p00- explorar el universo - Francia

P00- EXPLORAR EL UNIVERSO,
NUESTROS PRÓXIMOS PASOS
Explorar el universo,
Nuestros próximos pasos
Al correr de los siglos, el ojo, y luego de manera cada vez más potente, los instrumentos de
observación astronómica, han permitido registrar toda una serie de informaciones emitidas por
los objetos más lejanos. A partir de estos datos, el hombre se ha hecho representaciones de
nuestro Universo cada vez más y más fieles, pero también más y más complejas. La clasificación de
los astros cede su lugar actualmente al estudio de su evolución… a la astronomía la sucede la
astrofísica y la cosmología. En nuestros días, los inmensos instrumentos en tierra, el desarrollo de
las facilidades para efectuar modelos y hacer cálculos, así como la astronomía espacial –más allá
de los rayos que son accesibles en tierra- permiten recabar nuevos datos sobre la formación y la
dinámica del universo.
Oso de la exposición:
Concepción Centre•Sciences – CCSTI de la región Centro
Creación gráfica: Supersoniks – Tours
Impresión: Chabrillac – Toulouse
Realizada por iniciativa del Ministerio de Asuntos Exteriores y Europeos, con el apoyo del
Ministerio de Enseñanza Superior e Investigación, del Consejo regional del Centro y de la Reunión
de CCSTI, con el apoyo de organismos de investigación franceses y europeos: CEA, CERN, CNES,
CNRS, ESA, ESO, IAP, IN2P3, INSU, IRAM, IRFU, el observatorio de París-Meudon, así como sus
unidades en la región Centro: CBM, LPCE, la Estación de Radioastronomía de Nançay y el
Observatorio de Ciencias del Universo en la región Centro.
Agradecemos por su contribución para la concepción e iconografía a: la Asociación francesa de
astronomía, la Biblioteca Nacional de Francia, la NASA, Canada France Hawai Telescope, al Polo del
espacio y de las estrellas en Nançay y a la Universidad de Lieja.
Icono “Cartel de la exposición” y logo de los participantes:
Centre•Sciences / Ministerio de Asuntos Exteriores y Europeos / Ministerio de Enseñanza Superior
e Investigación / Consejo regional del Centro / Reunión de los CCSTI
P01 – CUANDO LA TIERRA ERA EL CENTRO DEL MUNDO
Cuando la Tierra era el centro del mundo
Desde la Antigüedad hasta la Edad Media, tanto en los alrededores del Mediterráneo como China,
los astrónomos observan a simple vista, con ayuda de los primeros instrumentos de medición.
Estas medidas sirven para predecir los eventos, pero también para determinar la posición de los
astros en el cielo, prever las estaciones, los movimientos regulares de las estrellas o la aparición de
un eclipse.
De estas observaciones nace una representación del mundo, el geocentrismo, que obstaculizará
hasta el siglo XV el desarrollo de nuestra comprensión actual. En esa época, la Tierra está inmóvil,
en el centro del mundo y, en torno a ella, los astros se desplazan en movimientos circulares
uniformes.
{665}
Las primeras mediciones
Para Eratóstenes (alrededor de 200 años a.C.), la Tierra es redonda. Con ayuda de los meridianos y
paralelos, él mide su circunferencia con una notable precisión. Gnomones, bastones de Jacob,
alidadas, astrolabios son los primeros instrumentos que sirven para medir la posición de las
estrellas en el cielo.
Dibujo de estrellas
Las figuras de las constelaciones reciben sus nombres de los babilonios, los cuales aún están en
uso: Leo, Tauro o Escorpio… la geometría griega construye una astronomía que sirve de inspiración
a los textos indios y árabes. Los astrónomos árabes de los siglos VIII al XIII enriquecen los primeros
catálogos estelares de Hiparco y Tolomeo.
{665}
Icono
1.1 Stonehenge, ¿un observatorio prehistórico? © Centre•Sciences – Fotografía: P. Brière
1.2 Sistema del mundo de Claudio Tolomeo (siglo II a.C.) © BNF
1.3 Medidas de la Tierra de Eratóstenes © Centre•Sciences
1.4 Instrumentos antiguos del observatorio de Beijing © BNF
En cada poster mencionar en el margen inferior (+logos)
Explorar el universo, nuestros próximos pasos
Exposición realizada por Centre•Sciences, CCSTI de la Región Centro en el marco del Año mundial
de la Astronomía 2009 por iniciativa del Ministerio francés de Asuntos Exteriores y Europeos y con
el apoyo de científicos de los organismos de investigación franceses, de la ESA y del ESO
Diseño Supersoniks. Tours, Impresión: Chabrillac-Toulouse
P02 – RECORRER EL CIELO CON PRECISIÓN
Recorrer el cielo con precisión
En el siglo XVI, el danés Tycho Brahe lleva al extremo la precisión de las observaciones
construyendo grandes instrumentos: cuadrantes, sextantes… Brahe observa la aparición de una
“nueva estrella” en 1572 –una supernova- y luego el gran cometa de 1577. Muestra que este
cometa se desplaza en la zona de los planetas y que su trayectoria no es circular.
En 1543, Nicolás Copérnico propone un nuevo modelo matemático: los planetas, entre ellos la
Tierra, giran alrededor del Sol. Se trata de la teoría heliocéntrica; el Sol está en el centro del
Universo que siempre es finito, limitado por la esfera de las estrellas, pero se imagina a dichas
estrellas muy lejanas, lo que explicaría su inmovilidad.
{714}
El giro copernicano
El sistema heliocéntrico animado por movimientos circulares uniformes no explica todos los
fenómenos observados, pero propone una representación que libera a la cosmología de la
teología.
¿Marte retrógrado?
A finales de la Edad Media, los instrumentos de medida de ángulo, como el cuadrante, permiten a
los astrónomos observar con precisión el cielo y el movimiento de los planetas. Marte parece
moverse hacia atrás en su carrera celeste: de hecho, gira alrededor del Sol, igual que la Tierra, que
va más rápido y “alcanza a Marte para rebasarlo”. Se trata del movimiento retrógrado.
{597}
Icono
2.1 Gran cuadrante de Tycho Brahe © BNF
2.2 El sistema heliocéntrico de Copérnico (1473 – 1543) © BNF
2.3 Stellaburg, el observatorio de Tycho Brahe en la isla de Hven © BNF
2.4 Movimiento retrógrado de Marte © Centre•Sciences
PO3 – UNA NUEVA MIRADA AL CIELO
Una nueva mirada al cielo
En el siglo XVII, Galileo es el primero en escudriñar el cielo con un lente. ¿Y qué cosas nuevas ve?
Muchas nuevas estrellas, montañas en la luna, las fases de Venus, satélites en torno a Júpiter,
manchas en el Sol, tantas y tantas interrogantes respecto a los conocimientos anteriores.
Se comprueba que la Tierra no es el centro del Universo y que el cielo está lleno de millares de
estrellas más a distancias muy grandes y variables. Los trabajos de Galileo sobre la caída de los
cuerpos y el principio de inercia abrirán el camino a la mecánica newtoniana.
{611}
La ley de Kepler
En 1609 Kepler establece, a partir de las medidas de extraordinaria precisión de Tycho Brahe, que
la trayectoria de los planetas es una elipsis y que el Sol ocupa uno de sus focos, también establece
que su velocidad no es constante: el rayo en el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales, es la ley
de las áreas. En 1618, enuncia que el cuadrado de los periodos orbitales es proporcional al cubo
del gran eje de la órbita.
Grandes observatorios
Hasta el siglo XIX, lentes e instrumentos de medida se desarrollan en talla y precisión. Estos
permiten calcular las posiciones exactas de los astros, mejorar la precisión de las medidas. Nacen
así los grandes observatorios europeos de París (1667) y de Greenwich (1675).
{733}
Icono
3.1 En 1675, Olaf Roemer da una primera medida de la velocidad de la luz © Observatorio de
París-Meudon
3.2 Galileo observa los satélites de Júpiter © Centre•Sciences – Facsímil de Samuel Roux.
3.3 La ley de Kepler © Centre•Sciences
3.4 El observatorio de París © Observatorio de París-Meudon
P04 – COMPRENDER LA MECÁNICA CELESTE
Comprender la mecánica celeste
Con Newton, la gravitación y la fuerza centrífuga mantienen a los planetas en órbita. En 1666,
descompone la luz blanca del Sol en sus diferentes colores y presenta el telescopio de espejos que
evita la dispersión de la luz. Los telescopios gigantes reemplazan entonces a las lentes.
Equipados con cámaras fotográficas, los telescopios permiten observar objetos celestes no visibles
a simple vista, estudiar su composición y, sobre todo, su evolución. Los grandes observatorios se
transforman en laboratorios de investigación en física. Los astrónomos invierten en el
perfeccionamiento de inmensos telescopios provistos de espejos de casi diez metros de diámetro.
{702}
La espectroscopía
El análisis del espectro solar revela la firma de los elementos químicos de nuestra estrella, como el
hidrógeno, pero también el helio, entonces desconocido en la Tierra. La espectroscopía ofrece
datos sobre la composición de una estrella y su evolución, la naturaleza gaseosa de las nebulosas
y el desplazamiento de los astros; de esta manera, abre la brecha hacia la astrofísica.
Nuevos objetos
Halley observa la trayectoria de los cometas y nota que las estrellas no tienen una posición fija.
Herschel descubre Urano en 1781 y las primeras estrellas dobles. Muestra que el Sol viaja en el
espacio, observa las nebulosas y deduce la distribución de las estrellas y la forma de nuestra
galaxia.
{662}
Icono
4.1 El telescopio de 193 cm del Observatorio de Haute-Provence © Observatorio de ParísMeudon.
4.2 Espectro de la luz solar © Centre•Sciences – Fotografía: Olivier Morand.
4.3 Principios ópticos de los telescopios © Centre•Sciences
4.4 Foto de la nebulosa Lazo de Cisne © Observatorio de París-Meudon.
P05 – NUEVAS VENTANAS AL UNIVERSO
Nuevas ventanas al universo
Al estudiar la naturaleza electromagnética de la luz, Maxwell sugiere ya en 1865 la posibilidad de
una difusión a otras longitudes de onda. En 1932, Karl Jansky analiza los parásitos radiales y a
partir de su regularidad de aparición deduce su origen celeste, nuestra Vía láctea; es el inicio de la
radioastronomía que permite una observación de objetos desconocidos hasta entonces, como son
los cuásares y los pulsares.
Todo cuerpo irradia ondas electromagnéticas cuya energía es más grande cuanto mayor es su
temperatura. El Universo utiliza toda la gama de energías. Al observar el espectro en su totalidad,
la astronomía tiene acceso a las energías extremas.
Universo en radio
Van de Hulst descubre en 1943 la posibilidad de existencia de una raya espectral de radio: la del
hidrógeno a 21 cm de longitud de onda. Los radiotelescopios permiten entonces el estudio del
Universo, para determinar su edad, comprender su evolución, construir y verificar teorías como la
constante de Hubble.
La astronomía espacial
En el siglo XX, la astronomía espacial permite observar todas las longitudes de onda, en particular,
los rayos que no pueden atravesar la atmósfera terrestre: muchos son los satélites artificiales que
escudriñan actualmente el Universo con ayuda de los rayos infrarrojos, ultravioletas, X y gamma.
{630}
Icono
5.1 El mejoramiento de los receptores, del procesamiento y análisis de los datos multiplicaron por
diez la sensibilidad de los radiotelescopios © Observatorio de Nançay / CNRS – Fotografia: J.
Berezne.
5.2 Nuestra galaxia, la Vía láctea © CNRS – Fotografía: M. Marcelin
5.3 El espectro electromagnético y nuestra galaxia, vista de las ondas de radio con rayos gamma ©
NASA / Centre•Sciences.
5.4 En 1961, Yuri Gagarin es el primer hombre en observar a la Tierra girar sobre sí misma desde el
espacio © NASA
P06 El Sol, una estrella como las demás
El Sol, una estrella como las demás
Cercana a nosotros, el Sol es la estrella más fácil de observar. Bajo el efecto de la gravitación, esta
masa de hidrógeno rebasa los 15 millones de grados centígrados en su centro. A esta temperatura,
los átomos de hidrógeno fusionan el helio, liberando una colosal energía que equilibra el colapso y
lleva a la superficie a una temperatura de 5 700° C. El campo magnético del Sol, intenso y
complejo, da origen a las manchas, protuberancias y erupciones solares. Al observar sus
vibraciones, el satélite Soho percibe la estructura y los movimientos internos que generan el
efecto dínamo. Con el Sol como modelo, los astrónomos observan la actividad de las estrellas y
escudriñan en ondas radio la interacción magnética con la materia interestelar.
{753}
Microchips para el Universo
Al acceder a invisibles campos magnéticos, la radioastronomía permite estudiar su influencia en la
formación y evolución de los astros. Para liberarse de las perturbaciones generadas por el hombre,
se desarrollan procesamientos informáticos y electrónicos indispensables, en especial, en el caso
del radiotelescopio SKA.
Interferómetro
Al combinar la señal de varios receptores, un interferómetro alcanza la resolución de un
instrumento único de un diámetro igual a la distancia que los separa, siempre y cuando
precisamente “retrase” sus señales. La interferometría, utilizada muy rápidamente en radio,
permite la realización de instrumentos gigantes (SKA en radio, VLT en óptica…).
{693}
Icono
6.1 Los vientos solares originan auroras en la alta atmósfera de los planetas © CNRS / INSU / LPG.
Fotografía: G. Gronoff.
6.2 La corona solar, durante el eclipse de 1999 en Irán © CNRS / IAP. Fotografía: J. Mouette.
6.3 El campo magnético de la estrella V374 Pegasi… sorprendentemente siple © CNRS / LATT-OMP
/ INSU
6.4 En Nançay, las antenas Embrace anuncian el radiotelescopio Square Kilometre Array © SKA
Project Office.
P07 – EXPLORAR NUESTRO SISTEMA SOLAR
Explorar nuestro sistema solar
Con ocho planetas en órbita en torno al sol, numerosas lunas en torno a estas y un gran número
de asteroides, el sistema solar es el más accesible a nuestras exploraciones. En 2005, el módulo
europeo Huygens de la misión Cassini se posó en la superficie de Titán, mostrando un paisaje de
guijarros de hielo de agua, mares oscuros y lechos de ríos donde se supone habrían transitado
hidrocarburos. Con las misiones espaciales, los investigadores tienen “como misión” la posibilidad
de ir a ver más de cerca para intentar conocer la formación del sistema solar, la presencia de agua
o detectar una química orgánica cuya simple presencia confirmara con cuanta facilidad se repite el
fenómeno.
{716}
¿Vida allá arriba?
¿De dónde viene el agua, elemento indispensable para la vida? ¿De una lluvia de meteoritos y
micrometeoritos? ¿Los aminoácidos, bloques elementales de las proteínas, fueron sintetizados en
la atmósfera, las fuentes calientes submarinas o importadas del espacio? La exploración del
sistema solar debe contribuir a comprender esta química prebiótica, igual que el análisis de los
más antiguos indicios sobre la Tierra.
Testigo de nuestro pasado
Cometas y asteroides nos proporcionan datos sobre la formación del sistema solar. Surgidos de la
materia primitiva que formó el Sol y los planetas, nos permiten remontarnos a 4.5 mil millones de
años en nuestro pasado. La sonda Rosetta, después de diez años de vuelo, deberá culminar con el
encuentro con un cometa en el año 2014.
{732}
Icono
7.1 Saturno y su satélite Titán, vistos por Cassini © NASA / JPL / SSI
7.2 Integración de la sonda Rosetta bajo la punta de Ariane © ESA / CNES / Arianespace
7.3 La superficie de Titán © ESA / NASA / JPL / University of Arizona
7.4 Trazas de microorganismos fósiles con una antiguedad de 3.45 mil millones de años, en los
sedimentos australianos del Pilbara © F. Westall et al. / Geol. Soc. Amer. Spec. Pub.
P08 A LA CAZA DE LOS EXOPLANETAS
A la caza de los exoplanetas
En 1995, Mayor y Queloz anuncian el descubrimiento de un planeta en las cercanías de la estrella
51 Pegasi, con lo que da comienzo la caza de exoplanetas, objetos no estelares en órbita en torno
a una estrella. La presencia de un planeta sólido en torno a una estrella puede detectarse gracias a
las variaciones de la órbita de la estrella. El perfeccionamiento de espectrómetros hipersensibles,
como el HARPS instalado en La Silla, Chile, permite observar ahora, entre los casi 300 primeros
exoplanetas, la presencia de planetas rocosos cada vez más cercanos al modelo terrestre. La
observación de estos nuevos sistemas planetarios plantea interrogantes a nuestra comprensión de
la formación del sistema solar.
{679}
Nacimiento planetario
La diversidad que se ha observado en los sistemas de exoplanetas echa por tierra la jerarquía
planetaria. ¿Un planeta gigante nace cerca de su estrella, o bien migra? La simulación digital
permite probar hipótesis como la de la migración de los gigantes gaseosos… causantes de un
bombardeo tardío a la Luna, hace 3.9 mil millones de años.
¿Estrellas discretas?
La observación directa de un planeta en las cercanías de una estrella requiere un instrumento de
gran diámetro para distinguirlos a ambos. El staélite CoRoT, con su telescopio de 30 cm, vigila las
variaciones de luminosidad de las estrellas. Muy sensible, puede detectar el paso de exoplanetas
frente a su estrella.
{677}
Icono
8.1 Vista de conjunto del Very Large Telescope © ESO
8.2 Desarrollado en el Laboratorio de Astrofísica de Grenoble, el interferómetro Amber combina la
luz infrarroja de los telescopios del VLT © CNRS / Fotografía: E. Perrin
8.3 Primer exoplaneta fotografiado directamente con el sistema de óptica adaptativa Naco en el
VLT © ESO
8.4 Sensible a ínfimas variaciones de una estrella, CoRoT aporta su cosecha de exoplanetas ©
CNES – Ilustración: D. Durcos.
P09 EN EL CORAZÓN DE LAS NEBULOSAS
En el corazón de las nebulosas
En verdaderas guarderías estelares, vastas masas de gas se condensan y transforman en estrellas.
Al término de su vida, las estrellas más sólidas, con una dinámica de formación más rápida,
enriquecen el entorno con carbono, oxígeno y otros elementos sintetizados.
Las grandes nubes interestelares, ricas en moléculas y polvos diversos son la base de una química
compleja, observable principalmente con ondas radio milimétricas y con infrarrojo. La sensibilidad
cada vez mayor de los instrumentos ha permitido identificar más de 140 moléculas, incluyendo
precursores de aminoácidos, esos bloques elementales de proteínas, demostrando así el carácter
universal de la química orgánica precursora de la vida.
{700}
Exobiología
Para explorar los orígenes de la vida, biólogos, químicos, paleontólogos y astrónomos intentan
identificar sistemas químicos capaces de autorreproducirse y evolucionar, dos cualidades mínimas
requeridas para el paso de la materia a la vida. En este contexto, se estudian en particular los
ácidos ribonucléicos (ARN) y los viroides.
Astroquímica
Para sondear las reacciones químicas del centro de las nebulosas, los astrónomos deben observar
las ondas milimétricas. Al ser estas absorbidas por el vapor de agua, observarlas requiere un cielo
favorable, como en el caso del futuro ALMA, en el desierto de Atacama, o desde el espacio con el
satélite Herschel.
{681}
Icono
9.1 Formación de estrellas en la nebulosa Carena vista por el telescopio espacial Hubble © NASA /
ESA / IAA
9.2 Los radiotelescopios detectan un precursor directo de glicina, bloque elemental del ARN ©
IRAM
9.3 Los viroides parecen ser los más cercanos a una forma de vida primitiva © IBMP
9.4 Primeras antenas del Atacama Large Millimeter Array en Paranal © ESO
P10 DE LAS GALAXIAS A LAS MASAS
De las galaxias a las masas
Las galaxias, archipiélagos de materia en el Universo, concentran cada una cerca de cien mil
millones de estrellas. Las galaxias espirales, como la Vía láctea, presentan un disco de gas y polvo
rotando en el sitio en el que se forman las estrellas. Su altísima velocidad de rotación en la
periferia deja perplejos a los astrónomos: ¿Será que una parte de la materia debe estar oculta, o
será que la gravedad se modifica a este nivel? La distribución de la materia, visible o no, permite
comprender la formación y evolución de las galaxias y de las masas. La observación a enormes
distancias –cerca de diez mil millones de años luz- muestra que un universo joven en el que las
galaxias, ya en pleno proceso de formación de estrellas, se concentran en la intersección de vastos
filamentos de gas.
{779}
¿Cuánto pesa una galaxia?
Los astrónomos calculan su peso contando la masa de estrellas, de gas y polvo, por una parte, y
extrapolando de su velocidad de rotación la masa requerida par que no se disperse a otra parte.
Las galaxias parecen entonces entre 5 y 10 veces más sólidas de lo que la materia visible nos
permitiría imaginarlo.
A escondidillas con la materia
¿Se limita el Universo a lo que se ve de él? Incluso invisible, la materia puede detectarse por un
efecto gravitacional. La experiencia Eros escudriñó un pico de luminosidad de estrellas alejadas
“deformadas” por la materia negra. Por su rareza, su detección implicó la fabricación de cámaras
CCD gran angular.
{663}
Icono
10.1 Hubble Ultra Deep Field © NASA / ESA / S. Beckwith
10.2 El futuro Extremely Large Telescope, 100 veces más sensible que el VLT © ESO
10.3 Las galaxias M81 y M82 vistas por la cámara gran angular Megacam © Canada France Hawai
Telescope
10.4 Esquema del efecto de lentes gravitacionales © Universidad de Lieja.
P11 DETERMINAR EL FUTURO DEL UNIVERSO
Determinar el futuro del Universo
En 1929, Hubble observa la variación hacia rojo de la luz de las galaxias y muestra que estas se
alejan cada vez más rápido conforme más lejos están. Interpretado como la expansión del
Universo, este hecho apuntala el modelo del Big Bang. El satélite Planck debe cartografiar las
fluctuaciones del fondo difuso cosmológico, tenue luz fósil de un universo primigenio.
Ahora, los cosmólogos nos enseñan que lo esencial es invisible. El brillo de supernovas lejanas,
velas bien calibradas por haberse originado de un mismo fenómeno, revela la aceleración de la
expansión del Universo. Así, lejos de que la materia lo frene, el Universo estaría bajo la presión de
la energía oscura.
{698}
Simulaciones digitales
Con ayuda de súper calculadoras, los científicos simulan la formación y evolución de los astros en
imágenes virtuales en 3 dimensiones. Estas son el resultado de cálculos rigurosos y permiten
probar una teoría, como la evolución del Universo, y confrontar las predicciones con los indicios
observados.
Hipotético Big Bang
En el siglo XX, los científicos se dieron cuenta de que era posible regresar el tiempo, la ecuación de
un universo en expansión después de haber sido infinitamente más denso: desde el Big Bang (1),
el Universo primigenio habrían surgido las partículas (2), los átomos y la luz (3) antes de que se
formaran estrellas (4) y galaxias (5).
{708}
Icono
11.1 En el CFHT, la observación de supernovas muestra la aceleración de la expansión del Universo
© CFHT - Foto: J. C. Cuillandre.
11.2 Integración de los elementos de la cámara de gran angular Mégacam © CEA
11.3 Simulación de las estructuras del Universo donde las galaxias se deslizan hacia una zona de
mayor densidad © CNRS / ESO / INSU – K. Dolag
11.4 ¿Se está acelerando el Universo en expansión desde hace 13.7 mil millones de años (6)? ©
NASA / WMAP
P12 PRIMEROS INSTANTES DEL UNIVERSO
Primeros instantes del universo
Para obtener indicaciones sobre el pasado lejano del Universo, los físicos provocan violentas
colisiones de partículas en aceleradores de alta energía. En un pequeñísimo volumen y en un
instante muy breve, recrean las condiciones físicas extremas del Universo primigenio.
Así pues, de estos choques nacen numerosas partículas –materializadas de la energía incidenteque ya no existen en el Universo; fugaces, se transforman rápidamente en partículas más estables.
Pero, no por ello, el Universo ha perdido la posibilidad de hacer reaparecer en su seno, según leyes
físicas invariables, estos objetos que ya no puede contener.
{683}
Bestiario de partículas
Las partículas elementales conforman dos familias. Los bosones vehiculan las cuatro interacciones
–fuerte, débil, electromagnética y gravitacional- cuando los fermiones constituyen la materia
ordinaria –electrón, neutrino, cuark “bajo” et “alto”- y otras partículas cuya observación requiere
las energías extremas.
Fondo difuso cosmológico
380 000 después del Big bang, la disociación entre materia y energía que la inflación permite que
la luz propagarse libremente. De esta luz fósil observamos la sorprendente uniformidad en todas
direcciones. Los astrónomos escudriñan en los “grumos” del fondo cosmológico la huella de los
primeros instantes del Universo.
{737}
Icono
12.1 Colisión de protones simulada en el Large Hadron Collider © CERN
12.2 Para recrear las condiciones del Universo primigenio, a muy altas temperaturas y enorme
densidad de energía, el gran colisionador de hadrones © LHC / CERN
12.3 El IRFU participa en la realización del detector Alice para el estudio de las partículas en
condiciones extremas de densidad y de temperatura © CERN – Fotografía: A. Saba.
12.4 El fondo difuso cosmológico © Planck, the scientifc program – ESA
P13 MISTERIOSAS ONDAS GRAVITACIONALES
Misteriosas ondas gravitacionales
Para el físico, en el modelo estándar, las relaciones entre partículas y fuerzas –fuerte, débil y
electromagnética- están en gran coherencia con excepción de la gravedad, que se describe
geométricamente. La teoría de Einstein predice la existencia de ondas gravitacionales y de
perturbaciones del campo gravitacional que se propagan en el espacio a la velocidad de la luz.
Pero, la muy débil interacción con la materia hace que la detección se vuelva delicada,
experimento efectuado con instrumentos como Virgo. Los astrónomos tendrían acceso a
numerosos objetos compactos, cuya luz nunca sale, como si fueran núcleos de supernova o
sistemas de hoyos negros en órbita uno alrededor del otro.
{707}
La gran unificación
En el Instituto de Altos Estudios Científicos, matemáticos investigan con física cuántica los
primeros instantes del Universo con gis y pizarrón. Las hipótesis de los físicos son muchas,
matemáticamente precisas, muy especulativas en el marco en el que se desarrollan, el de las
cuerdas. Dichas hipótesis tienden hacia una teoría cuántica de la gravitación.
Un bosón de peso
“El gravitón, lotería” Según la concepción cuántica, esta partícula es responsable de la propagación
de la interacción gravitacional, del mismo modo que el fotón transmite la interacción
electromagnética. Así, un posible bosón de Higgs daría su masa a las partículas.
{695+28}
Icono
13.1 El instrumento Virgo cerca de Pisa © CNRS / EGO – VIRGO
13.2 Ajuste del detector de ondas gravitacionales de Virgo © CNRS / EGO-VIRGO
13.3 El interferómetro LISA podrá captar las ondas gravitacionales, como la ondas de la superficie
del agua © ESA
13.4 En 1964, Peter Higgs introduce la idea de un hipotético bosón que da su masa a las partículas
© CERN
P14 ALTÍSIMAS ENERGÍAS
Altísimas energías
El colapso de una estrella dentro de sí misma, si su masa es suficiente, forma un objeto compacto
de gravedad muy elevada: las estrellas de neutrones y los hoyos negros están rodeados de campos
de fuerzas gravitacional y magnética extremas y se manifiestan como potentes fuentes de rayos X
o gamma.
Si la atmósfera es opaca a los rayos gamma, las partículas interactúan: estas provocan un haz muy
directivo que puede observarse en tierra. Mediante este efecto, Cerenkov, el instrumento HESS
reconoce e interpreta las fuentes con varios telescopios que funcionan en estereoscopía provistos
cada uno de cámaras muy sensibles y rápidas.
{687}
Choques gamma
Descubiertos por casualidad al observar las pruebas nucleares atmosféricas, los choques gamma
tienen un origen cosmológico. Como uno de los eventos de mayor desprendimiento de energía del
Universo, la emisión de luz gamma, se asocia con el colapso de una estrella que despide entonces
bocanadas de materia a velocidades cercanas a la de la luz.
Innovación tecnológica
Los instrumentos de investigación hacen uso de tecnologías fuera de lo común. Los ingenieros
desarrollan y fabrican estos equipamientos junto con los industriales. Concebida en el Instituto de
Investigaciones sobre las leyes Fundamentales del Universo, la electrónica de procesamiento de
las señales en tiempo real a cadencias elevadas es equipo fundamental para muchos laboratorios.
{720}
Icono
14.1 En Namibia, el telescopio HESS (Sistema de Altas Energías Estereoscópicas) © CNRS
14.2 El violento fin de una estrella, SN1987 A © ESO
14.3 Numerosas galaxias del Universo joven ocultan un hoyo negro sólido disimulado por el gas y
el polvo que lo rodean © ESA
14.4 MATACQ, una electrónica de digitalización de las señales desarrollada por IN2P3 y el CEA ©
IRFU
P15 TRAS LOS PASOS DE LOS NEUTRINOS
Tras los pasos de los neutrinos
Conocemos el Universo por sus luces, los fotones. Estos se escapan difícilmente de las regiones
densas y calientes de las estrellas, núcleos activos de galaxia y otras fuentes muy energéticas. Para
el Universo lejano, se debe utilizar un mensajero que interactúe débilmente: el neutrino.
La observación de los neutrinos de alta energía permite estudiar la física de los objetos más
violentos del Universo, probable origen del rayo cósmico. Los de baja energía pueden revelar la
materia negra. Para detectar los neutrinos, es necesario disponer de detectores extremadamente
potentes y, por ende, sensibles a las perturbaciones, como los de Antares sumergidos a 2 500
metros en las profundidades del Mediterráneo.
{706}
En las profundidades del océano
Los neutrinos atraviesan la Tierra permanentemente. Para observar el cielo del hemisferio sur, los
ojos de Antares, bien protegidos bajo un blindaje natural del mar en las aguas de Toulon, detectan
la débil luz surgida de la interacción con la Tierra.
Astropartículas
La astronomía de las partículas estudia lo infinitamente pequeño y contribuye a las grandes
preguntas sobre el Universo: si la mayor parte del Universo aún queda por elucidar, la teoría de la
“supersimetría” predice la existencia de partículas elementales masivas acumuladas en el centro
de los astros: se supone que los Wimps, al extinguirse, emitirían neutrinos…
{605}
15.1 Inmersión de Antares, un observatorio bajo el mar © CNRS / CPPM – Fotografía: J. F. Dars.
15.2 Principio de Antares © CNRS / IN2P3 / UJF Ilustración: F. Montanet
15.3 Los ojos del telescopio submarino © CNRS / CPPM – Fotografía: M. Chevais
15.4 Tras los pasos de los neutrinos © Centre•Sciences
Traducción del francés: Eréndira Reyes, CPTI, CCC-IFAL