Episodio 8
¿Cuándo dejarán de nacer estrellas?
¿Qué es la antimateria y por qué hay tan poquita?
¿Qué son los agujeros negros? ¿Cómo se forman?
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| Pilares de gas molecular en la nebulosa del águila. Algunas estrellas están aún formándose en su interior. |
¿Cuándo dejarán de nacer estrellas?
Se espera que la era actual de formación de estrellas continuará durante otros cien mil millones de años. Después la “era estelar” comenzará a declinar durante cien trillones de años (100.000.000.000.000–1.000.000.000.000.000 años), a medida que las estrellas más pequeñas y de vida más larga, las diminutas enanas rojas, se apaguen. Al final de la “era estelar”, las galaxias estarán compuestas de objetos compactos: enanas pardas, enanas blancas, estrellas de neutrones y agujeros negros.
¿Qué es la antimateria y por qué hay tan poquita?
La antimateria es algo real y comprobado. Todas las partículas elementales tienen una contraparte con la misma masa pero carga opuesta. Por ejemplo, la antipartícula de un electrón (carga negativa) es un positrón (carga positiva). Cuando una partícula choca contra su antipartícula ambas se destruyen, liberando un estallido de energía conocido como rayo gamma. La antimateria tiene usos médicos prácticos en la tomografía de emisión de positrones (PET). Y podría usarse como combustible de naves espaciales.
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| Las partículas subatómicas de la antimateria tienen cargas opuestas a las partículas de la materia |
En las etapas iniciales de formación del Universo existían pares de partículas-antipartículas de todas clases que eran continuamente creados y destruidos en colisiones. Pero en un momento dado, una reacción llamada bariogénesis violó esta simetría, causando un pequeño exceso de quarks y leptones sobre los antiquarks y antileptones. Desde entonces, nuestro universo está dominado por la materia “normal”.
Historia de la antimateria
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| Acelerador de antiprotones del CERN |
La ecuación de Dirac, formulada por Paul Dirac en 1928, predijo la existencia de antipartículas. Desde entonces, se han ido detectando experimentalmente muchas de dichas antipartículas: Carl D. Anderson, en el Caltech, descubrió el positrón en 1932. Veintitrés años después, en 1955, Emilio Segrè y Owen Chamberlain, en la Universidad de Berkeley, el antiprotón y antineutrón.
Pero la primera vez que se pudo hablar propiamente de antimateria, es decir, de «materia» compuesta por antipartículas, fue en 1965, cuando dos equipos consiguieron crear un antideuterón, una antipartícula compuesta por un antiprotón y un antineutrón.
La antipartícula fue lograda en el Acelerador Protón Sincrotrón de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), a cargo de Antonino Zichichi, y paralelamente por Leon Lederman, en el acelerador AGS (Alternating Gradient Synchrotron) del Laboratorio Nacional de Brookhaven, en Nueva York.
La antipartícula fue lograda en el Acelerador Protón Sincrotrón de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), a cargo de Antonino Zichichi, y paralelamente por Leon Lederman, en el acelerador AGS (Alternating Gradient Synchrotron) del Laboratorio Nacional de Brookhaven, en Nueva York.
En 1995, el CERN anunció la creación de nueve átomos de antihidrógeno en el experimento PS210, liderado por Walter Oelert y Mario Macri, y el Fermilab confirmó el hecho, anunciando poco después la creación a su vez de 100 átomos de antihidrógeno.
F. J Hartmann, de la Universidad Técnica de Múnich, y un equipo de investigadores japoneses informaron de la creación de un átomo compuesto de materia y antimateria llamado helio antiprotónico . Este átomo constaba de dos protones, dos neutrones, un electrón y un antiprotón en lugar del segundo electrón. El átomo sobrevivió 15 millonésimas de segundo.
El 17 de noviembre 2010, los científicos del CERN lograron crear 38 átomos de antihidrógeno, pudiendo preservarlos aproximadamente en un sexto de segundo (172ms). Esto forma parte del proyecto ALPHA que incluye físicos de la Universidad de California, de la Universidad de Berkeley y del Lawrence Berkeley National Laboratory. El equipo de científicos demostró que, entre 10 millones de antiprotones y 700 millones de positrones, se lograron formar 38 átomos estables de antihidrógeno, los cuales, duraron alrededor de dos décimas de segundo cada uno.
A comienzos de 2011 el proyecto ALPHA logró crear más de 300 átomos de antihidrógeno y almacenarlos durante 1000 segundos (16 minutos y 40 segundos), superando en 4 órdenes de magnitud el límite previo.
El 14 de diciembre 2009, científicos de la NASA con la ayuda del telescopio espacial de rayos gamma Fermi, descubrieron rayos de antimateria producidos encima de tormentas eléctricas. El fenómeno es causado por ráfagas de rayos gamma terrestres (TGF) generadas en el interior de las tormentas eléctricas y asociados directamente con los relámpagos.
Producción y coste de la antimateria
La antimateria es la sustancia más cara del mundo, con un coste estimado de unos 60.000 millones de dólares el miligramo. La producción de antimateria, además de consumir enormes cantidades de energía, es muy poco eficiente, al igual que la capacidad de almacenamiento, que ronda sólo el 1% de las partículas creadas. Además, debido a que la antimateria se aniquila al contacto con la materia, las condiciones de almacenamiento —confinamiento mediante campos electromagnéticos—, tienen igualmente un costo elevado.
Debido a esto, algunos estudios de la NASA plantean recolectar mediante campos magnéticos la antimateria que se genera de forma natural en los Cinturones de Van Allen de la Tierra. Este cinturón, que se extiende desde unos pocos cientos a unos dos mil kilómetros sobre la Tierra constituye la fuente más abundante de antiprotones en las proximidades de la Tierra. La mayor parte de los antiprotones provienen de antineutrones, que se generan cuando los rayos cósmicos impactan las capas superiores de la atmósfera. Los antineutrones salen de la atmósfera, mientras los antiprotones tienden a congregarse en varios cientos de kilómetros sobre la Tierra, donde la materia ordinaria es tan escasa que es poco probable que se reúnan con sus homólogos de partículas, protones y por tanto se destruyan al contacto.
También otros planetas, incluyendo Júpiter, Saturno, Neptuno y Urano, deben tener cinturones similares de antiprotones. Saturno puede producir la mayor cantidad de antiprotones por las interacciones entre los rayos cósmicos, partículas energéticas cargadas del espacio, y los anillos de hielo del planeta.
Al mismo tiempo, se trabaja en mejorar la tecnología de almacenaje de antimateria. El Dr. Masaki Hori ha anunciado un método de confinamiento de antiprotones por radiofrecuencia, lo que según sus palabras podría reducir el contenedor al tamaño de una papelera.
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| Proyección artística de un cohete propulsado por antimateria |
Usos de la antimateria
Si bien la antimateria está lejos de ser considerada una opción por su abrumador costo y las dificultades tecnológicas inherentes a su manipulación, las antipartículas sí están encontrando usos prácticos: la tomografía por emisión de positrones es ya una realidad. También se investiga su uso en terapias contra el cáncer, ya que un estudio del CERN ha descubierto que los antiprotones son cuatro veces más efectivos que los protones en la destrucción de tejido canceroso, y se especula incluso con la idea de diseñar microscopios de antimateria, supuestamente más sensibles que los de materia ordinaria.
Pero el mayor interés por la antimateria se centra en sus aplicaciones como combustible, pues la aniquilación de una partícula con una antipartícula genera gran cantidad de energía según la ecuación de Einstein E=mc² La energía generada por kilo (9×1016 J/kg), es unas diez mil millones de veces mayor que la generada por reacciones químicas y diez mil veces mayor que la energía nuclear de fisión. Por ejemplo, se estima que sólo serían necesarios 10 miligramos de antimateria para propulsar una nave a Marte.
Pero el mayor interés por la antimateria se centra en sus aplicaciones como combustible, pues la aniquilación de una partícula con una antipartícula genera gran cantidad de energía según la ecuación de Einstein E=mc² La energía generada por kilo (9×1016 J/kg), es unas diez mil millones de veces mayor que la generada por reacciones químicas y diez mil veces mayor que la energía nuclear de fisión. Por ejemplo, se estima que sólo serían necesarios 10 miligramos de antimateria para propulsar una nave a Marte.
No obstante, hay que indicar que estas cifras no tienen en cuenta que aproximadamente el 50% de la energía se disipa en forma de emisión de neutrinos.
¿Qué son los agujeros negros? ¿Cómo se forman?
Son objetos muy prevalentes en el universo y tan densos que nada escapa de su atracción gravitacional. Por lo general se forman cuando una estrella se convierte en supernova: su núcleo explota y no existe una fuerza conocida que pueda detener la inmensa gravedad que se cierne sobre él. Se cree que casi todas las galaxias contienen agujeros negros en su centro, millones y miles de millones más masivos que nuestro sol. Algunos de ellos son los objetos más violentos y energéticos del universo: al absorber estrellas, polvo y gases, estos agujeros negros disparan jets de radio y emiten puntos de luz sumamente intensos llamados cuásares ("fuentes de radio casi estelares"). Otros, con frecuencia los más viejos (como el que yace en el centro de la Vía Láctea), son tragones más calmados. No podemos observar directamente a los agujeros negros, pero sí vemos el efecto que producen sobre el material que los rodea.
© carlitosber.blogspot.com.ar Julio 19 MMXV
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| Representación artística de un agujero negro |
© carlitosber.blogspot.com.ar Julio 19 MMXV
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FUENTES: http://www.muyinteresante.es/rcs/minisites/2009/astronomia/index.html; http://es.wikipedia.org/wiki/Antimateria; http://es.wikipedia.org/wiki/Agujeros_negros; http://es.wikipedia.org/wiki/Formaci%C3%B3n_estelar
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