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Las simulaciones de supercomputadoras explican un chorro de agujero negro enormemente poderoso: confirma la teoría general de la relatividad de Einstein

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Agujero negro cupermasivo con un chorro de rayos X. Crédito: NASA / CXC / M.Weiss

Confirmación adicional de la teoría de la relatividad general de Einstein.

La galaxia Messier 87 (M87) se encuentra a 55 millones de años luz de la Tierra en la constelación de Virgo. Es una galaxia gigante con 12.000 cúmulos globulares, lo que hace que la vía LácteaLos 200 cúmulos globulares de s parecen modestos en comparación. A agujero negro de seis mil quinientos millones de masas solares se aloja en el centro de M87. Es el primer agujero negro para el que existe una imagen, creado en 2019 por la colaboración de investigación internacional Event Horizon Telescope.

Este agujero negro (M87 *) dispara un chorro de plasma a una velocidad cercana a la de la luz, un chorro llamado relativista, en la escala de 6000 años luz. La enorme energía requerida para impulsar este chorro probablemente proviene de la atracción gravitacional del agujero negro, pero aún no se comprende completamente cómo ocurre un chorro como este y qué lo mantiene estable a lo largo de la enorme distancia.

Modelo teórico del chorro relativista M87 y observaciones astronómicas

El modelo teórico (teoría) y las observaciones astronómicas (observación) del lugar de lanzamiento del chorro relativista de M87 se corresponden muy bien. Crédito: Alejandro Cruz-Osorio

El agujero negro M87 * atrae materia giratoria en un disco en órbitas cada vez más pequeñas hasta que es tragado por el agujero negro. El avión se lanza desde el centro del disco de acreción que rodea a M87, y los físicos teóricos de la Universidad Goethe, junto con científicos de Europa, Estados Unidos y China, han modelado esta región en detalle.

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Utilizaron simulaciones de supercomputadoras tridimensionales muy sofisticadas que utilizan la asombrosa cantidad de un millón de horas de CPU por simulación y tuvieron que resolver simultáneamente las ecuaciones de relatividad general de Albert Einstein, las ecuaciones de electromagnetismo de James Maxwell y las ecuaciones de dinámica de fluidos de Leonhard Euler.

Chorro relativista de líneas de campo magnético de agujero negro M87

A lo largo de las líneas del campo magnético, las partículas se aceleran de manera tan eficiente que forman un chorro a escalas de 6000 años luz en el caso de M87. Crédito: Alejandro Cruz-Osorio

El resultado fue un modelo en el que los valores calculados para temperaturas, densidades de materiales y campos magnéticos se corresponden notablemente bien con lo que se deduce de las observaciones astronómicas. Sobre esta base, los científicos pudieron seguir el complejo movimiento de los fotones en el espacio-tiempo curvo de la región más interna del chorro y traducirlo en imágenes de radio. Luego pudieron comparar estas imágenes modeladas por computadora con observaciones realizadas utilizando numerosos radiotelescopios y satélites durante las últimas tres décadas.

El Dr. Alejandro Cruz-Osorio, autor principal del estudio, comenta: “Nuestro modelo teórico de la emisión electromagnética y la morfología del chorro de M87 se corresponde sorprendentemente bien con las observaciones en los espectros de radio, óptica e infrarrojos. Esto nos dice que el agujero negro supermasivo M87 * probablemente esté girando con fuerza y ​​que el plasma está fuertemente magnetizado en el chorro, acelerando las partículas a escalas de miles de años luz.

El profesor Luciano Rezzolla, del Instituto de Física Teórica de la Universidad Goethe de Frankfurt, comenta: “El hecho de que las imágenes que hemos calculado estén tan cerca de las observaciones astronómicas es otra confirmación importante de que la teoría de la relatividad general de Einstein es la más precisa y natural explicación de la existencia de agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias. Si bien todavía hay espacio para explicaciones alternativas, los resultados de nuestro estudio hicieron que esta sala fuera mucho más pequeña.

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Referencia: “Modelado energético y morfológico de última generación del sitio de lanzamiento del jet M87” por Alejandro Cruz-Osorio, Christian M. Fromm, Yosuke Mizuno, Antonios Nathanail, Ziri Younsi, Oliver Porth, Jordy Davelaar, Heino Falcke, Michael Kramer y Luciano Rezzolla, 4 de noviembre de 2021, Astronomía de la naturaleza.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01506-w

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Una animación impresionante muestra decenas de asteroides golpeando la luna y explotando como fuegos artificiales.

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La luna es bombardeada constantemente por asteroides y casi todos los impactos no son vistos por nosotros en la Tierra, pero una animación increíble nos da un lugar destacado sobre cómo podrían verse estos eventos cósmicos.

Un video compartido por Hazegrayart, un canal de YouTube que anima cómo funcionan los cohetes, muestra cómo se vería la superficie lunar golpeada por rocas espaciales, ya que capturarlos con telescopios es algo poco común.

Pequeñas luces parpadean a través de la superficie de la luna en la animación de tres minutos, que muestra asteroides chocando contra su superficie, y una mirada más cercana muestra una vista impresionante después del impacto de la roca espacial: la colisión como una explosión de fuegos artificiales.

Más de 6.100 libras de meteoros golpean la luna por día, lo que equivale aproximadamente a 100.000 rocas individuales, pero la mayoría de los objetos tienen el tamaño de una mota de polvo.

Sin embargo, si la luna no hubiera bloqueado las rocas espaciales, la Tierra preferiría verse afectada, y la vida, sabíamos que podría no haber existido.

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La luna es bombardeada constantemente por asteroides que no vemos en la Tierra, pero una animación increíble nos pone al frente y al centro de cómo podrían ser estos eventos cósmicos. El video compartido por Hazegrayart, un canal de YouTube, muestra cómo se vería la superficie lunar golpeada por rocas espaciales, ya que capturarlas con telescopios es un evento raro.

La luna está a unas 240.000 millas de la Tierra, donde nos ilumina por la noche, crea mareas altas y bajas y proporciona a los animales una herramienta natural para la migración y la navegación.

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Y tiene unos 4.530 millones de años, mientras que la Tierra tiene unos 4.540 millones de años.

Si bien los científicos no están seguros exactamente de cómo se formó la luna, la teoría actual sugiere que se creó en una colisión entre la Tierra y un planeta más pequeño, del tamaño de Marte.

Pero actúa como una barrera natural para nosotros contra las rocas espaciales.

Pequeñas luces parpadean a través de la superficie de la luna en la animación de tres minutos, que muestra asteroides chocando contra su superficie, y una mirada más cercana muestra un espectáculo deslumbrante después del impacto de la roca espacial: la colisión como una explosión de fuegos artificiales.

Pequeñas luces parpadean a través de la superficie de la luna en la animación de tres minutos, que muestra asteroides chocando contra su superficie, y una mirada más cercana muestra un espectáculo deslumbrante después del impacto de la roca espacial: la colisión como una explosión de fuegos artificiales.

Más de 6,100 libras de meteoros golpean la luna por día, o alrededor de 100,000 cada día, pero la mayoría son del tamaño de una mota de polvo.  Sin embargo, si la Luna no hubiera sufrido la peor parte de las colisiones, la Tierra sería golpeada en su lugar, y se sabía que la vida podría no haber existido.

Más de 6,100 libras de meteoros golpean la luna por día, o alrededor de 100,000 cada día, pero la mayoría son del tamaño de una mota de polvo. Sin embargo, si la Luna no hubiera sufrido la peor parte de las colisiones, la Tierra sería golpeada en su lugar, y se sabía que la vida podría no haber existido.

La Unión Astronómica Internacional reconoce actualmente 9.137 cráteres en la superficie de la Luna, de los cuales 1.675 han sido fechados.

Los asteroides más lentos viajan a 45.000 millas por hora, mientras que los más rápidos superan las 160.000 mph.

A tales velocidades, incluso los más pequeños tienen una energía increíble: uno con una masa de solo 10 libras puede cavar un cráter de más de 30 pies de diámetro, arrojando 165,000 libras de suelo lunar y roca en trayectorias balísticas a tales velocidades por encima de la superficie lunar.

Y, a veces, los científicos pueden captar las pantallas cósmicas.

La Unión Astronómica Internacional reconoce actualmente 9.137 cráteres en la superficie de la Luna, de los cuales 1.675 han sido fechados.  Los asteroides más lentos viajan a 45,000 millas por hora, mientras que el más rápido a más de 160,000 mph

La Unión Astronómica Internacional reconoce actualmente 9.137 cráteres en la superficie de la Luna, de los cuales 1.675 han sido fechados. Los asteroides más lentos viajan a 45,000 millas por hora, mientras que el más rápido a más de 160,000 mph

En 2013, la NASA anunció que un telescopio capturó el momento en que un meteorito de 88 libras golpeó la luna.

Fue uno de los más grandes que ha visto la agencia espacial estadounidense desde que comenzó a observar impactos en la superficie lunar hace ocho años.

«Explotó en un destello casi 10 veces más brillante que cualquier otra cosa que hayamos visto antes», dijo Bill Cooke, de la Oficina de Medio Ambiente de Meteoroides de la NASA en el Centro Marshall de Vuelos Espaciales en Huntsville, Alabama, en un comunicado.

El destello era tan brillante que cualquiera que mirara la luna en el momento del impacto podría haberlo visto sin un telescopio, dijo la NASA.

Un estudio publicado este mes sugiere que un misterioso asteroide cercano a la Tierra del tamaño de una noria puede ser en realidad un fragmento antiguo de nuestra luna.  Se sabe poco sobre Kamo'oalewa, pero el análisis de la luz reflejada por la roca espacial de 190 pies sugiere que está hecha del mismo material que los minerales de las rocas lunares de las misiones Apolo de la NASA.

Un estudio publicado este mes sugiere que un misterioso asteroide cercano a la Tierra del tamaño de una noria puede ser en realidad un fragmento antiguo de nuestra luna. Se sabe poco sobre Kamo’oalewa, pero el análisis de la luz reflejada por la roca espacial de 190 pies sugiere que está hecha del mismo material que los minerales de las rocas lunares de las misiones Apolo de la NASA.

Un estudio publicado este mes sugiere que un misterioso asteroide cercano a la Tierra del tamaño de una noria puede ser en realidad un fragmento antiguo de nuestra luna.

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Se sabe poco sobre Kamo’oalewa, que fue descubierto hace solo cinco años, pero el análisis de la luz reflejada por la roca espacial de 190 pies sugiere que está hecha del mismo material que los minerales de las rocas lunares de las misiones Apolo de la NASA.

El objeto es uno de los pocos satélites cercanos conocidos, una subcategoría de asteroides cercanos a la Tierra que orbitan alrededor del Sol pero que permanecen relativamente cerca de la Tierra.

Explicado: la diferencia entre un asteroide, un meteorito y otras rocas espaciales

a asteroide es un gran trozo de roca que quedó de las colisiones o del sistema solar temprano. La mayoría se encuentra entre Marte y Júpiter en el cinturón principal.

A cometa es una roca cubierta de hielo, metano y otros compuestos. Sus órbitas los alejan mucho más del sistema solar.

A meteorito es lo que los astrónomos llaman un destello de luz en la atmósfera cuando los escombros se queman.

Estos escombros en sí mismos se conocen como meteoroide. La mayoría son tan pequeños que se vaporizan en la atmósfera.

Si alguno de estos meteoritos aterriza en la Tierra, se llama meteorito.

Los meteoritos, meteoritos y meteoritos normalmente se originan a partir de asteroides y cometas.

Por ejemplo, si la Tierra pasa por la cola de un cometa, muchos de los escombros se queman en la atmósfera y forman una lluvia de meteoritos.

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Cálculo fotónico en una dimensión temporal sintética

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Un diseño de computadora cuántica relativamente simple que usa un solo átomo para manipular fotones podría construirse con los componentes disponibles actualmente.

Ahora, los investigadores de la Universidad de Stanford han ideado un diseño más simple para computadoras cuánticas fotónicas que utilizan componentes fácilmente disponibles, según un artículo publicado el 29 de noviembre de 2021 en ÓPTICO. Su diseño propuesto utiliza un láser para manipular un solo átomo que, a su vez, puede alterar el estado de los fotones a través de un fenómeno llamado «teletransportación cuántica». El átomo se puede restablecer y reutilizar para muchas puertas cuánticas, eliminando la necesidad de construir múltiples puertas físicas separadas, reduciendo en gran medida la complejidad de construir una computadora cuántica.

“Normalmente, si quisieras construir este tipo de computadora cuántica, potencialmente tendrías que tomar miles de emisores cuánticos, hacerlos perfectamente indistinguibles y luego encajarlos en un circuito fotónico gigante”, dijo el estudiante de doctorado Ben Bartlett. en física aplicada y autor principal del artículo. “Si bien con este diseño, solo necesitamos un puñado de componentes relativamente simples, y el tamaño de la máquina no aumenta con el tamaño del programa cuántico que desea ejecutar. «

Este diseño notablemente simple solo requiere unos pocos equipos: un cable de fibra óptica, un divisor de haz, un par de interruptores ópticos y una cavidad óptica.


Una animación de la computadora cuántica fotónica propuesta por los investigadores. A la izquierda está el anillo de almacenamiento, que contiene varios fotones que se propagan hacia atrás. A la derecha está la unidad de dispersión, que se utiliza para manipular qubits de fotones. Las esferas en la parte superior, llamadas «esferas de Bloch», representan el estado matemático del átomo y uno de los fotones. Debido a que el átomo y el fotón están entrelazados, la manipulación del átomo también afecta el estado del fotón. Crédito: Ben Bartlett

Afortunadamente, estos componentes ya existen e incluso están disponibles comercialmente. También se están perfeccionando continuamente, ya que actualmente se utilizan en aplicaciones distintas de computación cuántica. Por ejemplo, las empresas de telecomunicaciones se han esforzado durante años para mejorar los cables de fibra óptica y los conmutadores ópticos.

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“Lo que estamos proponiendo aquí se basa en los esfuerzos y las inversiones que la gente ha hecho para mejorar estos componentes”, dijo Shanhui Fan, profesor Joseph y Hon Mai Goodman de la Escuela de Ingeniería y autor principal del artículo. «Estos no son componentes nuevos específicamente para la computación cuántica».

Un diseño original

El diseño de los científicos consta de dos secciones principales: un anillo de almacenamiento y una unidad de dispersión. El anillo de almacenamiento, que funciona de manera similar a la memoria ordinaria de una computadora, es un bucle de fibra óptica que contiene varios fotones que viajan alrededor del anillo. De manera análoga a los bits que almacenan información en una computadora convencional, en este sistema, cada fotón representa un bit cuántico o «qubit». La dirección del movimiento del fotón alrededor del anillo de almacenamiento determina el valor del qubit, que, como un bit, puede ser 0 o 1. Además, dado que los fotones pueden existir simultáneamente en dos estados a la vez, un fotón individual puede fluir. en ambas direcciones al mismo tiempo. , que representa un valor que es una combinación de 0 y 1 al mismo tiempo.

Fan de Bartlett y Shanhui

Ben Bartlett, un estudiante graduado de Stanford, y Shanhui Fan, profesor de ingeniería eléctrica, propusieron un diseño más simple para computadoras cuánticas fotónicas utilizando componentes fácilmente disponibles. Crédito: Cortesía de Ben Bartlett / Rod Seacey

Los investigadores pueden manipular un fotón dirigiéndolo desde el anillo de almacenamiento a la unidad de dispersión, donde viaja a una cavidad que contiene un solo átomo. El fotón luego interactúa con el átomo, lo que hace que los dos se entrelacen, un fenómeno cuántico por el cual dos partículas pueden influirse entre sí incluso a grandes distancias. Luego, el fotón regresa al anillo de almacenamiento y un láser cambia el estado del átomo. Debido a que el átomo y el fotón están entrelazados, la manipulación del átomo también influye en el estado de su fotón emparejado.

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«Al medir el estado del átomo, puede teletransportar las operaciones de fotones», dijo Bartlett. «Así que solo necesitamos un qubit atómico controlable y podemos usarlo como un proxy para manipular indirectamente todos los demás qubits de fotones».

Debido a que cualquier puerta lógica cuántica se puede compilar en una secuencia de operaciones realizadas en el átomo, puede, en principio, ejecutar cualquier programa cuántico de cualquier tamaño utilizando un solo qubit atómico controlable. Para ejecutar un programa, el código se traduce en una secuencia de operaciones que dirigen fotones a la unidad de dispersión y manipulan el qubit atómico. Debido a que puede controlar la forma en que interactúan el átomo y los fotones, el mismo dispositivo puede realizar muchos programas cuánticos diferentes.

“Para muchas computadoras cuánticas fotónicas, las puertas son estructuras físicas por las que pasan los fotones, por lo que si desea cambiar el programa actual, eso a menudo implica reconfigurar físicamente el hardware”, dijo Bartlett. “Mientras que en este caso no necesita cambiar el hardware, solo necesita darle a la máquina un conjunto diferente de instrucciones. «

Referencia: «Computación cuántica fotónica determinista en una dimensión de tiempo sintética» por Ben Bartlett, Avik Dutt y Shanhui Fan, 29 de noviembre de 2021, ÓPTICO.
DOI: 10.1364 / OPTICA.424258

El investigador postdoctoral de Stanford, Avik Dutt, también es coautor de este artículo. Fan es profesor de ingeniería eléctrica, miembro de Stanford Bio-X y afiliado al Precourt Institute for Energy.

Esta investigación fue financiada por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos y la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos.

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Un asteroide «preocupante» entrará en órbita terrestre en una semana: NASA

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La NASA ha advertido que un asteroide gigante más grande que la Torre Eiffel entrará en órbita terrestre en poco más de una semana.

La enorme roca espacial de 1.082 pies se dirige hacia nosotros y se espera que nos alcance el 11 de diciembre.

La NASA tiene el ojo puesto en el asteroide 4660 Nereus, ya que tiene más de 492 pies de largo y estará ubicado a 4.6 millones de millas de la Tierra.

Esto lo coloca en la categoría de «potencialmente peligroso».

No hay necesidad de entrar en pánico, ya que no se espera que el asteroide Nereus impacte la Tierra.

Si todo va bien, debería sobrepasar nuestro planeta a 14,700 millas por hora.

La NASA espera que la roca espacial se mantenga a 2,4 millones de kilómetros de nosotros.

Esto es aproximadamente 10 veces la distancia entre la Tierra y la Luna.

Puede parecer bastante distante, pero en realidad está cerca de los asteroides cercanos a la Tierra.

La NASA considera cualquier cosa que pase a menos de 120 millones de kilómetros de la Tierra como un objeto cercano a la Tierra (NEO).

Los científicos están rastreando miles de NEOs para ver si están en curso de colisión con nuestro planeta.

La NASA tiene una imagen completa que actualiza constantemente.

La NASA estima que el asteroide estará a unos 2,4 millones de kilómetros de la Tierra.
Getty Images / iStockphoto

Cualquier objeto espacial que se mueva rápidamente que se encuentre dentro de 4.65 millones de millas es considerado «potencialmente peligroso» por las organizaciones espaciales cautelosas.

Un pequeño cambio en sus trayectorias podría significar un desastre para la Tierra.

El asteroide Nereus fue descubierto por primera vez en 1982 por la astrónoma Eleanor Helin.

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Pasa por la Tierra con bastante frecuencia, por lo que la NASA y la Agencia Espacial Japonesa (JAXA) ya han considerado «desviarlo» de su trayectoria con la nave espacial Hayabusa.

En cambio, las agencias espaciales decidieron apuntar al asteroide 25143 Itokawa como parte de su prueba de redireccionamiento de doble asteroide.

En otras noticias, la NASA tiene la intención de poner un planta nuclear en la Luna durante esta década.

Se advierte a los usuarios de Android que actualicen sus configuración de privacidad del teléfono después de una nueva actualización, sus dispositivos podrían volverse vulnerables.

Y los científicos están utilizando los vientos de Marte para obtener la primera imagen completa de cómo se formó hace tres mil millones de años.

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