Categoría: Ciencia

Hoyos negros

Los hoyos negros son uno de los fenómenos astronómicos más espectaculares. Como sabemos, los hoyos negros son acumulaciones de masa con una gravedad tan grande que en su vecindad la luz no puede escapar. Por ello se ven absolutamente negros (tal vez no he sido suficientemente claro con esta descripción, ya que creo que por agujero negro se refiere a la singularidad en el centro donde se concentra la masa). En todo caso, los hoyos negros tienen pocos aspectos que los distinguen, salvo la masa, el momento angular y la carga eléctrica. Otra de sus propiedades es que se evaporan lentamente. Aunque son negros, a menudo su vecindad es tremendamente brillante, porque la masa que cae a un hoyo negro cae en una espiral a tal velocidad que emite radiación muy intensa, como lo muestra la foto de la galaxia NGC 1097 (tomada del blog Starts with a Bang):

El centro de la galaxia NGC 1097 con su hoyo negro, en infrarrojo

Una entrada en Starts With a Bang tiene un análisis fascinante sobre nuevos descubrimientos acerca de los hoyos negros. Los hoyos negros más importantes están en el centro de las galaxias. Por ejemplo, nuestra galaxia tiene un hoyo negro de unos 3 millones de soles en masa. Esto se puede determinar siguiendo los movimientos de las estrellas en el entorno del centro galáctico, como se muestra en la figura siguiente, tomada del blog citado.

Órbitas de estrellas alrededor del centro de la galaxia

Pero nuestro hoyo negro no es nada comparado con otros. En una galaxia llamada M87, unas cien veces mayor que la nuestra, y no tan lejos –astronómicamente– el hoyo negro tiene una masa de 6.7 mil millones de soles. El efecto de este hoyo negro sobre la galaxia es impresionante, como lo muestra la figura siguiente:

El chorro (jet) despedido por la galaxia M87

Este chorro de material gaseoso de 5.000 años luz de largo es expulsado desde el centro de la galaxia a una velocidad cercana a la dela la luz, debido a la acción del hoyo negro en su centro. No solo eso, han calculado que la reacción del chorro es tan grande que el hoyo negro se ha desplazado unos 100 años luz del centro de la galaxia.

Les recomiendo el blog Starts with a Bang.

Sexo animal

Posiblemente el lugar donde la lucha evolutiva es más intensa es en la vida sexual de los animales. Ahí se observan comportamientos que nos parecen raros, pero que tiene un sentido claro: hay que tratar de tener descendientes. Para aumentar la probabilidad de que eso ocurra, muchas especies tienen una guerra de los sexos, ya que aquellos que producen los huevos tienen un costo energético más alto que los que producen los espermios, pese a que la contribución genética a la próxima generación es la misma.

Esto es particularmente interesante en las especies hermafroditas, pues algunas especies tratan de que el otro funcione como hembra, y se produce una lucha por determinar quién termina portando los huevos. Ed Yong describe un caso en unos gusanos planos, los Macrostomum lignano, especie que vive en la playas italianas. Estos gusanos son hermafroditas, y al aparearse forman anillos en los que se fertilizan mutuamente –lo que es bastante común en muchas otras especies–.

Lo que hacen entonces estos gusanos es bastante exótico: a veces, uno de ellos se dobla y empieza a succionar su apertura genital, para deshacerse de los espermios de su pareja. Pero estos espermios tienen adaptaciones para no ser eliminados: tienen una trompa con la que se agarran a los genitales de la hembra, y dos espinas que apuntan hacia atrás y que funcionan como anclas para evitar ser succionados. Es decir, la lucha evolutiva es a nivel de estrategias de conducta de las hembras contra los espermios. En otras especies relacionadas de gusanos planos, el problema se ha simplificado: tienen la llamada «inseminación traumática», en que uno de los gusanos perfora a la hembra para inyectarle los espermios, en cualquier parte del cuerpo. Estos espermios son más simples que los anteriores, pues no enfrentan el problema de la succión. Lean el artículo de Yong. Vale la pena.

Parasitoide

Las costumbres de las avispas no sociales son asombrosas. Estas avispas son normalmente parasitoides, lo que significa que utilizan alguna larva de otro insecto para incubar sus huevos. La idea da escalofríos, porque las larvas parasitadas son comidas por dentro por las larvas de la avispa, tal como en Alien. Ed Jong describe una especie de avispa que tiene una conducta, por decirlo así, incluso peor.

La avispa Glyptapanteles pone hasta ochenta huevos en la oruga Thyrinteina leucocerae. Los huevos se convierten en larvas que se alimentan de la oruga por dos semanas, luego perforan la piel de la oruga y salen. La oruga ya no se mueve del lugar pero no ha muerto. Las larvas se quedan cerca de la ramita donde quedó la oruga, y forman pupas, para luego de un tiempo, salir como insectos adultos. Hasta aquí, todo relativamente normal en el mundo de los parasitoides. Lo que tiene de especial este caso es que si hay movimiento cerca de la oruga, esta levanta el cuerpo y comienza a mover la cabeza en forma violenta. Esto atemoriza a insectos que podrían atacar a las pupas y las protege. Es decir, la oruga parasitada se transforma en una protectora de sus parásitos. Luego de la partida de las jóvenes avispas, la oruga muere.

Si se retira la oruga (por el científico) la supervivencia de las pupas es la mitad,lo que muestra que la oruga es efectiva en su papel de espantapájaros. Una sorpresa más: al disecar las orugas luega de la salida de los parásitos, se descubrió que uno o dos parásitos se quedaron en la oruga. Probablemente para manipularla para que se convierta en guardaespaldas de las demás. Estas larvas que se quedan mueren, sacrificándose por las demás.

Relatividad

Científicos del Instituto Nacional de Estándares (NIST) de los Estados Unidos realizaron un experimento asombroso en que testearon las teorías especiales y generales de la relatividad en una escala humana. La relatividad especial predice que para un observador en movimiento, el tiempo es más lento que para un observador estacionarios. El tiempo tiende a detenerse al acercarse a la velocidad de la luz, pero hay que llegar muy cerca de esa velocidad para que esto sea fácilmente detectable: se requiere una velocidad de 0.99c para doblar el tiempo del observador en movimiento, donce c es la velocidad de la luz.

La relatividad general predice efectos similares de la gravedad: un observador en un campo gravitacional percibe el tiempo más lento que un observador en ausencia de gravedad (o que enfrenta menos gravedad). Ambos efectos se han observado a altas velocidades (por ejemplo, partículas inestables en aceleradores de párticulas tienen vidas medias mucho más largas de lo que deberían tener) o en observaciones astronómicas de estrellas de alta gravedad, como pulsares, estrellas de neutrones o en las vecindades de hoyos negros, pero es difícil detectar estos efectos en condiciones normales.

Los científicos del NIST usaron un reloj atómico exquisitamente sensible, capaz de detectar diferencias de tiempo del orden de 10^(-18) segundos. El primer experimento consistía en examinar los efectos relatívisticos en iones atrapados con laseres e impulsados por campos eléctricos. Los campos aceleraban los iones a velocidades que iban desde 0 hasta 30m/seg, es decir unos 100km/h. Los resultados aparecen en la figura:

Hay que notar que se detectan los efectos relativísticos a velocidades de unos 5 m/seg o sea 18 km/h, la velocidad de un maratonista. El ajuste a la teoría (línea azul) es muy bueno.

En el segundo experimento se testeó la relatividad general, cambiando la fuerza de gravedad a la que estaba sometido el experimento. Esto no es tan difícil como parece: bastó elevar el experimeto unos treinta centímetros para que la gravedad se debilitara lo suficiente como para poder medir el efecto de la gravedad sobre el tiempo. Los resultados aparecen en la figura siguiente:

El efecto de la gravedad existe (en el equipo elevado el tiempo corre más rápido) y se ajusta a las predicciones de la Teoría de la Relatividad de Einstein (en amarillo en la figura). Luego de este experimento se hace difícil encontrar modelos alternativos a la Relatividad.

Gracias a Uncertain Principles.