Biografía de 105 galaxias

Un proyecto liderado por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha desvelado la historia de 105 galaxias del universo cercano desde su origen. La información se desprende del proyecto de observación Calar Alto Legacy Integral Field Area survey (CALIFA, de sus siglas en inglés).

Los resultados del proyecto, que se publican mañana en un artículo de la revista The Astrophysical Journal Letters,indican que el ritmo de formación estelar es el mismo para todas las regiones de todas las galaxias excepto en aquellas de tamaño masivo. Estas últimas presentan un pico en su ritmo de crecimiento, en los albores de su formación, mucho más elevado que el resto. De hecho, las zonas centrales de la galaxia y, por tanto, las más antiguas se formaron a un ritmo superior al resto. De esta observación se deprende que las galaxias masivas crecen de dentro hacia fuera.

La Vía Láctea, una galaxia de baja masa que, según el estudio, creció lentamente y de forma uniforme. Fuente: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt

“El pico de crecimiento máximo de una galaxia masiva se alcanza cuando esta tiene una masa de pocas decenas de miles de millones de masas solares, después, el ritmo desciende y se equipara al del resto de galaxias”, explica el investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía del CSIC Enrique Pérez, que ha dirigido la investigación. Según sus cálculos, este pico en el ritmo de crecimiento tiene una duración de entre 5.000 y 7.000 millones de años.

Avanzan en la ubicación de la ‘Isla de Estabilidad’ de los elementos superpesados

Un equipo internacional de investigadores con participación de la Universidad de Granada (UGR) ha podido medir directamente la intensidad de los efectos de capas en elementos muy pesados, lo que proporciona valiosa información sobre la estructura nuclear de este tipo de elementos desconocidos en la Naturaleza.

Estos resultados son prometedores para localizar la llamada “Isla de Estabilidad”, teoría que establece la existencia de elementos superpesados que serían muy estables, cuya vida media sería de cientos o incluso miles de millones de años. Estas medidas se han llevado a cabo en isótopos de nobelio y laurencio utilizando el acelerador de partículas del laboratorio de física nuclear GSI en Darmstadt (Alemania). Los resultados fueron publicados por la revista Science en agosto.

Los llamados elementos superpesados son aquellos cuyo número atómico es mayor que el del laurencio (Z=103). Estos elementos no existen en la Naturaleza y son creados en laboratorios de física nuclear como GSI mediante colisiones de iones. En su mayor parte son elementos inestables, por lo que se desintegran en cortos periodos de tiempo tras su creación. Sin embargo, hay predicciones teóricas que establecen la existencia de un grupo de elementos superpesados extraordinariamente estable entorno a lo que se ha dado en llamar “Isla de Estabilidad”.

Estos elementos superpesados deben su estabilidad exclusivamente a los denominados “efectos de capa” en el núcleo atómico. Los constituyentes del núcleo, protones y neutrones, se organizan en capas. En algunas configuraciones llamadas “mágicas”, donde las capas están completamente llenas, los protones y neutrones están más fuertemente unidos, lo cual da origen a estos elementos superpesados estables. Sin este efecto, en el caso de elementos superpesados se desintegrarían de forma inmediata debido a la repulsión de Coulomb entre los protones.

En busca del ‘número mágico’

Tras décadas de investigación, su localización exacta sobre la carta de núcleos es un tema de extensa discusión sobre el que todavía no hay consenso. Algunos modelos teóricos predicen un “número mágico” de protones para el elemento 114, mientras que otros prefieren los elementos 120 o 126. Otra cuestión controvertida es si las vidas medias de los núcleos situados sobre la isla serán sólo de cientos o incluso miles o millones de años. Hasta la fecha todos los elementos superpesados han sido sintetizados en laboratorios y tienen vidas medias cortas. Ningún elemento superpesado se ha encontrado todavía en la naturaleza.

Obtener información precisa sobre la intensidad de los efectos de capas que aumente la energía de enlace de protones y neutrones en el caso de capas llenas es fundamental para obtener predicciones más exactas sobre la ubicación y extensión de la “Isla de Estabilidad”. Dado que la energía de enlace nuclear está relacionada con la masa a través de la famosa ecuación de Einstein E = mc², los aceleradores de partículas potentes como GSI pueden producir elementos superpesados a partir de grandes energías y pesar sus núcleos atómicos directamente para medir así la intensidad de los efectos de capas.

Esto es lo que ha conseguido un grupo internacional de investigadores entre los que se encuentra Daniel Rodríguez, del Departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear de la Universidad de Granada, y miembro del Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN). Con la instalación de trampas de iones SHIPTRAP, actualmente la balanza más precisa para pesar los elementos más pesados, los científicos han podido medir, de la forma más precisa obtenida hasta ahora, las masas de elementos en la región del número mágico de neutrones N=152, concretamente sobre isótopos de nobelio (Z=102) y laurencio (Z=103).

Trampa magnética

Para ello, los científicos producen los elementos con el acelerador de partículas del GSI y los confinan en las trampas magnéticas de SHIPTRAP. Para la medida del isótopo laurencio-256, sólo 50 iones se pudieron detectar durante cuatro días. Los nuevos datos sirven como punto de referencia para los mejores modelos sobre los núcleos más pesados y permite mejorarlos en sus predicciones.

En la colaboración internacional participan científicos del GSI, el instituto Helmholtz de Mainz (HIM) y las universidades de Giessen, Granada, Greifswald, Heidelberg, Mainz, Múnich y Padua, el instituto Max-Planck de Física Nuclear de Heidelberg y el instituto PNPI de San Petersburgo.

En la actualidad, la UGR está construyendo un dispositivo único en el mundo, denominado sensor cuántico, que servirá para medir masas de núcleos con números atómicos más altos de los medidos hasta la fecha. Dicho dispositivo una vez construido se acoplará al acelerador del GSI en Alemania en la instalación SHIPTRAP. La construcción de este dispositivo (en marcha desde noviembre de 2011) es posible gracias a una subvención de 1,5 millones de euros otorgada en 2011 por el Consejo Europeo de Investigación a Daniel Rodríguez.

http://www.fpa.csic.es

http://www.i-cpan.es/

 

Enlaces:

• Artículo en Science

La circulación termohalina del Atlántico quedó prácticamente detenida en la última glaciación

Una investigación internacional en la que ha participado el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha desarrollado un nuevo modelo numérico que reproduce el sistema climático global y permite deducir el caudal de la corriente oceánica conocida como circulación termohalina a partir de la temperatura de la superficie del mar y del aire. El estudio ha sido publicado en la revista Nature Geoscience.

Para poner a prueba el modelo, los investigadores lo han aplicado a la reconstrucción de eventos climáticos del pasado. Los resultados son coherentes con las cifras que se habían conseguido mediante los análisis de los sedimentos fósiles.

Inmenso cinturón de agua

La circulación termohalina es un inmenso cinturón de agua que transporta calor desde el trópico hasta el norte y agua fría por el fondo desde el norte hasta el continente antártico y los océanos Pacífico e Índico. Según estimaciones actuales, tiene un caudal de entre 17 y 18 millones de metros cúbicos por segundo, lo que equivale aproximadamente a veinte veces el caudal de todos los ríos del mundo.

“Conocer las variaciones de la fuerza de esta corriente en el Atlántico es una de las claves para entender los cambios climáticos en el pasado, ya que su caudal no ha sido siempre el mismo” explica el investigador del CSIC Joan Grimalt, director del Instituto de Diagnóstico Ambiental y Estudios del Agua.

Los experimentos ATLAS y CMS del CERN observan una partícula consistente con el bosón de Higgs

En el seminario celebrado en la sede del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) en Ginebra (Suiza), los experimentos ATLAS y CMS del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) presentaron sus últimos resultados preliminares en la búsqueda de la partícula de Higgs. Ambos experimentos observan una nueva partícula en el rango de masas alrededor de 125-126 GeV (gigaelectronvoltios,unas 134 veces la masa de un protón). El anuncio realizado por el CERN sirve como apertura de la mayor conferencia en Física de Partículas del año, ICHEP2012, que comienza hoy en Melbourne. La próxima edición se celebra en Valencia en 2014.

“Observamos en nuestros datos claros signos de una nueva partícula, con un nivel de confianza estadística de 5 sigma, en la región de masas alrededor de 126 GeV. El excepcional funcionamiento del LHC y ATLAS, y los enormes esfuerzos de mucha gente, nos han llevado a esta emocionante etapa”, dijo la portavoz del experimento ATLAS Fabiola Gianotti, “pero se necesita un poco más de tiempo para preparar estos resultados para su publicación”. Lee aquí el comunicado oficial de ALTAS en castellano.

“Los resultados son preliminares, pero la señal de 5 sigma alrededor de 125 GeV que estamos viendo es espectacular. Es realmente una nueva partícula. Sabemos que debe ser un bosón y es el bosón más pesado jamás encontrado”, dijo el portavoz del experimento CMS Joe Incandela. “Las implicaciones son muy significativas y es precisamente por esta razón por lo que debemos ser extremadamente diligentes en todos nuestros estudios y comprobaciones”. Lee aquí el comunicado oficial de CMS en castellano.

“Es difícil no emocionarse con estos resultados”, dijo el director de Investigación del CERN, Sergio Bertolucci. “El año pasado dijimos que en 2012 podríamos encontrar una nueva partícula como el bosón de Higgs o excluir la existencia del bosón de Higgs predicho por el Modelo Estándar. Con toda la precaución necesaria, me parece que estamos ante un punto de inflexión: la observación de esta nueva partícula indica el camino para el futuro hacia una comprensión más detallada sobre lo que estamos viendo en los datos”.

Resultados preliminares

Los resultados presentados hoy se consideran preliminares. Se basan en datos recopilados en 2011 y 2012, con los datos de 2012 todavía bajo análisis. La publicación de los análisis mostrados hoy se espera para finales de Julio. Una imagen más completa de las observaciones mostradas hoy se obtendrá a finales de este año, después de que el LHC proporcione más datos a los experimentos.

El siguiente paso será determinar la naturaleza precisa de la partícula y su importancia paranuestra compresión del Universo. ¿Sus propiedades son las esperadas para el tan buscado bosón de Higgs, el ingrediente final aún no descubierto del Modelo Estándar de Física de Partículas? ¿O es algo más exótico? El Modelo Estándar describe las partículas elementales a partir de las cuales nosotros, y cualquier objeto visible del Universo, estamos hechos, así como las fuerzas que actúan entre ellas. Toda la materia que podemos ver, sin embargo, parece ser no más de un 4% del total. Una versión más ‘exótica’ de la partícula de Higgs podría ser un puente hacia la comprensión del 96% del Universo que permanece en la oscuridad.

“Hemos alcanzado un hito en nuestro entendimiento de la naturaleza”, dijo el director general del CERN, Rolf Heuer. “El descubrimiento de una partícula consistente con el bosón de Higgs abre el camino a estudios más detallados, que requieren más estadística, los cuales concretarán las propiedades de la partícula y probablemente arrojarán luz sobre otros misterios de nuestro Universo”.

La identificación de las características de la nueva partícula requerirá una considerable cantidad de tiempo y datos. Pero,cualquiera que sea la forma que tome la partícula de Higgs, nuestro conocimiento de la estructura fundamental de la materia está a punto de dar un gran paso adelante.

Participación española

España es uno de los principales contribuyentes al CERN, ascendiendo su aportación al 8,11% del total de las aportaciones para el ejercicio 2012. La participación de los grupos de investigación españoles en el LHC cuenta con el apoyo del Ministerio de Economía y Competitividad, a través del Programa Nacional de Física de Partículas, y del Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN), proyecto Consolider?Ingenio 2010.

Además de haber diseñado y construido varios subdetectores que son clave en la búsqueda de nuevas partículas en el LHC, los grupos españoles participan de forma destacada en su operación y mantenimiento, así como en la recogida, procesado y análisis de las colisiones producidas por los experimentos, incluyendo aquellas que pueden conducir a la observación del bosón de Higgs.

Desde la puesta en marcha del detector ATLAS, donde participan más de 3.000 científicos de 174 instituciones procedentes de 38 países, investigadores del Instituto de Física Corpuscular (IFIC), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat de València (UV); el Institut de Fisica d’Altes Energies (IFAE), consorcio entre la Generalitat de Catalunya y la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB); el Instituto de Microelectrónica de Barcelona (CNM?IMB?CSIC); y la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), participan activamente en la operación y mantenimiento de los detectores, con una fuerte presencia en las actividades de alineamiento y calibración.

Dentro del amplio programa de investigación del LHC, los grupos españoles en ATLAS participan en un gran número de líneas de investigación en el análisis de los datos, que cubren muchos de los temas a priori más interesantes del programa del LHC. En particular, en el caso de la búsqueda del bosón de Higgs del Modelo Estándar los grupos han estudiado diferentes estados finales resultado de la desintegración de la partícula de Higgs en dos fotones, dos leptones taus, dos quarks bottom, y dos bosones Z o W.

En CMS, donde participan 3.275 científicos de 179 institutos en 41 países, están presentes los grupos experimentales del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT); Instituto de Física de Cantabria (IFCA), centro mixto CSIC-Universidad de Cantabria (UC), la Universidad de Oviedo (UO) y la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), ocupando responsabilidades en la operación y mantenimiento de los detectores, así como en técnicas de alineamiento básicas para tener datos de calidad.

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Se aprueba la mayor colaboración astronómica de la historia para construir y lanzar el satélite Euclides

La Agencia Espacial Europea (ESA) acaba de aprobar formalmente la colaboración internacional de unos mil científicos de cien institutos de investigación

El Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) participa en el desarrollo de uno de los dos instrumentos que incorporará el telescopio espacial Euclid

La misión, que se espera que sea  lanzada a finales de esta década, se propone descubrir la verdadera naturaleza de la materia y la energía oscura, con el cartografiado de dos mil millones de galaxias y el ‘universo oscuro’ que las rodea

 

La Agencia Espacial Europea (ESA) acaba de aprobar la mayor colaboración astronómica internacional  de la historia para ayudar a construir el satélite Euclid. Unos mil científicos de cien laboratorios europeos, con la colaboración de algunos estadounidenses, participan en este consorcio que estudiará el lado oculto del universo, cartografiando la distribución y evolución de dos mil millones de galaxias y de las enigmáticas energía y materia oscuras.

El proyecto Euclid acaba de pasar la última fase de selección  como parte del programa de la ‘ESA Cosmic Vision 2015-2025’, que formará toda una legión de físicos e ingenieros con el objetivo de construir y lanzar al espacio la nueva misión para finales de esta década. El Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), junto con la Universidad Politécnica de Cartagena y el Instituto  de Ciencias del Espacio en Cataluña, participa  en el desarrollo de uno de los dos instrumentos que incorporará el telescopio espacial, la cámara y espectrógrafo para el infrarrojo cercano NISP.

Controlan la luz con grafeno

Científicos de instituciones españolas han logrado confinar la luz a escala nanométrica en grafeno, según publican esta semana en la revista Nature. El avance confirma las predicciones teóricas y las propiedades potenciales que tiene esta capa de átomos de carbono para procesar información óptica.

Equipos de investigación españoles han logrado visualizar por primera vez luz guiada con precisión nanométrica en grafeno, en una capa de átomos de carbono con un espesor de tan solo un átomo. Esta visualización prueba lo que físicos teóricos habían predicho desde hace tiempo: que es posible atrapar y manipular luz de manera muy eficiente usando grafeno como una nueva plataforma para procesar información óptica y de detección ultra-sensible.

El estudio, que pública esta semana la revista Nature, ha sido posible gracias a las sinergias establecidas entre el Instituto de Química-Física Rocasolano (IQFR-CSIC) de Madrid, el Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) de Barcelona y nanoGUNE en San Sebastián.

Hasta ahora se habían predicho propiedades ópticas de interés del grafeno cuando la luz se acopla a los denominados ‘plasmones’ (oscilaciones de naturaleza ondulatoria del “mar” de electrones de conducción en el grafeno). Sin embargo, no se había obtenido evidencia experimental directa de estos plasmones. La razón es que su longitud de onda, el ‘tamaño’ de los plasmones del grafeno, es entre 10 y 100 veces menor de lo que permiten observar los microscopios ópticos convencionales.

Un ADN cada vez menos ‘basura’

Una investigación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha diseñado un mapa global de las zonas reguladoras del genoma del pez cebra (Dario rerio) durante cuatro fases diferentes de su desarrollo embrionario. El trabajo, publicado en el último número de la revista Genome Research, describe la evolución de su actividad a lo largo del proceso.

Aproximadamente, sólo el 5% del ADN de los vertebrados es codificante, es decir, esa parte es capaz de generar el ARN necesario para la síntesis de proteínas. El 95% restante es ADN no codificante, considerado hasta hace poco como ADN basura, debido a su falta de implicación en la síntesis de proteínas. Sin embargo cada vez más investigaciones descubren nuevas propiedades y funciones de esta parte del genoma.
Entre esas funciones, el ADN no codificante posee ciertas regiones reguladoras que controlan cuánto, cuándo y dónde debe generarse el ARN. El trabajo del CSIC ha determinado que existe un “gran dinamismo en la actividad de dichas regiones a lo largo del proceso de desarrollo embrionario”.