  el campo magnético que produce. En ausencia de un suministro de calor de larga duración, la mayor parte de cuerpos planetarios se enfriarán en cientos de millones de años a partir de su formación.

Aún tenemos una dinamo en la Tierra debido al calor producido por el decaimiento radiactivo de elementos en el interior del planeta, que mantiene la convección del núcleo. Los modelos han demostrado que si la dinamo lunar estuviese alimentada sólo por el enfriamiento en el interior de la Luna, habría sido capaz de mantenerse apenas unos pocos cientos de millones de años tras su formación – disipándose hace 4200 millones de años, como muy tarde.

Roca de metal pesado

Sin embargo, Weiss y sus colegas encontraron algunas pruebas sorprendentes en un trozo de basalto lunar conocido como 10020. Los astronautas de Apollo XI recopilaron rocas en el extremo suroeste del Mar de la Tranquilidad; los científicos pensaban que probablemente habían sido eyectados desde el interior de la Luna hacía 100 millones de años, tras el impacto de un meteoro. El grupo confirmó trabajos anteriores que databan la roca en 3700 millones de años, y encontraron que estaba magnetizada – un hallazgo que choca con los actuales modelos de dinamo.

Weiss colaboró con investigadores de la Universidad de California en Berkeley y el Centro Geocronológico de Berkeley, y determinó la edad de la roca usando datación radiométrica. Después de que se formasen las rocas, un isótopo radiactivo de potasio decae en un isótopo estable de argón en un periodo conocido. El grupo midió la proporción de potasio a argón en un pequeño trozo de roca, y usaron esta información para averiguar que la roca se enfrió a partir del magma hace 3700 millones de años.

Weiss y la estudiante graduada Erin Shea midieron la magnetización de la roca y encontraron que estaba magnetizada. No obstante, esto no significa necesariamente que la roca, y la Luna, tuviesen un campo magnético generado por una dinamo hace 3700 millones de años: posteriores impactos pudieron haber calentado la roca y recolocado esta magnetización.

Para descartar esta posibilidad, el equipo examinó si la roca experimentó algún calentamiento significativo desde su eyección desde la superficie lunar. De nuevo, observaron los isótopos de potasio y argón, encontrando que el único calor que había experimentado la roca desde que fue eyectada de la superficie lunar procedía de la simple exposición a los rayos del Sol.

“Básicamente ha estado en almacenamiento frío durante 3700 años, sin perturbaciones”, dice Weiss. “Guarda un precioso registro de magnetización”.

Animando el tema

Weiss dice que las pruebas de las rocas apoyan un nuevo mecanismo de generación de dinamo que se propuso el año pasado por un científico de la Universidad de California en Santa Cruz (UCSC). La hipótesis propone que la dinamo lunar puede haber estado alimentada por el tirón gravitatorio lunar. Hace miles de millones de años, la Luna estaba mucho más cerca de la Tierra de lo que está en la actualidad; la gravedad terrestre puede haber tenido un efecto de agitación similar dentro del núcleo de la Luna, manteniendo el metal líquido en movimiento incluso después del enfriamiento del cuerpo lunar.

Francis Nimmo, Profesor de Ciencias Planetarias y Terrestres en la UCSC, y uno de los investigadores que originalmente propuso la nueva teoría de la dinamo, dice que las pruebas de Weiss proporcionan a los científicos una nueva imagen de la evolución lunar.

“Generalmente asumimos que el enfriamiento es el mecanismo principal que dirige la dinamo en cualquier sitio”, dice Nimmo, que no estuvo implicado en el estudio actual. “Estos datos lunares nos dicen que hay otros mecanismos que también pueden desempeñar un papel, no sólo en la Luna, sino también en otros sitios”.

Autor: Jennifer Chu
Fecha Original: 27 de enero de 2012
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Un equipo internacional de científicos liderados por Gillem Anglada-Escudé y Paul Butler, de Carnegie, ha descubierto una super-Tierra potencialmente habitable orbitando una estrella cercana. La estrella es miembro de un sistema estelar triple, y tiene una composición distinta a la de nuestro Sol, careciendo relativamente de elementos metálicos. El descubrimiento demuestra que es posible que se formen planetas habitables en una mayor variedad de entornos de lo que se pensaba anteriormente. Su trabajo se publicará en la revista Astrophysical Journal Letters, y la actual versión del trabajo se publicará en http://arxiv.org/archive/astro-ph

El equipo usó datos públicos del Observatorio Europeo Austral (ESO) y los analizó con un novedoso método de análisis de datos. También incorporan nuevas medidas procedentes del Espectrógrafo de Alta Resolución Echelle del Observatorio Keck y el nuevo Espectrógrafo Buscador de Planetas de Carnegie en el Telescopio Magellan II.

Planetas por todos sitios

Su técnica de búsqueda de planetas implica medir el pequeño bamboleo en la órbita de una estrella en respuesta a la gravedad del planeta. Anglada-Escudé y su equipo se centraron en una estrella enana de clase M conocida como GJ 667C, que está a 22 años luz de distancia. Es miembro de un sistema estelar triple. Las otras dos estrellas (GJ 667AB) son un par de enanas naranjas de tipo K, con una concentración de elementos pesados de apenas el 25% de la de nuestro Sol. Tales elementos son los bloques básicos de los planetas terrestres, por lo que se pensaba que sería inusual en sistemas estelares bajos en metal tener abundancia de planetas de masa baja.

Se había observado anteriormente que GJ 667C tenía una super-Tierra (GJ 667Cb) con un periodo de 7,2 días, aunque este hallazgo nunca se publicó. Esta órbita es demasiado estrecha, y por tanto, demasiado caliente para dar soporte a la vida. El nuevo estudio empezó con el objetivo de obtener parámetros orbitales de esta super-Tierra.

Pero además de este primer candidato, el equipo de investigación encontró una señal clara de un nuevo planeta (GJ 667Cc) con un periodo orbital de 28,15 días y una masa mínima de 4,5 veces la de la Tierra. El nuevo planeta recibe el 90% de la luz que recibe la Tierra. Sin embargo, debido a que la mayor parte de la luz está en el infrarrojo, el planeta debería absorber un porcentaje más alto de esta energía entrante. Cuando ambos efectos se tienen en cuenta, se esperaría que el planeta absorbiera la misma cantidad de energía de su estrella que la que absorbe la Tierra del Sol. Esto permitiría temperaturas superficiales similares a las de la Tierra y, tal vez, agua líquida, pero este extremo no puede confirmarse sin más información sobre la atmósfera del planeta.

“Este planeta es el nuevo mejor candidato a dar soporte a agua líquida y, tal vez, a la vida como la conocemos”, dice Anglada-Escudé.

El equipo apunta que el sistema también podría contener un planeta gigante gaseoso y una super-Tierra adicional con un periodo orbital de 75 días. Sin embargo, se requieren más observaciones para confirmar estas dos posibilidades.

“Con la llegada de una nueva generación de instrumentos, los investigadores serán capaces de estudiar muchas estrellas enanas M buscando planetas similares y, finalmente, buscar señales espectroscópicas de vida en uno de estos mundos”.

Fecha Original: 2 de febrero de 2012
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Físicos de España y el Reino Unido han calculado que el grafeno – una capa de carbono de apenas un átomo de grosor – podría usarse para crear un absorbente perfecto de la luz si es dopado y colocado en una organización periódica. El trabajo podría llevar a unos dispositivos mejorados de fotodetección, particularmente en la parte infrarroja del espectro electromagnético, donde las tecnologías actuales tienen problemas de funcionamiento.

La afirmación es extraordinaria, dado que los materiales convencionales normalmente necesitan tener miles de átomos de grosor para absorber completamente la luz. “La predicción de que una capa de material de apenas un átomo de grosor puede absorber la luz por completo es notable y excitante”, dice el jefe del equipo F. Javier García de Abajo del Instituto de Óptica en Madrid.

Modelo de estructura del grafeno © by CORE-Materials

“La capa en cuestión es grafeno en un patrón de ordenación periódica de nanodiscos”, explica García de Abajo. La estructura absorbe luz confinándola a regiones que son cientos de veces menores que la longitud de onda de la luz. Esto se hace aprovechando los plasmones que aparecen dentro de las estructuras individuales de nanodiscos. Los plasmones son oscilaciones colectivas cuantizadas de los electrones dentro de un nanodisco – e interactúan con mucha fuerza con la luz.

Dopando con electrodos

El confinamiento de la luz en el grafeno sólo es posible si el material está cargado eléctricamente. Y la longitud de onda a la que puede quedar confinada la luz depende de cuánto se carga el material. También conocido como dopaje, debido a que tiene un efecto similar al de introducir impurezas en los semiconductores convencionales, la carga se consigue fácilmente colocando electrodos cerca del grafeno. La cantidad de carga puede controlarse variando el voltaje aplicado a los electrodos.

En sus cálculos, el equipo estudió cómo el patrón del grafeno absorbía la luz en el rango del espectro electromagnético del infrarrojo medio y cercano. Los investigadores dicen que sería fácil extender sus resultados a otros rangos de longitudes de onda, hacia el infrarrojo medio y el régimen de terahertzs, por ejemplo, aplicando directamente las ecuaciones analíticas que emplearon. “Todas estas regiones espectrales son especialmente interesantes, con potenciales aplicaciones en imágenes, sensores y detección”, dice García de Abajo. “Necesitamos dispositivos de buena absorción de luz en este rango de longitudes de onda, debido a que los detectores actuales no tienen un buen rendimiento aquí. Nuestro trabajo puede incluso proporcionar un puente para este famoso ‘hueco de terahertz’”.

La separación es justo la correcta

Los investigadores dicen que los nanodiscos son capaces de absorber grandes cantidades de luz debido a que estas estructuras individuales de grafeno están ordenadas a una distancia bien definida unas de otras. Si están demasiado cerca, la luz puede re-emitirse de vuelta y ser reflejada. Por otra parte, no se absorbe suficientemente si los nanodiscos se colocan demasiado lejos. Un efecto similar puede obtenerse con otros patrones de grafeno, específicamente con lazos, los cuales según los investigadores son más fáciles de dopar.

La luz también produce campos inducidos cerca de los nanodiscos. Estos campos están hechos de ondas evanescentes – ondas electromagnéticas que decaen exponencialmente desde una estructura. “El mecanismo, por tanto, no es un efecto de difracción en el sentido de onda clásica en el cual dos o más ondas que se propagan interfieren y forman patrones limitados de tamaño, de aproximadamente la mitad de la longitud de onda de la luz”, explica García de Abajo. “En lugar de esto, lo que se da es un acoplamiento crítico”.

El equipo, que incluye a científicos del ICFO en Barcelona y del Centro de Investigación Optoelectrónica en la Universidad de Southampton, planea ahora explorar otros efectos ópticos extraordinarios en el grafeno – posiblemente hasta el límite cuántico con estudios sobre los efectos en fotones aislados. “También esperamos analizar materiales alternativos, tales como aislantes topológicos, que podrían producir efectos similares”, revela García de Abajo.

El trabajo se describe en Phys. Rev. Lett. 108 047401.

Autor: Belle Dumé
Fecha Original: 26 de enero de 2012
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