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Un equipo científico ha descubierto a 12.000
millones de años luz la galaxia más distante de características
similares a la Vía Láctea, un hallazgo que aporta nuevas claves
sobre el universo y pone en duda la teoría astronómica dominante.
El descubrimiento es asimismo relevante porque la galaxia
SPT0418-47 no es en absoluto caótica, lo que contradice las
teorías que propugnaban que todas las galaxias eran turbulentas
e inestables en los primeros compases del universo, sin las
estructuras que se encuentran habitualmente en las más maduras,
como la nuestra.
Según publica la revista científica “Nature”,
la galaxia descubierta es sorprendentemente parecida a la
Vía Láctea y resulta de gran interés porque, dada su gran
distancia a la Tierra, la luz que nos llega ahora de ella
nos la muestra en un estado inicial de su formación, con una
décima parte de su edad actual, cuando el universo apenas
tenía 1.400 millones de años.
Esta distante “hermana”, pese a que aparentemente
no tiene brazos espirales, comparte dos características esenciales
con la Vía Láctea: un disco rotatorio y un gran grupo de estrellas
concentradas de forma compacta alrededor de su centro, la
llamada protuberancia. Se trata de la primera vez que se ha
podido analizar una protuberancia en un estadio tan primitivo,
señala por su parte en un comunicado el Observatorio Europeo
Austral (ESO), ya que el descubrimiento se hizo desde instalaciones
de las que es socio este centro en el desierto de Atacama
(Chile). ”Este resultado es un hito en el campo de la formación
de galaxias, al mostrar que las estructuras que observamos
en las galaxias de espiral próximas y en nuestra Vía Láctea
ya estaban hace 12.000 millones de años”, explica Francesca
Rizzo, líder de esta investigación y doctoranda en el Instituto
Max Planck de Astrofísica de Alemania. ”Lo que descubrimos
nos dejó bastante perplejos”, agrega la coautora Simona Vegetti,
investigadora del Instituto Max Planck de Astrofísica. “A
pesar de que se estaban formando estrellas a gran velocidad,
y ser por tanto el lugar de procesos altamente energéticos,
SPT0418-47 es el disco galáctico mejor ordenado que se ha
observado en una fase inicial del universo”.
”Este resultado es bastante inesperado y tiene
importantes implicaciones sobre cómo creemos que evolucionan
las galaxias”, agrega Vegetti. “Puede ser, indican estos investigadores,
que el universo no fuese un lugar tan caótico como se creía
tan poco tiempo después del “Big bang”. Los modelos teóricos
también apuntaban que una galaxia tan distante en el espacio
y el tiempo tendría que ser bien distinta a la Vía Lactea,
pero es realmente “bastante similar a las galaxias más próximas”,
asegura el coautor del estudio, Filippo Fraternali, del Instituto
Astonómico Kapteyn, de la Universidad de Groningen. Los investigadores
advierten, no obstante, de que prevén que SPT0418-47 evolucione
hasta convertirse en una galaxia muy diferente a la Vía Láctea,
dentro de la categoría elíptica.
Incluso los telescopios más potentes son incapaces
de permitir un estudio detallado de galaxias tan lejanas como
SPT0418-47. Pero el equipo científico superó este obstáculo
utilizando una galaxia cercana como un cristal de aumentos.
Este efecto, llamado lente gravitacional, consiste en aprovechar
la fuerza gravitacional de una galaxia intermedia para distorsionar
la luz de la que se desea estudiar ampliando su imagen. ”Cuando
vi por primera vez la imagen reconstruida de SPT0418-47 no
lo podía creer: el cofre del tesoro se abría”, asegura Rizzo.
El estudio de estas galaxias distantes, subraya la ESO, es
“fundamental para nuestra comprensión sobre cómo las galaxias
se han formado y evolucionado”. Analizarla es volver a la
infancia de estas galaxias. Próximas investigaciones deberán
ahora establecer si este tipo de galaxias estables pese a
encontrarse en una fase inicial son frecuentes, reescribiendo
las teorías sobre la conformación y evolución de las galaxias.
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En cosmología, se entiende por Big Bang, también llamada
La Gran Explosión, el principio del universo, es decir, el
punto inicial en el que se formó la materia, el espacio y
el tiempo. De acuerdo con el modelo cosmológico estándar,
el Big Bang tuvo lugar hace unos 13 800 millones de años.
Las teorías sobre el Big Bang no describen, en realidad, este
hecho en sí, sino el universo temprano, en su evolución temporal
después del Big Bang. El término Big Bang no se refiere a
una explosión en un espacio ya existente, sino que designa
la creación conjunta de materia, espacio y tiempo, a partir
de lo que se conoce como una singularidad, es decir, un punto
al que matemáticamente nos podemos acercar más y más, pero
sin llegar a él.
Para entenderlo, uno debe imaginarse el desarrollo del universo
en expansión en sentido temporal inverso, retrocediendo hacia
el pasado. El universo se va haciendo cada vez más pequeño,
pero la cantidad de materia es la misma, de manera que la
densidad va aumentando, hasta llegar al punto en el que la
densidad de materia y energía se hace infinita y obviamente,
superior a la densidad de Planck, una unidad enorme que equivale
aproximadamente a 10 elevado a 23 masas solares, comprimidas
en el espacio de un solo núcleo atómico.
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Nacido en 1858 en Kiel, Alemania, Max Planck fue hijo
de intelectuales. Su abuelo y bisabuelo eran profesores
de teología, su padre fue profesor de derecho y su tío
juez. En 1867, su familia emigró a Múnich. Allí, el
joven Planck se inscribiría en la escuela Maximiliansgymnasium.
Desde muy pequeño, Max demostró una gran aptitud para
la matemática, la astronomía, la mecánica y la música.
Se graduó pronto, a los 17 años, y comenzó a estudiar
física téorica en la Universidad de Múnich. En 1877,
entró en la Universidad Freidrich Wilhelms en Berlín,
donde estudió con el físico Hermann von Helmholtz. Fue
una persona que tuvo una gran influencia en Planck.
Se convirtieron en buenos amigos y, eventualmente, Max
decidió centrarse en la termodinámica como su campo
de investigación.
En 1894, cuando estaba bajo la comisión de compañías
eléctricas para fabricar mejores bombillas, Planck comenzó
a trabajar en el problema de la radiación de cuerpo
oscuro. Los físicos tenían dificultades para explicar
cómo la intensidad de la radiación electromágnetica
emitida por un absorbente perfecto (un cuerpo oscuro)
dependía de la temperatura del cuerpo y la frecuencia
de la radiación (es decir, del color de la luz). Con
el paso del tiempo, Planck resolvió este problema sugiriendo
que la energía no fluye de forma constante. En su lugar,
lo hace en paquetes discretos, o cuantios. Es lo que
se conoce como el postulado de Planck. Matemáticamente
se puede expresar como E = hv. E es la energía, v es
la frecuencia, y la h es la constante de Planck. Esta
teoría, que no era consistente con la mecánica clásica
newtoniana, ayudó a provocar una revolución en la ciencia.
De izquierda a derecha: W. Nernst, A.
Einstein, M. Planck, R. A. Millikan y Von Laue, en una
cena organizada por este último en 1931, en Berlín.
Durante la década de 1920, apareció una
nueva teoría sobre la mecánica cuántica, conocida como
la interpretación de Copenhague. Fue creada, principalmente,
por los físicos alemanes Neils Bohr y Werner Heisenberg.
En ella, afirmaban que la mecánica cuántica sólo tiene
la capacidad de predecir probabilidades; y que en general,
los sistemas físicos no tienen propiedades definidas
antes de ser medidas. Sin embargo, fue rechazada por
Planck, que creía que la mecánica de ondas haría que
la teoría cuántica fuese innecesaria. A él se unieron
sus compañeros Erwin Schrödinger, Max von Laue y Albert
Einstein. Todos querían salvar la mecánica clásica del
caos de la teoría cuántica. Pero el tiempo se encargó
de demostrar que ambas interpretaciones eran correctas
(y matemáticamente equivalentes), dando lugar al nacimiento
de las teorías de dualidad partícula-onda.
Werner Heisenberg.
En 1914, Max Planck se unió al fervor
nacionalista que recorría Alemania. Aunque no fue un
nacionalista extremo, fue uno de los firmantes del Manifiesto
de los Noventa y tres. Un documento apoyado por 93 científicos
y escolares alemanes. En él, se apoyaba la guerra y
se justificaba la participación de Alemania. Sin embargo,
en 1915, Planck revocó algunas partes del manifiesto.
En 1916, se convirtió en un crítico de la anexión de
otros territorios por parte de Alemania. Tras la guerra,
Planck estaba considerado como la autoridad alemana
sobre la física. Era el decano de la Universidad de
Berlin, miembro de la Academia Prusiana de Ciencias
y la Sociedad Física Alemana, y presidente de la sociedad
Kaiser Wilhelm (KWS, ahora conocida como la Sociedad
Max Planck). Durante los turbulentos años de la década
de 1920, el físico utilizo está posición para conseguir
fondos la investigación científica.
La llegada al poder de los nazis en 1933
trajo tremendas dificultades. Planck presenció algunas
en primera persona. Entre ellas, pudo ver la expulsión
de sus puestos de muchos de sus compañeros y amigos
judíos. Sin olvidar su humillación. También fue testigo
del enorme éxodo de científicos y académicos alemanes.
Durante esos años, el físico intentó permanecer alejado
de la política, pero fue obligado a entrar en ella cuando
sus colegas se vieron amenazados. En 1936, renunció
a su posición como presidente de la KWS debido a su
continuo apoyo a los compañeros judíos de la sociedad.
En 1938, renunció a su presidencia de la Academia Prusiana
de las Ciencias, porque el Partido Nazi se había hecho
con el control de la organización. A pesar de todos
los golpes y dificultades llevados por la guerra, y
por el bombardeo aliado, Planck y su familia permanecieron
en Alemania.
En 1945, el hijo de Max Planck, Erwin,
fue arrestado debido a un intento de asesinato de Hitler.
Tuvo lugar en el atentado fallido del 20 de julio de
1944, y provocó su ejecución a manos de la Gestapo.
Este evento provocó que Planck cayese en una profunda
depresión de la que no legó a recuperarse antes de su
fallecimiento.
No es sorprendente que, en 1918, recibiese
un Premio Nobel de la Física. Fue en reconocimiento
a su contribución fundamental a una nueva rama de la
física. También fue incluido en la Foreign Membership
of the Royal Society en 1926, consiguiendo la medalla
Copley de esa sociedad en 1928. En 1909, fue invitado
a participar como conferencista en la Universidad de
Columbia, en la ciudad de Nueva York. También fue muy
respetado por sus colegas y contemporáneos. Se convirtió
en una parte integral de las tres organizaciones científicas
que dominaban las ciencias alemanas: la Academia Prusiana
de Ciencias, la Sociedad Kaiser Wilhelm y la Sociedad
Física Alemana. Esta última también creó la Medalla
Max Planck. No es sorprendente que la primera de todas,
en 1929, fuese entregada al propio Planck y a Albert
Einstein.
En 1948, en la ciudad de Gotinga, también
se creó la sociedad Max Planck. Su objetivo era honrar
la vida y logros del físico. Esta sociedad creció durante
las décadas posteriores, llegando a absorber la Sociedad
Kaiser Wilhem y todas sus instituciones. En la actualidad,
la sociedad está reconocida como líder en ciencia e
investigación tecnológica. Es la organización líder
en investigación en Europa, con 33 Premios Nobeles entregados
a sus científicos. En 2009, la Agencia Espacial Europea
(ESA) puso en órbita la sonda Planck. Es un observatorio
espacial que analizó la radiación de fondo de microondas
en las frecuencias de microondas e infrarrojo. Entre
2009 y 2013, proporcionó las mediciones más precisas
que tenemos, hasta la fecha, sobre la densidad media
de la materia ordinaria y la materia oscura en el universo..
También ayudó a resolver diferentes incógnitas
sobre el inicio del Universo y la evolución cósmica.
Max Planck siempre será recordado como uno de los científicos
más influyentes del siglo XX. Junto a investigadores
como Einstein, Schrödinger, Bohr y Heisenberg (la mayor
parte de ellos eran amigos suyos), lograron redefinir
nuestra percepción de la física y la naturaleza del
Universo.
El telescopio espacial Planck de la ESA
cesó en su labor en 2013. Tras una exitosa misión
de cuatro años y medio, durante la cual reveló la verdadera
edad del universo (80 millones de años más joven de
lo que se pensaba), agotó su combustible. Ahora,
permanece «estacionado» en una órbita segura alrededor
del sol, lejos de la Tierra y la Luna, por cientos de
años
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Esto significa que las ecuaciones fallan y el proceso no
se puede explicar. En este estado, la teoría de la relatividad
general carece de validez; para explicar la situación del
universo en ese momento habría que recurrir a una teoría,
aún desconocida, de gravedad cuántica. De ahí que la física
actual no conozca ninguna teoría generalmente aceptada capaz
de explicar el universo en sus inicios ni el propio Big Bang.
Transcurrido aproximadamente un microsegundo después del Big
Bang, el universo ya se había expandido y enfriado lo suficiente
como para que su desarrollo posterior estuviera determinado
por procesos que podemos observar en la física de partículas.
Las teorías del Big Bang se ocupan de la evolución del universo
en un rango temporal que abarca desde un tiempo de Planck
(aprox. 10-43 segundos) después del Big Bang hasta entre 300
000 y 400 000 años más tarde, cuando ya se empezaban a formar
átomos estables y el universo se hizo transparente. Lo que
viene después ya no forma parte del Big Bang.
La teoría del Big Bang es el modelo cosmológico predominante
para los períodos conocidos más antiguos del universo y su
posterior evolución a gran escala. Afirma que el universo
estaba en un estado de muy alta densidad y temperatura y luego
se expandió. Si las leyes conocidas de la física se extrapolan
más allá del punto donde son válidas, encontramos una singularidad.
Mediciones modernas datan este momento hace aproximadamente
13 800 millones de años, que sería por tanto la edad del universo.
Después de la expansión inicial, el universo se enfrió lo
suficiente para permitir la formación de las partículas subatómicas
y más tarde simples átomos. Nubes gigantes de estos elementos
primordiales se unieron más tarde debido a la gravedad, para
formar estrellas y galaxias.
A mediados del siglo XX, tres astrofísicos británicos, Stephen
Hawking, George F. R. Ellis y Roger Penrose, prestaron atención
a la teoría de la relatividad y sus implicaciones respecto
a nuestras nociones del tiempo. En 1968 y 1979 publicaron
artículos en que extendieron la teoría de la relatividad general
de Einstein para incluir las mediciones del tiempo y el espacio.
De acuerdo con sus cálculos, el tiempo y el espacio tuvieron
un inicio finito que corresponde al origen de la materia y
la energía. Desde que Georges Lemaître observó por primera
vez, en 1927, que un universo en permanente expansión debería
remontarse en el tiempo hasta un único punto de origen, los
científicos se han basado en su idea de la expansión cósmica.
Si bien la comunidad científica una vez estuvo dividida en
partidarios de dos teorías diferentes sobre el universo en
expansión, la del Big Bang y la teoría del estado estacionario,
la acumulación de evidencia observacional proporciona un fuerte
apoyo para la primera.
En 1929, a partir del análisis de corrimiento al rojo de
las galaxias, Edwin Hubble concluyó que las galaxias se estaban
distanciando, lo que es una prueba observacional importante
consistente con la hipótesis de un universo en expansión.
En 1964 se descubrió la radiación de fondo cósmico de microondas,
lo que es también una prueba crucial en favor del modelo del
Big Bang, ya que esta teoría predijo la existencia de la radiación
de fondo en todo el universo antes de ser descubierta. Más
recientemente, las mediciones del corrimiento al rojo de las
supernovas indican que la expansión del universo se está acelerando,
aceleración atribuida a la energía oscura. Las leyes físicas
conocidas de la naturaleza pueden utilizarse para calcular
las características en detalle del universo del pasado en
un estado inicial de extrema densidad y temperatura.
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En física y astronomía, el corrimiento al rojo, acercamiento
hacia el rojo o desplazamiento hacia el rojo (en inglés:
redshift), ocurre cuando la radiación electromagnética,
normalmente la luz visible, que se emite o refleja desde
un objeto, es desplazada hacia el rojo al final del
espectro electromagnético. De manera más general, el
corrimiento al rojo es definido como un incremento en
la longitud de onda de radiación electromagnética recibida
por un detector comparado con la longitud de onda emitida
por la fuente. Este incremento en la longitud de onda
se corresponde con un decremento en la frecuencia de
la radiación electromagnética. En cambio, el decrecimiento
en la longitud de onda es llamado corrimiento al azul.
Cualquier incremento en la longitud de onda se llama
"corrimiento hacia el rojo", incluso si ocurre en radiación
electromagnética de longitudes de onda no visibles,
como los rayos gamma, rayos X y radiación ultravioleta.
Esta denominación puede ser confusa ya que a longitudes
de onda mayores que el rojo (p.ej. infrarrojo, microondas
y ondas de radio), los "desplazamientos hacia el rojo"
se alejan de la longitud de onda del rojo.
Así que al hablar de frecuencias de ondas menores que
el rojo continúa significando que la longitud de onda
tiende a alargarse y no a asemejarse al rojo. Un corrimiento
hacia el rojo puede ocurrir cuando una fuente de luz
se aleja de un observador, correspondiéndose a un desplazamiento
Doppler que cambia la frecuencia percibida de las ondas
sonoras. Aunque la observación de tales desplazamientos
hacia el rojo, o su contrapuesto, hacia el azul, tiene
numerosas aplicaciones terrestres (p.ej. Radar Doppler
y pistola radar), la espectroscopia astronómica utiliza
los corrimientos al rojo Doppler para determinar el
movimiento de objetos astronómicos distantes.
Este fenómeno fue predicho por primera vez y observado
en el Siglo XIX cuando los científicos empezaron a considerar
las implicaciones dinámicas de la naturaleza ondulatoria
de la luz. Otro mecanismo de corrimiento hacia el rojo
es la expansión métrica del espacio, que explica la
famosa observación de los corrimientos al rojo espectrales
de galaxias distantes, quasares y nubes gaseosas intergalácticas
que se incrementan proporcionalmente con su distancia
al observador. Este mecanismo es una característica
clave del modelo del Big Bang de la cosmología física.
Un tercer tipo de corrimiento al rojo, el corrimiento
al rojo gravitacional (también conocido como efecto
Einstein), es un resultado de la dilatación del tiempo
que ocurre cerca de objetos masivos, de acuerdo con
la relatividad general. Estos tres fenómenos se pueden
comprender bajo el paraguas de leyes de transformación
de marcos. Existen otros muchos mecanismos con descripciones
físicas y matemáticas muy diferentes que pueden conducir
a un desplazamiento en la frecuencia de radiación electromagnética
y cuyas acciones pueden ocasionalmente ser conocidas
como "desplazamiento al rojo", incluyendo la dispersión
y efectos ópticos.
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