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Presentan dos teorías para la explosión de rayos gamma del día de Navidad


Impresión artística del modelo sugerido por un grupo liderado por el IAA para el GRB 101225A. (Imagen: Aurore Simonnet, NASA E/PO, Universidad del Estado de Sonoma)


El día de Navidad de 2010 ocurrió un inusual estallido de rayos gamma. Ahora,  dos grupos de investigadores plantean en Nature dos teorías para explicar el fenómeno. Un equipo español sugiere que se produjo por la fusión de una estrella de neutrones con otra gigante, y otro italiano que se pudo deber al choque de un cometa con una estrella de neutrones.
El estallido de rayos gamma (o GRB, por sus siglas en inglés) del 25 de diciembre de 2010, conocido como la  “explosión de Navidad", rompió los patrones establecidos para este tipo de fenómenos.
Su nombre oficial es GRB101225A y tuvo un brillo y una duración distintos a la media. Además, mostró un resplandor posterior, que se conoce como afterglow, cuya causa era de origen térmico, a diferencia del resto de GRBs.
Para explicar estas peculiaridades esta semana dos grupos de científicos publican en Nature sus teorías. Por una parte, un equipo liderado desde el Observatorio Astronómico de Brera (Italia) sugiere que el estallido se debió a la ruptura de un objeto menor –como un cometa– por una estrella de neutrones situada dentro de nuestra galaxia.
Sin embargo, otra investigación dirigida desde el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) propone que el extraño fenómeno se debió a la fusión de una estrella gigante (de helio) con otra de neutrones. Consideran que el sistema colapsó tras una etapa en la que las estrellas compartieron la envoltura gaseosa que las rodea.
"Todos los GRBs observados hasta la fecha muestran un afterglow, cuya energía procede del movimiento de electrones a gran velocidad dentro del campo magnético del objeto; en cambio, en la ‘explosión de Navidad’ vimos que el origen de este resplandor era térmico, algo realmente inédito", explica Christina Thöne, investigadora del IAA-CSIC.
Hasta ahora había dos mecanismos para explicar los GRBs, que corresponden a las dos modalidades conocidas: los GRBs largos (de dos o más segundos de duración) debidos al colapso de una estrella muy masiva, mientras que los cortos (de menos de dos segundos) se producen por la fusión de dos objetos compactos, como estrellas de neutrones.
"El carácter exótico de este GRB prácticamente nos forzaba a sugerir un tercer escenario, e investigamos una amplia gama de posibilidades para explicarlo", relata Antonio de Ugarte (IAA-CSIC), líder del equipo internacional y también del IAA-CSIC.
El estudio español propone que la explosión de Navidad es el resultado de la fusión de una estrella de neutrones (una estrella degenerada que puede contener la masa del Sol en un radio de decenas de kilómetros) con una estrella gigante evolucionada.
Este sistema binario atravesó una fase de envoltura común cuando la estrella de neutrones se adentró en la atmósfera de la estrella gigante. Durante esta etapa la estrella gigante perdió la mayor parte del hidrógeno que la componía.
Más tarde, cuando los astros se fusionaron, la explosión produjo un ‘chorro’, semejante a los que se generan en los GRB normales, pero que se calentó por la interacción con la envoltura común preexistente. Esto dio lugar al afterglow observado, dominado por radiación generada por material caliente y que fue enfriándose con el tiempo.
Unos diez días después del estallido en rayos gamma comenzó a emerger una débil explosión de supernova que alcanzó su máximo tras cuarenta días. Los GRBs largos suelen ir acompañados de una supernova brillante, cuyo brillo parece estar relacionado con la producción de níquel durante el evento.
"Nuestro escenario predice la producción de una pequeña cantidad de níquel que conduciría a una explosión de supernova muy débil, lo que lo hace más consistente con las observaciones" concluye Thöne.
Las explosiones de rayos gamma  son destellos breves e intensos de radiación gamma que se producen al azar en cualquier lugar del firmamento. Se los relaciona con varios procesos ligados a sucesos catastróficos en las estrellas. La duración de las emisiones de radiación gamma oscila entre unos pocos milisegundos hasta más de media hora, y son tan energéticos que se pueden detectar a distancias de miles de millones de años luz.
La atmósfera de la Tierra es opaca a los rayos gamma, de modo que los GRB solo se pueden captar gracias a detectores embarcados en aparatos espaciales, como el satélite Swift de la NASA.
En cuanto Swift localiza un GRB, reacciona y distribuye las coordenadas (sobre todo a través de Internet) a grupos de investigación de todo el mundo, que así tienen la oportunidad de seguir estos sucesos explosivos por medio de telescopios situados en tierra.
Las observaciones realizadas de este modo han mostrado que los GRB van seguidos de una emisión de luz visible e infrarroja que se suele denominar afterglow, es decir, «resplandor ulterior», procedente de partículas con carga eléctrica sumidas en campos magnéticos potentes y que se desplazan con velocidades relativistas (por encima del 99% de la velocidad de la luz).
"Tras décadas investigando GRBs estamos viendo que estos objetos nos deparan muchas sorpresas y que, del mismo modo que los tipos de supernova conocidos han aumentado con el tiempo, es posible que debamos revisar la clasificación de GRBs. Las estrellas parecen disponer de muy diversas formas de morir", concluye Thöne. (Fuente: SINC/IAA)

Experimento para hallar una conexión entre la Relatividad General y la Mecánica Cuántica


En un experimento se quiere poner a prueba la noción relativista del tiempo junto con la mecánica cuántica. (Foto: Quantum Optics, Quantum Nanophysics, Quantum Information; University of Vienna)


La unificación de la mecánica cuántica, impulsada por Max Planck, con la relatividad general, propuesta por Albert Einstein, es una de las cuestiones más interesantes de la física moderna que todavía permanecen abiertas.
La relatividad general, la teoría que unifica la gravedad, el espacio y el tiempo, ofrece predicciones que resultan comprobables en la escala cósmica, la de las estrellas y las galaxias. Los efectos cuánticos, por otro lado, se suelen observar sólo a pequeña escala, por ejemplo al examinar átomos y partículas individuales. Por eso, resulta muy difícil poner a prueba la interacción entre la mecánica cuántica y la relatividad general.
Ahora, el equipo de los físicos teóricos Caslav Brukner y Magdalena Zych, de la Universidad de Viena, propone un nuevo y complejo experimento que podría permitir validar o descartar la superposición de las dos teorías. El objetivo del trabajo es medir la noción relativista general del tiempo en la escala cuántica.
Una de las predicciones de la relatividad general de Einstein es que la gravedad distorsiona el flujo del tiempo. La teoría predice que los relojes marcharán más lentos cerca de un cuerpo masivo, y más rápidos cuanto más alejados se encuentren de la acumulación de masa. Este efecto ha sido verificado con precisión en los experimentos clásicos, pero no en combinación con los efectos cuánticos, que es el objetivo del experimento ahora propuesto.
Éste se basaría en aprovechar la posibilidad de que una partícula individual pueda perder la propiedad clásica de tener una posición bien definida, es decir, que pueda adquirir el estado que en mecánica cuántica se conoce como superposición cuántica, un extraño estado cuántico en el que un sistema físico puede existir en más de una posición al mismo tiempo. Este estado, combinado con la circunstancia de que uno de los sitios estuviera cerca de la superficie de la Tierra y el otro lejos, abriría una vía para permitir poner a prueba la noción relativista del tiempo junto con la mecánica cuántica.

Un paso más hacia la memoria optomecánica


Los resonadores nanomecánicos pueden trabajar a amplitudes mucho más altas de lo que se pensaba. (Foto: Yale U.)


Una nueva investigación demuestra que los resonadores nanomecánicos pueden trabajar a amplitudes mucho más altas de lo que se pensaba.
Los resultados de este estudio constituyen un avance importante en la optomecánica, una especialidad en la cual se usa la fuerza de la luz para controlar dispositivos mecánicos. Lo descubierto en la nueva investigación podría conducir a avances decisivos en tecnologías para almacenamiento de datos, comunicaciones y sensores.
En este contexto de la optomecánica, se denomina amplitud al rango de vibración. Ha sido difícil lograr amplitudes altas en los sistemas mecánicos nanométricos tradicionales, porque reducir las dimensiones de un resonador acostumbra a limitar cuánto puede moverse.
El equipo de Mahmood Bagheri y Hong Tang, de la Universidad de Yale, en Estados Unidos, ha mostrado un modo de superar las limitaciones de los sistemas convencionales.
El principio de funcionamiento es similar a la técnica de enfriamiento por láser usada en la física atómica. Se puede controlar el movimiento de una estructura mecánica, amplificar o reducir sus vibraciones, controlando únicamente la longitud de onda de la luz láser que se le aplique.
Los investigadores también han demostrado que una diminuta estructura de silicio dentro de un sistema optomecánico puede almacenar información eficazmente, y sin requerir de un suministro eléctrico constante, actuando así como un dispositivo de memoria mecánico.
Entre otras ventajas, los dispositivos de memoria optomecánica pueden soportar ambientes más duros que los dispositivos de memoria electrónicos o magnéticos, sin perder sus datos. Las futuras tecnologías que utilicen resonadores optomecánicos de alta amplitud podrían ser menos sensibles a factores del entorno como por ejemplo las variaciones en la temperatura y la radiación. Al mismo tiempo, los resonadores de alta amplitud podrían permitir crear dispositivos de medición más precisos y robustos.

En el mejor de los casos, el nivel del mar habrá subido 60 centímetros en el año 2100


Curvas de elevación del nivel del mar. (Foto: U. Copenhagen)


El crecimiento del nivel del mar en los próximos siglos es quizás una de las consecuencias más catastróficas que puede tener el calentamiento global.
Un grupo de investigadores ha analizado las perspectivas del ascenso del nivel del mar que cabe esperar a largo plazo, según evolucionen la emisión de gases de efecto invernadero y la polución de la atmósfera. Para esta labor, los científicos han empleado modelos digitales del clima.
Basándose en la situación actual como punto de partida, el equipo de Aslak Grinsted, investigador del Centro del Hielo y el Clima, en el Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague, en Dinamarca, ha desarrollado pronósticos sobre los cambios posibles en el nivel del mar para los próximos 500 años. Los autores del estudio no se ocuparon del resto de fenómenos causados por el calentamiento global, sino que se concentraron exclusivamente en los niveles del mar.
El grupo de investigación, que incluye a expertos del Reino Unido y China, ha hecho los cálculos para cuatro escenarios:
Uno pesimista, donde las emisiones continúan aumentando. En este escenario, los niveles del mar habrán subido 1,1 metros para el año 2100, y se habrán elevado hasta 5,5 metros para el año 2500.
Incluso en el escenario más optimista, que exige alcanzar metas drásticas de control del cambio climático, enormes adelantos tecnológicos y una fuerte cooperación internacional, a fin de poder detener las emisiones de gases de efecto invernadero y la contaminación atmosférica, el mar continúa subiendo. En el año 2100, habrá subido 60 centímetros, y a finales del siglo XXV la elevación será de 1,8 metros.
Con los dos escenarios más realistas, basados en una estabilización de la emisión y de la polución, los resultados muestran que la elevación del nivel del mar habrá alcanzado aproximadamente 75 centímetros para finales de este siglo, y que para el año 2500 el nivel del mar habrá subido en 2 metros.
En el siglo XX, el nivel del mar subió con un promedio de 2 milímetros por año, pero ese proceso se está acelerando y durante las últimas décadas la elevación del nivel del mar ha sido aproximadamente un 70 por ciento más rápida.
Grinsted alerta de que aún cuando estabilicemos las concentraciones de gases de efecto invernadero en la atmósfera y dejemos de emitirlos, la elevación del nivel del mar continuará acelerándose durante varios siglos, debido al largo tiempo de reacción que tienen las masas de hielo más inmensas del planeta y los propios océanos. Así que todo apunta a que incluso en el mejor de los casos, pasarán varios siglos antes de que el nivel del mar vuelva a tener la misma tasa de crecimiento de 2 milímetros por año que solía tener en la primera mitad del siglo XX.

El ADN de cada persona "recuerda" el estilo de vida llevado en su infancia


El ADN de cada persona "recuerda" el estilo de vida llevado en su infancia. (Foto: McGill U.)


Es obvio que una infancia en condiciones económicas malas aumenta el riesgo de problemas de salud en la etapa adulta, debido al riesgo de la malnutrición y las limitaciones que impone en el desarrollo y en otras facetas. Pero más allá de los efectos obvios, parece haber otros que se aposentan en el ADN y que siguen ejerciendo una influencia nociva hasta por lo menos la edad mediana, según los resultados de una nueva investigación.
El objetivo del estudio, llevado a cabo por científicos canadienses y británicos, era explorar el modo en que las condiciones de vida tenidas en la infancia pueden "integrarse biológicamente" y continuar así influyendo sobre la salud, para bien o para mal, a lo largo de la vida.
Los científicos decidieron estudiar la metilación del ADN, una modificación epigenética que está vinculada a cambios duraderos en la actividad de los genes y por tanto a riesgos potenciales para la salud. En términos generales, la metilación de un gen en algún lugar crítico del ADN reduce la actividad del gen.
El equipo, integrado por especialistas de la Universidad McGill en Montreal, la Universidad de la Columbia Británica en Vancouver, ambas en Canadá, y el Instituto de Salud Infantil del University College de Londres, centró su análisis en 40 individuos del Reino Unido, participantes en un estudio para el que han sido registrados datos de muchos aspectos de la vida de más de 10.000 personas.
El equipo de investigación buscaba una asociación entre la metilación de genes, y factores sociales y económicos en la infancia. Los científicos encontraron diferencias claras en la metilación de genes entre las personas que crecieron en familias con un nivel de vida muy alto y quienes crecieron en familias con un nivel de vida muy bajo. Las diferencias en la metilación asociadas al efecto combinado del nivel económico, las condiciones de la vivienda y la ocupación de los padres, durante la infancia de los sujetos de estudio, resultaron ser más del doble que las asociadas con la situación socioeconómica en la edad adulta de los sujetos, en el momento de realizarse el estudio (1.252 diferencias contra sólo 545).
Los resultados, por tanto, parecen aportar una explicación convincente sobre por qué la influencia que sobre la salud se sabe que tiene un bajo nivel socioeconómico, puede durar de por vida, a pesar de que mejoren posteriormente las condiciones de vida.

Avances en el área de la computación paralela


Microprocesador. (Foto        iCYT)


El paralelismo es una forma de computación basada en un principio aparentemente simple: dividir los problemas grandes en varios pequeños y solucionarlos simultáneamente, lo que permite ejecutar más instrucciones en menos tiempo. Pero llevado a la práctica es una cuestión compleja en la que se encuentran investigando grupos científicos de todo el mundo. En la Universidad de Valladolid, investigadores del Departamento de Informática trabajan desde hace años en estos temas de computación distribuida, un área en la que han publicado múltiples artículos.
“El problema que pretendemos resolver es que los ordenadores de hoy en día han dejado de ser cada vez más rápidos y, los fabricantes, en vez de hacer un único microprocesador más avanzado, que tiene unos consumos muy elevados, lo que hacen es poner dos, cuatro o más, incluso 80 en algunos ordenadores experimentales”, detallan los investigadores Diego Llanos y Arturo González. Esto ha sido posible gracias a una mejora en la tecnología de fabricación, que ha posibilitado una reducción en el tamaño de los elementos que componen estos microprocesadores y, por tanto, que se puedan incluir más dispositivos en la misma área.
La parte principal de los microprocesadores es el núcleo, encargado de leer y ejecutar las instrucciones. La disminución de su tamaño ha permitido a los fabricantes tener mayor espacio e introducir más núcleos, con el fin de mejorar las prestaciones del procesador (realizar varias tareas a la vez).
“En lugar de introducir un microprocesador se colocan varios, juntos, para consumir menos. El problema es cómo sacarle partido a varios núcleos, ya que los microprocesadores funcionan de manera secuencial, es decir, si tienen que ejecutar un único programa y con un núcleo alcanza, el resto no hace nada”, explican.
Se trata, pues, de una “cuestión de eficiencia”. “Nosotros trabajamos en paralelización de algoritmos. Aprovechar dos núcleos es posible, pero cuando se habla de 4, 8, 16, etc, si se tiene una sola aplicación de cálculo intensivo, la cuestión es cómo aprovecharlos, es decir, qué hacer para que realmente funcionen todos a la vez”, subrayan. La resolución de este problema ocupa a la comunidad científica internacional, que está intentado obtener “una versión paralela que distribuya la tarea entre todos los obreros y por tanto aprovechar de forma automática un programa que ahora es secuencial, que primero hace una tarea y luego otra”.

Por otro lado, recuerdan que buena parte de la tarea investigadora en esta línea se ocupa de diseñar “nuevos lenguajes que permitan expresar fácilmente cómo hacer eso, no de forma automática, sino manual, pero que permitan expresarlo bien y que sean productivos”.
Hasta el momento, añaden, todo el trabajo que se ha realizado en ingeniería de software y grandes aplicaciones de cara al mercado no ha incluido el tema del paralelismo o la distribución “de una forma clara”. Por ello, “son cosas cuyo resultado no se va a comprobar hasta dentro de unos años”.
“Escribir un programa secuencial es difícil, pero escribir un programa que funcione en paralelo distribuyendo tarea entre diferentes procesadores y luego comprobar que todos lo han hecho bien es muy complicado. Trabajamos en herramientas para hacer eso fácil, o bien realizando esa distribución automática o bien desarrollando lenguajes que permitan expresar ese paralelismo de manera simple”, insisten Diego Llanos y Arturo González, quienes investigan desde hace cerca de 10 años en esta línea, en la que se enmarcaron sus respectivas tesis doctorales. (Fuente        iCYT)

Ya hay un modo de conectar los componentes de una computadora cuántica


Esquema sobre cómo producir fotones indistinguibles. (Foto: Suplee, NIST)


Cuando se logre algún día fabricar computadoras cuánticas, es probable que éstas estén compuestas de piezas de muy diversas clases, que tengan que compartir información entre sí, tal como ocurre entre la memoria y los circuitos lógicos de los ordenadores actuales. Sin embargo, lograr este tipo de comunicación entre piezas de una computadora cuántica se ha visto como una meta muy difícil de alcanzar, hasta ahora.
Un equipo de físicos en el Instituto Nacional estadounidense de Estándares y Tecnología ha mostrado por primera vez cómo podrían comunicarse entre ellas esas piezas.
El objetivo de desarrollar computadoras cuánticas, un anhelado tipo de ordenador que podría resolver problemas que actualmente son intratables, como descifrar en un santiamén códigos de cifrado complejos, ha llevado a científicos de todo el mundo a inventar nuevos dispositivos que podrían convertirse en el cerebro y la memoria de estas máquinas. Muchos de estos diminutos dispositivos usan partículas de luz, o sea fotones, para transportar los bits de información que usará una computadora cuántica.
Pero aunque cada uno de estos componentes por sí mismo puede hacer bien ciertos trabajos, no es probable que alguno de ellos realice todas las funciones necesarias para permitir construir una computadora cuántica funcional. Esto implica que para que la computadora o la red de computadoras funcionen, tendrán que trabajar juntos diferentes tipos de dispositivos cuánticos. El problema es que estos pequeños dispositivos con frecuencia crean fotones de naturaleza tan distinta que no pueden transferir bits cuánticos de información entre ellos. Transmutar dos fotones muy diferentes en dos similares sería el primer paso para hacer que los componentes para computación cuántica se puedan comunicar entre sí a grandes distancias, pero hasta ahora no se había podido alcanzar esta meta.
Sin embargo, el equipo de Glenn Solomon ha demostrado ahora que es posible tomar fotones de dos fuentes diferentes y hacer que estas partículas sean parcialmente indistinguibles. El hecho de que los fotones pueden volverse lo bastante parecidos pero sin perder sus propiedades cuánticas esenciales sugiere que, en principio, podrían conectar varios tipos de dispositivos de computación en una sola red cuántica de información. El logro del equipo también demuestra por primera vez que es factible montar una computadora cuántica "híbrida", a partir de diferentes tipos de hardware.