AAAAIIINFORMACIÓN y ACTUALIDAD ASTRONÓMICAhttp://www.iaa.csic.es/revista.html JUNIO 2008, NÚMERO: 25

V I D A H U M A N A E N E L E S P A C I O

M O D E L O E S T Á N D A R D E P A R T Í C U L A S

INSTITUTO DE ASTROFÍSICA DE ANDALUCÍAConsejo Superior de Investigaciones CientíficasIAA-CSIC http://www.iaa.csic.es

CHARLAS DIVULGATIVAS PARA COLEGIOS EN EL IAA

El IAA organiza mensualmente charlas de divulgación astronómica paraestudiantes, a petición de los colegios interesados. Pueden obtener másinformación en la página Web del instituto o contactando con Emilio J.García (Tel.: 958 12 13 11; e-mail: garcia@iaa.es).

¿Te atreves a medir el radio de la Tierra?¿Te atreves a medir el radio de la Tierra?

Uno de los pprrooyyeeccttooss eemmbblleemmááttiiccooss del AIA-IYA2009pretende implicar al mayor número posible decolegios de todo el territorio nacional en un mismoreto: repetir la experiencia de Eratóstenes ydeterminar conjuntamente el radio de la Tierra.Poco a poco informarán en detalle sobre elproyecto, pero ya podemos echar un vistazo alos primeros documentos.

A N Á L I S I S A R M Ó N I C O

A G U J E R O S N E G R O S

REUNIONES Y CONGRESOS

http://www.iaa.es/congresos/

19TH ESCAMPIG, EUROPHYSICS CONFERENCE ON THE ATOMICAND MOLECULAR PHYSICS OF IONIZED GASESGRANADA, 15-19 JULIO.

COSMOLOGY ACROSS CULTURES, IMPACT OF THE STUDY OF THE UNIVERSE IN HUMAN THINKING.GRANADA, 8-12 SEPTIEMBRE.

R E C O M E N D A D O SWEB: AÑO INTERNACIONAL DE LA ASTRONOMÍA AIA-IYA

LA QUÍMICA DEL UNIVERSO

110000 hhoorraass ddee aassttrroonnoommííaa eenn ttooddoo eell ppllaanneettaa, incluyendo observaciones del cielo,webcasts, conexión de grandes observatorios alrededor del globo, etc.Uno de los objetivos principales de este evento mundial reside en que el mayor número

posible de personas descubra, a través de un telescopio, lo mismo que Galileoobservó: las cuatro lunas galileanas alrededor de Júpiter.

Una idea posible, aunque dificil de llevar a cabo, consiste en conectar esteevento mundial con una disminución controlada y segura de la iluminaciónde las ciudades en todo el planeta, que nos permita descubrir lamajestuosidad de un cielo cada vez más escondido tras la contaminaciónlumínica

El proyecto “100 horas de Astronomía” tendrá lugar desde el jueves, dos deabril, al domingo, cinco de abril de 2009. Esto incluye dos días lectivos, ideal

para estudiantes y profesores y un fin de semana, más adecuado para toda la familia.Además, la Luna estará en cuarto creciente, ideal para su observación al comienzo de lanoche durante todo el fin de semana.

proyectos pilares:

http://www.iaa.es/IYA09

100100HORAS HORAS DE DE ASTRONOMÍAASTRONOMÍA

A G E N D A

Director: Carlos Barceló. Jefa de ediciones: Silbia López de Lacalle. Comité editorial: Antxon Alberdi, Emilio J. García,Rafael Garrido, Javier Gorosabel, Rafael Morales, Olga Muñoz, Iván Agudo, Julio Rodríguez, Pablo Santos y MontserratVillar. Edición, diseño y maquetación: Silbia López de Lacalle. Imprime: ELOPRINT S.L.

Instituto de Astrofísica de Andalucíac/ Camino Bajo de Huétor 50 , 18008 Granada. Tlf: 958121311 Fax: 958814530. e-mail: revista@iaa.es

Depósito legal: GR-605/2000ISSN: 1576-5598

REPORTAJESLa química del Universo y el origen de la vida ...3Vida humana en el espacio ...7

HISTORIAS DE ASTRONOMÍA: Desmenuzando la materia ...10

Examen final al Modelo Estándar de Partículas ...12

CIENCIA: PILARES E INCERTIDUMBRESEvolución del análisis armónico...15

DECONSTRUCCIÓN Y otros ENSAYOSLas distintas escalas de un agujero negro ...16

ACTUALIDAD ...18

ENTRE BASTIDORES ...21

ACTIVIDADES IAA ...22

SUMARIO

Nebulosa oscura de la Cabeza del Caballo, dondetiene lugar la formación de moléculas complejas encondiciones de muy baja temperatura (-260 ºC) y debaja densidad (solo unas diez mil partículas porcentímetro cúbico). Fuente: Ryan Steinberg, AdamBlock, NOAO, AURA, NSF.

Esta revista se publica con la ayuda FCT-08-0130 del Programa Nacional deFomento de la Cultura Científica y Tecnológica 2008.Se permite la reproducción de cualquier texto o imagen contenidos en este ejemplar citando como fuente “IAA:Información y Actualidad Astronómica” y al autor o autores.

ENTENDER EL ORIGEN DE LAVIDA ES UNO DE LOS GRANDESRETOS que tenemos ante nosotros. Unade las preguntas clave es si la vida ha apa-recido solo en la Tierra como resultado deunas condiciones favorables o es un hechoconsustancial a las leyes físicas que rigennuestro Universo. En la actualidad notenemos la respuesta, e incluso aún hoyno conocemos cómo surgió la vida en laTierra. En este artículo nos adentraremosen los secretos, muchos de ellos todavíamuy bien guardados, de la evolución quí-mica del Universo que muestra cómo lasmoléculas fundamentales para la vida sepueden formar en las nubes molecularesinterestelares.

Factorías de elementospesados y de polvointerestelar Todo comenzó hace unos 14.000 millonesde años, con la gran explosión que dioorigen al Universo con las leyes físicasque lo rigen. Cuando el Universo teníaunos 300.000 años y unos 4.000 gradosde temperatura se produjo un hechoimportantísimo para la química: los núcle-os de hidrógeno, helio, litio y berilio cap-turaron los electrones y dieron lugar a losprimeros átomos.En esta época el Universo era química-mente demasiado pobre como para que sepudieran formar moléculas complejasrelacionadas con la vida. Sin embargo, amedida que el Universo siguió expandién-dose y enfriándose tuvo lugar un fenóme-no extraordinario y fundamental para laaparición de la vida: la formación de laprimera generación de estrellas. En elinterior de estas estrellas se generaron,por primera vez, los elementos químicosrelevantes para la vida, tales como el car-

bono, el oxígeno, el nitrógeno y otros ele-mentos minoritarios fundamentales parala formación de los planetas sólidos. Entan sólo diez millones de años estas estre-llas explotaron, como las supernovas queobservamos hoy en día, expulsandoingentes cantidades de elementos pesadosal medio circundante.Se piensa que en la muerte de estas estre-llas se produjo otro hecho fundamental, laformación de los primeros granos depolvo. Al expandirse las capas eyectadas,estas se enfriaron formando en su interior

unos minúsculos granos de polvo com-puestos fundamentalmente por grafito ysilicatos. Los procesos que condujeron ala formación de los granos de polvo en lamateria eyectada en las explosiones desupernova son, por el momento, descono-cidos. Los granos de polvo, extraordina-riamente pequeños, menores que unamilésima parte de un milímetro, son losgrandes almacenes de material orgánico.Se estima que contienen el 20% del oxí-geno, el 50% del carbono y prácticamen-te todo el silicio y el hierro de la materiainterestelar.

El nacimiento de la química enlas nubes molecularesLos minúsculos granos de polvo, los áto-

Imagen de la emisión en rayos X de la supernovaCassiopea A. Esta imagen muestra el gas calienteexpulsado por la explosión de una estrella masiva.Fuente: NASA.

La química del Universo y el origen de la vidaEL ESTUDIO DE LOS PROCESOS QUÍMICOS QUE TIENEN LUGAR EN EL UNIVERSO APORTAINFORMACIÓN ESENCIAL PARA AVERIGUAR CÓMO SURGIÓ LA VIDA EN LA TIERRAPor Jesús Martín Pintado (DMIR-IEM-CSIC)

EPORTAJESLA QUÍMICA DEL UNIVERSO Y EL ORIGEN DE LA VIDA R

mos de carbono, el oxígeno y el nitrógenogenerados en las primeras estrellas seincorporan a la materia interestelar, cam-biando radicalmente la composición quí-mica de las aglomeraciones de gas dondetiene lugar la formación de la nueva gene-ración de estrellas y planetas. Lospequeños granos de polvo absorben laradiación ultravioleta de las estrellas demanera que esta no penetra en las partesmás internas de las nubes de gas y polvo.Así, estas aglomeraciones de gas aparecencomo zonas oscuras en las que no seobservan estrellas debido a que los granosde polvo absorben la radiación e impidensu observación en el dominio óptico.Solo se puede penetrar en el interior de laszonas más oscurecidas de estas nubesescudriñándolas en emisión de microondascon grandes radiotelescopios. Los trabajospioneros en radioastronomía en 1968detectaron, de manera inesperada, las pri-meras moléculas triatómicas del espaciointerestelar. Moléculas como el amoníaco,el formaldehído y, sobre todo, el vapor deagua, son de hecho de gran relevancia enla química prebiótica. La detección deestas moléculas supuso un gran cambio ennuestra idea sobre la complejidad químicaen el Universo y un reto para establecerlos procesos químicos que tienen lugar enel espacio interestelar. En los laboratorios terrestres las reaccio-nes químicas más importantes se producen

debido a las colisiones entre tres cuerpos.Esto es posibles gracias a que las densida-des alcanzan el trillón de partículas porcentímetro cúbico, muchísimo mayoresque las existentes en el medio interestelar,que son del orden de diez mil partículaspor centímetro cúbico. La gran preguntaes: ¿qué mecanismo produce una químicainterestelar tan rica en las inmensas y fríasnubes oscuras -con temperaturas de unos260 grados bajo cero- y prácticamente enel vacío en regiones protegidas de la radia-ción ultravioleta?

La aparición de los hielos en elUniversoEl polvo no solo apantalla el interior de lasnubes oscuras de la radiación ultravioleta,tan dañina para las moléculas, sino que, atan bajas temperaturas, los granos depolvo son pegajosos y pueden actuar comocatalizadores de reacciones químicas.Todo átomo que choque con un grano depolvo se queda adherido a él. En lascondiciones típicas de una nubeinterestelar, a cada grano de polvo se lepueden pegar unas cien moléculas en tansolo unos diez mil años. Estos átomospueden moverse sobre la superficie de losgranos y encontrarse con otros átomos,fundamentalmente de hidrógeno, paraformar la molécula más abundante delUniverso, el hidrógeno molecular;además, gracias a la hidrogenación delcarbono, del oxígeno y del nitrógeno, segeneran también otras moléculas simplescomo el CH4 (metano), el NH3 (amoníaco)y el H2O (agua). Estas moléculas recubrenel grano de un manto de hielo de agua,amoníaco, metano y monóxido decarbono. Así lo demuestran los espectrosobservados por el satélite infrarrojoInfrared Space Observatory de la AgenciaEspacial Europea en la dirección deestrellas recién formadas. En este estadio de evolución la compleji-dad química de las nubes moleculares eraya extraordinaria. Existían moléculas demás de tres átomos, granos de polvo ymantos de hielos tremendamente ricos encompuestos moleculares. Los radiotelesco-pios han detectado que una complejidadquímica similar a la hasta ahora descrita

Imagen de una estrella de tipo solar en formación.Muesta la presencia del disco protoplanetario (zonaoscurecida horizontal situada entre las dos nebuladasbrillantes) y de los chorros de gas supersónicos (enverde) que se eyectan en la dirección perpendicular aldisco. Fuente: NASA.

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Radiotelescopio de 30 metros de diámetro del Institutode Radioastronomía Milimétrica situado en la Loma deDílar en Pico Veleta (Granada). Con este radiotelesco-pio se ha contribuido de manera fundamental a esta-blecer la complejidad química del Universo.

Discos (zonas oscuras) observados en la nebulosade Orión. Los discos alrededor de las protoestrellasde baja masa tienen la misma composición químicaque la materia interestelar de la que se formó laestrella. Fuente: NASA.

podría existir cuando el Universo tenía tansolo unos mil millones de años.

La aparición de alcoholes en elUniversoOtro paso de gran importancia para la evo-lución hacia un incremento de la compleji-dad química es la formación y evoluciónde nuevas estrellas en el seno de estasnubes con una gran riqueza química. Las estrellas de gran masa, como las quese observan en Orión, emiten mucha radia-ción ultravioleta que altera drásticamentela composición química del gas que lasrodea. En el entorno más cercano a laestrella, la radiación ultravioleta fotodiso-cia las moléculas, ioniza los átomos, eva-pora los mantos helados de los granos depolvo e incluso destruye parcialmente elnúcleo de los granos. Sin embargo, en laszonas de las nubes un poco más alejadas dela estrella, donde penetra solo una parte dela radiación ultravioleta, los mantos hela-dos están también sometidos a ciertas dosisde radiación ultravioleta. Esta radiacióndisocia las moléculas de los hielos de agua,amoníaco y metano y propicia la forma-ción sobre los granos de moléculas orgáni-cas mucho más complejas. Este estado deevolución del Universo fue de gran impor-tancia, ya que se pudieron formar los alco-holes, no sólo el más simple, el alcoholmetílico, sino también más complejoscomo el alcohol etílico. Actualmente se han identificado más de130 moléculas, algunas de ellas con másde trece átomos. De ellas cabe destacar elamoníaco, el agua, el ácido cianhídrico, elformaldehído y el cianoacetileno.

Nacimiento de las estrellas detipo solar y sus planetasEn el seno de estas nubes molecularestiene lugar el colapso de la materia paraformar las estrellas de tipo solar. La for-mación de una estrella no es el resultadode un proceso simple, sino que vieneacompañada de la presencia de un disco deacrecimiento en rotación y de un flujobipolar que expulsa materia. Dentro de losdiscos que giran alrededor de las protoes-trellas se forman grandes conglomerados,de aproximadamente un kilómetro detamaño, de material rocoso en su parteinterna y de hielos, granos de polvo y gasen la parte externa, conocidos como pla-netesimales.Objetos similares a estos conglomeradosse pueden observar ahora en el SistemaSolar. Concretamente, los asteroidespodrían considerarse como planetesimalesrocosos y los cometas como planetesima-

les helados. Los estudios de los cometasmuestran que las moléculas que se evapo-ran de sus núcleos tienen abundancias muysimilares a las encontradas en el mediointerestelar, e incluso en algún cometa sehan detectado moléculas complejas orgá-nicas como el metanol.

Elementos caídos del cielo ysíntesis prebióticaComo sugirió Juan Oro en el año 1961,los impactos de grandes planetesimales enlas primeras etapas de formación de laTierra pudieron actuar en ocasiones comoagentes destructores de la vida, pero tam-bién aportaron grandes cantidades de ele-mentos esenciales para ella. De hecho, laquímica prebiótica parece sustentarse enun pequeño número de moléculas precur-soras. El histórico experimento de Miller-Urey demostró la capacidad de generaraminoácidos a partir de una atmósferareductora con moléculas simples comometano y amoníaco sometidas a descargaseléctricas. Los experimentos de Juan Oro tambiénmuestran que una sopa prebiótica, que

contenga ácido cianhídrico y amoníacodisueltos en agua, da lugar a los aminoá-cidos (elementos esenciales de las proteí-nas) y, más importante aún, a la adenina.Esta molécula juega un papel central en lavida ya que es una de las cuatro basesnitrogenadas del ácido desoxirribonuclei-co (ADN) y del ácido ribonucleico (ARN)

LA QUÍMICA DEL UNIVERSO Y EL ORIGEN DE LA VIDA

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Imagen de la galaxiaM51 tomada con eltelescopio espacial de laNASA. Los filamentososcuros que se encuen-ran en los brazos espira-les corresponden agrandes concentracio-nes de gas molecular ypolvo en los que tienenlugar la formación de lasnuevas estrellas.

Distribución del alcohol etílico en una nube moleculargigante situada en el núcleo central de la Vía Láctea. Fuente: Jesús Martín-Pintado (DMIR-IEM-CSIC).

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y es un componente de la adenosina trifos-fato, la molécula que provee de energía alas células. Asimismo, en experimentosmás recientes se han llegado a formarademás las otras tres bases del ADN: gua-nina, tinina y citosina. Estos experimentos demuestran que loscompuestos necesarios para iniciar la quí-mica prebiótica se generan en grandes can-tidades en el medio interestelar y que esmuy factible que fueran suministrados a laTierra por los cometas y asteroides durantelos quinientos millones de años de intensobombardeo que siguió a la formación delSistema Solar. Estos compuestos se disol-vieron en los océanos dando lugar a la sopaprebiótica.

Los meteoritos y la complejidadquímica prebiótica en el espacioHemos visto que las nubes moleculares soninmensos laboratorios que generan loscompuestos moleculares básicos que,disueltos en agua, pueden dar lugar a lasmoléculas esenciales de la vida: los ami-noácidos y las bases nitrogenadas.Afortunadamente, la constante aportaciónde material orgánico desde el espacio nospermite profundizar aún más en la compo-sición química de la materia interestelar yde la materia del Sistema Solar. En laactualidad caen a la Tierra varios cientos detoneladas de material extraterrestre, lamayoría en forma de pequeñas partículasde polvo y de meteoritos. Estos meteoritosde tamaños intermedios permiten analizarcon detalle la composición química orgáni-ca de la materia extraterrestre. Los meteoritos como el Murchison, elOrgueil y el Allende muestran una granriqueza de compuestos químicos formadosen condiciones abióticas. Concretamente,en el meteorito Murchison se han identifi-cado un gran número de compuestos orgá-nicos, entre los que cabe destacar al menos

79 aminoácidos, ocho de ellos correspon-dientes a los veinte de los que se componela vida en la Tierra. Además, se han detec-tado dos de las bases nitrogenadas de losácidos nucleicos; la adenina y la guanina.Más importante aún es la identificación deácidos grasos que no aparecen de manerasimple en la química prebiótica realizadaen laboratorios terrestres. En con-diciones alcalinas, estos áci-dos grasos pueden crearlas membranas de lasprimeras células rudi-mentarias.A la vista de nues-tros conocimientosactuales sobre lacomplejidad químicadel medio intereste-lar es muy posibleque no solo los com-puestos básicos como elagua, el amoníaco, el ácidocianhídrico y el cianoacetileno, sinotambién los aminoácidos, las bases nitro-genadas y los ácidos grasos que constitu-yen las proteínas, los ácidos nucleicos y lasmembranas de las protocélulas, podríanhaber sido suministrados por el polvo inte-restelar, los meteoritos y los cometas. Se sabe que las primeras evidencias devida en la Tierra datan de hace unos 3.800millones de años, en la época en la que laTierra aún estaba siendo bombardeada congran intensidad. Todo parece indicar quela vida arraigó con rapidez en la Tierra eincluso es posible que apareciera antes,pero que no prosperara debido a las inhós-pitas condiciones. Esto podría indicar quelos cometas, los asteroides y el polvo inter-planetario pudieron suministrar compues-tos ya muy complejos que dieron lugar aun rápido desarrollo de la vida debido a lapresencia de agua líquida.

Perspectivas futurasAlgunos de los pasos fundamentales quehemos esbozado hasta ahora son simple-mente hipótesis. Pero en los próximosaños, el estudio de la aparición y evolu-ción de la vida centrará el desarrollo denueva instrumentación y de misiones espa-ciales. Así, por ejemplo, la posibilidad devida en Marte se abarcará en profundidadgracias a los programas de exploración deeste planeta planeados por la AgenciaEspacial Europea (ESA) y por la NASA.Asimismo, el telescopio espacial Herschelde la ESA abrirá por primera vez la ven-tana del infrarrojo lejano y permitirá estu-diar la abundancia del agua en elUniverso. La construcción, entre Europa,

Norteaméricay

J a p ó n ,del interferó-

metro a longitudes de onda milimétricas ysubmilimétricas Atacama LargeMillimeter Array (ALMA) nos permitiráhacer un censo mucho más completo delas moléculas existentes en el medio inte-restelar y comprender mejor los procesosque dieron lugar a la formación y evolu-ción de los planetas y la complejidad quí-mica necesaria para entender la apariciónde la vida.Además, el siglo que acaba de empezarserá, sin lugar a dudas, muy productivo enla investigación de las ciencias de la vida.Con toda seguridad, en los próximos añosse desarrollarán proyectos interdisciplina-res que incluyan a astrónomos, biólogos,químicos y geólogos y que traerán consi-go descubrimientos fundamentales para elavance de nuestro conocimiento del origende la vida.

Concepción artística del interferómetro que operará alongitudes de onda milimétricas y submilimétricasAtacama Large Millimeter Array. Se prevé que esteinstrumento, que Europa y Estados Unidos construyenen colaboración, esté operativo en el año 2012.

Choquede un meteorito de gran

tamaño cuando ya se habían for-mado los océanos en la Tierra. La

aportación de material orgánico extra-terrestre a la sopa prebiótica pudo jugar

un papel fundamental en la apariciónde vida en la Tierra.

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EPORTAJESVIDA HUMANA EN EL ESPACIO R

"EL ESPACIO, LA ÚLTIMA FRONTE-RA…", así comenzaba una de las seriestelevisivas míticas en la historia de la Cien-cia Ficción: Star Trek. En dicha serie, latripulación de la nave espacial Enterprisecampaba alegremente de planeta a plane-ta surcando el espacio interestelar, sin másproblema que el que acarreara un encuen-tro con alguna belicosa civilización extra-terrestre. El viejo anhelo humano de escapar de laTierra y conquistar el espacio. Y, aunquetodavía quede lejos poder replicar lasandanzas del capitán Kirk y compañía, yase habla de un viaje tripulado a Marte, e

incluso de una posible base lunar perma-nente. Pero la cosa no es tan sencilla. Unlargo viaje, y ya no digamos una base per-manente en el espacio, conllevan un impor-tante obstáculo: el propio cuerpo huma-no. Nuestro organismo está muy bien adap-tado a su entorno, el planeta Tierra, peroel espacio es un medio muy diferente. Dehecho se trata de un ambiente extremada-mente hostil. ¿Han probado a sacar a unpez del agua? Pues algo parecido.

Casi sin pesoLa imagen que suele aparecer en televi-sión de los astronautas de la Estación Espa-cial Internacional (EEI) es la de unos hom-bres y mujeres sanos y sonrientes flotan-do grácilmente en una claustrofóbicaestancia. Y es que, orbitando a unos 330km de la Tierra, la gravedad que experi-mentan es un 12,5% menor que la que sen-timos en la superficie de nuestro planeta.Puede parecer relajante, pero al liberarsede su peso terrestre el cuerpo experimen-ta una importante pérdida de masa mus-

cular y ósea (por esto los astronautas debenpracticar un ejercicio continuado). Comoconsecuencia aumenta la presencia de cal-cio en la sangre, lo que puede llegar a pro-vocar serios problemas en el riñón.Además, se ha observado que en estas con-diciones se produce una importante atro-

fia del sistema inmunológico -nuestro segu-ro contra enfermedades- que puede inclu-so conducir a la apoptosis, o el suicidiocelular. Los experimentos con ratones pare-cen indicar que una posible solución resi-diría, curiosamente, en limitar, medianteuna inyección de anticuerpos, el efecto dela osteopontina, una proteína estructural

Un aambiente hhostilLA CONQUISTA DELESPACIO EXIGIRÁ ALHOMBRE ADAPTARSE A UNMEDIO QUE NO ES EL SUYOPor Emilio J. García (IAA-CSIC)

Al liberarse de su pesoterrestre el cuerpoexperimenta una

importante pérdida demasa muscular y ósea

relacionada con la perdida ósea y la atro-fia del sistema inmunológico.Por si esto no basta, debemos recordarque el cuerpo humano es un conjunto defluidos corporales como sangre, suero yagua, y que en la Tierra existe un equi-librio entre la gravedad que empujadichos fluidos "hacia abajo" y la presiónarterial y venosa que los bombea "haciaarriba". En el espacio este equilibrio serompe y se produce una nueva distribu-ción de los fluidos en el organismo, loque provoca que el rostro y el torso delos astronautas se hinchen y sus piernasadelgacen. Este cambio lleva al cerebroa creer que existe un exceso de volumende sangre en el cuerpo que debe elimi-nar, lo que provoca anemia, déficit inmu-nitario y atrofia cardiovascular. Actual-mente existen programas para estudiary analizar estos efectos en los astronau-tas de la EEI.Y ya que mencionamos el cerebro, sinduda una de las mayores incógnitas resi-de en conocer la respuesta de nuestra mate-ria gris ante un largo periodo en el espa-cio. Nuestro cerebro es un órgano que,durante millones de años, ha evoluciona-do inmerso en el campo gravitatorio terres-

tre. Aunque no seamos conscientes de ello,el cerebro recibe y procesa constantementeinformación acerca de la gravedad terres-tre. Por ejemplo, la gravedad nos marcaqué es "arriba" y "abajo", percibimos laorientación de nuestro propio cuerpo enel espacio, sentimos el peso de los obje-tos…, incluso el peso de nuestras articu-

laciones nos informa de dónde se encuen-tran nuestras extremidades sin tener quemirarlas. Pero en ausencia de gravedadtodo esto se pierde. El cerebro intentaentonces aplicar patrones de comporta-miento válidos en gravedad terrestre a unmedio carente de ella y surge el llamado"mal del espacio": desorientación, dolor

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Cristales de zeolitas crecidas en condiciones terrestres y los mismos cristales crecidos en con-diciones de microgravedad.

Todos los miembros y laborato-rios de la EEI se encuentran encondiciones de microgravedad,término que no hay que confun-dir con el de "ingravidez" o "gra-vedad cero". Paradójicamente, lamicrogravedad se consiguecuando la única fuerza existentees la de la gravedad, es decir,cuando el cuerpo se encuentra

en lo que se denomina "caídalibre". En su movimiento orbital,la EEI está en una permanentecaída hacia la Tierra, compensa-da por la curvatura de esta, algosimilar a si nos dejáramos caerdesde una torre de altura infinita.Estas condiciones de microgra-vedad son excepcionales a lahora de sintetizar productos

tanto materiales (componenteseléctricos, plásticos, etc.) comobiológicos (proteínas, cultivoscelulares, etc.) en condicionesno reproducibles en Tierra, loque convierte la EEI en un bancode pruebas excepcional paramultitud de campos de aplicaciónterrestre como ingeniería, medi-cina, biotecnología, etc.

MICROGRAVEDAD

de cabeza, mareos, vómitos, trastornos delsueño y de la percepción, etc. Afortuna-damente el cerebro aprende rápido y estossíntomas suelen desaparecer a los pocosdías. Pero precisamente esta gran capacidad deadaptación del cerebro a un nuevo mediopodría implicar cambios mucho más pro-fundos. El investigador del Instituto deNeurobiología Ramón y Cajal (CSIC)Javier de Felipe participó en el proyectoNeurolab, diseñado por la NASA paracomprobar los efectos en el cerebro de unviaje espacial de larga duración. Los resul-tados demostraron que, en una prolonga-da ausencia de gravedad, se producen alte-raciones y modificaciones en los circuitosque conectan las células neuronales. Lomás fascinante es que estos cambios sesitúan principalmente en la corteza cere-bral, la parte del cerebro donde se locali-zan aspectos que nos definen como sereshumanos, como el lenguaje, la capacidadpara imaginar, para pensar… Según aven-tura de Felipe, cambios tan profundospodrían ser irreversibles y llevar, en unfuturo espacio colonizado, al desarrollode una nueva especie - el homo sapiensspatii - perfectamente adaptado al cosmos,pero incapaz ya de habitar en el planetaTierra.

Radiación cósmicaPero tanto ese futuro hombre del espaciocomo los primeros valientes que viajen alplaneta Marte deberán enfrentarse a unpeligro mucho mayor que la falta de gra-vedad: la radiación cósmica.Los rayos cósmicos son partículas carga-das (protones, electrones, etc.) que viajanpor el espacio a una velocidad cercana ala de la luz. Básicamente existen dos tipos:los de baja energía, originados en el Sol,y los de alta energía, mucho menos fre-cuentes y procedentes de supernovas yotras fuentes cósmicas. El efecto de estosúltimos sobre el ser humano puede serdevastador. Una partícula suficientemen-te energética puede atravesar una célula yromper la cadena de ADN, lo que puedeprovocar cáncer y mutaciones genéticasque se transmitirían de una generación aotra. Además, una exposición larga y per-

manente a los rayos cósmicos de bajaenergía implicaría pérdida de glóbulosrojos, infertilidad, mareos, vómitos, y todauna serie de efectos no conocidos aún.El campo magnético protege a los miem-bros de la Estación Espacial Internacionalde esta mortífera lluvia. Aun así, recibenuna dosis de radioactividad mucho másalta que la que llega a la superficie terres-tre, protegida además por la atmósfera,hasta el punto de que muchos confiesandespertarse varias veces en sus horas dedescanso debido a potentes fogonazos pro-ducidos al chocar rayos cósmicos contra

su nervio óptico.Más allá del campo magnético terrestre,a unos 450 km de la Tierra, los astronautastan solo contarían con la protección delvehículo espacial. Los materiales que seemplean actualmente no asegurarían lapervivencia de la tripulación en un viajemás allá de la mitad de la distancia al Sol.Por este motivo, uno de los grandesdesafíos de la ciencia espacial es la bús-queda de nuevos materiales que nos per-mitan escapar de nuestro medio natural,como una pecera protege a un pez fueradel agua.

VIDA HUMANA EN EL ESPACIO

Si un día cualquiera levantamos lacabeza al cielo nocturno y tene-mos suerte, es posible que obser-vemos un punto luminoso supera-do en brillo solo por la Luna yVenus, y que no corresponde aninguna estrella ni objeto astronó-mico natural, sino a la mano delhombre. Se trata de la EstaciónEspacial Internacional (EEI), unlaboratorio espacial situado a másde 360 km de la Tierra y que orbi-ta a 26.000 km/hora, lo que equi-vale a una vuelta completa a laTierra cada 92 minutos.Con la historia de la EEI podríaescribirse un libro. Por un lado,destaca por los continuos obstácu-los y retrasos técnicos y económi-cos - como los provocados por elterrible accidente del transborda-dor Columbia en el 2003, o la bru-

tal recesión económica que Rusiasufrió a finales de los noventa.Pero, por otro lado, ejemplifica laimportancia de la colaboracióninternacional: actualmente die-ciséis países participan en la cons-trucción de la EEI, entre ellosEstados Unidos, Rusia, Japón y laAgencia Espacial Europea, dondese incluye España.La EEI se está construyendo comosi de un mecano se tratara.Primero se construyen los diferen-tes módulos en Tierra y posterior-mente se ensamblan en el espa-cio. El primero de estos fue elmódulo ruso Zarya, allá por el año1997, al que siguió el americanoUnity. Los últimos en llegar hansido el módulo europeo Colombusy el japonés Kibo.Cuando esté completada (las pre-

visiones apuntan al 2010), la esta-ción contará con más de 1.300metros cúbicos de espacio habita-ble repartidos entre seis laborato-rios, con una tripulación interna-cional de siete miembros y conmás de cien millones de dólaresamericanos empleados en suconstrucción.A cambio, contaremos con elmejor laboratorio posible paraestudiar los efectos, tanto fisioló-gicos y psicológicos, que unalarga estancia en el espaciopuede provocar en los seresvivos, experimentar técnicas decultivos y reciclado de agua paraasegurar el abastecimiento de unafutura colonia espacial, así comomultitud de experimentos útiles ala hora de diseñar un futuro viajeespacial.

ESTACIÓN EESPACIAL IINTERNACIONAL

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Aunque no seamosconscientes de ello, el

cerebro recibe y procesaconstantemetne

información acerca de lagravedad terrestre

Lo que hoy constituye, para los profanos,una disciplina complejísima, comenzó comouna cuestión filosófica que buscaba los fun-damentos de la materia o, más concretamen-te, aquel elemento simple que no estaba com-puesto por piezas menores. Si bien los filó-sofos indios ya hablaban, en el siglo VI a.C,de unidades que formaban elementos máscomplejos formando pares, y después tríosde pares, fue el griego Demócrito quien, dossiglos después, acuñó el término átomo paradescribir la partícula de materia más pequeñae indivisible. Pero su teoría no cuajó y, encambio, sí la de Aristóteles, que proponíacomo elementos fundamentales el fuego, elagua, la tierra y el aire. Así, por ejemplo, losmetales estaban formados por el elementotierra y una pizca de los otros, mientras quelos objetos menos densos tenían, sencilla-mente, menos proporción de tierra. Otracuestión eran los cuerpos celestes, que noestaban compuestos por los cuatro elementosordinarios sino por el quinto elemento, eléter, incorruptible y sin peso. Por extrañoque nos parezca, esta visión aristotélica delmundo material sobrevivió durante siglos,hasta que los nuevos descubrimientos en elcampo de la química impusieron una revi-sión; más concretamente, fue Robert Boylequien, con su obra publicada en 1661 y titu-lada El químico escéptico, fijó el punto deinflexión: Boyle defendía una teoría en laque describía la realidad y sus cambiosmediante corpúsculos (átomos) y sus movi-mientos, y ofrecía evidencias experimentalesy descripciones detalladas de sus experimen-tos. De nuevo, transcurrieron siglos (cuyoshitos tenemos que saltarnos) hasta que sereveló la estructura del átomo y resultó quetampoco es la partícula fundamental e indivi-sible: en 1897, el físico J.J.Thomson descu-brió la existencia de los electrones comoconstituyentes del átomo y, en 1904, planteóuna descripción conocida como “modelo delpudin de ciruelas” en la que el átomo secompone de electrones rodeados por unanube de una sustancia positiva -eso sí, elnombre no refleja del todo el modelo deThomson porque aporta un matiz estático, entanto que el artículo original aludía a unaestructura dinámica ya en el mismo título(Sobre la estructura del átomo: una investi-gación de la estabilidad y los periodos de

oscilación de un número de corpúsculossituados en intervalos iguales en torno a lacircunferencia de un círculo). El modelo de Thomson quedó descartado en1909 por el siguiente experimento, realizadopor Hans Geiger y Ernest Marsden y lidera-do por Ernest Rutherford: los investigadoresbombardearon una hoja de oro con iones dehelio cargados positivamente y descubrieronque un pequeño porcentaje se desviaba enángulos mucho mayores que los predichospor Thomson. Esto llevó a Rutherford a pen-sar que la carga positiva de un átomo, asícomo la mayor parte de su masa, se hallabaconcentrada en un núcleo central, con loselectrones girando en torno a él como losplanetas alrededor del Sol (por eso los ionesde helio que pasaban cerca del núcleo sufríandesviaciones tan pronunciadas).De modo que, a principios del siglo XX, seesbozaba la estructura atómica compuestapor un diminuto y denso núcleo con cargapositiva rodeado de una nube de electronescon carga negativa. Ante esto, la preguntaera inevitable: ¿es el núcleo del átomo, deapariencia tan sólida, la partícula fundamen-tal? Y resultó que tampoco, porque se des-

cubrió que se componía de protones, concarga positiva, y neutrones, que carecen decarga. Volviendo a lo mismo: ¿son los pro-tones y neutrones las partículas fundamenta-les? Nones: los físicos descubrieron que secomponen de "piezas" aún más pequeñas,denominadas quarks, que, de momento,parecen dar por finalizada la búsqueda al noestar compuestos por nada más pequeño. Ycon esto llegamos al modelo moderno deátomo, que vemos en una de las imágenes:electrones moviéndose en órbitas en torno alnúcleo, compuesto de protones y neutronesque, a su vez, están formados por quarks.Eso sí, la imagen está distorsionada: sidibujáramos un átomo a escala, donde losprotones y neutrones midieran un centímetrode diámetro, entonces los electrones y losquarks medirían menos que un cabello huma-no y el diámetro de todo el átomo seríamayor que treinta campos de fútbol. Comovemos, el 99,999999999999% del volumendel átomo está vacío.

HDesmenuzando la materia...POR SILBIA LÓPEZ DE LACALLE

(IAA-CSIC)

HISTORIASDE ASTRONOMÍA

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...en busca de los orígenes de la física de partículas

Experimento de la hoja de oro. Arriba: los iones pasan através del modelo de pudin de ciruelas sin alterar su trayec-toria. Abajo: los resultados observados muestran unapequeña proporción de partículas desviadas, lo que indicauna pequeña y concentrada carga positiva.

Lo mejor (y lo peor) de este punto esque ni siquiera tienen que tocarse,

sino que lo que hacen esintercambiar otro

tipo de partí-c u l a s ,

cono-

cidas como mediadoras. Aunqueesto parezca poco intuitivo, podemospensar en ellas como transmisorasde información: imaginemos, porejemplo, dos barcos que navegan enla niebla y van a chocar. Ambos reci-ben un mensaje que les avisa delpeligro y deciden modificar su ruta yevitar el choque. Ese mensaje seríala partícula mediadora que, en lanaturaleza, se presenta en cuatromodalidades, o interacciones, dis-tintas: la interacción electromagné-tica, la nuclear fuerte, la nucleardébil y la gravitatoria.

Aunque se han descu-bierto más de doscientas partículassubatómicas, los científicos han inten-tado ordenarlas a través de lo quese conoce como el Modelo Están-dar, que describe de qué está hechoel mundo y qué es lo que lo mantie-ne unido. La receta, muy simplifi-

cada, sería más o menos así: tene-mos seis quarks con nombres muypeculiares y a los que se alude comopares (arriba/abajo, encanto/extraño y cima/fondo) y seis lep-tones, uno de los cuales ya cono-cemos (el electrón), que también tie-nen nombres curiosos (electrón,

muón, tau -todos con carga eléctri-ca- y un tipo de neutrino -sin carga-para cada uno de ellos). Para suer-te de los profanos, toda la materiaque vemos se compone de losquarks y leptones más ligeros, el pararriba/abajo y el electrón, lo que nosdevuelve a un escenario algo másfamiliar: los átomos de la materiaordinaria presentan un núcleo for-mado por protones y neutrones, com-

puestos por tres quarks cada uno (unprotón=dos quarks arriba y uno aba-jo; un neutrón=un quark arriba y dosabajo) y una nube de electrones. Elresto de partículas fundamentalesson más pesadas, y por lo tanto ines-tables (se desintegran en partículasligeras), y su existencia está másrelacionada con los laboratorios defísica de partículas o con escenariosextremos, como el Big Bang.

ALGUNAS COSAS FUNDAMENTALES

¿Quiénes sson?

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¿Qué hhacen?INTERACCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

AHORA QUE SABEMOS QUE, HILANDO FINO, NOS COMPONEMOS DE LA

PAREJA DE QUARKS ARRIBA/ ABAJO Y DE ELECTRONES, FALTA LA SEGUNDA

PARTE: ¿QUÉ ES LO QUE LOS MANTIENE JUNTOS O, DE MODO MÁS GENE-RAL, CÓMO INTERACCIONAN LAS PARTÍCULAS?

2 El electromagnetismo provoca que las partículas con igual carga se atraigany las que tienen carga opuesta se repelan, y su partícula mediadora es elfotón. La interacción electromagnética es responsable de la unión estable delos átomos pero, ¿cómo?, si hemos visto que los átomos son neutros al equi-librar la carga negativa de los electrones y la positiva de los protones… Aquíocurre otra cosa extraña, y muy afortunada: un electrón de un átomo puedeinteraccionar con el protón de unátomo vecino y generar una uniónque permite la formación de molé-culas y, por extensión, de "cosas";por ejemplo, nuestro cuerpo secompone en su mayor parte deagua, una molécula resultante dela unión de dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. Así que podría decir-se que existimos gracias a que los electrones y protones tienen cargas dife-rentes.

FUERZA NUCLEAR FUERTEPero, si el núcleo del átomo se compone de protones y neutrones, y los neu-trones carecen de carga y los protones tienen carga positiva (por lo tanto, serepelen), ¿por qué los núcleos atómicos no se deshacen en pedazos? Aquíentra en juego la fuerza nuclear fuerte y su partícula mediadora, el gluón (delinglés "glue", o pegamento). Esta fuerza es responsable de que los tres quarksque forman los protones y los neu-trones se queden bien pegados y escapaz de contrarrestar la repulsiónprovocada por el electromagnetismo(por algo es la fuerza fuerte): losquarks de un protón sufren atracciónpor los quarks de otro, lo que vencela repulsión electromagnética existente entre ambos protones.

FUERZA NUCLEAR DÉBILA esta interacción debemos agradecerle no tener que aprendernos todas lascombinaciones posibles de quarks y leptones, y quedarnos con la combinaciónde los más ligeros (el par arriba/debajo de quarks y el electrón). Las interac-ciones nucleares débiles provocan que los quarks y leptones masivos decai-gan en otros más ligeros, en un proceso extraño: se observa desaparecer unapartícula que es reemplazada por dos o más partículas distintas, y siempremás ligeras -de ahí que toda la materia ordinaria se componga del par arri-ba/abajo y de electrones, que no pueden decaer.

LA GRAVEDADEsta interacción es la más familiarpara nosotros porque hace que secaigan las cosas o la Tierra girealrededor del Sol, pero presentaproblemas al Modelo Estándar:Los físicos no han hallado supartícula mediadora, el gravitón, ytampoco han conseguido inte-grarla en el Modelo Estándar, quesí agrupa con efectividad las otrastres interacciones (por suerte, losefectos de la gravedad en el zoode partículas descrito son apenasperceptibles, de modo que elModelo Estándar funciona sinexplicarla).

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TAJESMODELO ESTÁNDAR DE PARTÍCULASRREPO

Las interacciones de la vida realANTES DEL NACIMIENTO DE LATEORÍA CUÁNTICA, la Física se mane-jaba solamente con las dos interaccionesque se manifiestan dentro de las escalas dela vida corriente, esto es, la interaccióngravitatoria y la electromagnética. Ambastienen en común su largo alcance, es decir,su acción se deja sentir a grandes distan-cias. Este hecho se expresa matemática-mente por un decaimiento como el inver-so de la distancia del potencial del que deri-va su fuerza. Incluso su analogía puedellevarse tan lejos como para comparar elmovimiento kepleriano de los astros conel de los electrones en torno al núcleo delos átomos. Sin embargo, hay una dife-rencia cualitativa que las distingue más alláde las escalas humanas, y es la inexisten-cia de masas (cargas gravitatorias) negati-vas. En efecto, una carga eléctrica positi-va rodeada más o menos simétricamentepor cargas de distinto signo da lugar a unpotencial efectivo con un decaimientomuchísimo mayor. Así pues, solo la inte-

racción gravitatoria se hace sentir a esca-las cosmológicas, y gobierna la evolucióndel Universo en el régimen clásico actual.En los comienzos de la Mecánica Cuánti-ca, o Física de las escalas muy pequeñas,en un intento por describir la estructura delos propios núcleos atómicos, compuestospor protones y neutrones, hubo de intro-ducirse una nueva interacción que aglo-merara tales componentes. Es la interac-ción fuerte, que ha tenido un carácter feno-menológico hasta entrada la segunda mitaddel siglo XX. En esos momentos, lo quepodríamos denominar materia de diarioestaba constituida por electrones e−, en lacorteza de los átomos, protones p y neu-trones n, en los núcleos atómicos, y, tam-bién desde el punto de vista corpuscular,el fotón γ. A estos componentes hay queañadir sus antipartículas (e+, p−, n, γ=γ).En 1930, sin embargo, fue necesario ima-ginar la existencia de una nueva partícu-la, e incluso una nueva interacción, queexplicara la desintegración (desintegra-ción β) de los neutrones libres, dando lugar

a protones y electrones de acuerdo con elesquema de reacción:

La nueva partícula, el neutrino, era reque-rida en la reacción anterior para satisfacerla conservación de la energía. Esta nuevainteracción fue denominada débil por seraproximadamente un millón de veces másdébil que la fuerte y unas diez mil vecesmás débil que la electromagnética, grossomodo; esta interacción resultaba ser demuy corto alcance en contraposición a lasinteracciones que se manifiestan en la vidacorriente. La comprobación experimentalde la existencia del neutrino no tuvo lugarhasta 1956.

Teoría Cuántica de la InteracciónA la Mecánica Cuántica primitiva prontosiguió una Teoría Cuántica del Campo Elec-tromagnético como mediador de la inte-racción entre cargas eléctricas elementa-les. Así, el fotón toma consideración departícula cuántica propiamente, de modoque la acción a distancia de dos partículascargadas tiene lugar por intercambio deuna partícula mediadora, el fotón, que lesintercambia momento y energía preser-vando la carga de cada una. Gráficamen-te se representa por un diagrama de Feyn-man del tipo:

Examen ffinal ppara eel MModeloEstándar dde PPartículasPor VVíctor AAldaya yy FFrancisco LLópez ((IAA, CCSIC)

Izda. Simulación de un suceso típico en el CMS del LHC.

Arriba. Electrón protón yendo a electrón protón.

_ _

Dos características fundamentales que garan-tizan la consistencia general de una teoríacuántica de la interacción son la finitud yla unitariedad. En el caso de la Electro-dinámica Cuántica estas propiedades estángarantizadas fundamentalmente en virtud auna simetría conjunta de las partículas ele-mentales cargadas, a la que se acoge comoa un Principio (Principio de InvarianciaGauge). Hay que remarcar, no obstante,que la simetría gauge requiere necesaria-mente que la masa de la partícula media-dora, el fotón en este caso, sea cero. Afor-tunadamente, la caracterización cuánticadel campo electromagnético mediante unapartícula de masa nula está en completoacuerdo con el alcance “infinito” (es decir,como el inverso de la distancia) de la inte-racción.

Modelo Estándar de PartículasCon este nombre se designa un modelo teó-rico de unificación de las interacciones Elec-tromagnética y Débil entre las partículasfundamentales que sienten su acción y quese denominan leptones. Fue formulado ori-ginariamente por Steven Weinberg [Phys.Rev. Lett. 19, 1264 (1967)], aunque llevatambién asociados los nombres de Salam yGlashow, así como el de Higgs.El inconveniente esencial que previene launificación de estas dos interacciones esel alcance “finito” de la fuerza débil (pue-de decirse que es puntual), que requierede las supuestas partículas mediadoras unamasa considerable (es decir, no despre-ciable en ninguna aproximación) y, comose ha comentado antes, no es posible rea-lizar una simetría gauge análoga a la dela interacción electromagnética.

La “solución” que se adoptó consiste endar originalmente a la interacción débiluna estructura gauge, es decir, asociadaa una simetría gauge análoga a la elec-tromagnética, aunque con tres camposmediadores W+, W− y Z, originalmentesin masa, y dotarlos de masa posterior-mente mediante lo que se conoce comomecanismo de Higgs. En realidad, por elmismo precio se dota de masa a todas laspartículas de la teoría, que hay que supo-ner también originariamente sin masa. Conarreglo a la estructura de teoría gauge, ladesintegración β se expresa simbólica-mente con el diagrama de Feynman:

El mecanismo de Higgs fue importado dela Teoría de Estado Sólido, donde sediseñó para dar cuenta del fenómeno deno-minado rotura espontánea de simetría,que se presenta en un material ferro-magnético cuando la temperatura del cris-tal desciende por debajo de una tempera-tura crítica; en ese momento los espinesde la red empiezan a alinearse según una

dirección dada, aunque arbitraria, ten-diendo así a un vacío espontáneamente ele-gido entre una infinidad de estados (direc-ciones) equivalentes.En el caso de la interacción electro-débil,el proceso de rotura espontánea de lasimetría se modeliza con la introducciónde un campo complejo φ de dos compo-nentes (cuatro campos reales), “no físi-co” (con masa imaginaria), con un poten-cial de auto-interacción V(φ) como el queaparece en una de las figura. A diferen-cia del potencial que correspondería a unapartícula con masa real, con un (único)mínimo absoluto, como en la figura, elque propone el modelo posee un continuode mínimos, pero ninguno singularizado.La elección (artificial) de un mínimo par-ticular de entre ellos se realiza medianteun “sencillo cambio de variables” que tras-lada el origen de coordenadas al mínimoelegido. Este proceso extrae del campocomplejo φ uno real H con masa real, el(bosón de) Higgs, y da masa al resto delas partículas.

¿Pero dónde está el Higgs?La “solución” propuesta en el ModeloEstándar puede parecer artificial desde unpunto de vista fundamental (a nosotros, almenos, nos lo parece), pero esto no es unacuestión de pareceres, sino de Física, esdecir, de medidas experimentales. Nin-guno de los aceleradores existentes hastael momento (LEP, SLC, HERA, Teva-tron) ha observado el Higgs. Hasta aho-ra, la búsqueda más sensible se ha lleva-do a cabo en el LEP del CERN, que lo haexcluido por debajo de 123 veces la masadel protón (114 GeV). Por tanto, ha de

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Izda. Potencialcorrespondiente auna partícula conmasa real.Dcha. “Potencial” deHiggs.

Diagrama de Feynman de la desintegración beta

esperarse a que el Gran Colisionador deHadrones (del inglés Large Hadron Colli-der o LHC) nos dé una respuesta sobresu existencia. Si el bosón de Higgs exis-

te, podrá ser descubierto con el Espectró-metro Compacto de Muones (del inglésCompact Muon Spectrometer o CMS), unode los cuatro experimentos del LHC. Uno

de los canales más limpios para su des-cubrimiento en un amplio rango de masases su desintegración en cuatro muones através de dos bosones Z.El lector que haya llegado hasta aquí podráver recompensada su paciencia al identi-ficar en la figura inferior la traza de cua-tro muones característica de la desinte-gración de un bosón de Higgs a través delllamado canal de oro. En la imagen del recuadro se muestracómo se observaría, en este canal, la señaldel Higgs sobre la de fondo (ruido) paradistintos valores posibles de su masa [CMS

Collaboration, J. Phys. G 34, 995-1579 (2007)].

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EL MMODELO EESTÁNDAR DDESDE EEL IIAA

R MODELO ESTÁNDAR DE PARTÍCULAS

Nuestra propuesta no requiere de la presencia de ninguna partícula adicional a las que ya se han detectado, pero estono contradice que se vea el (Prof. P.) Higgs en el LHC.

Diagrama de Feynman de un Higgs H yendo acuatro muones.

Dentro del grupo de Gravitación y Cosmología,con la destacada colaboración de ManuelCalixto y Eduardo Sánchez, se ha desarrolladouna alternativa al mecanismo de Higgs, en elmarco del Modelo Estándar, en la que, en lugarde introducir el doblete escalar complejo φ, seatribuye carácter de campo real a los propiosparámetros del grupo de gauge (como funcio-nes del espacio-tiempo que son), aunque solose da dinámica a aquellos que parametrizanuna capa (concretamente, una “órbita co-adjunta”) del grupo. La idea de reemplazar elcampo escalar complejo por parámetros delgrupo de gauge había sido desarrollada previa-mente, aunque conducía a una teoría no finitay/o no unitaria. La diferencia ahora estriba enque con nuestra restricción es posible realizarla teoría cuántica como una representación uni-taria e irreducible de un grupo, de manera noperturbativa. Como en el caso del mecanismode Higgs, los grados de libertad de los camposdinámicos añadidos se transfieren a modoslongitudinales de los bosones vectoriales quehan de tomar masa, no sobreviviendo ningúncampo físico extra que haya de ser detectado.

Gráfica de eventos esperados dependiendo de la masa del Higgs.

La idea original de Jean Baptiste JosephFourier (1768-1830) sobre la posibili-dad de descomponer una función (señalu onda) arbitraria como una suma desinusoides (oscilaciones de frecuenciafija) ha ejercido una enorme influenciaen Ciencias e Ingeniería. Hay que decirque, ya antes, los astrónomos babilóni-cos usaban una primitiva forma de"análisis de Fourier" para la predicciónde eventos celestes; también, CarlFriedrich Gauss (1777-1855) observórelaciones armónicas (relaciones queguardan entre sí dos frecuencias cuan-do una es múltiplo de la otra) en losperiodos de las órbitas de asteroides eideó un algoritmo eficiente para el cál-culo de amplitudes y fases, ahora cono-cido como transformada de Fourier rápi-da, que después popularizarían Cooley yTukey en 1965 en el campo de la

Computación. La idea de Fourier estuvomotivada por sus estudios matemáticossobre la propagación del calor, especial-mente por el entendimiento de la distri-bución global de la temperatura terres-tre. Pero es con la gran "revolucióneléctrica" cuando las aplicaciones delanálisis de Fourier al procesamiento deseñales alcanzan su máximo esplendor.El diseño de filtros para eliminar ruido, ladiscretización y los teoremas de mues-treo, como el de Nyquist-Shanon, cons-tituyen pilares básicos en el terreno delas Telecomunicaciones y la Exploracióndel Espacio. Hoy en día el análisis armó-nico es de aplicación cotidiana en cam-pos tan diversos como la Óptica (desdela espectroscopía tradicional hasta lacristalografía de rayos X con su papelen el desentrañamiento de la estructurade proteínas y del ADN), la Acústica, laTomografía Computerizada (más allá dela radiología clásica), la ResonanciaMagnética Nuclear (y sus aplicacionesen Medicina), el Tratamiento de imáge-

nes, la Radioastronomía e incluso laCosmología Moderna (análisis delespectro de la radiación de fondo, etc.).Además, el análisis armónico formaparte de los propios cimientos de laMecánica Cuántica, sin contar otrosaspectos más matemáticos como supapel en la teoría de los números primoso la criptografía. A propósito de la crip-tografía, el descubrimiento más espec-tacular (debido a Peter Shor en 1994)en el moderno campo de laComputación Cuántica es que existenalgoritmos cuánticos de factorizaciónexponencialmente más eficientes quecualquier algoritmo clásico. Dichos algo-ritmos, de ser implementados en unfuturo "computador cuántico", podríanamenazar la privacidad de la mayoría delas operaciones financieras actuales. Denuevo, el ingrediente esencial para lafactorización cuántica resulta ser preci-

samente una versión cuánticade la transformada rápida de

Fourier.

Actualmente, el análisis de Fourierpuede verse como un mero capítulodentro del llamado "análisis armónicoconmutativo", un caso particular, a suvez, del "análisis armónico no conmuta-tivo". A cada tipo de análisis armónicose le puede asociar un grupo, esto no esmás que una estructura matemática quecodifica las simetrías que posee un sis-tema. Existen muchos tipos de grupos:el análisis armónico tradicional está aso-ciado al grupo de la translaciones, quees conmutativo (da igual el orden en elque se efectúen las operaciones desimetría). Un ejemplo de grupo no con-mutativo lo constituyen las rotacionesen el espacio: basándose en ellas sepueden construir armónicos esféricos, lageneralización del concepto de sinusoi-

de a la esfera. Fue Gauss quienintrodujo el concepto clave de carácterde un grupo en teoría de números.Especial atención prestaremos aquí algrupo de similitud, compuesto de trasla-ciones y rotaciones espaciales más dila-taciones, que está en la base de la deno-minada transformada wavelet ("ondícu-la", del francés ondelette, que significa"onda pequeña"). Fue el ingeniero JeanMorlet quien en 1980 acuñó este térmi-no cuando trabajaba en sismología yprospección petrolífera, usando un tipode ondas de alta frecuencia obtenidaspor reescalamiento de una "ondículamadre" (de media nula) para analizar laestructura del subsuelo -aunque la ideade ondícula ya estaba presente en elconcepto de estado coherente enMecánica Cuántica. ¿Dónde radica laventaja del análisis wavelet sobre el aná-lisis de Fourier? Los sinusoides deFourier están localizados en frecuenciapero no en tiempo. Pequeños cambios

en eldominio de fre-

cuencias producen cam-bios deslocalizados en todo

el dominio del tiempo o, deotra forma, aunque sepamos determinartodas las frecuencias presentes en unaseñal, no sabemos cuándo están pre-sentes. Por el contrario, las ondículasestán localizadas no solo en frecuencia(vía dilataciones) sino también en tiem-po (vía traslaciones). Muchos tipos defunciones, como aquellas que presentandiscontinuidades y picos pronunciados,pueden representarse de forma máscompacta y eficiente (con menos coefi-cientes) usando ondículas. Esto hace deellas una herramienta excelente en com-presión de imágenes y datos (como lade huellas digitales y el formato JPEG).Pero son innumerables las aplicacionesde este análisis multiresolución a todoslos campos del saber (incluida laAstrofísica).

HISTORIA DEL ANÁLISIS ARMÓNICO

Pilares científicosCIENCIA: PILARES E

INCERTIDUMBRES

POR MANUEL CALIXTO, UNIV. POLITÉCNICA DE CARTAGENA/IAA

Incertidumbres

LA EVOLUCIÓN DEL ANÁLISIS ARMÓNICO VIENE

CARACTERIZADA POR EL AUMENTO Y LA

DIVERSIFICACIÓN DE SUS APLICACIONES POSIBLES

EL ANÁLISIS WAVELET CONSTITUYE UNA

NUEVA TÉCNICA CON VENTAJAS SOBRE EL

ANÁLISIS DE FOURIER

ONDÍCULAS Y ANÁLISIS MU LL T I R E S O L U C I Ó NT I R E S O L U C I Ó N

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En las últimas décadas se han ido obte-niendo evidencias cada vez más claras dela existencia de agujeros negros [1] demuy distinta masa. Estos parecen ser losresponsables de las enormes cantidades deenergía emitida por las galaxias activas[2], generada a través del acrecimiento [3]del material de la galaxia en torno a agu-jeros negros supermasivos (ANSM),miles de millones de veces más masivosque el Sol. Recientes observaciones hanmostrado que no solo las galaxias activasparecen contener un ANSM en su inte-rior, sino que estos pueden estar presentesen todas las galaxias, incluida la nuestra.La presencia de un ANSM en el centro dela galaxia da lugar a la formación de enor-mes discos de gas y polvo girando a sualrededor. Parte del material de las zonasmás internas del disco atraviesa el hori-zonte de sucesos [4] y desaparece atrapa-do por el agujero negro. Pero no todo elmaterial del disco acaba alimentando alagujero negro. La rotación diferencial [5]del disco da lugar a la formación de uncampo magnético helicoidal [6], que

extrae material del disco y lo expulsasiguiendo las líneas del campo magnético.La presión que ejerce el campo magnéti-co al apretarse contra sí mismo confina yacelera este material en un par de jets(chorros) que transportan materia yenergía en sentidos opuestos a lo largo deleje de rotación del agujero negro [7].Estos jets son muy comunes en la natura-leza, y se hallan no solo en las galaxiasactivas, sino también en estrellas en for-mación o en sus últimas etapas de vida eincluso en sistemas dobles de estrellas(e.g., púlsares, estrellas variablescataclísmicas, estrellas binarias de rayosX, o explosiones de rayos gamma). Todosestos sistemas involucran el acrecimientode materia en torno a un objeto masivocentral, y comparten otra característica: lavelocidad del material que forma los jetses cercana a la velocidad de escape [8] delsistema. De esta manera los jets relativis-tas, es decir, aquellos que contienen mate-rial viajando a velocidades cercanas a lade luz, se originan en sistemas cuyo obje-to central es un agujero negro, como en el

LAS DISTINTAS ESCALAS [1] Son los objetos astrofísicos más densos que seconocen. La fuerza gravitatoria que crean a su alre-dedor es tan alta que ni siquiera la luz es capaz deescapar de su entorno y, por tanto, un observadorlejano solo los vería como una región oscura a sualrededor; de ahí su nombre. Aunque la física deagujeros negros es hoy día un campo de investiga-ción en continuo desarrollo, es muy poco lo que aúnse sabe acerca de estos objetos. Solo la Teoría dela Relatividad General de Einstein ha podido expli-car las condiciones físicas en el entorno de los agu-jeros negros, aunque aún se desconoce por com-pleto el estado y las condiciones de la materia quelos forma.

[2] Se habla de galaxia activa cuando una gran parte desu emisión no se debe a estrellas, polvo y gas, como enotros tipos de galaxias "más normales". Además, lasgalaxias activas pueden variar su brillo abruptamente enescalas temporales de entre días y años, a diferencia deotros tipos de galaxias.

[3] Acrecimiento es un concepto que se refiere al cre-cimiento de un cuerpo por agregación de otros meno-res. En astrofísica, este término se suele utilizar fre-cuentemente unido al de disco de acrecimiento. Setrata de una estructura de materia en forma de discoque gira alrededor de un objeto central masivo (e.g. unagujero negro o una estrella formada o en formación).La mayor parte del material del disco de acrecimientocae (es acretado) hacia el objeto central, lo que con-tribuye al aumento de masa del último. Otra pequeñaparte pasa a formar los jets o chorros que se propagandesde las regiones más internas del disco de acreci-miento.

Representación conceptual de un disco de acrecimiento orbi-tando en torno a un objeto compacto, que favorece la formación

de un par de chorros (jets) de materia que viaja en sentidosopuestos. Imagen cortesía de Wolfgang Steffen, Cosmovisión y

UNAM, México.

[4] Según la Teoría de Relatividad General,el horizonte de sucesos de un agujeronegro es una superficie imaginaria deforma esférica que rodea al agujero negro,en la que la velocidad necesaria para ale-jarse del mismo sería igual la velocidad dela luz. Por ello, nada, incluyendo la luz,

puede escapar de dentro de esta superfi-cie. La materia del exterior que cae dentrode esta región nunca vuelve a salir, ya quepara hacerlo necesitaría tener una veloci-dad superior a la de la luz y, hasta elmomento, la teoría indica que nada excep-to la luz puede alcanzarla.

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Imagen conceptual de un agujero negro de diez masas solares visto desdeuna distancia de 600 kilómetros con la Vía Láctea de fondo.

otros ycaso de las galaxias activas (ver imageninferior izda).A mediados de los años 90 se descubrióque un potente emisor de rayos X situadoen nuestra propia galaxia, denominadoGRS1915+105, presenta un par de jetsrelativistas. Los estudios posteriores con-firmaron que esta fuente contiene proba-blemente un agujero negro central conuna masa de entre 10 y 14 masas solares.Este sistema, formado por un agujeronegro de masa estelar, un disco de acreci-miento y jets relativistas, parece ser unaversión en miniatura de los conocidoscuásares emisores en radio [9], tanto porsus dimensiones físicas como por las esca-las temporales de variabilidad de su emi-sión. Por ello a este tipo de objetos se lespasó a denominar microcuásares.Si el proceso de acrecimiento al agujeronegro parece establecer la similitud entrelos microcuásares y cuásares, ¿es posibleque las distintas escalas observadas enestos objetos venga dada por la razón delas masas de sus agujeros negros, unos demasa estelar y otros con masa cientos o

miles de millones de veces mayores?Observaciones de la galaxia activa3C120, que contiene un agujero negrocentral de entre 16 y 50 millones de masassolares, revelaron que la razón de escalaespacial entre sus jets y los deGRS1915+105 es del orden de 7x104,mientras que la razón de escala de varia-bilidad en la emisión es de unos 5x105.Estos valores son del orden de la razónentre las masas de los agujeros negros deambos sistemas, dentro del margen deerror de las medidas.Los microcuásares permiten por tantoobservar, en escalas de minutos, los pro-cesos de acrecimiento en torno a agujerosnegros y de formación de los jets relati-vistas que requeriría años de observaciónen cuásares, y abren de esta manera unanueva forma de poder estudiar los proce-sos que tienen lugar en la vecindad de losagujeros negros de muy distinta masa.

JOSÉ LUIS GÓMEZ (IAA)deconstrucción: IVÁN AGUDO (IAA)

ensayosdeconstrucción

DE UN AGUJERO NEGRO

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[7] El concepto de agujero negro en rotación, oagujero negro de Kerr (en honor al creador de laidea), nació como idealización matemática de unagujero negro con las propiedades intrísecas de uncuerpo material en movimiento de giro, con veloci-dad, eje y sentido de giro. Hoy día cada vez existenmás evidencias, que no pruebas, a favor de la exis-tencia de este tipo de agujeros negros.

[9] Cuásar es la contracción de quasi stellar object, delinglés "objeto casi estelar", que es como se los deno-minó cuando fueron descubiertos debido a su parecidocon las estrellas cuando son observadas con telesco-pios pequeños. Sin embargo, hoy día, los grandes ypotentes telescopios de que disponemos nos han hechoentender que son objetos radicalmente diferentes. Loscuásares son uno de los tipos más abundantes y comu-nes de galaxias activas. De entre ellos, los cuásaresemisores en radio son un subtipo particular de cuásarque muestra potentes jets relativistas observados enlongitudes de onda radio (ver imagen inferior).

[6] El campo magnético helicoidal, ola distribución de líneas de campomagnético en forma de hélice, seforma en discos de acrecimiento enrotación gracias a que las líneas dedicho campo están "ancladas" almaterial en el disco. Al producirse larotación del disco, a la vez que elmaterial cae hacia el objeto compactocentral, las líneas de campo magnéti-co se retuercen en forma de hélice.

Representación de un instante temporalde una simulación por ordenador de laformación de un campo magnético heli-coidal, en rojo. El toroide, rosco de coloramarillo, representa una idealización deun disco de acrecimiento en rotación dife-rencial, mientras que los jets formados apartir del material del disco están repre-sentados en verde. Imagen cortesía deMasanori Nakamura, LaboratorioNacional de Los Álamos, EEUU).

[8] Velocidad de escape es la que se necesitapara vencer la fuerza de atracción de un cuerpode manera que deje de producirse dicha atrac-ción. En el caso del proceso de formación dejets, la velocidad de escape del material es lamínima necesaria para vencer la atracción gra-vitatoria del objeto compacto central.

[5] Se habla de rotación diferencial cuando el movimiento orbital de un objeto entorno a su eje de rotación no tiene la misma velocidad en todas sus partes. Este tipode movimiento es característico de cuerpos no sólidos. En el caso de los discos deacrecimiento, la rotación diferencial hace que el giro de las zonas más internas deldisco (más cercanas al objeto compacto central) sea más rápida que en las zonasmás externas. También se puede producir rotación diferencial en las distintas altu-ras sobre el plano del disco.

Superposición de las imágenes en radio frecuencias (rojo, mos-trando la emisión de los jets) y en el visible (azul, mostrando laemisión de estrellas, polvo y gas) de la galaxia activa NGC 5532.Imagen cortesía de NRAO/AUI).

Los rayos gamma son laradiación electromagnética de másalta energía conocida, por encimade la energía de rayos X, y se pro-duce en algunos de los fenómenosastrofísicos más violentos yenergéticos. Afortunadamente, laatmósfera terrestre nos protege delos rayos gamma provenientes delexterior, lo que también supone unimportante inconveniente para elestudio de los astros en este rangodel espectro. Precisamente, la interacción de laradiación gamma con la atmósferaes utilizada para detectar algunasde las fuentes de esta radiación demás alta energía a través de teles-copios Cherenkov. Sin embargo,para los rayos gamma de menorenergía hoy día solo es posiblehacer observaciones astronómicascon satélites en órbita fuera de laatmósfera terrestre.

Evolución desde 1972La astronomía de rayos gamma,con poco más de tres décadas devida, es una de las ramas másjóvenes de la astronomía. Desdeque se puso en órbita en 1972 elprimer satélite astronómico especí-ficamente dedicado a la explora-ción del cielo en rayos gamma(SAS-2), han sido muchos losavances tecnológicos y científicosque se han producido en este ran-go. Fue el Compton Gamma-RayObservatory (CGRO), el segundode los "Grandes Observatorios"espaciales de la NASA, lanzado en1991, el que propició una auténticarevolución en el conocimiento delUniverso de rayos gamma graciasa su gran sensibilidad, resoluciónangular y cubrimiento en energías,sin precedentes hasta la fecha. Enconcreto, los instrumentos a bordo

del CGRO produjeron un mapa enrayos gamma del cielo completo,mostraron el origen externo anuestra Vía Láctea de las enigmá-ticas y potentes explosiones derayos gamma (gamma ray bursts,o GRBs), convencieron del origende los GRBs como resultado deexplosiones relativistas y altamen-te colimadas y propiciaron el des-cubrimiento de las primeras dece-nas blázares (quásares emisoresde rayos gamma).Hoy día, NASA espera que GLAST(Gamma-ray Large Area SpaceTelescope), su nuevo satéliteastronómico, lanzado con éxito elpasado 11 de junio desde CaboCañaveral, suponga un nuevo sal-to importante en el conocimientodel universo de rayos gamma. La

tecnología desarrollada paraGLAST debería hacer de esteobservatorio espacial una auténti-ca revolución con respecto a susantecesores. En concreto, seespera que las capacidades delinstrumento principal de GLAST encuanto a su campo de visión, reso-lución angular, sensibilidad y ran-go de energías de observaciónsean más de diez veces superio-res a las de su homólogo enCGRO. Esto permitirá a GLASTrealizar, en cuestión de días,observaciones que a CGRO lecostaron años o no pudo realizar.Obviamente, con estas capacida-des, los objetivos astronómicos deGLAST son ambiciosos. Entreellos se encuentran: la detección eidentificación de nuevos miles de

blázares y el seguimiento temporalde sus variaciones en rayos gam-ma con resolución temporal demenos de un día, la comprobaciónde la existencia o no de un fondocósmico de rayos gamma, lacaracterización del fondo extra-galáctico de emisión en luz visibley ultravioleta, el estudio de milesde GRBs en rangos de energíapoco explorados, el descubrimien-to y seguimiento de cientos de púl-sares de rayos gamma y la detec-ción de emisión difusa de rayosgamma en galaxias externas.Se espera que, dos meses des-pués de su lanzamiento y tras lafase de comprobación y puesta apunto, GLAST empiece a propor-cionar resultados astronómicos.Incluso en el caso de que se con-siguiese uno solo de los objetivosastronómicos de GLAST, estoimplicaría el éxito científico de lamisión. Por el momento, cientos deastrónomos en todo el mundo yaestán desarrollando programasobservacionales de apoyo aGLAST con instrumentos en tierraen todos los rangos del espectroelectromagnético, desde las ban-das de radio hasta rayos gammaobservables por el efectoCherenkov. Muchos de ellos cru-zan los dedos para que nada falleen GLAST antes de tiempo.

Iván Agudo (IAA)

La NASA acaba deponer en órbita sunuevo satéliteastronómico derayos gamma

Actualidad

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GLAST: nnueva rrevolución dde aaltas eenergías

Más información: http://glast.gsfc.nasa.gov/

La misión Cassini es un pro-yecto conjunto de la NASA y laESA. Esta misión espacial notripulada se lanzó con elobjetivo de estudiar elplaneta Saturno y sussatélites. El lanza-miento tuvo lugar el15 de octubre de1997, y entró en laórbita de Saturno el 1de julio de 2004. Lanave Cassini, que con-tinúa orbitando en tornoa Saturno, ha descubiertoevidencias de la existenciade un océano subterráneo deagua y amoníaco en la mayor lunade Saturno: Titán. Este descubri-miento ha sido posible gracias alRadar de apertura sintética deCassini, que recogió datos durantediecinueve pasos sobre Titán entreoctubre de 2005 y mayo de 2007.Este instrumento permite ver através de la atmósfera de Titán, quees muy densa y rica en metano.Usando estos datos de radar loscientíficos establecieron la localiza-ción de cincuenta puntos de referen-cia en la superficie de Titán: lagos,cañones y montañas. Luego busca-ron estas referencias en el conjuntode datos que devolvió la naveCassini en su último vuelo sobre laluna. Encontraron, sorprendente-

mente, que algunas característicasdestacadas de la superficie de laluna estaban desplazadas de suposición esperada ¡¡hasta treintakilómetros!! Un desplazamiento sis-temático de estas zonas elegidascomo referencias superficiales esmuy difícil de explicar a no ser que lacorteza helada de Titán se encuen-tre desacoplada o separada de sunúcleo por un océano interno, lo quepermite que se desplace fácilmente.Los investigadores creen que cienkilómetros por debajo de la cortezahelada y orgánicamente rica deTitán puede haber un océano inter-no de agua líquida mezclada con

amoníaco. Esta combinación deagua líquida con un entorno

orgánicamente rico es muyinteresante para los astro-

biólogos. Los estudiosadicionales de la rota-ción de Titán permi-tirán entender mejoreste interior acuosoy la relación entre elgiro de la corteza ylos vientos de la

atmósfera. Quizá has-ta puedan detectarse

cambios estacionales enel movimiento de esta corte-

za en los próximos años.Afortunadamente, los científicos de

la Cassini tienen ya nuevos datos deTitán porque el pasado 25 de marzo,justo antes de su máxima aproxima-ción a una altitud de mil kilómetrossobre el satélite, Cassini usó suespectrómetro para examinar laatmósfera superior de la luna.Inmediatamente después de sumayor aproximación, el espectóme-tro visual e infrarrojo capturó imáge-nes de alta resolución del cuadrantesur de Titán. Seguro que el análisisde estos datos nos depara muchas ynuevas sorpresas. Este descubri-miento aparece en la edición de larevista Science del 21 de marzo.

Pablo Santos (IAA)

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El pasado martes 18 de mar-zo falleció, en su casa de Colombo(Sri Lanka), el escritor británicoArthur C. Clarke. El Universo deci-dió despedirle con honores yaque, al día siguiente, ocurrió algo

bastante improbable: la explosiónde, nada más y nada menos, ¡cua-tro explosiones de GRB!, cuandolo habitual es que el satélite derayos gamma Swift detecte dosexplosiones por semana.

Además de este hecho sorpren-dente, una de estas explosionesde rayos gamma, concretamentela bautizada como GRB080319B,pasó durante unos instantes porser el objeto visible a ojo desnudo

Un oocéano dde aagua yy aamoníacobajo lla ccorteza dde TTitán

A

El UUniverso ddespidea AArthur CC. CClarkeNada menos que cuatro explosiones de rayosgamma coincidieron la noche siguiente a lamuerte del escritor

EN BBREVE

El ffin dde Ulysses

Tras más de diecisieteaños explorando los efectos dela actividad solar en el entorno,la misión Ulysses, desarrolladaconjuntamente por ESA yNASA, aguarda su fin. Lanzadaen 1990 con una esperanza devida de unos cinco años, lamisión ha superado todas lasexpectativas y ha estudiado enprofundidad las regiones pola-res del Sol, así como la helioes-fera, o la región donde influyesu actividad.

A vvueltas ccon PPlutón

La Unión AstronómicaInternacional, que en 2006 rele-gara a Plutón a la categoría de“planeta enano”, obliga denuevo a reescribir los libros detexto. Ahora Plutón, al igual queEris (el objeto transneptunianocuyo descubrimiento generó lapolémica -en la imagen supe-rior), son plutoides, es decir,“objetos celestes en órbita entorno al Sol a una distanciamayor que la de Neptuno, conforma esférica y que no han lim-piado su órbita de cuerpos máspequeños”.

más lejano que hombre o mujerhaya podido observar jamás.Se cree que un tipo de estaspotentes explosiones, los GRBslargos, provienen de la explosiónde estrellas muy masivas cuando,al agotar su combustible, elnúcleo se hunde bajo su propiopeso y da lugar una estrella deneutrones o a un agujero negro.

Se trata de uno los fenómenosmás energéticos del Universo(excluyendo el Big Bang).Tras la detección del frente derayos gamma de GRB080319B, elpropio satélite Swift, así comovarios telescopios situados enTierra, detectó una intensa lumi-niscencia en el óptico procedentedel mismo objeto que pasó a ser

visible en el cielo, incluso a simplevista, con una magnitud entre cin-co y seis para luego decaer rápi-damente. Este fenómeno de lumi-niscencia, también conocidocomo afterglow, suele detectarseen algunos casos tras la explosióninicial de rayos gamma y su ori-gen está aún en debate.Las observaciones combinadas ysu análisis (ver artículo siguiente),hacen de este GRB el objetointrínsecamente más brillante ylejano que el hombre ha podidoobservar a simple vista. Sin duda un auténtico homenajecósmico para Arthur C. Clarke,escritor de más de cien libros deciencia y ciencia ficción y un visio-nario de muchos de los avancescientíficos y tecnológicos que dis-frutamos en la actualidad. Entresus novelas más conocidas des-

taca 2001: Una Odisea del espa-cio, llevada al cine por StanleyKubrick, o Cita con Rama.Durante la II Guerra Mundial tra-bajó para la fuerza aérea en eldesarrollo de un nuevo tipo deradar. Tras la guerra propuso laidea de usar satélites geoestacio-narios para comunicaciones sincables. Las órbitas geosíncronasse llaman en su honor: órbitasClarke.En los años 40 del siglo XX desa-rrolló en sus novelas la tecnologíanecesaria para un viaje a la Luna,casi tres décadas antes de alcan-zar nuestro satélite. Sus ideas sir-vieron de inspiración para lasmisiones reales que pusieron alprimer hombre sobre la superficielunar.

Emilio J. García (IAA).

Los gamma ray bursts (GRBs)de larga duración, comoGRB080319B, son breves e inten-sos pulsos de radiación gamma deorigen extragaláctico que se locali-zan mediante satélites. Uno deestos satélites es el llamado Swift,capaz de detectar dichos estallidosy de enviar en pocos segundos suposición a telescopios ópticos,infrarrojos y de radio terrestres.Estos telescopios estudian el lla-mado afterglow o resplandor quesigue al GRB y, entre otra serie demedidas, determinan su distancia.Mediante observaciones en tierrade los afterglows se ha podidoestablecer que los GRBs se origi-nan por la muerte violenta deestrellas masivas que ocurren engalaxias lejanas (con un corrimien-to al rojo medio de 2,7, equivalen-te a distancias de ~22.000 millonesde parsecs (Mpc)].GRB080319B fue localizado en la

constelación de BOOTES por elsatélite Swift a las 6:12:49 UT del 3de marzo. Las medidas espec-troscópicas determinaron un corri-miento al rojo de z=0.937, lo quesupone una distancia de luminosi-dad aproximada de 6.000Mpc.GRB080319B muestra la mayorcantidad y calidad de datos jamásrecogidos para un GRB. Los pri-meros datos ópticos son simultá-

neos a la explosión en rayos gam-ma y muestran, por primera vez ycon gran resolución temporal laemisión del llamado flash óptico.Dicho flash alcanzó una magnituden el filtro V de 5,3 (cuando nosquedamos con un solo color, eneste caso un color específico entreel amarillo y el verde), por lo quebrevemente pudo apreciarse asimple vista por un observador con

cielo oscuro. Sin duda unos sim-ples prismáticos habrían sido másque suficientes para ver este esta-llido estelar ocurrido cuando elUniverso tenía aproximadamentela mitad de la edad actual. Elrécord anterior se remonta al año1999, cuando el flash óptico deGRB990123 fue detectado conuna magnitud de V~8.9.La obtención de datos ópticos deGRB080319B simultáneos a losrayos gamma se debe a una puracasualidad. Aproximadamentetreinta minutos antes de que esta-llara el GRB080319B, se habíadetectado otro GRB(GRB080319A), fortuitamenteseparado en el cielo tan solo pordiez grados de la posición deGRB080319B. Este hecho hizoque tanto Swift como algunostelescopios terrestres de grancampo, que ya estaban observan-do GRB080319A, observaran la

No es fácil hallar en la naturaleza un evento con el brillo óptico de GRB080319B, posiblementela explosión estelar más violenta detectada en el Universo

La mmuerte dde uuna eestrella aa 66.000 MMpcdetectable aa ssimple vvista

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A

GRB080319B

región de GRB080319B inclusoantes de que estallara. La tempra-na detección óptica permitió unseguimiento sin precedentes des-de los primeros segundos hastameses después del GRB. Unagran colaboración internacional enla que participan más de doce paí-ses y en las que se han compiladodatos multifrecuencia de más dequince telescopios (VLT, Gemini,VLA, HST, Spitzer, WSRT, HET,entre otros) ha modelado la evolu-ción del GRB mediante un novedo-so modelo de jet doble (ver másdetalles enhttp://xxx.lanl.gov/pdf/0805.1557,recientemente enviado a la revistaNature).El afterglow fue tan brillante que untelescopio infrarrojo de tamañomedio (un metro) podría haberlodetectado incluso con un corrimien-to al rojo de ~17. De hecho, el brilloóptico de GRB080319B fue 2,5millones de veces superior al de lasupernova más brillante detectada

hasta la fecha, SN2005ap. El exito-so lanzamiento el pasado día 11 dejunio del nuevo satélite de altas

energías GLAST promete nuevosdescubrimientos en el campo delos GRBs y, quizás, la detección

de nuevos "monstruos" explosi-vos como GRB080319B.Javier Gorosabel (IAA)

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Las contribuciones científicas van siendocada vez más colaborativas e incrementales,y menos individuales y discontinuas. Surgepues la pregunta de cuál es la contribución decada autor, si hay autores que no han contri-buido o incluso que no aparecen entre los fir-mantes de un artículo. Y todo esto en elsupuesto caso en que el trabajo haya dadolugar a un incremento del conocimiento sobreel tema: todos sabemos que en el avancecientífico está permitido el "plagio", siemprey cuando se cite la fuente adecuadamente.Estas consideraciones son de extremadaimportancia para los profesionales de lainvestigación, pues nuestro rendimiento labo-ral se basa en reconocer nuestras autorías.

Un ejemplo: el primer planeta descubier-to girando alrededor de una estrella distintadel Sol no fue precisamente el que hoy todoel mundo reconoce como el descubierto porel Dr. Mayor, llamándose desde entonces aestos objetos planetas extrasolares. D. A.Wolszczan y D. Frail ya anunciaron, en 1992(Nature 355: 145-147), que alrededor de unpúlsar giraba un objeto (en realidad sonvarios) de masa similar a la de la Tierra.Mucho más desconocido aún es el hecho deque Rubens y Kurlbaum, dos químicos que

midieron, con una precisión nunca alcanza-da, la intensidad luminosa en un lugar cerra-do, presentaron al Dr. Planck sus medidaspara que este ajustara una fórmula queempezó siendo empírica y que ahora es labase de la mecánica cuántica. No puedo olvi-dar las numerosas contribuciones teóricasllevadas a cabo por autores rusos en revistasrusas escritos en ruso, y que finalmente sonredescubiertas en Occidente.

Ya desde el comienzo de la carrera inves-tigadora, la conexión doctorando-director detesis ha originado agrias disputas entre losjóvenes y no tan jóvenes. Otro ejemplo: lahistoria de Jocelyn Bell, descubridora de lospúlsares, y su director, Antony Hewish,quien obtendría el premio Nobel, -ex aequocon Sir Martin Ryle- por “su investigaciónpionera en radioastronomía: Ryle por susobservaciones e inventos, en particular sobrela técnica de apertura de síntesis, y Hewishpor su papel decisivo en el descubrimientode los púlsares”, literalmente. El trabajo deJocelyn no fue premiado de igual manera.

El futuro que se prevé tampoco es muyhalagüeño para aquel que crea poder diluci-dar con certeza cuál ha sido la contribuciónconcreta de cada uno de los nombres que apa-

recen en una lista de coautores. La e-Ciencia,que ya está poniendo recursos compartidosen la red, junto con archivos de datos inéditosy herramientas para su explotación, difumi-nará aún más esa frontera ya difusa entre elautor de un trabajo y la relación con su propiacontribución. No obstante, los norteamerica-nos, que todo lo controlan, hace tiempo quehan creado un instituto que marca la forma enla que debe evaluarse la producción científicade individuos, centros y sistemas ligados a laI+D en general. Este instituto, el ISI, inclusosugiere el uso de fórmulas cuantitativasmediante las cuales se puede evaluar el CVde un investigador. La última moda es hacer-lo con un solo dígito, el parámetro H(1).

¡Qué tiempos aquellos en que en la solafirma de un manuscrito se reconocía al autor!Hasta el mismísimo Don Miguel, en un alar-de de honestidad, reconocía en Cide HameteBenengeli al autor de la penosa historia deAlonso Quijano. Vale.

PD: Yo incluso dudaría de la completaautoría de este artículo.

(1) Número de artículos publicados por un autor quehan sido citados, como mínimo, otras tantas veces.

ENTRE BASTIDORES RAFAEL GARRIDO (IAA-CSIC)

AUTORÍAS

A

Concepción artística de una explosión de GRB. Fuente: NASA.

Esta reunión, organizada por el grupo de Variabilidad Estelardel IAA, buscaba reunir a todas aquellas personas de Españay Portugal que trabajan actualmente en sismología estelar y

planetaria, así como en temas afines. Con ello se pretendía sentarlas bases para establecer una Comunidad Ibérica (CI), en la que sefavoreciese la organización y coordinación para abordar cualquiertipo de reto científico en dichas áreas. Una CI con la que se pudie-

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IAAACTIVIDADES

El Observatorio de Calar Alto, codiri-gido por el CSIC, a través delInstituto de Astrofísica de Andalucía,

y la Sociedad Max Planck de Alemania, através de su Instituto de Astronomía, es elcomplejo astronómico más importante dela Europa continental con sus tres telesco-pios de 3,5, 2,2 y 1,23 metros de apertura. Dada la importancia que los telescopios decuatro metros están adquiriendo en lainvestigación astronómica, la elección delos nuevos instrumentos para el telescopiode 3,5 metros de Calar Alto constituye unpaso de gran relevancia para afrontar losdesafíos científicos actuales en varios cam-pos de la Astrofísica, desde la búsqueda deplanetas extrasolares hasta la cosmología.Así, tras esta reunión, en la que se presen-taron y debatireron las ideas más innova-doras, tendrá lugar una convocatoria abier-ta a toda la comunidad para la propuesta deinstrumentos, que el Comité CientíficoAsesor fallará en breve con una selecciónde las mejores propuestas.

Ciencia en Calar AltoEl Observatorio de Calar Alto se halla enla Sierra de Los Filabres (Almería), yofrece unas excelentes condiciones de

observación en el óptico y el infrarrojotanto a astrónomos españoles y alemanescomo al resto de la comunidad internacio-nal. Entre los trabajos de investigación quedesarrollan los científicos en Calar Alto seencuentran el estudio de la estructura de laVía Láctea y la formación de estrellas apartir de la materia interestelar; la investi-

gación de sistemas extragalácticos, comogalaxias o cuásares; el análisis de laestructura y el desarrollo de los objetosestelares; así como el estudio de la historiadel Universo en su conjunto.El observatorio de Calar Alto mantieneademás importantes colaboraciones conotros observatorios internacionales y conproyectos espaciales.

Instrumentos de futuro para Calar Alto

Astrónomos e ingenieros de varios paísespresentaron y discutieron ideas sobre lanueva generación de instrumentos parael telescopio de 3,5 metros de Calar Alto

Organizada por la Red de Infraestructurasde Astronomía, la reunión tuvo lugar en elInstituto de Astrofísica de Andalucía los días11, 12 y 13 de junio

Un total de 18 investigadores de centrosespañoles y portugueses se dieron cita enesta primera reunión, lo que supone unaimportante representación de laComunidad Ibérica de Sismología Estelar

I Reunión Ibérica de Sismología Estelar y Planetaria

IMaX: Imaging Magnetograph eXperiment

El Imaging Magnetograph eXperiment,IMaX, es un instrumento del proyectoSUNRISE, un globo estratosférico que

volará desde el Ártico en una trayectoria cir-cular entre Europa, América del Norte ySiberia. SUNRISE está liderado por el MaxPlank Institut für Aeronomie (MPAe,Lindau, Alemania) y cuenta con la partici-pación de centros de investigación alemanes,estadounidenses y de centros españoles através del consorcio IMaX. En este consor-cio participan el IAC (Tenerife,Coordinador), IAA (Granada), INTA(Madrid) y GACE-Univ. de Valencia(Valencia). IMaX proporcionará magnetogramas vecto-riales de la superficie solar con una resolu-ción espacial de 70 km. Estas escalas espa-ciales son de una importancia clave en lafísica del magnetismo solar pues son compa-rables con magnitudes como el camino libremedio de los fotones o la altura de escala depresiones. Nunca antes se habían obtenido

magnetogramas con esta resolución espacialy por periodos de varios días con una cali-dad de imagen constante. Este tipo de datosson de fundamental importancia para enten-der los procesos de emergencia y desapari-ción de los campos magnéticos superficiales,cómo estos acoplan la superficie fotosféricacon la corona solar a millones de grados yqué procesos MHD pueden estar relaciona-dos con estas enormes temperaturas. Lascondiciones del medio ambiente espacialestán dominadas por las expulsiones de masacoronal caracterizadas en los últimos añospor el satélite SOHO. El precursor fotosfé-rico de estas expulsiones consiste enpequeños procesos de cancelación magnéti-ca que necesitan la resolución y sensibilidadque alcanzará IMaX para su estudio.La participación del IAA en el proyecto con-siste tanto en la vertiente científica, con unequipo formado por cuatro investigadores,como en la parte técnica, compuesta pornueve ingenieros. El aporte tecnológico se

divide en diseño y construcción de laelectrónica del instrumento y en el de soft-ware de alto y bajo nivel necesarios paracontrolar IMaX. IMaX utilizará para la modulación de lasseñales de polarización la tecnología deretardadores ópticos basados en cristal líqui-do (ROCLIs) que el IAC está desarrollandocon la empresa TECDIS Display Ibérica deValladolid. También posee un dispositivoEtalon para la sintonía dentro de la raya querequiere control muy estricto en alto voltajey temperatura. Debido a que no se ha utili-zado tecnología cualificada para Espacio, laelectrónica irá albergada en sendas cajaspresurizadas. Las cámaras son comercialesy fabricadas por DALSA. La adquisición yprocesado de imágenes de un megapíxel serealiza en tiempo real usando las últimas tec-nologías con diseños mixtos, DSPs yFPGAs.

Antonio López (IAA)

DESARROLLO TECNOLÓGICO

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ran identificar los posibles problemas comu-nes, así como las sinergias entre los distintossubgrupos, y que fomentara nuevas colabo-raciones y arraigara las existentes. Tanto este como el segundo objetivo funda-mental, la discusión científica y la puesta encomún de técnicas y herramientas utilizadaspor los distintos grupos, fueron cumplidoscon creces.

Desarrollo de la reuniónEl formato de esta I Reunión fue dinámico einformal. Los participantes, divididos en tresgrupos de trabajo y con un coordinador porgrupo, trabajaron con formato libre sobre lostemas planteados inicialmente aunque sus-ceptibles a cambios. El grupo de Técnicas de observación estu-vo dedicado principalmente al uso delObservatorio Virtual para la búsqueda deobjetos nuevos y para la determinación deparámetros físicos, ambos aspectos necesa-rios hoy en día para hacer astrosismología degran cantidad de datos provenientes demisiones espaciales como CoRoT, Kepler oPLATO. También trabajó en la normaliza-ción de espectros Echelle, y en la identifica-ción de modos con LPV. El grupo de Tratamiento y análisis de losdatos trabajó intensamente en los últimosanálisis de las curvas de luz fotométricas pro-venientes de los datos del satélite CoRoT. Se

abordaron principalemente los problemas delanálisis de las curvas de estrellas tipo solar-like y Be. Por su parte, el grupo Interpretación de losdatos dedicó sus esfuerzos principalmente atrabajar en los ejercicios del ESTA/CoRoT,en particular en la Task 2, que concierne lacomparación de códigos de oscilación. Conel coordinador general del ESTA/CoRoT,Mario Monteiro, se analizó y discutió la pla-nificación de este segundo ejercicio.Además, el grupo discutió sobre el modela-

do de estrellas en pre-secuencia principal(PMS) y el estudio de su nacimiento usandola astrosismología. En particular se discutie-ron posibles estrategias observacionales parapoder verificar los procesos de nacimiento y,además, se discutió la posibilidad de fabricarmodelos incluyendo rotación. Los científicos asistentes acordaron dar con-tinuidad a este tipo de reuniones, y ya seprevé una segunda convocatoria en Portugal.

Juan Carlos Suárez (IAA)

IAAA

AAAAIIINFORMACIÓN y ACTUALIDAD ASTRONÓMICAhttp://www.iaa.csic.es/revista.html JUNIO 2008, NÚMERO: 25

V I D A H U M A N A E N E L E S P A C I O

M O D E L O E S T Á N D A R D E P A R T Í C U L A S

INSTITUTO DE ASTROFÍSICA DE ANDALUCÍAConsejo Superior de Investigaciones CientíficasIAA-CSIC http://www.iaa.csic.es

CHARLAS DIVULGATIVAS PARA COLEGIOS EN EL IAA

El IAA organiza mensualmente charlas de divulgación astronómica paraestudiantes, a petición de los colegios interesados. Pueden obtener másinformación en la página Web del instituto o contactando con Emilio J.García (Tel.: 958 12 13 11; e-mail: garcia@iaa.es).

¿Te atreves a medir el radio de la Tierra?¿Te atreves a medir el radio de la Tierra?

Uno de los pprrooyyeeccttooss eemmbblleemmááttiiccooss del AIA-IYA2009pretende implicar al mayor número posible decolegios de todo el territorio nacional en un mismoreto: repetir la experiencia de Eratóstenes ydeterminar conjuntamente el radio de la Tierra.Poco a poco informarán en detalle sobre elproyecto, pero ya podemos echar un vistazo alos primeros documentos.

A N Á L I S I S A R M Ó N I C O

A G U J E R O S N E G R O S

REUNIONES Y CONGRESOS

http://www.iaa.es/congresos/

19TH ESCAMPIG, EUROPHYSICS CONFERENCE ON THE ATOMICAND MOLECULAR PHYSICS OF IONIZED GASESGRANADA, 15-19 JULIO.

COSMOLOGY ACROSS CULTURES, IMPACT OF THE STUDY OF THE UNIVERSE IN HUMAN THINKING.GRANADA, 8-12 SEPTIEMBRE.

R E C O M E N D A D O SWEB: AÑO INTERNACIONAL DE LA ASTRONOMÍA AIA-IYA

LA QUÍMICA DEL UNIVERSO

110000 hhoorraass ddee aassttrroonnoommííaa eenn ttooddoo eell ppllaanneettaa, incluyendo observaciones del cielo,webcasts, conexión de grandes observatorios alrededor del globo, etc.Uno de los objetivos principales de este evento mundial reside en que el mayor número

posible de personas descubra, a través de un telescopio, lo mismo que Galileoobservó: las cuatro lunas galileanas alrededor de Júpiter.

Una idea posible, aunque dificil de llevar a cabo, consiste en conectar esteevento mundial con una disminución controlada y segura de la iluminaciónde las ciudades en todo el planeta, que nos permita descubrir lamajestuosidad de un cielo cada vez más escondido tras la contaminaciónlumínica

El proyecto “100 horas de Astronomía” tendrá lugar desde el jueves, dos deabril, al domingo, cinco de abril de 2009. Esto incluye dos días lectivos, ideal

para estudiantes y profesores y un fin de semana, más adecuado para toda la familia.Además, la Luna estará en cuarto creciente, ideal para su observación al comienzo de lanoche durante todo el fin de semana.

proyectos pilares:

http://www.iaa.es/IYA09

100100HORAS HORAS DE DE ASTRONOMÍAASTRONOMÍA

A G E N D A