Horoscopo
Físicos descubren un nuevo enfoque para resolver el misterioso misterio de la energía oscura
Los físicos han propuesto una nueva interpretación de la energía oscura. Esto podría dar una idea de la interconexión entre la teoría cuántica de campos y la teoría general de la relatividad, como dos perspectivas sobre el universo y sus elementos.
¿Qué hay detrás de la energía oscura y qué la conecta con la constante cosmológica introducida por Albert Einstein? Dos físicos de la Universidad de Luxemburgo muestran la forma de responder a estas preguntas abiertas de la física.
El universo tiene una serie de propiedades extrañas que son difíciles de entender con la experiencia cotidiana. Por ejemplo, la materia que conocemos, que consiste en partículas elementales y compuestas que forman moléculas y materiales, aparentemente representa solo una pequeña parte de la energía del universo. La mayor contribución, alrededor de dos tercios, proviene deenergía oscura«- una forma hipotética de energía que los físicos de fondo todavía están perplejos. Además, el universo no solo se expande constantemente, sino también a un ritmo cada vez mayor.
Las dos características parecen estar relacionadas, porque energía oscura también es visto como un motor de expansión acelerada. Además, podría unir dos poderosas escuelas de pensamiento físico: la teoría cuántica de campos y la teoría general de la relatividad desarrollada por Albert Einstein. Pero hay una trampa: los cálculos y las observaciones hasta ahora están lejos de coincidir. Dos investigadores luxemburgueses han mostrado una nueva forma de resolver este rompecabezas de 100 años en un artículo publicado por la revista Cartas de exploración física.
El rastro de partículas virtuales en el vacío
“El vacío tiene energía. Este es un resultado fundamental de la teoría cuántica de campos”, explica el profesor Alexandre Tkatchenko, profesor de física teórica en el Departamento de Física y Ciencia de los Materiales de la Universidad de Luxemburgo. Esta teoría se desarrolló para unir la mecánica cuántica y la relatividad especial, pero la teoría cuántica de campos parece incompatible con la relatividad general. Su característica esencial: a diferencia de la mecánica cuántica, la teoría considera como objetos cuánticos no sólo partículas sino también campos sin materia.
«En este marco, muchos investigadores consideran que la energía oscura es una expresión de la llamada energía del vacío», dice Tkatchenko: una cantidad física que, en una imagen viva, es causada por constantes de emergencia e interacción de pares de partículas y sus antipartículas. . – como los electrones y los positrones – en lo que efectivamente es espacio vacío.
Fondo cósmico de microondas visto por Planck. Crédito: ESA y la colaboración de Planck
Los físicos hablan de este ir y venir de partículas virtuales y sus campos cuánticos como vacío o fluctuaciones de punto cero. A medida que los pares de partículas se desvanecen rápidamente en la nada, su existencia deja una cierta cantidad de energía.
“Esta energía del vacío también tiene importancia en la relatividad general”, apunta el científico luxemburgués: “Se manifiesta en la constante cosmológica que Einstein incluyó en sus ecuaciones por razones físicas”.
Un cambio colosal
A diferencia de la energía del vacío, que solo puede deducirse de las fórmulas de la teoría cuántica de campos, la constante cosmológica puede determinarse directamente mediante experimentos astrofísicos. Las mediciones con el Telescopio Espacial Hubble y la misión espacial Planck han dado valores cercanos y confiables para la cantidad física fundamental. Los cálculos de energía oscura basados en la teoría cuántica de campos, por otro lado, dan resultados que corresponden a un valor de la constante cosmológica de hasta 10120 veces más grande: una brecha colosal, aunque en la visión del mundo de los físicos que prevalece hoy, los dos valores deberían ser iguales. La discrepancia encontrada en cambio se conoce como el «Acertijo de la constante cosmológica».
«Esta es, sin duda, una de las mayores inconsistencias de la ciencia moderna», dijo Alexander Tkatchenko.
Modo no convencional de interpretación
Junto con su colega de investigación de Luxemburgo, el Dr. Dmitry Fedorov, ahora ha traído la solución a este rompecabezas que ha estado abierto durante décadas, un paso más cerca de la solución. En un trabajo teórico cuyos resultados publicaron recientemente en Cartas de exploración física, los dos investigadores luxemburgueses ofrecen una nueva interpretación de la energía oscura. Asume que las fluctuaciones del punto cero conducen a una polarizabilidad del vacío, que se puede medir y calcular.
«En pares de partículas virtuales de carga eléctrica opuesta, resulta de las fuerzas electrodinámicas que estas partículas ejercen entre sí durante su extremadamente corta existencia», dice Tkatchenko. Los físicos llaman a este vacío autointeracción. «Esto conduce a una densidad de energía que se puede determinar utilizando un nuevo modelo», explica el científico luxemburgués.
Junto con su colega de investigación Fedorov, desarrollaron el modelo básico para los átomos hace unos años y lo presentaron por primera vez en 2018. El modelo se usó originalmente para describir las propiedades atómicas, en particular la relación entre la polarizabilidad de los átomos y las propiedades de equilibrio. . de ciertas moléculas y sólidos no unidos covalentemente. Dado que las características geométricas son bastante fáciles de medir experimentalmente, la polarizabilidad también se puede determinar a través de su fórmula.
«Transferimos este procedimiento a procesos en el vacío», dice Fedorov. Para ello, los dos investigadores observaron el comportamiento de los campos cuánticos, que representan en particular el “ir y venir” de electrones y positrones. Las fluctuaciones de estos campos también se pueden caracterizar por una geometría de equilibrio ya conocida experimentalmente. “Lo insertamos en las fórmulas de nuestro modelo y así finalmente obtuvimos la fuerza de la polarización intrínseca del vacío”, informa Fedorov.
El último paso consistió entonces en calcular en mecánica cuántica la densidad de energía de la autointeracción entre las fluctuaciones de electrones y positrones. El resultado así obtenido concuerda bien con los valores medidos para la constante cosmológica. Esto significa: «La energía oscura se puede atribuir a la densidad de energía de la autointeracción de los campos cuánticos», enfatiza Alexander Tkatchenko.
Valores constantes y pronósticos verificables
“Nuestro trabajo ofrece así un enfoque elegante y poco convencional para resolver el enigma de la constante cosmológica”, resume el físico. «Además, proporciona una predicción comprobable: a saber, que los campos cuánticos como los de los electrones y los positrones poseen una polarización intrínseca pequeña pero siempre presente».
Este descubrimiento allana el camino para futuros experimentos para detectar esta polarización también en el laboratorio, dicen los dos investigadores luxemburgueses. “Nuestro objetivo es derivar la constante cosmológica a partir de un riguroso enfoque teórico cuántico”, enfatiza Dmitry Fedorov. «Y nuestro trabajo contiene una receta sobre cómo lograrlo».
Él ve los nuevos resultados obtenidos con Alexander Tkatchenko como el primer paso hacia una mejor comprensión de la energía oscura y su vínculo con la constante cosmológica de Albert Einstein.
Finalmente, Tkatchenko está convencido: «En última instancia, también podría arrojar luz sobre cómo la teoría cuántica de campos y la teoría general de la relatividad se entrelazan como dos formas de ver el universo y sus componentes».
Referencia: «Densidad de energía de autointeracción de Casimir de campos electrodinámicos cuánticos» por Alexandre Tkatchenko y Dmitry V. Fedorov, 24 de enero de 2023, Cartas de exploración física.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.041601
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Volver a los primeros días del universo parece algo que sólo sería posible en la ciencia ficción, pero los expertos han logrado encontrar algo muy lejano en las profundidades del tiempo y real.
Algunos de los astrónomos más importantes del mundo han descubierto algo «realmente sorprendente» ocurrido hace miles de millones de años que podría cambiar por completo la comprensión de nuestro universo.
Este es el resultado del estudio de los resultados de la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) del telescopio espacial James Webb de la NASA.
Esta tecnología extremadamente avanzada permite a los expertos estudiar las galaxias más antiguas del universo, dando una indicación de las condiciones que existían hace muchos, muchos años.
El universo tiene alrededor de 13,7 mil millones de años y un equipo de investigadores de la Universidad de Durham pudo observar datos conocidos como formación de barras apenas unos miles de millones de años después de que se formara el universo, lo cual es bastante sorprendente de comprender.
Esto es más que las observaciones anteriores del Telescopio Espacial Hubble, que ofrecen una visión de las condiciones de hace nueve mil millones de años.
Los hallazgos del equipo se publican en la revista. Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.
iStock
Los nuevos descubrimientos son más significativos que simplemente ofrecer una visión del pasado más lejana que antes. De hecho, la naturaleza de los hallazgos podría significar que es posible que sea necesario reevaluar nuestra comprensión de los primeros días del universo.
Esto se relaciona con las formaciones de barras, porque la presencia de estas formas más sedentarias es un indicador de ambientes más sedentarios, en comparación con la naturaleza más caótica de las galaxias durante su período de gestación anterior.
Zoe Le Conte es investigadora de doctorado en el Centro de Astronomía Extragaláctica del Departamento de Física de la Universidad de Durham y también es la autora principal de la investigación.
Le Conte dijo: “Las galaxias del universo primitivo están madurando mucho más rápido de lo que pensábamos. Esto es una verdadera sorpresa porque se esperaría que el universo en este punto fuera muy turbulento con muchas colisiones entre galaxias y mucho gas que aún no se ha convertido en estrellas.
“Sin embargo, gracias al Telescopio Espacial James Webb, estamos viendo muchas de estas barras mucho antes en la vida del Universo, lo que significa que las galaxias se encontraban en una etapa más avanzada de su evolución de lo que se pensaba anteriormente.
«Esto significa que tendremos que ajustar nuestra visión sobre la evolución temprana de las galaxias».
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Horoscopo
SpaceX lanza 23 satélites Starlink en el vuelo Falcon 9 desde Cabo Cañaveral – Spaceflight Now
Tras el histórico lanzamiento de dos satélites Galileo por parte de la Comisión Europea, SpaceX ha lanzado otro lote de sus propios satélites de Internet de alta velocidad Starlink. El lanzamiento del Falcon 9 el domingo por la noche marcó el 29º lanzamiento dedicado de satélites Starlink en 2024.
El despegue de la misión Starlink 6-54 desde el Complejo de Lanzamiento Espacial 40 (SLC-40) en la Estación Espacial de Cabo Cañaveral (CCSFS) tuvo lugar a las 6:08 p.m.EDT (2208 UTC).
El propulsor de primera etapa Falcon 9 que respalda esta misión, número de cola B1076 en la flota de SpaceX, se lanzó por decimotercera vez. Anteriormente apoyó los lanzamientos de Ovzon 3, Intelsat IS-40e, el vuelo número 26 de Servicios de Reabastecimiento Comercial (CRS-26) de SpaceX y seis misiones Starlink.
Poco más de ocho minutos después del despegue, B1076 aterrizó en el dron SpaceX, “Simplemente lea las instrucciones”. Este fue el aterrizaje número 80 del JRTI y el aterrizaje de refuerzo número 301 hasta la fecha.
En una publicación en las redes sociales, Kiko Dontchev, vicepresidente de lanzamiento de SpaceX, señaló que el equipo completó una rotación de cinco horas desde JRTI a Puerto Cañaveral entre la llegada y la salida del dron para apoyar la misión Starlink 6-54.
Los 23 satélites Starlink se suman a los 5.874 actualmente en órbita, según cifras compiladas el 24 de abril por el astrónomo y experto en seguimiento orbital Jonathan McDowell. Antes de este lanzamiento, se lanzaron 633 satélites Starlink en 2024.
El miércoles, SpaceX anunció que los Estados Federados de Micronesia, un país insular en el Océano Pacífico al este de Australia, fue el último país en agregarse a la lista de países donde el servicio Starlink está disponible.
Aterrizar y aterrizar en el dron Solo lee las instrucciones pic.twitter.com/qbVzhByVZZ
– EspacioX (@SpaceX) 28 de abril de 2024
Salida del dragón
El lanzamiento de Starlink 6-54 se produce apenas unas horas después de que SpaceX Cargo Dragon se separara de la Estación Espacial Internacional para comenzar su viaje de aproximadamente 36 horas para aterrizar frente a la costa de Florida. El desacoplamiento tuvo lugar a la 1:10 p. m. EDT (5:10 p. m. UTC).
El aterrizaje del martes por la mañana concluirá la misión CRS-30. Estuvo acoplado a la ISS durante más de 30 días y regresará con más de 4.000 libros de experimentos científicos.
La operación es también otro paso importante hacia el lanzamiento de la primera misión tripulada de Boeing al puesto orbital utilizando su nave espacial Starliner.
Antes de que pueda realizarse ese lanzamiento, SpaceX debe mover su nave espacial Crew Dragon Endeavour desde el puerto orientado hacia adelante al puerto orientado hacia el espacio del módulo Harmony. Esta maniobra debería tener lugar el 2 de mayo.
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Los investigadores han descubierto una rara partícula de polvo en un meteorito, formada por una estrella distinta de nuestro sol. Utilizando tomografía avanzada con sonda atómica, analizaron la proporción única de isótopos de magnesio de la partícula, revelando su origen a partir de un tipo recientemente identificado de supernova que quema hidrógeno. Este avance proporciona una mejor comprensión de los eventos cósmicos y la formación de estrellas. Crédito: SciTechDaily.com
Los científicos han descubierto una partícula de meteorito con una proporción de isótopos de magnesio sin precedentes, lo que apunta a su origen en una supernova que quema hidrógeno.
La investigación ha descubierto una rara partícula de polvo atrapada en un antiguo meteorito extraterrestre formado por una estrella distinta a nuestro sol.
El descubrimiento fue realizado por la autora principal, la Dra. Nicole Nevill y sus colegas durante sus estudios de doctorado en la Universidad de Curtin, quienes actualmente trabajan en el Instituto de Ciencias Lunares y Planetarias en colaboración con NASAen el Centro Espacial Johnson.
Meteoritos y granos presolares
Los meteoritos están formados principalmente por materiales formados en nuestro sistema solar y también pueden contener pequeñas partículas de estrellas nacidas mucho antes que nuestro sol.
Las pistas de que estas partículas, llamadas granos presolares, son reliquias de otras estrellas, se descubren analizando los diferentes tipos de elementos que contienen.
Técnicas analíticas innovadoras
El Dr. Nevill utilizó una técnica llamada átomo Sonda tomográfica para analizar la partícula y reconstruir la química a escala atómica, accediendo a la información escondida en su interior.
«Estas partículas son como cápsulas del tiempo celestes y proporcionan una instantánea de la vida de su estrella madre», dijo el Dr. Nevill.
“Los materiales creados en nuestro sistema solar tienen proporciones de isótopos predecibles: variantes de elementos con diferente número de neutrones. La partícula que analizamos tiene una proporción de isótopos de magnesio distinta de cualquier otra cosa en nuestro sistema solar.
“Los resultados fueron literalmente fuera de este mundo. La proporción de isótopos de magnesio más extrema, de estudios anteriores de granos presolares, fue de alrededor de 1.200. El grano en nuestro estudio tiene un valor de 3.025, que es el valor más alto jamás descubierto.
«Esta proporción de isótopos excepcionalmente alta sólo puede explicarse por la formación de un tipo de estrella recientemente descubierta: una supernova que quema hidrógeno».
Avances en astrofísica
El coautor, el Dr. David Saxey, del Centro John de Laeter en Curtin, dijo que la investigación innova la forma en que entendemos el universo, ampliando los límites de las técnicas analíticas y los modelos astrofísicos.
«La sonda atómica nos proporcionó un gran nivel de detalle al que no habíamos podido acceder en estudios anteriores», afirmó el Dr. Saxey.
“La supernova que quema hidrógeno es un tipo de estrella que se descubrió recientemente, casi al mismo tiempo que estábamos analizando la pequeña partícula de polvo. El uso de la sonda atómica en este estudio proporciona un nuevo nivel de detalle que nos ayuda a comprender cómo se formaron estas estrellas.
Vinculando los resultados de laboratorio con los fenómenos cósmicos
El coautor, el profesor Phil Bland de la Escuela de Ciencias Planetarias y de la Tierra de Curtin, dijo que los nuevos descubrimientos del estudio de partículas raras en meteoritos nos permiten comprender mejor los eventos cósmicos más allá de nuestro sistema solar.
«Es simplemente asombroso poder relacionar mediciones a escala atómica en el laboratorio con un tipo de estrella recientemente descubierta».
La investigación titulada “Elemento a escala atómica y estudio isotópico de 25Polvo estelar rico en magnesio procedente de una supernova que quema hidrógeno » fue publicado en el Revista de astrofísica.
Referencia: “Elemento a escala atómica y estudio isotópico de 25Mg-rich Stardust from an H-burning Supernova” por ND Nevill, PA Bland, DW Saxey, WDA Rickard, P. Guagliardo, NE Timms, LV Forman, L. Daly y SM Reddy, 28 de marzo de 2024, La revista de astrofísica.
DOI: 10.3847/1538-4357/ad2996
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