jueves, 19 de diciembre de 2013

COMETA "67/P CHURYUMOV-GERASIMENKO", SONDA ROSETTA Y MODULO PHILAE


Cometa 67P Churyumov-Gerasimenko

Alrededor del Sistema Solar, hay cientos de cometas en vuelo, cada uno de ellos es un potencial blanco  para la misión Rosetta de la Agencia Espacial Europea (ESA). La sonda Rosetta lleva ya doce años de camino espacial.

El 20 de septiembre de 1969, Klim Churyumov estaba examinando una fotografía del Cometa 32P/Comas Solá, tomada por Svetlana Gerasimenko, cuando notó otro objeto parecido a un cometa aparecía en la placa fotográfica. Una vez en Kiev, estudió la placa con mucho cuidado y con el tiempo se dio cuenta de que efectivamente, habían descubierto un nuevo cometa.
El Cometa 67P es uno de los numerosos cometas de corta trayectoria que tienen períodos orbitales de menos de 20 años y una baja inclinación de la órbita. Dado que sus órbitas son controladas por la gravedad de Júpiter, también se les llama como cometas de la familia de Júpiter. Estos cometas se cree que se originan en el Cinturón de Kuiper, un gran depósito de pequeños cuerpos helados situados justo más allá de Neptuno. Como resultado de las colisiones o perturbaciones gravitacionales, algunos de estos objetos se expulsaron del Cinturón de Kuiper con una nueva trayectoria de caída hacia el Sol. Ante este descubrimiento, el cometa fue llamado 67/P Churyumov-Gerasimenko en honor a sus descubridores, científicos del Instituto Astrofísico Alma-Ata en Kazajstán, que realizaban un estudio sobre los cometas.

El Cometa 67P – Churyumov-Gerasimenko, refleja el proceso en donde cada paso de los encuentros sucesivos con el gigante Planeta Júpiter, van empujando al cometa lentamente [jalón gravitatorio]  hacia el interior del Sistema Solar.
Un análisis de su evolución orbital, muestra que hasta el año 1840, su distancia al perihelio
[el punto más cercano al Sol] era de 4,0 UA [aprox. 600 millones de kilómetros]. Esta lejanía del calor solar no le permitía desarrollar una cola por la evaporación  de su núcleo rico en hielo. Esta situación agregada  a la escasa tecnología de la época, hacia que de la Tierra no se pudiera observar. 
En ese año, un encuentro bastante cercano con Júpiter, hizo que la órbita se moviera hacia adentro, cambiando su distancia a un perihelio de 3,0 UA [aprox. 450 millones de kilómetros];  luego, en el siguiente siglo, el perihelio fue disminuyendo en forma gradual hasta llegar a 2,7 UA y en 1959, otro encuentro con Júpiter, redujo aún más su perihelio, llegando a 1,29 UA [193.500.000 kilómetros], manteniéndola  hasta la actualidad con muy poca variación.


Sonda Rosetta de la ESA

El cometa 67 P, tiene un núcleo bastante pequeño y sólido, el cual se parece a una bola de nieve sucia. La densidad de su núcleo parece ser bastante menor que la densidad del agua, lo cual indica que se trata de un objeto poco compactado o muy poroso. Su núcleo es de un color más negro que del carbón, lo que indica que tiene una superficie cubierta por una capa muy rica en carbón orgánico, motivo por el cual, ha sido seleccionado para que el robot Philae se pose sobre él. Este evento solo será posible después de la llegada de Rosetta en agosto de 2014.

La Sonda Rosetta fue lanzada el 02 de marzo de 2004 y  en el año 2014 sobrevolará observando al Cometa 67P Churyumov-Gerasimenko durante un mes y medio, luego depositará al robot Philae sobre el cometa.
Sonda Rosetta y Modulo de descenso Philae - Crédito: ESA

Philae, es un robot que se encuentra en buen estado, estudiará la naturaleza y composición del Cometa 67P Churyumov-Gerasimenko.

La Estación del Centro de Operaciones Científicas y de Navegación – SONC _ de Toulouse en Francia, se encarga del seguimiento del robot.
Philae es el primer ingenio de exploración se aproximará al cometa a una velocidad de 1 metro por segundo; luego disparará arpones hacia la superficie del cometa, con el objeto de evitar ser despedido hacia el espacio y una vez en la superficie, unos taladros la fijarán fuertemente en el lugar que se pose. El problema principal es que no existe un mapa de la superficie del cometa, por lo cual, la sonda debe realizar uno antes de cometizar.
Sus objetivos principales son: Estudiar el núcleo del cometa, determinar su composición química y estudiar su actividad en el transcurso del tiempo.

Las observaciones han indicado que la actividad del Cometa 67P es consistente de órbita a órbita, Rosetta enviará imágenes del núcleo activo cuando se encuentre a 3,5 UA. Se acercará al cometa desde el lado del Sol, pensando que es la opción más adecuada para evitar el exceso de polvo cometario, el cual le ha clasificado como un Cometa de gran producción de Polvo.

El Telescopio Espacial Hubble ha tomado 61 fotos del cometa entre el 11 y 12 de marzo de 2003, fotos que permitieron a los científicos aislar el núcleo del cometa de la coma. Las imágenes ahora muestran que el núcleo del cometa mide aproximadamente 5 por 3 kilómetros, medidas confirmadas por el VLT  de la ESO ubicado en Chile.
El Sol estará encima del ecuador del cometa 120 días antes de su perihelio; si se comporta como fue en sus pasajes de los años 2003 y 2009 los surtidores o Jets estarán  visibles un mes antes del perihelio, alrededor de julio de 2015, buena noticias  relacionada con la seguridad de Rosetta y del módulo de descenso  Philae.
 Fuente: LIADA [Luis Mansilla] / Wikipedia / CNES-Centro Nacional de Estudios Espaciales Francés / Caracol.com / Globelia /  et al.

MATERIA OSCURA - CUATRO COSAS QUE TAL VEZ NO SABEMOS


                                                  Imagen: Ilustrado por Estudio Sandbox, Chicago

El trabajo de Kathryn Jepsen en Simetríaentrega una información  actualizada de las cosas que debemos conocer de uno de los misterios más grandes de la física de partículas: La Materia Oscura. 
¿Que es la Materia Oscura? La materia oscura es una forma extraña de la materia, a pesar de tener masa, no interactúa con los objetos que conocemos, pasando directamente a través de nuestros cuerpos. Se le llama materia oscura debido que para los seres humanos es invisible.

¿Cómo sabemos que existe? Sabemos de su existencia debido que por tener masa, la materia oscura ejerce una atracción gravitatoria; haciendo que las galaxias y cúmulos de galaxias se desarrollen y mantengan juntos. Si no fuera por la materia oscura, nuestra galaxia – La Vía Láctea – no existiría como la conocemos y la vida humana no se habría desarrollado.

La materia oscura es cinco veces más abundante que toda la materia del universo detectada hasta ahora. Los datos obtenidos por el satélite Planck,   permitieron determinar la composición del universo como sigue:
73,0%  de energía oscura
23,0%  de materia oscura
  3,6%  de gas intergaláctico
  0,4%  de materia ordinaria visible [átomos, etc., todo lo que se ve]

El 23% de materia oscura es invisible para los instrumentos, se le conoce solo por su accionar gravitatorio que ejerce sobre la materia normal y el 73% de energía oscura, es la que provoca  la expansión del universo.

Lo que sea la materia oscura, no está hecha de cualquiera de las partículas detectadas en los experimentos efectuados hasta el momento. Los físicos no han sido capaces de observar las interacciones que la materia oscura pueda tener, en niveles muy débiles, con la materia normal.
Parece existir en grupos en todo el universo, formando una especie de andamio en el cual la materia visible se une permitiendo que las galaxias mantengan su estructura.
La naturaleza de la materia oscura es desconocida, pero los físicos han sugerido que, al igual que la materia visible, se compone de partículas.
La materia oscura aparece periódicamente en los medios de comunicación, en especial, cuando un experimento ha detectado una potencial señal de ella.
Los siguientes cuatro hechos, que  tratan incluso de conseguirle velocidad a la materia oscura, son  uno de los temas más apasionantes de la física de partículas.

1 La Materia Oscura ya fue descubierta

En la década de 1930, el astrofísico Fritz Zwicky  al observar las rotaciones de las galaxias que forman el Cúmulo de Coma, un grupo de más de 1.000 galaxias situadas a más de 300 millones de años luz de la Tierra, calculó la masa de estas galaxias, basado en la luz que emiten. Su sorpresa fue grande al comprobar que si su estimación era correcta, a la velocidad a la que las galaxias se movían, deberían haber volado en pedazos. De hecho, el grupo necesitaba por lo menos 400 veces la masa que había calculado, para mantenerse unida. Algo misterioso, una materia “oscura” invisible parecía estar agregada a la masa de las galaxias.

La idea de  la materia oscura fue ignorada hasta la década de  1970, cuando la astrónoma Vera Rubin vio algo que le permitió pensar igual que su colega Zwicky. Ella estudiaba la velocidad de las estrellas que se mueven alrededor del centro de la galaxia de Andrómeda; ella anticipa que las estrellas en el borde de la galaxia se mueven más lentamente  que las de su eje; porque las estrellas más cercanas a la brillante y más masivo cúmulo de estrella del centro, se sentiría el tirón gravitatorio. Sin embargo, encontró que las estrellas en los márgenes de la galaxia se movían  tan rápidamente como las del medio.
Todo tendría sentido, pensó Rubin, si el disco de las estrellas visibles estaba rodeado de un halo más grande hecho de algo, que ella no podía ver, algo así como una “materia oscura”.
Más adelante, otras observaciones astronómicas confirmaron que algo extraño estaba pasando con la forma en que las galaxias y el movimiento de la luz que se apreciaban a través del espacio, favorecía la idea de que existía una falla en la comprensión de la gravedad.
Aún siendo invisible, fortaleció la idea de la existencia de una materia oscura, porque se veían sus efectos.
  
2 – Posiblemente se ha observado la materia Oscura.
  

                                              Imagen: Ilustrado por Estudio Sandbox, Chicago

Varios experimentos están en busca de la Materia Oscura y algunos de ellos pueden hasta haberla encontrado; el problema radica en que ningún  experimento ha sido capaz de confirmar a la comunidad científica; ya sea mediante estadísticas o la imposibilidad de descartar las posibles explicaciones alternativas.
El experimento DAMA [Dark Matter], un detector de materia oscura enterrado en la montaña Gran Sasso de Italia, vio en 1998 un patrón muy prometedor.
La velocidad a la que el experimento detectó éxitos de posibles partículas de materia oscura, ha cambiado en el trascurso de los años a su punto máximo en junio y de inmersión a su punto más bajo en diciembre. Esto fue exactamente lo que los científicos de DAMA estaban buscando. Nuestra galaxia está rodeada por un halo de materia oscura, la Tierra está en constante movimiento a través de ése halo de su órbita alrededor del Sol, y el Sol está en constante movimiento a través de la materia oscura en su órbita alrededor del centro de la Vía Láctea. Durante la mitad del año, la Tierra se mueve en la misma dirección del Sol; durante la otra mitad, se está moviendo en la dirección opuesta. Cuando la Tierra y el Sol se mueven en tándem, su velocidad combinada a través del halo de materia oscura en más rápida que la velocidad de la Tierra cuando ella y el Sol  están en disconformidad. Por lo tanto, los resultados de DAMA parecían revelar que la Tierra realmente se mueve a través de un halo de materia oscura.
Existen lagunas, puede existir algo distinto a la materia oscura, algo puede estar cambiando en el entorno cercano, pero el experimento, hoy llamado DAMA/LIBRA  no ha dejado de ver esta modulación anual. Por lo tanto, aún no hay nada concluyente que indique el descubrimiento de la materia oscura.
El experimento PAMELA, un satélite orbital que estudia la materia oscura, detectó un exceso de positrones [un posible resultado de partículas de materia oscura que colisionan y se aniquilan entre sí]  en el presente año 2013; el experimento AMS-02 adjunto a la Estación Espacial Internacional [ISS sus siglas en inglés] encontró un resultado similar pero más certero; pero los científicos no están conformes por cuanto los positrones podrían provenir de púlsares.

3 Puede haber varias clases que componen el todo de un sector oscuro.
   

 Imagen: Ilustrado por Estudio Sandbox, Chicago

 Los científicos han logrado varios modelos de lo que podría ser la materia oscura; el principal candidato es el WIMP, una partícula hipotética masiva de interacción débil que podría explicarla. Otras posibilidades incluyen partículas convenientemente ya previstas en los modelos de la supersimetría. También los científicos están buscando partículas de materia oscura llamada axiones.
Los axiones son partículas fundamentales cuya existencia, aunque no demostrada, está fuertemente motivada por aspectos problemáticos de las actuales teorías de partículas.
El axión explicaría de manera natural porque la materia y antimateria tienen propiedades tan parecidas y podría explicar el porque el universo esta lleno de materia y no de antimateria; por otro lado,  ese 23% de “materia oscura” tan buscada, que además de invisible es un tipo de materia no convencional, podría estar compuesta por axiones producidos en enormes cantidades  después del Big Bang.

No hay ninguna razón de porque debe haber un solo tipo de partícula de materia oscura.
La materia visible, todo lo que vemos,  conformada por quarks, gluones y electrones y que están junto a un gran surtido de partículas y fuerzas fundamentales como ser: fotones, neutrinos y los bosones de Higgs, solo representan  un 4% del universo, el resto es materia oscura en un 23% y energía oscura el 73% restante.
Los científicos siguen buscando la luz de las partículas de materia oscura predichas en los modelos que existen en este momento.

4 – Es probable que podamos observar la materia oscura en la próxima década.


 Imagen: Ilustrado por Estudio  Sandbox, Chicago

Son tiempos excitantes y emocionantes de quienes buscan la materia oscura; muchos científicos predicen que la  tendremos en nuestras manos durante la próxima década.
Las opciones son varias:
-Se podría detectar directamente, lo que implicaría lograrlo mediante un gran experimento, mediante un sensible laboratorio instalado bajo tierra, lo más libre posible del potencial de interferencia de otras partículas.
-Encontrarla  observándola indirectamente por los efectos de la materia oscura con experimentos basados en el espacio. En la actualidad los experimentos en desarrollo se centralizan en los satélites y la Estación Espacial Internacional.
-Encontrar materia oscura mediante un acelerador como el Gran Colisionador de Hadrones [LHC]. Es posible que cuando dos haces de partículas colisionen en el LHC, su energía se convertirá en masa, formando materia oscura.

Pero a pesar de todo, es posible que la materia oscura esté fuera del alcance de los seres humanos, quienes no podrían detectarla o producirla. De suceder esta opción, puede que los científicos necesiten una nueva manera de buscarla, o tengan que reconsiderar lo que saben acerca de la gravedad.
El desafío es grande, el tiempo nos lo dirá.

Fuente: Simetría / Instituto Kavli para la Astrofísica de Partículas y Cosmología [Marusa Bradac] / Wikipedia / CPAN / People Roma2 / et al.
Ilustraciones: Symmetry-Estudio Sandbox - Chicago