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Los investigadores miden la gravedad ejercida por un objeto de 90 miligramos

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Agrandar / La configuración experimental.

Tobias Westphal / Universidad de Viena

La gravedad puede parecer una de las fuerzas más familiares, pero en realidad es una de las que menos entendemos. Sabemos que nuestro modelo actual de gravedad es incompatible con la mecánica cuántica. También ignora los fenómenos que hemos llamado materia oscura y energía oscura. Desafortunadamente, estudiar la gravedad es extremadamente difícil porque es, con mucho, la más débil de las fuerzas. Para solucionar este problema de detección de ondas gravitacionales, tuvimos que construir dos enormes observatorios, lo suficientemente separados para que el ruido que afecta a uno no fuera captado por el otro.

Las ondas gravitacionales que hemos detectado provienen de objetos totalmente masivos como estrellas de neutrones y agujeros negros. Ahora, investigadores en Viena han anunciado avances en la detección de la fuerza gravitacional generada por objetos diminutos, en este caso, esferas de oro de solo dos milímetros de diámetro y que pesan menos de una décima de gramo. Su trabajo proporciona la primera medida de gravedad a estas escalas, y los investigadores están bastante seguros de que pueden ser más pequeñas.

Es tan alto

El trabajo en cuestión involucra un dispositivo bastante típico para este tipo de experiencia. Es una barra sólida con una bola dorada unida a cada extremo. La barra está suspendida en su punto central, lo que le permite girar libremente alrededor del plano horizontal. También hay un espejo colocado en su punto central, que se utiliza para reflejar un láser.

Si se acerca una masa a una de las bolas doradas, ejercerá una fuerza gravitacional que empujará la bola hacia ella. La rotación resultante hará que el espejo gire con él, cambiando el lugar donde termina reflejándose el láser. Esto crea una medida extremadamente sensible de la atracción gravitacional generada por la masa. O lo haría si el ruido ambiental no lo abrumara todo.

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El catálogo de fuentes de ruido que los autores deben tener en cuenta es impresionante. Para empezar, los investigadores estiman que la fuerza gravitacional que están tratando de medir también podría ser generada por una persona que camine a menos de 3 metros de la configuración experimental o por un tranvía de Viena que viaje a menos de 50 metros de ella. Finalmente, realizaron el experimento por la noche durante las vacaciones de invierno para reducir las fuentes extraviadas de interferencia gravitacional, lo que tuvo el efecto adicional de reducir el ruido sísmico local.

Todo el experimento se realizó dentro de una aspiradora, y encontraron pies de goma que se mantienen suaves en la aspiradora para amortiguar la estructura que mantiene suspendida la barra de metal.

Antes de evacuar el experimento, los investigadores inundaron el dispositivo con nitrógeno ionizado para eliminar cualquier carga parasitaria. Y, por si acaso, pusieron un escudo de Faraday entre las dos bolas doradas para bloquear cualquier atracción electrostática.

Si bien todo esto mantuvo el ruido del experimento extremadamente bajo, la señal de atracción entre dos esferas de oro de 90 miligramos también será extremadamente débil. Entonces, en lugar de simplemente medir la atracción, los investigadores movieron la esfera en un patrón regular, creando una atracción resonante continua. La frecuencia de esta resonancia se ha elegido cuidadosamente para que sea muy diferente de las resonancias naturales del péndulo formado por la barra.

Pequeñas fuerzas

El comportamiento de toda la instalación es monitoreado por una cámara de video que monitorea constantemente la posición de las dos esferas doradas. Durante el experimento, su separación varió de 2,5 milímetros a 5,8 milímetros. En general, los investigadores estiman que su sistema es capaz de acelerar tan solo 2 x 10-11 metros / segundo2, aunque se necesitaría alrededor de medio día de seguimiento para hacer esto.

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En general, la fuerza gravitacional aquí terminó siendo de alrededor de 9 x 10-14 Newtons. Los investigadores también utilizaron sus resultados para derivar la constante gravitacional. Aunque esto termina siendo un poco poco convencional (9%), permanece dentro de las incertidumbres de su medición experimental.

El resultado es un logro técnico impresionante. Pero los investigadores creen que 90 mg es en realidad el lado pesado de las cosas que podrían medirse de esta manera. Y, a medida que las cosas se vuelven más ligeras, hay algunas cosas dramáticamente extrañas que podrían potencialmente probarse.

Por ejemplo, como se mencionó anteriormente, nuestra teoría de la gravedad es incompatible con la mecánica cuántica. Pero hemos logrado que los sistemas cada vez más grandes se comporten como objetos cuánticos. Si obtenemos estas medidas suficientemente sensibles, entonces podría ser posible medir la atracción gravitacional de un objeto que se encuentra en una superposición cuántica entre dos ubicaciones. En otras palabras, no hay forma de saber dónde está exactamente, mientras que al mismo tiempo la fuerza gravitacional que ejerce depende de dónde se encuentre.

Otras pruebas potenciales incluyen algunas variaciones de la teoría de cuerdas, dinámica newtoniana modificada (MOND, un reemplazo hipotético e impopular de la materia oscura) y alguna explicación de la energía oscura. Pero todo esto dependerá totalmente de que esta configuración experimental opere bien en masas, mucho más pequeñas que la escala de miligramos. Entonces, como primer paso, será importante que los investigadores detrás de este trabajo demuestren que tienen al menos parte de la capacidad prometida para la reducción.

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Naturaleza, 2021. DOI: 10.1038 / s41586-021-03250-7 (Acerca de los DOI).

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Los seres humanos en América del Norte pueden haber existido mucho antes de lo que pensaban los científicos, según muestra una antigua investigación de fósiles

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Los científicos han descubierto nueva evidencia que muestra que los humanos en las Américas pueden haber existido miles de años antes de lo que se pensaba, según uno relación publicado el jueves en la revista académica Science.

“Este estudio ilustra el proceso de la ciencia: la nueva evidencia puede cambiar paradigmas de larga data”, dijo Allison Shipp, directora interina del Servicio Geológico de Estados Unidos, en un comunicado. declaración Hoy.

Antiguas huellas fosilizadas encontradas en el Parque Nacional White Sands en Nuevo México han mostrado evidencia que sugiere que los humanos vivieron en América del Norte durante el Último Máximo de Hielo, que se remonta aproximadamente a 21.000 a 23.000 años. Los científicos han cuestionado cuándo vivieron los primeros humanos en las Américas, y algunos encontraron evidencia de vida hace unos 15.000 años, según Revista Smithsonian.

Investigadores del Parque Nacional White Sands, el Servicio de Parques Nacionales, el Servicio Geológico de EE. UU., La Universidad de Arizona, la Universidad de Bournemouth y la Universidad de Cornell analizaron múltiples superficies de huellas encontradas enterradas entre capas de suelo de yeso en un lago seco en el parque, que tiene el campo más grande de dunas de yeso.

Vías humanas en TH4.

Ciencias


Los arqueólogos utilizaron la datación por radiocarbono, un método para determinar la edad del material orgánico, para analizar las semillas macroscópicas encontradas en los fósiles, según el estudio. Las impresiones se describieron como en “buena definición anatómica” con las huellas del talón y las almohadillas de los dedos visibles.

Los científicos realizaron investigaciones sobre fauna y material acuático en las áreas donde se encontraron los fósiles, lo que también permitió estimar las fechas. Los hallazgos también plantearon la teoría de que los primeros humanos practicaron inicialmente métodos sostenibles para lidiar con la megafauna, dijeron los científicos.

“A diferencia de los artefactos culturales, los huesos modificados u otros fósiles más convencionales, las huellas tienen un contexto de depósito primario y se adhieren a la superficie impresa”, dice el informe.

Los investigadores señalan que la fecha precisa de las primeras personas que llegaron y vivieron en el hemisferio occidental todavía es “incierta y controvertida”. “Lo que presentamos aquí es evidencia de un tiempo y lugar específicos donde los humanos estuvieron presentes en América del Norte”, dijo el informe.

Associated Press señaló que excavaciones anteriores en el Parque Nacional White Sands han descubierto rastros fosilizados dejados por un gato dientes de sable, un lobo terrible, un mamut colombiano y otros animales de la Edad del Hielo.

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Horoscopo

Nuevo telescopio de la NASA para escanear sistemas solares distantes en busca de signos de vida: NPR

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Un parasol de lente de cinco capas de alta tecnología ayuda al telescopio a mantenerse a una temperatura negativa de 370 grados Fahrenheit, por lo que puede detectar señales de calor de objetos lejanos.

Sistemas aeroespaciales de Northrop Grumman


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Sistemas aeroespaciales de Northrop Grumman

Un parasol de lente de cinco capas de alta tecnología ayuda al telescopio a mantenerse a una temperatura negativa de 370 grados Fahrenheit, por lo que puede detectar señales de calor de objetos lejanos.

Sistemas aeroespaciales de Northrop Grumman

En diciembre, la NASA lanzará el telescopio más poderoso nunca ponga en el espacio. El telescopio espacial James Webb podrá estudiar planetas fuera de nuestro sistema solar con un detalle sin precedentes – incluida la comprobación de si sus atmósferas dan alguna indicación de que un planeta es el hogar de la vida tal como la conocemos.

La búsqueda de vida más allá de la Tierra, por supuesto, no es fácil, y este telescopio no podrá ofrecer pruebas sólidas de que los extraterrestres estén allí. Pero algunos investigadores dicen que es posible que este telescopio pueda al menos encontrar pistas de vida en planetas del tamaño de la Tierra que hasta ahora han escapado al escrutinio.

Ambiciones cósmicas para un nuevo telescopio

Buscando señales de vida no era parte del original descripción del trabajo hace más de tres décadas, cuando se diseñó por primera vez el telescopio espacial James Webb, que lleva el nombre de un ex administrador de la NASA.

En ese momento, nadie había descubierto ninguno de los planetas que rodeaban estrellas distantes, y lo que los científicos querían principalmente era un telescopio. que podría capturar la luz de las primeras galaxias En el universo.

Sin embargo, construir este instrumento de $ 10 mil millones resultó ser tan complejo y lento, que mientras tanto ha surgido un campo completamente nuevo de la ciencia. Es el estudio de lo que se llama exoplanetas planetas más allá de nuestro sistema solar. La nueva generación de astrónomos que trabajan en este campo está ansiosa por aprovechar el poder de este telescopio.

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“Creo que las primeras discusiones sobre James Webb fueron en la década de 1990, cuando yo estaba en la escuela primaria”, dice Laura Kreidberg, astrónomo del Instituto Max Planck de Astronomía en Alemania que estudia los planetas más allá de nuestro sistema solar. Ella nota que el primer planeta de este tipo alrededor de una estrella similar al Sol fue encontrado en 1995.

Desde entonces, los científicos han detectado miles de planetas. “Ahora, 25 años después de que se descubrió el primer planeta alrededor de otra estrella, sabemos que casi todas las estrellas, en promedio, tienen al menos un planeta”, explica Kreidberg.

Un modelo de tamaño natural del inusual telescopio, que se muestra aquí en South by Southwest en Austin, se ha exhibido en todo el mundo para mostrarle al público cómo se verá en el espacio.

NASA / Chris Gunn


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NASA / Chris Gunn

El lanzamiento de James Webb transformará la capacidad de aprender sobre estos mundos distantes. Hasta ahora, ha sido difícil saber cómo se ven realmente los planetas distantes más allá de cierta información básica, como su masa y qué tan lejos están de la estrella que orbitan.

Esto se debe a que los científicos generalmente no ven los planetas en sí. En cambio, los investigadores detectan los planetas indirectamente. Por ejemplo, pueden medir cómo la gravedad de un planeta hace que una estrella parpadee, o ver cómo una estrella se oscurece porque un planeta pasó frente a ella y bloqueó parte de la estrella. luz.

A veces, ya es posible aprender un poco más sobre la atmósfera de un planeta utilizando un telescopio como el Hubble para analizar la luz de las estrellas que se filtra a través de esa atmósfera.

“Podemos hacer este análisis ahora mismo para los grandes planetas calientes, con mucho gas a través del cual brilla la luz”, dice. Lisa Kaltenegger, astrónomo de la Universidad de Cornell cuya investigación se centra en nuevos planetas alrededor de otras estrellas.

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“Pero para planetas pequeños como la Tierra con un poco de atmósfera, tenemos que captar más luz para hacer lo mismo”, dice.

Aquí es donde entra James Webb.

La impresión de este artista muestra la estrella TRAPPIST-1 con sus siete planetas del tamaño de la Tierra. El nuevo telescopio podrá sondear sus atmósferas, si tienen aire.

NASA / JPL-Caltech


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NASA / JPL-Caltech

En busca de “biofirmas” en mundos distantes

La enorme colección de luz del telescopio. espejo, que mide 21 pies de diámetro, capturará suficiente luz para permitir a los científicos analizar la composición química de la atmósfera de pequeños planetas rocosos como nunca antes lo habían hecho.

Esto es importante porque si alguno de estos planetas tiene vida como la conocemos, los científicos esperarían ver ciertas combinaciones reveladoras de diferentes gases que ellos llaman “biofirmas”, como el oxígeno y el metano.

“El telescopio espacial James Webb tiene la capacidad de medir estas firmas biológicas clave”, dijo Nikole lewis, otro astrónomo de la Universidad de Cornell que se centra en planetas más allá de nuestro sistema solar. “Está dentro del alcance del telescopio espacial James Webb para encontrar pistas de vida en planetas rocosos”.

Un intrigante sistema planetario que estudiará James Webb se encuentra a unos 40 años luz de distancia. Una estrella pequeña y fría, llamada TRAPPIST-1, que orbita siete planetas del tamaño de la Tierra, y tres de ellos orbitan en el zonificado donde las temperaturas deben ser lo suficientemente suaves para tener agua en forma líquida.

“Es el objetivo perfecto para el telescopio espacial James Webb”, dice Lewis.

James Webb debería poder revelar si alguno de estos planetas está realmente rodeado de aire, explica Lewis. “Y luego iremos desde allí – está bien, ¿de qué está hecho ese aire? ¿Y el aire es el mismo para los planetas cerca de la estrella o los planetas lejos de la estrella?”

¿Vida extraterrestre? No tan rapido

Lewis espera que si este telescopio encuentra posibles signos de vida en la atmósfera, los científicos discutirán ferozmente sobre lo que realmente significan los hallazgos, y el público podría terminar teniendo una idea equivocada.

“Tan cuidadosos como somos como científicos al tratar de presentar nuestros hallazgos, cuando las personas escuchan cosas como ‘zona habitable más agua’, inmediatamente asumen que hemos encontrado extraterrestres”, dice Lewis. “Vamos a tener que ser muy cuidadosos con esto”.

Tratar de descubrir combinaciones sutiles de gases que podrían significar vida en otros planetas es algo extremadamente difícil de hacer, especialmente para un telescopio que no fue diseñado con esta tarea en mente.

Es por eso que algunos astrónomos creen que es demasiado creer que James Webb podrá encontrar pistas de vida extraterrestre, si están allí.

El telescopio ciertamente debería poder ver qué gas domina una atmósfera, dice Kreidberg, “pero cuando empiezas a hablar de combinaciones de diferentes gases, especialmente aquellos con muy baja abundancia o características espectrales no muy fuertes, eso es un gran desafío”.

Todavía está muy emocionada por el lanzamiento de James Webb a finales de este año, debido a lo que se espera que revele este telescopio sobre los planetas fuera de nuestro sistema solar, grandes y pequeños. Al mismo tiempo, sin embargo, Kreidberg espera que pronto se construyan más telescopios espaciales, diseñados desde cero para buscar signos de vida en planetas similares a la Tierra.

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