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HYPER (HighlY Interactive Picle Relics): un nuevo modelo para la materia oscura

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HYPER (HighlY Interactive Picle Relics): un nuevo modelo para la materia oscura

Un equipo de investigadores acaba de proponer un nuevo candidato para la materia oscura: HYPER, o «Reliquias de partículas altamente interactivas».

La transición de fase en el universo primitivo cambia la fuerza de la interacción entre la materia oscura y la materia normal.

La materia oscura sigue siendo uno de los mayores misterios de la física moderna. Claramente debe existir, porque sin la materia oscura, por ejemplo, no se puede explicar el movimiento de las galaxias. Pero nunca ha sido posible detectar materia oscura en un experimento.

Actualmente, las propuestas de nuevos experimentos son numerosas: tienen como objetivo detectar la materia oscura directamente a través de su difusión a partir de los constituyentes de los núcleos atómicos de un medio de detección, es decir, protones y neutrones.

Un equipo de investigadores, Robert McGehee y Aaron Pierce de la Universidad de Michigan y Gilly Elor de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz en Alemania, han propuesto ahora un nuevo candidato para la materia oscura: HYPER, o «Reliquias de partículas altamente interactivas».

En el modelo HYPER, algún tiempo después de la formación de materia oscura en el universo primitivo, la fuerza de su interacción con la materia normal aumenta considerablemente, lo que, por un lado, la hace potencialmente detectable en la actualidad y al mismo tiempo puede explicar la abundancia de materia oscura. importar. pregunta.

Mapa de materia oscura del Hubble Abell 1689

Esta imagen del telescopio espacial Hubble de la NASA muestra la distribución de la materia oscura en el centro del cúmulo de galaxias gigantes Abell 1689, que contiene alrededor de 1000 galaxias y billones de estrellas.
La materia oscura es una forma de materia invisible que representa la mayor parte de la masa del universo. Hubble no puede ver la materia oscura directamente. Los astrónomos dedujeron su ubicación analizando el efecto de la lente gravitacional, donde la luz de las galaxias detrás de Abell 1689 es distorsionada por la materia que interviene en el cúmulo.
Los investigadores utilizaron las posiciones observadas de 135 imágenes de lentes de 42 galaxias de fondo para calcular la ubicación y la cantidad de materia oscura en el cúmulo. Superpusieron un mapa de estas concentraciones de materia oscura inferidas, teñidas de azul, sobre una imagen del cúmulo tomada por la Cámara avanzada para sondeos del Hubble. Si la gravedad del cúmulo solo proviniera de las galaxias visibles, las distorsiones de lente serían mucho más débiles. El mapa revela que la concentración más densa de materia oscura se encuentra en el corazón del cúmulo.
Abell 1689 reside a 2.200 millones de años luz de la Tierra. La imagen fue tomada en junio de 2002.
Crédito: NASA, ESA, D. Coe (NASA Jet Propulsion Laboratory/California Institute of Technology, and Space Telescope Science Institute), N. Benitez (Instituto de Astrofísica de Andalucía, España), T. Broadhurst (Universidad del País Vasco, España) y H. Ford (Universidad Johns Hopkins)

La nueva diversidad en el sector de la materia oscura

Dado que la búsqueda de partículas pesadas de materia oscura, o WIMPS, aún no se ha concretado, la comunidad investigadora está buscando partículas de materia oscura alternativas, especialmente las más ligeras. Al mismo tiempo, las transiciones de fase se esperan genéricamente en el sector oscuro; después de todo, hay varias de ellas en el sector visible, según los investigadores. Pero estudios previos han tendido a pasarlos por alto.

«No ha habido un modelo consistente de materia oscura para el rango de masas al que esperan acceder algunos experimentos planeados». Sin embargo, nuestro modelo HYPER ilustra que una transición de fase en realidad puede ayudar a que la materia oscura sea más fácilmente detectable», dijo Elor, investigador postdoctoral. en física teórica en JGU.

El desafío para un modelo adecuado: si la materia oscura interactúa con demasiada fuerza con la materia normal, su cantidad (precisamente conocida) formada en el universo primitivo sería demasiado pequeña, lo que contradiría las observaciones astrofísicas. Sin embargo, si se produce en la cantidad adecuada, la interacción sería demasiado débil para detectar la materia oscura en los experimentos actuales.

“Nuestra idea central, que subyace en el modelo HYPER, es que la interacción cambia abruptamente una vez, para que podamos tener lo mejor de ambos mundos: la cantidad correcta de materia oscura y una gran interacción para que podamos detectarla”, dijo. McGehee.

Y así es como lo piensan los investigadores: en la física de partículas, una interacción generalmente está mediada por una partícula específica, el llamado mediador, al igual que la interacción de la materia oscura con la materia normal. Tanto la formación de materia oscura como su detección funcionan a través de este mediador, dependiendo la fuerza de la interacción de su masa: cuanto mayor es la masa, más débil es la interacción.

El mediador primero debe ser lo suficientemente pesado para que se forme la cantidad correcta de materia oscura y luego lo suficientemente ligero para que la materia oscura sea detectable. La solución: hubo una transición de fase después de la formación de la materia oscura, durante la cual la masa del mediador disminuyó repentinamente.

«Así, por un lado, la cantidad de materia oscura se mantiene constante y, por otro lado, la interacción se estimula o mejora de tal manera que la materia oscura debería ser detectable directamente», dijo Pierce.

El nuevo modelo cubre casi todo el rango de parámetros de los experimentos planificados.

«El modelo HYPER de materia oscura puede cubrir casi todo el rango que los nuevos experimentos hacen accesible», dijo Elor.

Específicamente, el equipo de investigación primero consideró que la sección transversal máxima de la interacción mediada por mediadores con protones y neutrones de un núcleo atómico era consistente con las observaciones astrológicas y ciertas desintegraciones en la física de partículas. El siguiente paso fue determinar si había un modelo de materia oscura que exhibiera esta interacción.

“Y aquí tenemos la idea de la transición de fase”, dijo McGehee. «Luego calculamos cuánta materia oscura existe en el universo y luego simulamos la transición de fase usando nuestros cálculos».

Se deben tener en cuenta muchas limitaciones, como una cantidad constante de materia oscura.

«Aquí tenemos que considerar e incluir sistemáticamente muchos escenarios, por ejemplo, haciéndonos la pregunta de si es realmente seguro que nuestro mediador no conduzca repentinamente a la formación de nueva materia oscura, lo que por supuesto no debería ser así», dijo Elor. dicho. . «Pero al final, estábamos convencidos de que nuestro modelo HYPER estaba funcionando».

La investigación se publica en la revista Cartas de exploración física.

Referencia: «Maximización de la detección directa con materia oscura reliquia de partículas altamente interactiva» por Gilly Elor, Robert McGehee y Aaron Pierce, 20 de enero de 2023, Cartas de exploración física.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.031803

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Cómo un débil pulso magnético pudo haber reiniciado la evolución hace 600 millones de años

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Cómo un débil pulso magnético pudo haber reiniciado la evolución hace 600 millones de años

La investigación sugiere que el estado inusual del campo magnético de la Tierra durante el período de Ediacara podría haber influido significativamente en el desarrollo de vida compleja al alterar los niveles de oxígeno atmosférico. El estudio revela que este período experimentó el campo magnético más débil jamás registrado, lo que podría haber permitido una mayor oxigenación, sustentando formas de vida más grandes y activas. Esta mejor comprensión de la dinámica geomagnética y evolutiva ofrece una idea del potencial de vida en otros planetas. Crédito: SciTechDaily.com

La evidencia sugiere que un campo magnético débil hace millones de años podría haber impulsado la proliferación de la vida.

El período de Ediacara, que abarca aproximadamente entre 635 y 541 millones de años, fue un período crucial en la historia de la Tierra. Esto marcó una era de transformación en la que surgieron organismos multicelulares complejos, allanando el camino para la explosión de la vida.

Pero, ¿cómo se produjo esta oleada de vida y qué factores en la Tierra pudieron haber contribuido a ella?

Investigadores de la Universidad de Rochester han descubierto pruebas convincentes de que el campo magnético de la Tierra se encontraba en un estado muy inusual cuando los animales macroscópicos del período Ediacara se diversificaban y prosperaban. Su estudio, publicado en Naturaleza Comunicaciones Tierra y medio ambienteplantea la cuestión de si estas fluctuaciones en el antiguo campo magnético de la Tierra condujeron a cambios en los niveles de oxígeno que podrían haber sido cruciales para la proliferación de formas de vida hace millones de años.

Fauna de Ediacara

Investigadores de la Universidad de Rochester estudiaron el campo magnético de la Tierra durante el Período de Transformación de Ediacara, que se extendió hace aproximadamente entre 635 y 541 millones de años. La investigación plantea interrogantes sobre los factores que podrían haber impulsado la aparición de organismos multicelulares complejos, como la fauna de Ediacara, notable por su parecido con los primeros animales. Crédito: Ilustración de la Universidad de Rochester / Michael Osadciw

Según John Tarduno, profesor William Kenan, Jr. en el Departamento de Ciencias de la Tierra y el Medio Ambiente, una de las formas de vida más notables del período de Ediacara fue la fauna de Ediacara. Se destacaban por su parecido con los primeros animales: algunos incluso alcanzaban más de un metro (tres pies) y eran móviles, lo que indica que probablemente necesitaban más oxígeno que las formas de vida anteriores.

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«Las ideas anteriores sobre la aparición de la espectacular fauna de Ediacara incluían factores genéticos o ecológicos, pero la proximidad con el campo geomagnético ultradébil nos motivó a revisar las cuestiones medioambientales y, en particular, la oxigenación de la atmósfera y los océanos», explica Tarduno. , quien también es decano de investigación de la Facultad de Artes y Ciencias y de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas.

Los misterios magnéticos de la Tierra

Aproximadamente a 1.800 millas debajo de nosotros, el hierro líquido burbujea en el núcleo externo de la Tierra, creando el campo magnético protector del planeta. Aunque invisible, el campo magnético es esencial para la vida en la Tierra porque protege al planeta del viento solar, es decir, del flujo de radiación solar. Pero el campo magnético de la Tierra no siempre ha sido tan poderoso como lo es hoy.

Los investigadores han sugerido que un campo magnético inusualmente débil puede haber contribuido al surgimiento de la vida animal. Sin embargo, examinar el vínculo ha sido difícil debido a los datos limitados sobre la intensidad del campo magnético durante este tiempo.

Fauna de Dickinsonia Ediacaran

Huella fósil de Dickinsonia, un ejemplo de la fauna de Ediacara, encontrada en la actual Australia. Crédito: Shuhai Xiao, Virginia Tech

Tarduno y su equipo utilizaron estrategias y técnicas innovadoras para examinar la intensidad del campo magnético estudiando el magnetismo encerrado en antiguos cristales de feldespato y piroxeno de la roca anortosita. Los cristales contienen partículas magnéticas que preservan la magnetización de la formación de minerales. Al datar rocas, los investigadores pueden construir una línea de tiempo del desarrollo del campo magnético de la Tierra.

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Aproveche las herramientas de vanguardia, incluido un CO2 láser y el magnetómetro del Dispositivo de Interferencia Cuántica Superconductora (SQUID) del laboratorio, el equipo analizó con precisión los cristales y el magnetismo encerrados en su interior.

Un campo magnético débil

Sus datos indican que el campo magnético de la Tierra, en ocasiones durante el período de Ediacara, era el campo más débil conocido hasta la fecha (hasta 30 veces más débil que el campo magnético actual) y que la intensidad del campo magnético ultradébil duró al menos 26 millones de años.

Un campo magnético débil facilita que las partículas cargadas del sol eliminen átomos ligeros como el hidrógeno de la atmósfera, provocando que escapen al espacio. Si la pérdida de hidrógeno es significativa, es posible que quede más oxígeno en la atmósfera en lugar de reaccionar con el hidrógeno para formar vapor de agua. Estas reacciones pueden provocar una acumulación de oxígeno con el tiempo.

Fauna Fractofusus Ediacara

Impresión fósil de Fractofusus, un ejemplo de la fauna de Ediacara, encontrada en lo que hoy es Terranova, con un centavo canadiense cerca para escalar. Crédito: Shuhai Xiao, Virginia Tech

La investigación de Tarduno y su equipo sugiere que durante el período Ediacárico, el campo magnético ultradébil provocó una pérdida de hidrógeno durante al menos decenas de millones de años. Esta pérdida puede haber provocado una mayor oxigenación de la atmósfera y la superficie de los océanos, permitiendo el surgimiento de formas de vida más avanzadas.

Tarduno y su equipo de investigación descubrieron previamente que el campo geomagnético se recuperó durante el período Cámbrico posterior, cuando la mayoría de los grupos de animales comenzaron a aparecer en el registro fósil, y que el campo magnético protector se restableció, permitiendo que la vida floreciera.

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«Si el campo extraordinariamente débil hubiera permanecido después del Ediacara, la Tierra podría ser muy diferente del planeta rico en agua que es hoy: la pérdida de agua la habría secado gradualmente», dice Tarduno.

Dinámica básica y evolución.

El trabajo sugiere que comprender el interior de los planetas es crucial para considerar el potencial de vida más allá de la Tierra.

«Es fascinante pensar que los procesos en el núcleo de la Tierra podrían, en última instancia, estar relacionados con la evolución», dice Tarduno. «Mientras pensamos en la posibilidad de que haya vida en otros lugares, también debemos considerar cómo se forman y crecen los interiores de los planetas».

Para obtener más información sobre esta investigación, consulte Cómo el débil campo magnético de la Tierra ayudó al surgimiento de vida compleja.

Referencia: “El casi colapso del campo geomagnético puede haber contribuido a la oxigenación atmosférica y la radiación animal durante el período de Ediacara” por Wentao Huang, John A. Tarduno, Tinghong Zhou, Mauricio Ibañez-Mejia, Laércio Dal Olmo-Barbosa, Edinei Koester, Eric G. Blackman, Aleksey V. Smirnov, Gabriel Ahrendt, Rory D. Cottrell, Kenneth P. Kodama, Richard K. Bono, David G. Sibeck, Yong-Xiang Li, Francis Nimmo, Shuhai Xiao y Michael K. Watkeys, mayo 2, 2024, Comunicaciones Tierra y Medio Ambiente.
DOI: 10.1038/s43247-024-01360-4

Esta investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU.

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La simulación predice cuándo se extinguirán los humanos

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La simulación predice cuándo se extinguirán los humanos

Un día el mundo se acabará. Cuando esto suceda, el Sol esencialmente explotará hacia afuera, destruyendo muchos de los planetas a su alrededor mientras «muere» y alcanza otro ciclo de su vida. Pero antes de que eso suceda, los científicos dicen que probablemente podamos esperar el fin de la humanidad.

Por supuesto, el cambio climático es una preocupación constante que muchos científicos están tratando de abordar. Y se les ocurrieron algunas ideas realmente interesantes y asombrosas, incluido enviar burbujas al espacio para ayudar a bloquear la radiación solar. Sin embargo, todavía no se ha implementado ninguna solución.

Como resultado, el cambio climático continúa avanzando, amenazando con el derretimiento de los casquetes polares, lo que enviaría cientos de miles de kilómetros de costa bajo el océano. Y según una nueva simulación, el fin de la humanidad podría llegar en sólo 250 millones de años si el cambio climático continúa como hasta ahora.

Fuente de la imagen: piyaset / Adobe

La simulación se llevó a cabo mediante una supercomputadora utilizando diversos datos relacionados con el clima actual de la Tierra y la química de los océanos, así como el estado de las placas tectónicas y la biología. Esta simulación reveló que dentro de 250 millones de años, la atmósfera de la Tierra estará llena de CO2. Esto, sumado al calor del Sol, hará que la Tierra sea incapaz de sustentar muchas formas de vida, incluida la humanidad.

Esto significa que el fin de la humanidad probablemente llegará debido a un clima en el que es casi imposible cultivar alimentos. Donde el planeta se ve privado de agua y fuentes de alimento para los mamíferos, empujándonos a todos hacia la extinción. Es una idea aterradora y los científicos sin duda seguirán intentando encontrar formas de combatirla.

Tampoco es una idea descabellada. La simulación sugiere que veríamos temperaturas generalizadas entre 40 y 50 grados Celsius, o alrededor de 104 a 122 grados Fahrenheit. Estas temperaturas sólo empeorarían con los altos niveles de humedad, lo que haría la Tierra aún más inhabitable.

Un estudio fue publicado en Geociencias naturales detalla estos descubrimientos y ofrece una visión única del futuro que podría esperarle a la humanidad y a cientos de otras especies de mamíferos.

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¿Quieres vivir o visitar el espacio? Esta exposición ofrece una visión general

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¿Quieres vivir o visitar el espacio?  Esta exposición ofrece una visión general

¿Alguna vez te has preguntado cómo sería vivir y trabajar en el espacio?

Para averiguarlo, podrías localizar a un astronauta o cosmonauta que pasó un tiempo en la estación espacial rusa Mir. O podría entrevistar a una de las más de 270 personas que han pasado tiempo en la Estación Espacial Internacional, que, según la NASA, es más grande que una casa de seis dormitorios, dos baños, un gimnasio y vistas de 360 ​​grados. vista de ventana salediza.

También puedes tomar unas palomitas de maíz o un helado de “astronauta” liofilizado y ver una película o un programa de televisión, como “2001: Una odisea en el espacio”, “Ad Astra” o “Star Trek: Deep Space Nine”, que imagina cómo es la vida. Podría ser como en una estación espacial ficticia.

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O puedes ir al Museo de Vuelo en Seattle para visitar «Hogar más allá de la Tierra“Esta es una exhibición que se inaugurará a principios de junio y se centra en estaciones espaciales pasadas, presentes y futuras e incluye más de 50 artefactos, modelos, artículos de vuelos espaciales y uniformes.

MUSEO DE AVIONES DE SEATTLE

El tema de la vida a largo plazo en el espacio es actual, según Geoff Nunn, diseñador de exposiciones y curador espacial durante todo el año en el Museo del Vuelo. Actualmente, hay dos estaciones espaciales en la órbita de la Tierra: la estación espacial china Tiangong y la ISS, que ha albergado un equipo rotativo de astronautas desde noviembre de 2000 y se espera que se retire alrededor de 2030.

«La NASA y sus socios internacionales están buscando ceder operaciones a largo plazo en el espacio a compañías privadas de estaciones espaciales. Y varias compañías están desarrollando sucesoras de la Estación Espacial Internacional que serán de propiedad y operación privadas», dijo Nunn. «Así que durante la próxima década podríamos ver enormes cambios en la forma en que vivimos y trabajamos en el espacio».

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Nunn dijo que para esta exhibición, el museo quería ir más allá del aspecto STEM (ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas) de vivir y trabajar en una estación espacial. Su objetivo es profundizar en las influencias culturales y la fascinación humana por el funcionamiento interno de lo que realmente podría implicar vivir y trabajar en el espacio.

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Para ello, la exposición se remonta a las primeras historias de ciencia ficción que plantean hipótesis y predicen cómo podrían ser las estaciones espaciales. Avanza hacia la historia de la vida real y el trabajo en el espacio, comenzando con Skylab y Salyut en la década de 1970 y continuando hasta la actual ISS. La exposición también analiza el futuro próximo y cómo podría ser la comunidad espacial.

MUSEO DE AVIONES DE SEATTLE

Los objetos de la exhibición incluirán modelos a escala de estaciones espaciales históricas y conceptuales, incluido un modelo de la ISS construido por estudiantes de la Universidad de Washington y que presenta paneles solares que se sincronizan y giran con la ISS real del planeta.

“Home Beyond Earth” también incluirá ropa a bordo de todos los tipos principales de estaciones espaciales en órbita (excepto la estación espacial Tiangong de China). Contará con artefactos que han volado en el espacio, como la galardonada Copa Espacialuna taza de café ingrávida diseñada para la NASA en la Universidad Estatal de Portland y probada en la ISS.

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MUSEO DE AVIONES NASA/SEATTLE

Se exhibirá una versión de prueba de una impresora 3D llamada Refabricator, que tiene aproximadamente el tamaño de un refrigerador de un dormitorio y se lanzó a la ISS en 2018. También se exhibirá “La Ola” de Nicole Stott, la primera acuarela pintada por un astronauta en el espacio a bordo de la ISS en 2009.

Para ayudar a los futuros astronautas a visualizar mejor cómo sería vivir y trabajar en el espacio, la exhibición emitirá tarjetas o fichas digitales que invitan a los visitantes a elegir la estación espacial de su elección y personalizar su viaje. Para aquellos que quieran recuerdos de su viaje, habrá carteles de viajes espaciales que representan estaciones espaciales reales e imaginarias.

Entonces, ¿está listo el curador espacial del Museo del Vuelo para vivir y trabajar en una estación espacial?

«Creo que si podemos encontrar un espacio adecuadamente cómodo allí arriba», dijo Nunn, «podría considerarlo».

“Home Beyond Earth” se estrena el 8 de junio en el Museo de Vuelo de Seattle y se extenderá hasta el 20 de enero de 2025.

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