Los telescopios actuales son millones de veces más potentes que la lente dual de Galileo de 1609, y las agencias espaciales han enviado rutinariamente naves a la Luna, el Sol y otros rincones del Sistema Solar para retornar información de primera mano.

Incluso en el tiempo de vida de los astrónomos actuales, los avances han sido asombrosos, como describe uno de los investigadores esta semana en la revista Nature.

Y todo es gracias a la tecnología.

“No había ninguna”, dice el científico planetario de la Universidad de Cornell, Joseph Burns, recordando los finales de la década de 1960 y principios de 1970, cuando él y muchos otros empezaban. Y siendo la astronomía un campo dirigido por la tecnología, la comprensión de los investigadores sobre el Sistema Solar era correspondientemente primitiva.

“No sabíamos nada sobre ningún lugar de los que hay fuera, básicamente”, dice Burns a SPACE.com.

“Teníamos observaciones telescópicas de la Luna”, comenta, “pero no íbamos mucho más allá de eso, incluso en cosas fundamentales como a qué velocidad giran los planetas – no teníamos idea del giro de tres de los planetas, y estábamos equivocados en un par de otros”.

Por acortar, “no sabíamos muchos hechos”.

Dinámica del Sistema Solar

Burns dijo que décadas de progreso científico y tecnológico han revelado un sistema solar dinámico, desde ondas y bordes definidos en los anillos de los planetas gigantes a las pilas de escombros que llamamos asteroides.

Diseñador naval de formación, Burns coqueteó con la física, especialmente con el movimiento de naves a través de fluidos, antes de finalmente establecerse en lo que se conocería como ciencias planetarias a finales de la década de 1960.

Aún tambaleándose por el lanzamiento del Sputnik en 1957, “la NASA estaba buscando sangre nueva”, comenta. “Se trajo a gente desde todo tipo de áreas”, de la ingeniería y matemáticas aplicadas a la física y la geología.

La NASA puso una gran cantidad de dinero en las naves, por lo que el sentimiento era, “¿Por qué no hacer algo de ciencia?”, comenta Burns. Y si la comprensión de los planetas era el objetivo, se necesitaba desesperadamente hacer ciencia.

La maduración con los planetas

Apenas en 1966, los científicos debatían sobre si Marte podría estar cubierto de vegetación. En la década anterior, algunos pensaron que Venus podría estar cubierto por un océano o pantano, y hasta 1950, los investigadores creían que los cráteres de la Luna eran volcanes.

Pero la ciencia y la tecnología avanzaron.

Tras el programa Apollo, en lo que de otro modo hubiese sido un periodo poco apasionante para la ciencia espacial, la nave Voyager visitó Júpiter en 1979, y después Saturno en 1980 y 1981, luego Urano y Neptuno en 1986 y 1989.

“Muchos de los líderes actuales en la exploración maduraron como científicos implicados en esas misiones”, escribe Burns en Nature. Se enviaron misiones de seguimiento a las misiones Voyager en 1989 (Galileo a Júpiter) y 1997 (Cassini-Huygen a Saturno).

Los descubrimientos realizados por estas naves acabaron con la histórica visión de que el espacio era un lugar “sereno y estático”, dice Burns. “Si tomas una perspectiva a largo plazo, el espacio es un lugar bastante violento”, comenta. “Parece que todo está activo allí fuera, a su propio modo”.

De roca muerta a dinámica

Las lunas del Sistema Solar, por ejemplo, se asumía que eran aburridas rocas.

Pero en lugar de eso, están entre los lugares más apasionantes del Sistema Solar, con la densa atmósfera de Titán y las piscinas de metano líquido, y el supuesto océano de agua bajo la helada superficie de Europa, comenta Burns.

Los asteroides están igualmente activos, hechos de pilas de escombros que giran bajo la radiación solar gracias a algo conocido como Efecto Yarkovsky. Y los primeros planos de los anillos de Saturno han revelado que en lugar de ser suaves y uniformes extensiones de granos de polvo, tienen bordes definidos que indican que hay procesos dinámicos en funcionamiento.

Burns dice que hay un espacio igualmente drástico para el crecimiento en nuestra comprensión de los planetas extrasolares.

“Hay tal diversidad de planetas ahí fuera, que podremos volver a poner nuestras teorías a prueba bajo circunstancias extremas”, señala.

En particular, conforme mejoren las observaciones, los investigadores tendrán oportunidad de estudiar patrones climáticos en planetas que giran a distintas velocidades, residen a distintas distancias de sus estrellas y tienen atmósferas formadas por distintos compuestos químicos.

“Desde una perspectiva filosófica, será un tema fascinante”, comenta Burns. “¿Encontraremos planetas como la Tierra? ¿Mostrarán signos de vida?”

Para realizar el trabajo, publicado en la revista Icarus, se han empleado organismos y muestras extraídos de la cuenca del río Tinto, en Huelva, por su similitud al ecosistema marciano. La investigación está dirigida por el científico Felipe Gómez, del Centro deAstrobiología (centro mixto del CSIC y el Instituto Nacional de Tecnología Aeroespacial –INTA-), en Madrid, y se enmarca en el contexto de las futuras misiones de la NASA y la ESA a Marte.

“Una vez probada la existencia de agua en el pasado y con los indicios indirectos que tenemos, que apuntan la posible presencia de agua en la actualidad, el siguiente paso de las expediciones a Marte será conocer el subsuelo del planeta. Nuestro experimento ha evaluado las condiciones de habitabilidad en este medio”, indica Gómez.

“La radiación en Marte es muy alta, lo cual genera mucho estrés oxidativo que parece impedir la vida en la superficie. Queríamos saber si, bajo la protección que ofrece el subsuelo, ésta sería posible”, añade el investigador.

Los datos que han facilitado las sondas que han viajado a Marte han revelado el alto contenido de minerales de hierro en el planeta. Por ello, a la hora de elegir un ser vivo terrestre con el que realizar pruebas de habitabilidad, los investigadores se decantaron por bacterias quimiolitotrofas, muy relacionadas con el ciclo del hierro.

“Se desarrollaron pequeñas pastillas de minerales de hierro que simulaban polvo superficial marciano (conocido como regolito), que se depositaron encima de las bacterias”, explica Gómez. Después las bacterias fueron sometidas a condiciones muy restrictivas, similares a las marcianas: presiones de 7 milibares, temperaturas que superaban los 170 grados centígrados y condiciones relativas con alta presencia de rayos UV.

Según los autores, los análisis arrojaron altos niveles de supervivencia. Tras un periodo de exposición largo, las supervivencias de bacterias se situaban por encima del 35% cuando éstas estaban protegidas por una capa de subsuelo escasa, de tan sólo dos milímetros. Cuando se aumentó la capa protectora a 5 milímetros, los niveles de supervivencia llegaron al 40% y, al repetirse el experimento con periodos más cortos, se alcanzó el 50%.

“Los resultados determinan claramente la viabilidad de estos grupos bacterianos en un ambiente tan restrictivo como el del estudio. Hay que tener en cuenta que sometimos a las bacterias a condiciones mucho más duras de las que se pueden dar en multitud lugares de Marte a lo largo del año”, indica Gómez.

Este estudio aporta datos preparatorios para los trabajos que realizará la sonda Mars Science Laboratory de la NASA, cuyo lanzamiento está previsto en 2011 y que cuenta con participación del Centro de Astrobiología.

“Esta misión pretende estudiar las posibilidades de presencia de rastros de vida y habitabilidad en la superficie marciana. La investigación que hacemos aquí, en la Tierra, es preparatoria para el trabajo definitivo en Marte que será el que determine la existencia de vida o no en ese planeta”, aclara Gómez.

Dos nuevos estudios documentan una razón de por qué: Las células adultas mantienen memoria de su tejido original incluso después de haber sido reprogramadas en células iPS. George Daley del Hospital de Boston para Niños y sus colegas descubrieron esto cuando estaban estudiando la capacidad de distintos tipos de células madre para crear sangre. A pesar de múltiples intentos, no pudieron lograr células iPS creadas a partir de fibroblastos (células de tejido conectivo encontradas en la piel) para crear células sanguíneas. Cuando crearon las células iPS a partir de células sanguíneas, sin embargo, las células reprogramadas generaron gran cantidad de sangre. Posteriores experimentos demostraron que cada línea de células iPS tenía un patrón distinto de metilación de ADN, una cobertura molecular del ADN que activa o desactiva genes en la célula. Los investigadores informan en Nature que las células iPS retienen patrones de metilación típicos del tipo de célula del que proceden. Incluso distintos tipos de células sanguíneas crean tipos ligeramente distintos de células iPS, según encontraron los investigadores.

En un artículo relacionado publicado on-line en Nature Biotechnology, Konrad Hochedlinger del Instituto de Células Madre de Harvard en Cambridge y sus colegas compararon los patrones de expresión de genes en células iPS de ratones derivadas de leucocitos, células precursoras de músculos, células del sistema inmune conocidas como células B, y fibroblastos tomados de las puntas de las colas. (Tuvieron cuidado en comparar las células tomadas de ratones genéticamente idénticos). Encontraron que podían identificar el origen del tejido de cada línea de células iPS simplemente observando la expresión de genes de la célula – al menos en las células iPS recién creadas. Pero estas diferencias desaparecían con el tiempo. Tras 3 meses, los patrones de expresión genética en distintas células iPS eran indistinguibles, según encontró el equipo. No está claro exactamente por qué desaparecen las diferencias, pero puede deberse a que los genes embiónicos se refuerzan conforme las células crecen en el cultivo, sobrescribiendo gradualmente los viejos patrones de expresión genética de las células.

Las observaciones añaden más peso a la teoría de que la transformación de ADN de células adultas a su estado embriónico es un proceso de reprogramación gradual, comenta Hochedlinger. Y sugiere que las células madre derivadas de embriones deberían seguir siendo la referencia principal para las células iPS cuando los investigadores quieren comparar cómo se comportan las células de pacientes enfermos, dice Nissim Benvenisty de la Universidad Hebrea de Jerusalén, que ha estudiado las diferencias entre células ES e iPS derivadas de portadores del síndrome de la X frágil. A la vez, el efecto de memoria celular “probablemente ofrece una nueva dimensión a la utilidad de las células iPS”, dice Benvenisty. Por ejemplo, comenta, las células iPS creadas a partir de pacientes con síndrome de la X frágil, pueden ayudar a los científicos a comprender cómo el error en la metilación en esa enfermedad afecta al desarrollo de las células cerebrales.

Desviación del modelo

En el modelo generalmente aceptado para la formación del sistema solar, todo se inicia con una nebulosa (o nube) que contiene gas y polvo. La atracción gravitatoria provoca que la nube colapsa, y si el colapso no es perfectamente simétrico, el momento angular llevará a que la nube forme un disco giratorio casi plano.

La mayor concentración de material se recoge en el centro del disco, formando una protoestrella, mientras que los protoplanetas pueden formarse a cierta distancia del centro, alrededor de áreas con una densidad mayor que la media dentro del disco. Cuando la protoestrella finalmente recopila suficiente materia, se inicia la reacción de fusión y se convierte en una joven estrella, calentando la parte interna del disco y evaporando cualquier gas que pueda haber recogido – lo cual explica de forma natural por qué los planetas que se forman cerca de la estrella son rocosos. A mayores distancias, los gases pueden permanecer en forma helada y acretarse en planetas gigantes gaseosos. El radio límite que define la división entre los planetas rocosos internos y los gigantes de gas exteriores es conocida como la “línea de hielo”.

Tanto dentro como fuera de la línea de hielo, los planetas barren material dentro de un radio particular del disco conforme orbitan la estrella, y con el tiempo acumulan todo el polvo (y más allá de la línea de hielo, el gas) disponible en ese radio. La interacción entre los planetas y la estrella central finalmente deja a la mayor parte de planetas en órbitas estables casi circulares.

A lo largo de los últimos años, conforme se han descubierto exoplanetas alrededor de otras estrellas, hemos aprendido que no todos los sistemas solares siguen nuestra receta. Entre los primeros exoplanetas encontrados estaban los llamados “Júpiter calientes”, planetas gigantes gaseosos en órbitas cerradas alrededor de las estrellas. Entonces aparece el caso de un planeta gigante gaseoso que orbita a una enana marrón en un sistema que no ha estado desarrollándose el suficiente tiempo para la lenta acreción de partículas de hielo predichas por el modelo de condensación. Además, un equipo de astrónomos del Observatorio de Ginebra recientemente anunciaron que una mayoría de los 27 “Júpiter calientes” no orbitan en el mismo plano de rotación que su estrella madre, y seis de ellos están en una órbita retrógrada (opuesta a la dirección de rotación de la estrella madre).

Se han sugerido distintos esquemas para explicar cómo un gigante gaseoso podría formarse más allá de la línea de hielo y luego moverse hacia la estrella para convertirse en un “Júpiter caliente”. Un modelo, conocido como “migración”, implica la interacción entre un gigante gaseoso y un anillo de restos de la nebulosa protoplanetaria. La interacción de marea entre el gigante gaseoso, la estrella principal y el anillo de restos podría provocar que el gigante gaseoso cayese lentamente en espiral, llegando finalmente a una órbita circular cercana a la estrella principal. No obstante, este modelo aún dejaría al gigante gaseoso orbitando en el plano de rotación principal de la estrella. No puede explicar la alta inclinación y órbitas retrógradas observadas por el equipo de Ginebra.

Predecir órbitas retrógradas

Existe, sin embargo, un modelo que puede explicarlas: En un artículo de 2007, el estudiante graduado de Princeton, Daniel Fabrycky, expandiendo el anterior trabajo de otros, demostró cómo podría ocurrir esto en un sistema estelar binario. En este escenario, la estrella principal está orbitada por una lejana estrella compañera, y la interacción gravitatoria entre un planeta gigante gaseoso que orbita la estrella principal, y la estrella compañera, podría desestabilizar la órbita del gigante gaseoso. Esto convertiría la órbita circular del planeta en el plano de rotación de la estrella primaria, en una órbita excéntrica muy similar a la de un cometa, significativamente inclinada respecto al plano de rotación. Con el tiempo, la interacción de marea entre el gigante gaseoso y la estrella principal hace circular la órbita del gigante gaseoso en su distancia más cercana a la estrella primaria – haciendo de él un Júpiter caliente. Cuando Fabrycky usó su simulación para modelar variaciones de su teoría, encontró que una proporción significativa de los gigantes gaseosos que modeló terminaban en una órbita retrógrada, opuesta a la dirección de giro de la estrella primaria – como posteriormente observó el grupo de Ginebra.

Incluso sin una compañera binaria lejana, la órbita del gigante gaseoso podría quedar desestabilizada si un número de otros planetas gigantes del mismo sistema se acerca mucho. Un artículo de 2008 de Mikio Nagasawa del Instituto Tecnológico de Tokio encontró que las interacciones entre los planetas gigantes gaseosos podrían producir un porcentaje significativo de Júpiter calientes, con “un amplio rango de inclinaciones orbitales (incluso las retrógradas)”.

Como dice Fabrycky (que ahora es becario en el Centro Harvard-Smithsoniano para Astrofísica): “Si tienes un planeta con una órbita muy inclinada, similar a la de un cometa, los elementos orbitales se acoplan. Esto te da un momento angular muy pequeño, y hace que sea fácil cambiar la órbita a un movimiento retrógrado”.

Fabrycky cree que el descubrimiento de los exoplanetas Júpiter calientes en órbitas retrógradas no invalida el modelo estándar de acreción, pero su existencia “genera un nuevo punto de vista. En general, los sistemas solares son caóticos y violentos”, lo que significa que nuestro “relativamente pacífico” sistema solar puede ser una excepción.

Desestabilizando la posibilidad de vida

Rory Barnes, Asociado Posdoctoral de Investigación en Astronomía y Astrobiología en la Universidad de Washington, está de acuerdo con Fabrycky en ese punto. “El modelo simple y tranquilo que creemos que funciona en nuestro sistema solar, no es ubicuo. Hay muchas cosas que no pudimos anticipar”.

Barnes también concuerda en que una estrella compañera en un sistema binario podría desestabilizarlas órbitas planetarias, pero añade que: “Tuve una época difícil pensando que eventos improbables como este podrían llevar a un gran porcentaje de planetas a órbitas retrógradas”.

Sea cual sea el mecanismo, cualquier proceso que desestabilice la órbita de un gigante gaseoso lo suficiente para cambiar el plano de su órbita y llevarlo cerca de su estrella primaria, sería firmar la sentencia de cualquier planeta terrestre del mismo sistema. La interacción con el gigante gaseoso probablemente desestabilizaría la órbita de los planetas en el sistema solar interior, potencialmente lanzándolos fuera del sistema solar y haciendo improbable que tuviese tiempo para desarrollarse la vida que conocemos.

De este modo, si los sistemas planetarios con gigantes gaseosos renegados resultan ser comunes, la vida como la conocemos podría ser muy rara.

Entre las herramientas más comunes en la ingeniería eléctrica y las ciencias de la computación están unas rejillas rectangulares de números conocidas como matrices. Los números de una matriz representan datos: Las filas, por ejemplo, podrían representar temperatura, presión del aire y humedad, y las columnas podrían representar distintas posiciones donde se toman las tres medidas. Pero las matrices también representan ecuaciones matemáticas. Si las expresiones t + 2p + 3h y 4t + 5p + 6h describen dos operaciones matemáticas distintas que implican a las medidas de temperatura, presión y humedad, pueden representarse como una matriz con dos filas, [1 2 3] y [4 5 6]. Multiplicar entre sí las dos matrices significa realizar ambas operaciones matemáticas en cada columna de datos de la matriz y pasar los resultados a una nueva matriz. En muchas aplicaciones de ingeniería sensibles al tiempo, multiplicar matrices puede dar rápidas pero buenas aproximaciones de cálculos mucho más complejos.

En un artículo publicado en el ejemplar del 13 de julio de la revista Proceedings of the National Academy of Science, el profesor de matemáticas del MIT Gilbert Strang describe una nueva forma de dividir cierto tipo de matrices en otras más simples. El resultado podría tener implicaciones para el software que procesa datos de audio o video, para la compresión de software que empaqueta archivos digitales de forma que ocupen menos espacio, o incluso para sistemas que controla dispositivos mecánicos.

El análisis de Strang se aplica a las conocidas como matriz en bandas. La mayor parte de los números en una matriz en bandas son ceros; las únicas excepciones están en las bandas diagonales, en o cerca de la diagonal central de la matriz. Puede que suene como una propiedad esotérica, pero a menudo tiene implicaciones prácticas. Algunas aplicaciones que procesan señales de audio o video, por ejemplo, usan matrices en bandas en las que cada banda representa una porción temporal de la señal. Analizando las propiedades de la señal, la aplicación podría, por ejemplo, definir los fotogramas de un video, o buscar información redundante que pueda eliminarse para ahorrar memoria o ancho de banda.

Trabajando hacia atrás

Dado que la mayor parte de las entradas en una matriz en bandas – tal vez el 99 por ciento, dice Strang – son ceros, multiplicar una matriz por otra es un procedimiento muy eficiente: Puedes ignorar todas las entradas que son cero. Después de que se haya procesado una señal, no obstante, tiene que convertirse de nuevo a su forma original. Esto requiere multiplicarla por el “inverso” de la matriz procesada: Si multiplicar la matriz A por B da C, al multiplicar C por el inverso de B nos da A.

Pero el hecho de que una matriz tenga bandas no implica que su inverso las tenga. De hecho, dice Strang, el inverso de una matriz en bandas casi siempre está “completa”, lo que significa que casi todas sus entradas son distintas de cero. En una aplicación de procesado de la señal, todas las ventajas en velocidad ofrecidas por las matrices en bandas se perderían si restaurar la señal requiriese multiplicar por una matriz completa. Por lo que los ingenieros están interesados en las matrices en bandas con inversos con bandas, pero qué matrices son esas, no es algo obvio.

En su artículo de PNAS, Strang describe una nueva técnica para romper una matriz en bandas en matrices más simples – matrices con menos bandas. Es fácil decir si estas matrices más simples tienen inversos con bandas, y si los tienen, su combinación también las tendrá. La técnica de Strang permite de este modo a los ingenieros determinar si alguna nueva técnica de procesado de la señal será, de hecho, práctica.

¿Más rápido que Fourier?

Una de las técnicas más comunes en el procesado de señales digitales es la Transformada de Fourier Discreta (DFT), la cual divide una señal en sus frecuencias componentes y puede representarse como una matriz. Aunque la matriz para la transformada de Fourier es completa, dice Strang, “lo genial de la transformada de Fourier es que parece que es posible, incluso aunque sea completa, multiplicarla e invertirla rápidamente. Esa parte es lo que hace de Fourier algo maravilloso”. No obstante, para algunas aplicaciones de procesado de señales, las matrices en bandas podrían mostrarse más eficientes que la transformada de Fourier. Si sólo son interesantes partes de la señal, las bandas proporcionan una forma de centrarse en ellas e ignorar el resto. “La transformada de Fourier mira toda la señal a la vez”, dice Strang. “Y eso no siempre es bueno, debido a que a menudo el 99 por ciento de la señal es aburrida”.

Richard Brualdi, Profesor Emérito UWF Beckwith Bascom de Matemáticas en la Universidad de Wisconsin-Madison, señala que una conjetura matemática que presenta Strang en su artículo ya ha sido demostrada por otros tres grupos de investigadores. “Es un teorema muy interesante”, dice Brualdi. “Ya ha generado un par de artículos, y probablemente generará algunos más”. Brualdi apunta que en grandes conjuntos de datos, tales como los generados por el secuenciado del genoma, las imágenes médicas o la monitorización del clima, a menudo se generan matrices con estructuras regulares. Una de esas estructuras es en bandas, pero hay otras, y Brualdi espera que otros matemáticos apliquen técnicas como la de Strang a otro tipo de matrices estructuradas. “Si funcionarán o no estas cosas, es algo que no sé”, dice Brualdi. “Pero Gil ya ha dicho que está observando una estructura distinta en un próximo artículo”.

Los genomas de 20 marsupiales australianos y sudamericanos incluyendo el Walabí de Tammar y la zarigüeya sudamericana, fueron escaneados por un equipo liderado por Maria Nilsson de la Universidad de Muenster en Alemania buscando fragmentos repetitivos conocidos como retroposones.

La presencia de retroposones compartidos en distintas especies pueden usarse para rastrear relaciones y ancestros comunes. “Nuestro estudio fue el primero en aplicar este método a marsupiales”, dijo Nilsson.

“Y podemos resolver partes del árbol familiar de los marsupiales que se han debatido durante décadas”.

Rastreando los marsupiales hasta Sudamérica

Principalmente usados por los investigadores para determinar relaciones entre mamíferos placentarios – especialmente primates – los retroposones, o “genes saltarines”, son piezas de ADN no funcional que se copian de un ancestro a todos sus descendientes.

Como es improbable que surjan por casualidad, de forma independientemente, en distintas especies en la misma parte del genoma, los retroposones compartidos pueden usarse para determinar las relaciones y el linaje ancestral.

“Los genomas marsupiales constan de un 52% de retroposones, más que ningún otro grupo, y eso es una gran fuente donde encontrar retroposones compartidos”, dijo Nilsson sobre su investigación, publicada hoy en PLoS Biology.

“La mayor sorpresa en nuestros resultados llegó cuando encontramos apoyo para un único origen de todos los marsupiales australianos. Esto puede interpretarse como un único grupo de marsupiales que emigraron desde Sudamérica a través de la Antártida hacia Australia, dando origen a los marsupiales australianos”.

Una pequeña y peluda contradicción

Aunque esta investigación tiene su sede en Alemania, los investigadores australianos son críticos con las conclusiones. Mike Archer de la Universidad de Nueva Gales del Sur dijo a ABC Science que ignora los datos publicados anteriormente que sugieren que la migración de Sudamérica a Australia no fue “una autopista de sentido único, sino una de doble sentido”.

Las evidencias de Archer son el diminuto Dromiciops gliroides, un reservado marsupial conocido como monito del monte, que vive en los bosques de Chile y Argentina.

Se ha demostrado en anteriores estudios que es un pariente lejano de los primeros marsupiales conocidos de Australia, Djarthia murgonensis, y Archer defiende que el Dromiciops se originó en Australia y migró a Sudamérica.

“Los autores yerran al reconocer que Australia ha sido el centro de la evolución [marsupial]“, señala Archer.

El misterioso viaje del Dromiciops

Pero tal vez el viaje de los marsupiales entre continentes haya sido incluso más fluido, como sugiere Jenny Graves de la Universidad Nacional Australiana en Canberra. “El Dromiciops tiene exactamente el mismo aspecto que los marsupiales australianos, y tiene los mismos cromosomas, por lo que pensamos, ‘¿Qué está haciendo en Sudamérica?’”

“Tal vez llegó a Australia con el resto de ellos y luego fue de vuelta a Sudamérica. Pero, por otra parte, posiblemente fue dejado atrás”.

Katherine Thompson, también de la ANU, caracterizó originalmente cinco de las secuencias usadas en la investigación, incluyendo algunos marcadores del Walabí de Tammar, comenta Graves. “Es genial ver que se le da un buen uso a algunas de estas secuencias que conseguimos.

Autor: Becky Crew
Fecha Original: 29 de julio de 2010
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CHASE, acrónimo de Búsqueda de Resplandor de Camaleón, se construyó en el Fermilab para buscar partículas hipotéticas conocidas como camaleones. Los físicos teorizan que estas partículas pueden ser las responsables de la energía oscura que provoca la expansión del universo.

“Una de las razones por las que me sentía con fuerza para llevar a cabo este experimento es que era un buen ejemplo de experimento de laboratorio para probar los modelos de energía oscura”, dice el científico de CHASE Jason Steffen, que presentó los resultados en el ICHEP. “Los estudios astronómicos son importantes también, pero no nos van a decir todo”. CHASE fue el sucesor del experimento GammeV del Fermilab, que buscó partículas camaleón y otra partícula hipotética conocida como axión.

Para crear las partículas camaleón, el experimento lanzó un haz láser en un campo magnético. De existir las partículas camaleón, se crearían cuando los fotones del rayo láser dispersaran fotones del campo magnético. Se conectó el láser durante una cierta cantidad de tiempo para que se acumularan suficientes camaleones, luego lo apagaron permitiendo que las partículas camaleón se convirtieran de nuevo en fotones. El “resplandor” de fotones sería registrado entonces por los fotodetectores del experimento.

Llevó unas seis semanas que los 10 científicos de CHASE recopilasen las 30 horas de datos que necesitaban para la búsqueda de la energía oscura. De acuerdo con los resultados preliminares presentados en el ICHEP, el posterior análisis de datos no reveló camaleones, lo que permitió al experimento descartar un amplio grupo de modelos de energía oscura que predicen tales partículas.

“Este fue el primer experimento que emplea esta tecnología concreta que era sensible a todos los modelos de energía oscura basados en camaleones”, señala Steffen.

El experimento, que necesitó de menos de 18 meses desde su diseño al final de la toma de datos, ya está siendo desmantelado. Aunque el equipo de CHASE no planea un sucesor actualmente, la búsqueda continúa en el experimento ADMX en Washington, que está analizando los datos de camaleones recopilados usando un método distinto.

“Sería genial haber encontrado algo, pero no puedo decir que esté sentado en el borde de mi silla esperando ver camaleones”, añade Steffen. “Tendríamos que hacer nuevos desarrollos en cómo nos aproximamos al problema para hacer planes serios de continuar su búsqueda”.

Los resultados finales de CHASE se presentarán el 13 de agosto en un seminario en el Fermilab.

Pero ahora, ingenieros del Laboratorio de Ideas Espaciales de la Universidad de Strathclyde han demostrado que Forward estaba en lo cierto.

El fallecido Dr. Forward – renombrado físico que trabajó en los Estados Unidos y cuyo segundo hogar fue Escocia – creía que era posible usar “órbitas desplazadas” para desplegar más satélites al norte o sur del ecuador de la Tierra, ayudando a cubrir la creciente demanda de comunicaciones.

Propuso que la órbita de un satélite geoestacionario podría empujarse hacia arriba – o abajo – del habitual anillo geoestacionario alrededor de la Tierra, el cual sigue la línea del ecuador, usando una gran vela solar propulsada por la presión del viento solar. No obstante, los críticos afirmaron posteriormente que tales “órbitas desplazadas” eran imposibles debido a la inusual dinámica del problema.

Ahora, el estudiante graduado Shahid Baig y el Profesor Colin McInnes, Director del Laboratorio de Ideas Espaciales Avanzadas, han demostrado que Forward estaba en lo cierto, en un artículo recientemente publicado en la revista Journal of Guidance, Control and Dynamics.

El Profesor McInnes dice: “Los satélites normalmente siguen órbita Keplerianas, que toman su nombre de Johannes Kepler – el científico que nos ayudó a comprender el movimiento orbital hace 400 años. Una vez lanzado, un satélite sin propulsión, se “deslizará” a lo largo de una órbita Kepleriana natural.

“Sin embargo, hemos ideado familias de órbitas cerradas no Keplerianas, las cuales no obedecen las leyes normales del movimiento orbital. Las familias de estas órbitas giran alrededor de la Tierra cada 24 horas, pero están desplazadas al norte o al sur del ecuador. La presión de la luz solar reflejada en una vela solar puede empujar al satélite por encima o debajo de la órbita geoestacionaria, aunque también desplaza el centro de la órbita por detrás de la Tierra ligeramente, alejándose del Sol”.

Aunque la distancia de desplazamiento por encima o debajo del ecuador es pequeña – del orden de 10 o 15 kilómetros – el trabajo con velas solares híbridas, que usan tanto la presión de la luz como impulso de un sistema eléctrico convencional, está ya en proceso y tiene como objetivo mejorar dicha distancia.

El Profesor McInnes añade: “Otro trabajo es investigar las ‘órbitas estacionarias polares’, llamadas ‘pole-sitters’ por Forward, que usan un impulso bajo continuo para permitir a la nave permanecer en el eje polar de la Tierra, por encima del Ártico o en Antártico. Estas órbitas podrían usarse para proporcionar nuevos puestos avanzados para observar las regiones polares de la Tierra para monitorización del clima”.

S Baig and C R McInnes, Light-Levitated Geostationary Cylindrical Orbits are Feasible, Journal of Guidance, Control and Dynamics, Vol. 33, No. 3, pp. 782-793, 2010.

Borrador del nuevo artículo disponible en http://strathprints.strath.ac.uk/18865/

Fecha Original: 26 de julio de 2010
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Aunque se sienten con más fuerza en la órbita de la Tierra, estos movimientos pueden también llegar hasta la propia superficie terrestre.

“Las reverberaciones magnéticas se han detectado en estaciones terrestres de todo el globo, de forma muy similar a como los detectores sísmicos miden un gran terremoto”, dice Vassilis Angelopoulos de UCLA, investigador principal de la nave THEMIS de la NASA.

Y estos movimientos pueden pegar fuerte.

“La energía total de un espaciomoto puede rivalizar con un terremoto de magnitud 5 o 6″, de acuerdo con Evgeny Panov del Instituto de Investigación Espacial de Austria. Panov es el primer autor de un artículo que informa de los resultados de un estudio sobre espaciomotos en el ejemplar de abril de la revista Geophysical Research Letters.

Los espaciomotos no son los únicos temblores no terrestres que hay cerca. Los científicos han descubierto los ‘estelarmotos’ (violentas sacudidas dentro de las estrellas), ‘selenemotos’ y ‘asteromotos’ (temblores sísmicos en la superficie de la luna y asteroides, respectivamente). De hecho, la Tierra puede en realidad estimular los terremotos en asteroides cuando las rocas espaciales vuelan demasiado cerca de nuestro planeta.

En 2007, THEMIS descubrió los precursores de los espaciomotos. La acción se inicia en la cola magnética de la Tierra, que se estira como una manga de viento debido al viento solar que sopla a millones de kilómetros por hora. A veces la cola se estira tanto y carga tanta tensión, que chasquea como una banda de goma demasiado tensa.

El plasma del viento solar atrapado en la cola sale disparado hacia la Tierra. En más de una ocasión, las cinco naves de THEMIS estaban en la línea de fuego de estos “chorros de plasma”. Claramente, los chorros iban a impactar con la Tierra. Pero, ¿qué sucedería entonces? La flotilla se movió más cerca del planeta para descubrirlo.

“Ahora lo sabemos”, dice el científico del proyecto THEMIS David Sibeck del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. “Los chorros de plasma disparan los espaciomotos”.

De acuerdo con THEMIS, los chorros impactan en el campo geomagnético a unos 30.000 kilómetros sobre el ecuador de la Tierra. El impacto inicia un proceso de rebote, en el cual el plasma entrante rebota arriba y abajo en el reverberante campo magnético, de forma similar a como una pelota de tenis rebota en un suelo alfombrado. El primer rebote es grande, seguido por rebotes con cada vez menos amplitud conforme la energía se disipa en la alfombra.

“Hemos sospechado desde hace mucho tiempo que estaba pasando algo como esto”, dice Sibeck. “Observando in situ el proceso, no obstante, THEMIS ha descubierto algo nuevo y sorprendente”.

La sorpresa son los vórtices de plasma, enormes remolinos de gas magnetizado tan anchos como la propia Tierra, que giran en el borde del campo magnético.

Las colas de estos vórtices se cree que hacen de embudo a partículas hacia la atmósfera terrestre, disparando las coloridas auroras que danzan en los cielos nocturnos.

Como uno de los pocos eventos astrofísico que es familiar a la mayor parte de la gente, el Big Bang tiene un lugar especial en nuestra cultura. Y aunque existe un consenso científico sobre que es la mejor explicación para el origen del universo, el debate está lejos de cerrarse. No obstante, es difícil encontrar modelos alternativos del universo sin un inicio que sean verdaderamente sólidos.

Esto podía cambiar ahora con el fascinante trabajo de Wun-Yi Shu de la Universidad Nacional Tsing Hua en Taiwan. Shu ha desarrollado una innovadora nueva descripción del universo en la que los papeles de espacio, tiempo y masa se relacionan en un nuevo tipo de relatividad.

La idea de Shu es que el espacio y el tiempo no son entidades independientes sino que pueden convertirse la una en la otra. En su formulación de la geometría del espacio-tiempo, la velocidad de la luz es simplemente el factor de conversión entre ambas. De forma similar, la masa y la longitud son intercambiables en una relación en la que el factor de conversión depende tanto de la constante gravitatoria G como de la velocidad de la luz, y ninguna de las dos tiene por qué ser constante.

Por lo que conforme el universo se expande, masa y tiempo se convierten en longitud y espacio, y al contrario cuando se contrae.

Este universo no tiene inicio ni fin, simplemente alterna periodos de expansión y contracción. De hecho, Shu demuestra que las singularidades no pueden existir en este cosmos.

Es fácil descartar la idea como otro divertido y poco realista modelo soñado por uno de esos cosmólogos chiflados.

Hasta que miras las predicciones que realiza. Durante un periodo de expansión, un observador de este universo vería un extraño tipo de cambio en el desplazamiento al rojo de objetos brillantes tales como supernovas de Tipo 1a, como una aceleración que las aleja. Resulta, dice Shu, que sus datos encajan perfectamente con las observaciones realizadas por los astrónomos en la Tierra.

Este tipo de aceleración es una característica común del universo de Shu.

Esto es un claro contraste con los distintos modelos del universo basados en el Big Bang. Desde que se descubrió la expansión acelerada del universo, los cosmólogos han estado haciendo preocupantes contorsiones con las leyes de la física para que sus modelos funcionen.

La idea más comúnmente debatida es que el universo está repleto de una energía oscura que fuerza a que el universo se expanda a un ritmo acelerado. Para que este modelo funcione, la energía oscura deber ser el 75 por ciento de toda la masa-energía del universo y debe incrementarse a un ritmo fantástico.

Pero hay un alto precio a pagar por esta idea: la ley de la conservación de la energía. La vergonzosa verdad es que los cosmólogos de todo el mundo han barrido convenientemente bajo la alfombra una de las leyes fundamentales de la física en un intento de cuadrar este círculo.

Esto pone a las ideas de Shu en una perspectiva distinta. No hay necesidad de abandonar la conservación de la energía para hacer que funcione su teoría.

Esto no significa que la teoría de Shu sea perfecta. Está lejos de ello. Uno de los principales problemas a los que se enfrenta es explicar la existencia del fondo de microondas cósmico, algo que muchos astrofísicos creen que es la evidencia más sólida de que el Big Bang realmente tuvo lugar. El CMB, dicen, es el eco del Big bang.

Cómo podría surgir en la cosmología de Shu aún no está claro, pero imagino que está trabajando en ello.

Incluso si encuentra una forma, será necesario un incómodo replanteamiento antes de que sus ideas logren agarre. Su aproximación puede explicar bien las observaciones en supernovas de Tipo 1a sin abandonar la conservación de la energía, pero nos pide que abandonemos la idea del Big Bang, la constancia de la velocidad de la luz y aceptar un vasto nuevo conjunto de potenciales fenómenos relacionados con las relaciones intercambiables entre masa, espacio y tiempo.

Acertado o equivocado, este es un cambio que muchos encontrarán difícil de aceptar.  Esperemos que Shu se aferre a sus armas, aunque sólo sea por el amor al debate a la vieja usanza.

Fecha Original: 27 de julio de 2010
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