Los científicos que monitorean el iceberg antártico gigante A68A desde el espacio revelan que se liberó una gran cantidad de agua dulce cuando se derritió alrededor de la isla subantártica de Georgia del Sur.

Según un nuevo estudio.

En julio de 2017, el iceberg A68A se separó de la plataforma de hielo Larsen-C en la Península Antártica y comenzó su épico viaje de 3,5 años y 4000 km a través del Océano Antártico. Con 5.719 kilómetros cuadrados, una cuarta parte del tamaño de Gales, era el iceberg más grande de la Tierra cuando se formó y el sexto más grande registrado. Alrededor de la Navidad de 2020, el iceberg recibió mucha atención cuando se desplazó siniestramente cerca de Georgia del Sur, lo que generó temores de que pudiera dañar el frágil ecosistema de la isla.

Investigadores del Centro de Observaciones y Modelado Polar (CPOM) y el British Antarctic Survey (BAS) utilizaron mediciones satelitales para mapear el área y el grosor del iceberg A68A a lo largo de su ciclo de vida. Los autores muestran que el iceberg se había derretido lo suficiente durante su deriva para evitar dañar el lecho marino alrededor de Georgia del Sur al encallar. Sin embargo, un efecto secundario del derretimiento fue la liberación de una colosal cantidad de 152 mil millones de toneladas de agua dulce cerca de la isla, una perturbación que podría tener un profundo impacto en el hábitat marino de la isla.

Iceberg A68A en aproximación a la isla Georgia del Sur (14 de diciembre de 2020). La parte izquierda de la imagen son nubes. Crédito: NASA Worldview Snapshots imagen MODIS

Durante los dos primeros años de su vida, el A68A permaneció cerca de la Antártida en las frías aguas del Mar de Weddell y experimentó poco derretimiento. Sin embargo, una vez que inició su viaje hacia el norte a través del Pasaje de Drake, pasó por aguas cada vez más cálidas y comenzó a derretirse. En total, el iceberg se adelgazó 67 metros desde su espesor original de 235 m, y la tasa de fusión aumentó considerablemente a medida que el iceberg se desplazaba en el Mar de Scotia alrededor de Georgia del Sur.

Laura Gerrish, especialista en GIS y mapeo en BAS y coautora del estudio, dijo:

«A68 ​​​​fue un iceberg absolutamente fascinante para seguir desde su inicio hasta su final. Las mediciones frecuentes nos permitieron seguir cada movimiento y ruptura del iceberg a medida que avanzaba lentamente hacia el norte a través del callejón de icebergs y hacia el mar de Scotia, donde luego recogió aceleró y estuvo muy cerca de la isla Georgia del Sur.

Adelgazamiento y ruptura del iceberg A68A a lo largo del tiempo. Las tasas de fusión aumentan considerablemente una vez que el iceberg se desplaza hacia el mar abierto al norte de la península antártica. El grosor del iceberg se derivó de los datos de altimetría satelital de Cryosat-2 e ICESat-2. La forma y el tamaño de los icebergs provienen de los datos de los satélites Sentinel-1, Sentinel-3 y MODIS. Crédito: Anne Braakmann-Folgmann CPOM

Si la quilla de un iceberg es demasiado profunda, puede atascarse en el fondo del mar, lo que puede ser perturbador de varias maneras diferentes; las marcas de socavación pueden destruir la vida silvestre, y el propio iceberg puede bloquear las corrientes oceánicas y las rutas de alimentación de los depredadores. Todos estos resultados potenciales se temían cuando A68A se acercó a Georgia del Sur. Sin embargo, este nuevo estudio revela que solo chocó brevemente con el lecho marino y se rompió poco después, lo que reduce el riesgo de quedarse atascado. Cuando llegó a las aguas poco profundas alrededor de Georgia del Sur, la quilla del iceberg se había reducido a 141 metros por debajo de la superficie del océano, lo suficientemente poco profundo como para evitar el lecho marino por unos 150 metros de profundidad.

Sin embargo, el ecosistema y la vida silvestre alrededor de Georgia del Sur ciertamente habrán sentido el impacto de la visita del colosal iceberg. Cuando los icebergs se desprenden de las plataformas de hielo, se desplazan con las corrientes oceánicas y el viento mientras liberan agua de deshielo fría y fresca y nutrientes a medida que se derriten. Este proceso influye en la circulación oceánica local y promueve la producción biológica alrededor del iceberg. En su apogeo, el iceberg se estaba derritiendo a un ritmo de 7 metros por mes y liberando un total de 152 mil millones de toneladas de agua dulce y nutrientes.

Anne Braakmann-Folgmann, investigadora del CPOM y candidata a doctorado en la Escuela de la Tierra y el Medio Ambiente de la Universidad de Leeds, es la autora principal del estudio. Ella dijo:

«Esta es una gran cantidad de agua de deshielo, y lo siguiente que queremos saber es si tuvo un impacto positivo o negativo en el ecosistema alrededor de Georgia del Sur.

«Debido a que el A68A tomó una ruta común a través del Pasaje de Drake, esperamos aprender más sobre los icebergs que toman una trayectoria similar y cómo influyen en los océanos polares».

El viaje de A68A se cartografió utilizando observaciones de 5 satélites diferentes. El cambio de área del iceberg se registró utilizando una combinación de imágenes Sentinel-1, Sentinel-3 y MODIS. Mientras tanto, el cambio en el grosor del iceberg se midió utilizando la altimetría CryoSat-2 e ICESat-2. Al combinar estas medidas, se determinaron el área, el grosor y el cambio de volumen del iceberg.

Tommaso Parrinello, Gerente de Misión CryoSat en la Agencia Espacial Europea, dijo:

“Nuestra capacidad para estudiar cada movimiento del iceberg con tanto detalle se debe a los avances en las técnicas satelitales y al uso de una variedad de medidas. Los satélites de imágenes registran la ubicación y la forma del iceberg y los datos de las misiones de altimetría agregan una tercera dimensión, ya que miden la altura de las superficies debajo de los satélites y, por lo tanto, pueden observar cómo se derrite un iceberg.

Referencia: “Observando la desintegración del iceberg A68A desde el espacio” por A. Braakmann-Folgmann, A. Shepherd, L. Gerrish, J. Izzard y A. Ridout, 10 de enero de 2022, Teledetección ambiental.
DOI: 10.1016/j.rse.2021.112855

Han pasado más de cien años desde que Einstein formalizó su teoría de la Relatividad General (GR), la teoría geométrica de la gravitación que revolucionó nuestra comprensión del Universo. Y, sin embargo, los astrónomos todavía lo están sometiendo a pruebas rigurosas, con la esperanza de encontrar desviaciones de esta teoría establecida. La razón es simple: cualquier indicio de física más allá de GR abriría nuevas ventanas al Universo y ayudaría a resolver algunos de los misterios más profundos del cosmos.

Una de las pruebas más rigurosas jamás realizadas fue realizada recientemente por un equipo internacional de astrónomos dirigido por Michael Kramer del Instituto Max Planck de Radioastronomía (MPIfR) en Bonn, Alemania. Usando siete radiotelescopios en todo el mundo, Kramer y sus colegas observaron un par único de púlsares durante 16 años. En el proceso, observaron por primera vez los efectos predichos por GR, y con un precisión al menos el 99,99%!

Además de los investigadores de MPIfR, a Kramer y sus asociados se unieron investigadores de instituciones de diez países diferentes, incluido el Jodrell Bank Center for Astrophysics (Reino Unido), el ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (Australia), el Perimeter Institute of Theoretical Physics (Canadá), el Observatorio de París (Francia), el Osservatorio Astronomico di Cagliari (Italia), el Observatorio de Radioastronomía de Sudáfrica (SARAO), el Instituto de Radioastronomía de los Países Bajos (ASTRON) y el Observatorio de Arecibo.

Los púlsares son estrellas de neutrones que giran rápidamente y emiten haces estrechos y anchos de ondas de radio. Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA

Los «radio púlsares» son una clase especial de estrellas de neutrones fuertemente magnetizadas y de rotación rápida. Estos objetos súper densos emiten poderosos rayos de radio desde sus polos que (cuando se combinan con su rápida rotación) crean un efecto estroboscópico que se asemeja a una baliza. Los astrónomos están fascinados con los púlsares porque brindan una gran cantidad de información sobre la física que rige los objetos ultracompactos, los campos magnéticos, el medio interestelar (ISM), la física planetaria e incluso la cosmología.

Además, las fuerzas gravitatorias extremas involucradas permiten a los astrónomos probar las predicciones hechas por teorías gravitacionales como GR y Dinámica newtoniana modificada (MOND) en algunas de las condiciones más extremas imaginables. A los efectos de su estudio, Kramer y su equipo examinaron PSR J0737-3039 A/B, el sistema «Double Pulsar» ubicado a 2400 años luz de la Tierra en el constelación de cachorros.

Este sistema es la única radio púlsar binario jamás observado y fue descubierto en 2003 por miembros del equipo de investigación. Los dos púlsares que componen este sistema giran rápidamente, 44 veces por segundo (A), una vez cada 2,8 segundos (B), y se orbitan entre sí con un período de solo 147 minutos. Si bien son aproximadamente un 30% más masivos que el Sol, solo tienen unos 24 km (15 millas) de diámetro. De ahí su extrema atracción gravitatoria y sus intensos campos magnéticos.

Además de estas propiedades, el rápido período orbital de este sistema lo convierte en un laboratorio casi perfecto para probar las teorías de la gravedad. Como declaró el profesor Kramer en un reciente comunicado de prensa de MPIfR:

“Hemos estudiado un sistema de estrellas compactas que es un laboratorio inigualable para probar teorías de la gravedad en presencia de campos gravitatorios muy fuertes. Para nuestro deleite, pudimos probar una piedra angular de la teoría de Einstein, la energía transportada por ondas gravitacionales, con una precisión 25 veces superior a la del púlsar Hulse-Taylor, ganador del Premio Nobel, y 1000 veces superior a la que es posible actualmente con los detectores de ondas gravitacionales.

Impresión artística de la trayectoria de la estrella S2 pasando muy cerca de Sagitario A*, lo que también permite a los astrónomos probar las predicciones realizadas por la Relatividad General en condiciones extremas. Crédito: ESO/M. Kornmesser

Se utilizaron siete radiotelescopios para la campaña de observación de 16 años, incluido el Radiotelescopio Parkes (Australia), el Telescopio Green Bank (EE. UU.), el Radiotelescopio Nançay (Francia), el Telescopio Effelsberg de 100 m (Alemania), el Radiotelescopio Lovell (Reino Unido), el radiotelescopio de síntesis de Westerbork (Países Bajos) y el Very Long Baseline Array (EE. UU.).

Estos observatorios cubrieron diferentes partes del espectro de radio, desde 334 MHz y 700 MHz hasta 1300 – 1700 MHz, 1484 MHz y 2520 MHz. Al hacerlo, pudieron ver cómo los fotones provenientes de este púlsar binario se vieron afectados por su fuerte atracción gravitatoria. Como explicó la coautora del estudio, la profesora Ingrid Stairs de la Universidad de Columbia Británica (UBC) en Vancouver:

“Seguimos la propagación de los fotones de radio emitidos por una baliza cósmica, un púlsar, y seguimos su movimiento en el fuerte campo gravitatorio de un púlsar compañero. Vemos por primera vez cómo la luz no solo se retrasa debido a una fuerte curvatura del espacio-tiempo alrededor del compañero, sino que también la luz se desvía en un pequeño ángulo de 0,04 grados que podemos detectar. Nunca antes se había realizado un experimento de este tipo en una curvatura de espacio-tiempo tan alta.

Como agregó el coautor, el profesor Dick Manchester de la Organización de Investigación Científica e Industrial de la Commonwealth (CSIRO) de Australia, el rápido movimiento orbital de objetos compactos como estos les permitió probar siete predicciones diferentes de GR. Estos incluyen ondas gravitacionales, propagación de la luz («retraso de Shapiro y curvatura de la luz), dilatación del tiempo, equivalencia masa-energía (E = mc²), y qué efecto tiene la radiación electromagnética en el movimiento orbital del púlsar.

El telescopio Robert C. Byrd Green Bank (GBT) en Virginia Occidental. Crédito: GBO/AUI/NSF

“¡Esta radiación corresponde a una pérdida de masa de 8 millones de toneladas por segundo! dijo. «Si bien eso parece mucho, es solo una pequeña fracción, 3 partes de un billón de billones (!) – de la masa del púlsar por segundo». Los investigadores también realizaron mediciones extremadamente precisas de los cambios en la orientación orbital de los púlsares, un efecto relativista que se observó por primera vez con la órbita de Mercurio y uno de los misterios que la teoría GR de Einstein ayudó a resolver.

Solo que aquí, el efecto fue 140 000 veces más fuerte, lo que hizo que el equipo se diera cuenta de que también tenían que considerar el impacto de la rotación del púlsar en el espacio-tiempo circundante, también conocido como. el efecto Lense-Thirring, o «marco de arrastre». Al igual que el Dr. Norbert Wex del MPIfR, otro autor principal del estudio, esto proporcionó otro avance:

«En nuestra experiencia, esto significa que tenemos que considerar la estructura interna de un púlsar como un estrella neutrón. Por lo tanto, nuestras mediciones nos permiten por primera vez utilizar el seguimiento de precisión de las rotaciones de estrellas de neutrones, una técnica que llamamos sincronización de púlsares para proporcionar restricciones sobre la extensión de una estrella de neutrones.

Otra lección valiosa de esta experiencia fue cómo el equipo combinó técnicas de observación complementarias para lograr mediciones de distancia de alta precisión. Estudios similares a menudo se han visto obstaculizados por estimaciones de distancia mal limitadas en el pasado. Al combinar la técnica de sincronización de púlsares con mediciones interferométricas cuidadosas (y los efectos de ISM), el equipo logró un resultado de alta resolución de 2400 años luz con un margen de error del 8%.

Representación artística de la fusión de dos estrellas de neutrones. Los haces estrechos representan el estallido de rayos gamma, mientras que la cuadrícula espacio-temporal ondulada indica las ondas gravitacionales isotrópicas que caracterizan la fusión. Crédito: NSF/LIGO/Universidad Estatal de Sonoma/A. simonnet

En última instancia, los resultados del equipo no solo coincidieron con GR, sino que también pudieron ver efectos que no se podían estudiar antes. Como lo expresó Paulo Freire, otro coautor del estudio (y también de MPIfR):

«Nuestros resultados son muy complementarios a otros estudios experimentales que prueban la gravedad en otras condiciones o ven diferentes efectos, como los detectores de ondas gravitacionales o el telescopio Event Horizon. También complementan otros experimentos de púlsares, como nuestro experimento de sincronización con el púlsar en un triple star system, que proporcionó una prueba independiente (y soberbia) de la universalidad de la caída libre.

“Hemos alcanzado un nivel de precisión sin precedentes”, concluyó el profesor Kramer. «Los experimentos futuros con telescopios aún más grandes pueden ir más allá y lo harán. Nuestro trabajo ha demostrado cómo se deben realizar tales experimentos y qué efectos sutiles deben tenerse en cuenta ahora. Y, tal vez, encontremos una desviación de la relatividad general».

El artículo que describe su investigación apareció recientemente en la revista Exploración física X,

Publicado originalmente en Universo hoy.

Para saber más sobre esta investigación:

Referencia: «Pruebas de gravedad de campo fuerte con el doble púlsar» por M. Kramer et al., 13 de diciembre de 2021, Exploración física X.
DOI: 10.1103 / PhysRevX.11.041050

Puede que sea cierto que ver es creer, pero a veces escuchar puede ser mejor.

Ejemplo: Dos hermanos en un laboratorio de la Universidad de Rice escucharon algo inusual mientras hacían grafeno. Finalmente, determinaron que el sonido en sí mismo podría proporcionarles información valiosa sobre el producto.

Los hermanos, John Li, ex alumno de Rice que ahora estudia en la Universidad de Stanford, y Victor Li, entonces estudiante de secundaria en Nueva York y ahora estudiante de primer año en el Instituto Tecnológico de Massachusetts, son coautores principales de un artículo que describe la análisis en tiempo real de la producción de grafeno inducido por láser (LIG) a través del sonido.

Los hermanos estaban trabajando en el laboratorio del químico James Tour de Rice cuando se les ocurrió su hipótesis y la presentaron en una reunión de grupo.

«El profesor Tour dijo: ‘Es interesante’ y nos dijo que lo siguiéramos como un proyecto potencial», recordó John Li.

Los resultados, que aparecen en Materiales funcionales avanzadosdescriben un esquema simple de procesamiento de señales acústicas que analiza LIG en tiempo real para determinar su forma y calidad.

LIG, presentado por el laboratorio Tour en 2014, crea capas de láminas de grafeno interconectadas calentando la parte superior de una lámina delgada de polímero a 2500 grados Celsius (4532 grados Fahrenheit), dejando solo átomos de carbono. Desde entonces, la técnica se ha aplicado para fabricar grafeno a partir de otras materias primas, incluso alimentos.

«Bajo diferentes condiciones, queremos decir diferentes sonidos porque están ocurriendo diferentes procesos”, dijo John. “Entonces, si escuchamos variaciones durante la síntesis, podríamos detectar la formación de diferentes materiales.

Dijo que el análisis de audio permite «capacidades de control de calidad muy superiores que son órdenes de magnitud más rápidas que la caracterización del grafeno inducido por láser mediante técnicas de microscopía.

«En el análisis de materiales, a menudo hay compensaciones entre el costo, la velocidad, la escalabilidad, la exactitud y la precisión, especialmente en términos de la cantidad de material que puede procesar de manera consistente», dijo John. «Lo que tenemos aquí nos permite hacer coincidir de manera eficiente el rendimiento de nuestras capacidades analíticas con la cantidad total de material que estamos tratando de sintetizar de manera sólida».

John invitó a su hermano menor a Houston, sabiendo que su experiencia sería una ventaja en el laboratorio. “Tenemos conjuntos de habilidades complementarias casi por diseño, donde evito especializarme en cosas que él conoce muy bien, y él evita áreas que conozco muy bien”, dijo. . “Así que somos un equipo muy sólido.

«Básicamente, hice la conexión de que los sonidos correctos coincidían con el producto correcto, y él hizo la conexión de que diferentes sonidos coincidían con diferentes productos», dijo. «Además, él es mucho más fuerte que yo en ciertas técnicas computacionales, mientras que yo soy ante todo un experimentador».

Un pequeño micrófono de $31 de Amazon pegado a la cabeza del láser y conectado a un teléfono celular dentro del gabinete del láser capta el audio para su análisis.

«Los hermanos convirtieron el patrón de sonido a través de un técnica matemática llamada transformada rápida de Fourier, para que puedan obtener datos numéricos de los datos de sonido”, dijo Tour sobre el producto.

John Li dijo que los sonidos emitidos «proporcionan información sobre la relajación de la entrada de energía cuando el láser golpea la muestra y es absorbida, transmitida, dispersada, reflejada o simplemente convertida en diferentes tipos de energía. Esto nos permite obtener información local sobre las propiedades». de la microestructura, morfología y características a nanoescala del grafeno».

Tour queda impresionado con su ingenio.

«Lo que estos hermanos han encontrado es asombroso», dijo. «Escuchan los sonidos de la síntesis mientras se ejecuta y, a partir de ahí, pueden determinar el tipo y la calidad del producto casi al instante. Este podría ser un enfoque importante durante la síntesis para guiar los parámetros de fabricación».

Dijo que el análisis de sonido podría contribuir a una serie de procesos de fabricación, incluido el calentamiento instantáneo Joule de su propio laboratorio, un método para fabricar grafeno y otros materiales a partir de desechos, así como la sinterización, ingeniería de fase, ingeniería de deformación, deposición de vapor químico, combustión, recocido, corte por láser, gasificación, destilación y más.

«Entre la experiencia experimental de John y el talento matemático de Victor, el equipo familiar es excelente», dijo Tour. «Mi mayor alegría es brindar un ambiente donde mentes jóvenes pueden crear y prosperar, y en este caso han demostrado una experiencia mucho más allá de sus años, con John solo 19 y Victor 17 en el momento de su descubrimiento».

Los coautores del artículo son los estudiantes graduados de Rice Jacob Beckham y Weiyin Chen, el investigador postdoctoral Bing Deng, el ex alumno Duy Luong y el investigador Carter Kittrell. Tour ocupa la Cátedra TT y WF Chao de Química, así como profesor de informática, ciencia de los materiales y nanoingeniería.