Salen dos chorros del corazón de la Vía Láctea

Las dos burbujas de rayos gamma, con los chorros en el interior

El corazón de la Vía Láctea sigue activo, aunque sus latidos sean muy esporádicos. Los astrónomos han identificado dos chorros a propulsión de rayos gamma que han salido, en direcciones opuestas, del agujero negro supermasivo que tiene en su centro galáctico, conocido como Sagitario A.

Los chorros, según publican en la revista 'Astrophysical Journal' los investigadores del Smithsonian Harvard Center of Astrophysical, bajo la dirección el chino Meng Su, debieron producirse hace un millón de años, que en tiempos astronómicos es muy poco. "Su detección nos dice que el núcleo galáctico estaba activo hace relativamente poco tiempo", señala Su en un comunicado de su universidad.

Las dos ráfagas fueron detectadas por el telescopio espacial Fermi de la NASA, y se extienden a lo largo de 27.000 años luz encima y debajo del plano galáctico. Son las primeras de rayo gamma que se han detectado y se relacionan con unas misteriosas burbujas, también de rayos gamma, que el mismo telescopio detecto en 2010 y también ocupan unos 27.000 años luz, desde el centro de la Vía Láctea.

"Puede ser que el disco central se haya torcido en espiral hacia el agujero negro, debido a su fuerza de atracción", afirma Douglas Finkbeiner, también coautor de la investigación.

Los chorros se produjeron cuando el plasma fue arrojado hacia fuera del núcleo de la galaxia pero, como si fuera un sacacorchos, permanecía firmemente sujeto por el campo magnético. Los astrónomos creen que las burbujas se formaron debido al viento que soplaba la materia caliente hacia el exterior.

Este hallazgo reabre la cuestión de la actividad de la Vía Láctea ahora y en el pasado. Como mínimo, los chorros comenzaron hace 27.000 años, pero pueden haber persistido mucho tiempo. Para que vuelvan a activarse, según Finkbeiner, sería necesario una gran cantidad de materia: sus estimaciones apuntan que se requeriría una masa molecular que pesara unos 10.000 soles.

"Para empujar 10.000 soles fuera del agujero negro habría un truco. Estos agujeros son sucios tragadores de materia estelar que luego arrojarían, accionando los chorros", señala el investigador.

Fuente:

El Mundo Ciencia

50 soluciones a la paradoja de Fermi (31ª solución): El universo está aquí, pero solamente para nosotros

El argumento de Hart en la anterior solución a la paradoja de Fermi descansa en la existencia de un número de dificultades en el camino hacia el desarrollo de una civilización tecnológicamente avanzada: aparición de vida, evolución de animales multicelulares, desarrollo de lenguaje simbólico, etcétera. Los detalles precisos de estas dificultades no son relevantes en este momento. El argumento tan sólo requiere que se den un número de pasos críticos, aunque sean improbables, en al camino hacia la inteligencia.

Veamos. Por un lado, la vida del Sol será de unos 10.000 millones de años y el período durante el que podrá sostener planetas capaces de albergar vida puede ser bastante menor. Algunos astrónomos piensan que la Tierra únicamente soportará vida durante quizá otros 2.000 millones de años, pero no más. Por otro lado, la especie humana apareció sobre la faz del planeta cuando el Sol ya tenía unos 4.500 millones de años. Hay, pues, un factor 2 entre el tiempo de vida del Sol y el tiempo necesario para la aparición de vida inteligente (incluso se cree que podría ser aún menor, de hasta 1,3). Este hecho parece bastante sorprendente ya que, en principio, los factores que determinan cada uno de ambos acontecimientos no parecen muy relacionados. La vida del Sol viene establecida por una combinación de factores gravitacionales y nucleares, mientras que la aparición de vida tiene que ver con una combinación de factores químicos, biológicos y evolutivos.

Vivimos en un universo donde las escalas temporales abarcan un rango muy amplio: muchos procesos subatómicos ocurren en lapsos de tiempo tan breves como 10^-10 segundos, mientras que un gran número de procesos astronómicos son tan largos como 10¹⁵ segundos. La probabilidad de que dos escalas de tiempo completamente independientes tengan casi el mismo valor es remota. ¿Cómo explicarla, entonces, sin acudir a la coincidencia, a la casualidad?

Consideremos el conjunto de todos los universos posibles (si es que existen). En algunos sucederán cosas improbables; en cambio, en otros la serie de dificultades conducentes a la vida inteligente tendrá lugar. Y es precisamente en estos universos donde aparecerá esa especie inteligente para observarlos. En otras palabras, podemos ignorar los posibles universos en los que nosotros no existimos ya que, por definición, ellos tampoco existen para nosotros. Ahora bien, podemos preguntar: de todos los universos que existen para nosotros, ¿en cuáles tenemos mayores probabilidades de emerger, dado que sólo lo podemos hacer en algún instante de los 10.000 millones de años que vivirá nuestro Sol?

Un cálculo sencillo demuestra que si se necesitasen, por ejemplo, 12 pasos, 12 dificultades de las aludidas al principio para la aparición de vida inteligente, entonces el instante más probable para nuestra aparición sería una vez transcurrido el 94% de la vida del Sol. De hecho, nuestras observaciones parecen compatibles con este resultado. Para un Sol de 10.000 millones de años, la humanidad emergió al cabo de un 50% del período de vida solar. En cambio, si el Sol solamente pudiese sobrevivir durante otros mil millones de años, la raza humana habría surgido una vez transcurrido el 83% de la vida total de nuestra estrella madre, un valor muy cercano al estimado.

Finalmente, se llega al punto clave. Simplemente porque hemos seleccionado universos en los que existimos no podemos inferir necesariamente que otras especies inteligentes existen. Nosotros tenemos que estar aquí porque nos observamos a nosotros mismos aquí, pero la existencia de alienígenas debe enfrentarse a las probabilidades y éstas no son demasiado buenas. Si se dan una docena de dificultades en el camino hacia el desarrollo de la vida inteligente, entonces solamente hay una posibilidad entre mil billones de hallar otra especie inteligente en el universo, sin importar en qué dirección observemos.

El argumento anterior para la no existencia de CETs fue presentado originalmente por Brandon Carter en 1974. Obviamente, presenta un cierto tufillo a razonamiento de tipo antrópico. Y uno puede estar de acuerdo o no con las diferentes versiones del principio antrópico...

Matemáticas, átomos, pelos y mocos

Jueves, 11 de marzo de 2010

Matemáticas, átomos, pelos y mocos

Problema de Fermi

En física se denomina problema de Fermi, pregunta de Fermi o estimación de Fermi, en homenaje al físico Enrico Fermi, a problemas que involucran el cálculo de cantidades que parecen imposibles de estimar dada la limitada información disponible.

En la enseñanza de la física se utiliza la denominación en problemas diseñados para enseñar análisis dimensional y cálculo de estimaciones, mostrando la importancia de identificar claramente las hipótesis utilizadas.

Más información en Wikipedia. (Incluye valiosos ejemplos)

Tengo la costumbre de emplear una de mis primeras clases de cada curso en enseñar a mis estudiantes a hacer cálculos que, aparentemente, pueden resultar imposibles de llevar a cabo. Esta aparente dificultad para llevarlos a buen fin viene dada por la falta de datos, de información relevante.

El físico de origen italiano Enrico Fermi (1901-1954), quien fue una de las cabezas más visibles en el desarrollo del célebre proyecto Manhattan, que concluiría con la construcción de la primera bomba atómica, poseía una asombrosa facilidad para resolver cierto tipo de problemas, como los que os describo en el primer párrafo. Partiendo de unos datos exiguos, era capaz de obtener unas buenas estimaciones, aproximaciones asombrosamente precisas a las soluciones de los problemas planteados. En su honor, a estos problemas o cuestiones se les llama problemas de Fermi. Y para resolverlos, Fermi trataba siempre de descomponer el problema original en otros más simples, lo desmenuzaba hasta que a cada uno de estos micro-problemas le podía asignar una respuesta sencilla.

Para explicaros en qué consisten estos problemas, os pondré tres ejemplos de los que suelo proponer a mis estudiantes. Son estos:

1. ¿Cuántos átomos hay en un cuerpo humano?

2. ¿Cuál es la longitud del pelo que hay en una cabeza femenina?

3. ¿Cuánta gente hay, ahora mismo en el mundo, hurgándose la nariz?

No me negaréis que tienen enjundia, ¿verdad? ¿Entendéis ahora por qué digo lo que digo en los párrafos anteriores? ¿Cómo diablos se puede dar una solución aproximada a semejantes preguntas? Pues, justamente eso, es lo que me dispongo a contaros ahora mismo.

Comencemos por la primera cuestión. ¿Cuántos átomos hay en un cuerpo humano? Veamos, el cuerpo está formado por una serie más o menos diversa de elementos químicos constituyentes, pero no sabemos exactamente cuántos hay de cada tipo. Sin embargo, sí conocemos que un gran porcentaje de nuestro cuerpo es agua. Tomemos, pues, como primera aproximación que todo nuestro cuerpo es agua. Aún siendo este porcentaje del 70%, esto no quiere decir que cometamos un 30% de error, ya que justamente ese otro 30% está formado por otros átomos, aunque no sean de agua. Bien, un conocimiento básico de química nos dice que cada molécula de agua posee tres átomos: dos de hidrógeno y uno de oxígeno. El siguiente paso modesto es saber cuánto pesa una molécula de agua o, lo que es lo mismo, cada átomo que la constituye. Esto también lo aprendimos en el colegio. En un mol de agua hay el número de Avogadro (unos 600.000 trillones) de moléculas y cada mol pesa 18 gramos. Únicamente nos resta asumir un peso medio para un cuerpo humano. Pongamos 70 kg. Resulta trivial deducir que en un cuerpo humano hay, pues, unos 3900 moles de agua y, por tanto, 10²⁸ átomos. ¡Problema resuelto!

Vamos ahora con la segunda de las cuestiones planteadas. Para intentar estimar la longitud total de los cabellos que pueblan una cabeza femenina (masculina también vale) se puede descomponer el problema en estos tres más sencillos: primero, averiguar el área del cuero cabelludo; luego, el número de cabellos por unidad de área y, finalmente, la longitud de un cabello típico. Veamos. La palma de una mano completamente extendida suele abarcar unos 20 cm. Una cabeza humana tiene un diámetro aproximado de un palmo. Si supongo que la forma de la cabeza es esférica y que el cuero cabelludo ocupa la mitad de ésta, utilizando la expresión del área de una esfera (4 veces pi por el cuadrado del radio de la misma), se obtiene que el cuero cabelludo ocupa una extensión de unos 600 centímetros cuadrados. El siguiente paso consiste en utilizar la imaginación o, alternativamente, arrancarse un par de pelos y comprobar que más o menos poseen una anchura (puesto uno a continuación del otro) de 1 mm en una regla graduada. Esto hace unos 400 cabellos por centímetro cuadrado en nuestro cuero cabelludo. Por lo tanto, multiplicando los dos números estimados hasta ahora, se tiene que en la cabeza hay unos 240.000 cabellos. Suponiendo que una mujer tiene, en promedio, su melena a la altura de los hombros y tomando para esta distancia unos 10 cm, se concluye que la longitud total de todo su cabello es de 24 km. Impresionante, ¿no?

La tercera y última cuestión es la que más me gusta de ellas. Aún sin cámaras de vigilancia puedo saber cuántas personas aproximadamente hay en este momento haciendo cochinadas, buscando petróleo en sus orificios nasales. Para ello, partiré de un principio matemático bastante obvio y que me dice que la fracción de tiempo que alguien emplea en una cierta actividad es igual a la fracción de gente que está realizando precisamente esa actividad en este mismo momento. Dicho más sencillamente, si yo empleo un 10% de mi tiempo en volar en avión, entonces más o menos el 10% de la población mundial estará volando en un determinado instante.

Bien, entonces la pregunta es ¿cuánto tiempo empleamos en hurgar nuestra nariz al cabo del día? ¿Diez segundos? Parece poco, ¿no creéis?. Veamos, ¿qué tal 1000 segundos? Por el contrario, parece demasiado, ¿no es cierto? Cojamos, pues, el orden de magnitud intermedio, es decir, unos 100 segundos al día (algo menos de 2 minutos). Si eliminamos de nuestro cálculo a la gente con un par de narices para compensar con los que se comen los mocos con frecuencia (los niños cochinos), y que mantienen la, seguramente equivocada, idea de que alimentarse de pelotillas parece ayudar al sistema inmunitario infantil a reconocer ciertos tipos de virus y bacterias perjudiciales (ver comentario de Sophie, más abajo), simplemente podremos establecer una proporción muy simple que nos proporcionará la solución a nuestro problema planteado originalmente. El cociente entre el número de hurgadores y la población mundial (redondeando, unos 6000 millones) tiene que ser igual al cociente entre el tiempo empleado en hurgarse y la duración de un día. El resultado, asombroso, sin duda: 10 millones de personas están ahora mismo recolectando, rascándose o arrancándose pelillos molestos.

¡Qué cosas asombrosas se pueden hacer con las matemáticas! ¡Hasta la próxima edición del Carnaval de Matemáticas!

P.D. Si os gustan este tipo de acertijos, problemas y cuestiones y queréis potenciar vuestro ingenio, encontraréis mucho más material en el libro de Lawrence Weinstein y John A. Adam titulado Guesstimation: Solving the world’s problems on the back of a cocktail napkin.

Tomado de: Física en la Ciencia Ficción