Un modelo matemático de la “pájara” de los corredores de maratón permite predecirla y evitarla

Casi todos los corredores de maratón han experimentado una “pájara.” En la segunda mitad de la carrera, alrededor de los 33 km., de repente, su energía cae en picado. Sus piernas no responden y parece casi imposible avanzar. Los nutricionistas achacan la “pájara” a la interrupción del suministro de hidratos de carbono. Un modelo publicado en PLoS Computational Biology permite predecir cuando se va a sufrir la “pájara” e incluye un Applet (“Endurance Calculator“) para ayudar a los corredores a planificar su estrategia durante la carrera. Benjamin I. Rapoport, afiliado a la Facultad de Medicina de Harvard y al Instituto Tecnológico de Massachusetts, dice que la idea se le ocurrió hace 5 años, cuando hizo novillos en clase para correr la maratón de Boston; su profesor de fisiología le permitió faltar a clase a cambio de que diera una charla sobre la fisiología de las carreras de fondo al resto de sus compañeros. Esta charla se ha convertido en una tradición y la imparte todos los años desde entonces. Al final ha decidido cuantificar sus ideas desarrollando un modelo matemático que ha logrado publicar en esta prestigiosa revista de investigación. El modelo de Rapoport tiene en cuenta múltiples factores: el ritmo deseado por el corredor, su masa muscular y su capacidad aeróbica, la cantidad de oxígeno que el cuerpo puede entregar a sus músculos. Una buena alimentación previa a la carrera que garantice un buen nivel de hidratos de carbono aumentará los niveles de glucógeno en los músculos. Durante la carrera, habrá que ingerir carbohidratos en el momento adecuado para garantizar un buen nivel de glucosa en sangre durante todo el recorrido. El artículo técnico, para los interesados en los detalles matemáticos, es B. I. Rapoport, “Metabolic Factors Limiting Performance in Marathon Runners,” PLoS Computational Biology 6: e1000960, October 21, 2010.

XII Carnaval de la Física: Todas las entradas que han participado

El 30 de octubre de 1975 murió en Berlín, Alemania, Gustav Ludwig Hertz, mitad del Premio Nobel de Física en 1925, la otra mitad fue para James Franck, “por su descubrimiento de las leyes que gobiernan el impacto de un electrón contra un átomo” utilizando la teoría de Bohr (la ceremonia fue en 1926). No debemos confundir a Gustav con su tío Heinrich Hertz, famoso por su descubrimiento de las ondas electromagnéticas, que no recibió el Premio Nobel ya que murió en 1894 y el primer Premio Nobel de Física se concedió en 1901 a Wilhelm Conrad Röntgen.

El 30 de octubre de 1941 nació en Heidelberg, Alemania, Theodor W. Hänsch, cuarto del Premio Nobel de Física de 2005, junto a John L. Hall, la otra mitad fue para Roy J. Glauber. Hänsch y Hall lo obtuvieron “por sus contribuciones al desarrollo de la espectroscopia láser de precisión, incluida la técnica de los peines de frecuencia.”

El 30 de octubre de 1626 murió en Leiden, Holanda, el descubridor de la ley de Snell, Willebrord van Royen Snell. Un 30 de octubre de 1820 se presentó por primera vez la ley de Biot-Savart en la Academia de Ciencias de París. Y no os hago esperar más…

Un 30 de octubre se publicaron las entradas para la XII Edición del Carnaval de la Física en este blog.

Carlo Ferri, anunció la “XII edición del Carnaval de la Física,” en su blog Gravedad Cero, el 19 de octubre de 2010, como es de rigor y nos brindó dos entradas. La primera, “Relatividad del día a día,” 11 oct. 2010, nos recuerda que la Teoría de la Relatividad de Einstein nos rodea por doquier: “un grupo de investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) en Boulder, Colorado, ha demostrado […] que el tiempo se acelera tan solo subiendo el peldaño de una escalera y que se ralentiza si viajamos a una velocidad de 36 kilómetros por hora (aunque solo unas seis décimas de femtosegundo).” Un efecto imperceptible pero medible.

MiGUi, padre de Cientifi.net, “Un mundo de preguntas,” quien “lleva eones sin participar en el carnaval por puro olvido o desidia” nos brindó una entrada relacionada con el mismo tema, “Relatividad y Cuántica en la práctica: GPS y relojes atómicos,” MiGUi, 18 oct. 2010, donde se ha atreve a “recopilar algunos ejemplos que podemos encontrar en la vida cotidiana de los efectos de” la física moderna. En los satélites que permiten que el GPS funcione se observa “el efecto relativista de la dilatación del tiempo” y al mismo tiempo la contracción del tiempo “en un campo gravitatorio. […] Hacen falta precisiones del orden de 10 nanosegundos para tener precisiones en la posición del receptor del orden de metros. […] Para fabricar relojes atómicos” tan precisos se usa “la estructura hiperfina” del espectro de los átomos debido “a la interacción del espín del núcleo con el espín del electrón, una consecuencia relativista (y cuántica).”

Carlo Ferri, también nos elogió con “¿Cuánto pesa un kilogramo?,” Gravedad Cero, 22 oct. 2010, recordándonos que el cilindro de platino e iridio que define esta unidad de medida en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas de París será substituido en menos de un lustro por una esfera de silicio-28 cuya masa podrá ser medida con una incertidumbre menor de ocho cifras significativas, o eso esperan los científicos dedicados a elaborar una nueva definición de kilogramo.

Germán Fernández Sánchez, nuestro predecesor en la organización del Carnaval, nos ofreció “Científicos olvidados: Sir Frank Watson Dyson,” El Neutrino, 5 oct. 2010, una breve biografía del famoso astrónomo inglés que gracias al estudio de los eclipses solares, “en 1919 confirmó la desviación de la luz por el campo gravitatorio del Sol, predicha por la Teoría de la Relatividad de Einstein.” Aunque “su contribución más popular fue la introducción de las señales horarias radiofónicas en 1924, los seis pitidos que, primero en la BBC y después en otras emisoras por todo el mundo, indican las horas en punto.”

Javier Fernández Panadero, “Rastreando huellas modernas,” La Ciencia para Todos, 25 oct. 2010, nos ilustra sobre las diferencias entre una frenada de un automóvil con y sin sistema ABS y cómo debemos actuar en caso de emergencia en ambos casos. “La Ciencia es más una manera de mirar el mundo que un conjunto de datos o procedimientos; sin esa mirada atenta e inquisitiva, se nos pasará de todo por delante y no nos enteraremos… como ya nos pasó [alguna] otra vez.

Antonio Gregorio Montes, “A transmisión (e a adquisición) de coñecemento,” Física e Química en Ribadeo, 19 oct. 2010, nos recuerda que la ciencia es un viaje hacia el conocimiento de lo que es la realidad sazonado con anécdotas curiosas, como las que nos presenta sobre Albert Einstein, Niels Bohr y Werner Heisenberg.

Manuel Sánchez, “Virología Física,” Curiosidades de la Microbiología, 18 oct. 2010, nos avisa de una “nueva disciplina que se está desarrollando. El estudio de los virus desde la perspectiva de la Física, de sus propiedades mecánicas y termodinámicas. Para estudiarlos en el aspecto físico se usa el microscopio de fuerza atómica (MFA) (que actúa como si fuera una aguja de un antiguo tocadiscos). Uno de los resultados más curiosos ha sido encontrar que hay virus que se “ablandan” durante su proceso de maduración, mientras que otros se “endurecen” y se vuelven más resistentes a la tensión. En el primer caso tenemos a los retrovirus como HIV. En el segundo, a los virus bacteriófagos.” Como nos recuerda Manu, “los seres vivos son a las leyes de la termodinámica lo que los abogados a las leyes de la sociedad.”

Manu Arregi Biziola , “Ciudad K: dosis de humor inteligente,” El Navegante, 18 oct. 2010 [la versión en euskera es “Ciudad K: serie bikain baten dosi txiki batzuk“], nos recuerda por qué el humor no está reñido con la ciencia. Os animo a todos a disfrutar de cinco dosis de una “pequeña serie de culto” emitida en la 2 de TVE “todos los lunes, a las 21h30.” Algunos sketches son realmente geniales.

Luis Luna, “APLICACIÓN DEL HAZ IÓNICO FOCALIZADO PARA LA OBSERVACIÓN DE MUESTRAS ODONTOLÓGICAS CON MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA DE BARRIDO,” Filosofando sobre todo un poco, 9 oct. 2010, nos recuerda que en “odontología al igual que en diversas ramas de la medicina, el microscopio electrónico de barrido (MEB) es una herramienta muy útil para observar la morfología de las superficies y los efectos producidos en los diferentes tejidos. El sistema de haz iónico focalizado (HIF) ha demostrado ser de utilidad en la preparación de las muestras biológicas ya que la pulverización con el HIF produce un corte preciso sin daño detectable en la muestra (menor a 10nm).”

Victor Manchado,”Los tesoros del Unicornio,” Pirulo Cósmico, 12 oct. 2010, nos recuerda los detalles astronómicos y astrofísicos más interesantes de la constelación “Monoceros (el Unicornio) a la derecha de la magnífica constelación de Orión. Esta constelación fue introducida por el astrónomo y teólogo holandés Petrus Plancius en 1613, y aunque  no tiene estrellas muy brillantes, sí que podemos encontrar algunos ejemplares realmente interesantes: Un magnífico sistema estelar triple compuesto por tres gigantes azules, la estrella doble de Plaskett, la estrella variable V838 Monocerotis, el cúmulo abierto M50 de unas 200 estrellas y la espectacular Nebulosa Roseta (NGC 2237), asociada al cúmulo NGC 2244.”

Planck contribuye por primera vez en el Carnaval con “El misterioso efecto Allais,” Revolución Científica, 16 oct. 2010, relatándonos que “el 30 de junio de 1954 Maurice Allais, un conocido economista francés fue testigo de un hecho insólito que aún hoy no ha sido explicado por la ciencia: durante las 2 horas y media que duró el eclipse de sol el plano del movimiento del péndulo de Foucault situado en su laboratorio de París cambio la velocidad de giro aumentando de forma notable. Este hecho no tiene explicación según el actual conocimiento de las leyes del movimiento del péndulo de Foucault.”

César nos deleitó con “Existirá algo que se mantendrá constante,” Experientia Docet, 17 de oct. 2010. La ciencia es la duda y a veces toca dudar de las leyes de conservación más importantes de la ciencia, incluida la energía. Como afirmó “Henri Poincaré en su libro “Ciencia e hipótesis”: … el principio de conservación de la energía significa simplemente que hay algo que se mantiene constante. Ciertamente, no importa que nuevas ideas sobre el mundo nos den las futuras experiencias, estamos seguros por adelantado de que habrá algo que se mantendrá constante, y a lo que seremos capaces de llamar energía.”

Dani, químico, nos aportó “Física y Lírica,” Ese Punto Azul Pálido (Pale Blue Dot), 21 oct. 2010, que nos recuerda que la poesía y la lírica forman parte integrante de las ciencias. Muchos científicos aportan su granito de arena a la lírica gracias a la elección adecuada de los nombres de nuevos conceptos físicos. La física cuántica está repleta de poesía y Dani se centra en la “extrañeza”, término introducido por Murray Gell-Mann  y el equipo japonés de T. Nakano y Kazuhiko Nishijima en 1953. La asociación entre James Joyce y los quarks no ha de extrañarnos, como tampoco que un quark se llame extraño.

Cefera, “FAIR: Acelerando la materia hasta condiciones extremas,” Revista Quanto, 24 oct. 2010, nos habla deFAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), cuyo “pistoletazo de salida se dio hace menos de un mes, el 4 de octubre en Wiesbaden,” Alemania. “Un acelerador de partículas capaz de proporcionar intensos haces de protones, antiprotones, núcleos estables y radioactivos en un amplio rango de energía para su uso en 8 colaboraciones científicas: NuSTAR (Nuclear STructure, Astrophysics and Reactions with Rare Isotope Beams), PANDA (antiProton ANnihilation at DArmstadt), CBM (Compresed Baryonic Matter), HEDgeHOB (High Energy Density generated Heavy iOn-Beams), WDM (Warm Dense Matter), SPARC (Stored Particle Atomic Physics Research Collaboration), FLAIR (Facility for Low Energy Antiproton Ion Research) y BIOMAT (High Energy Irradiation Facility for BIOphysics and MATerials Research).”

Daniel Marín, “El misterio de Upsilon Andromedae b,” Eureka, 23 oct. 2010, nos habla de un “júpiter caliente que orbita una estrella de tipo F8 a 0’06 Unidades Astronómicas (UA), o lo que es lo mismo, nueve millones de kilómetros. Tiene 0’69 veces la masa de Júpiter y su año es de 4’62 días. Su temperatura se ha podido medir gracias al telescopio infrarrojo Spitzer. En un hemisferio siempre es de día (a 1500º C), mientras que el otro estará sumido en la noche eterna.” Lo más curioso es que “el punto más caliente del planeta está situado casi en el terminador del planeta, la frontera entre el día y la noche. ¿Cómo es esto posible?” Daniel nos lo explica en su entrada.

Dario Sanabria contribuyó con un artículo en PDF titulado “Comportamiento del tiempo. El espacio curvo y geodésico en agujeros negros,” Tiempo Ingeniería, 14 oct. 2010, como primera contribución de su blog. “Presenta una nueva interpretación de la deflexión angular de la luz teniendo en cuenta la curvatura del espaciotiempo que permite interpretar el comportamiento de los agujeros negros.”

Eclectikus, “Precisión y GPS,” Echoes & Tones, 25 oct. 2010, “resume los factores que influyen en la exactitud de los sistemas GPS y que tecnologías se utilizan para optimizar la resolución de estos equipos.” Por cierto, “quién necesita una precisión submétrica en el mundo cotidiano: nadie. Hoy por hoy, usuarios todos, sabemos que el vulgar GPS de nuestro coche nos proporciona una exactitud por debajo de los 10 metros, lo hemos comprobado muchas veces. En realidad no es así, lo que se utiliza en esos dispositivos es una corrección en función de la cartografía a tiempo real, si tu te estás moviendo a 60 Km/h en una determinada dirección, pero tu posición te sitúa a 20 metros por mitad de los edificios (o del campo) el software GIS te sitúa automáticamente sobre la vía más próxima con la misma dirección que tiene en su base de datos. Y el caso es que eso nos sirve.”

Goco, el Grupo de Observadores del Cielo de Olavarría, nos brindó “Los neutrinos ¿son materia o energía?,” 25 oct. 2010, que nos habla de materia y energía, de neutrinos y fotones siguiendo la estela del mismísimo Isaac Asimov, “Cien preguntas básicas sobre ciencia.”

Veronica Casanova, “La dificultad de encontrar moléculas en los exoplanetas,” Astrofísica y Física, 21 oct. 2010, nos recuerda que ya no es noticia encontrar un nuevo exoplaneta, “ahora la noticia se ha desplazado a descubrir los componentes de dichos exoplanetas.[…] Esta semana parece ser una mala semana para aquellos que esperan encontrar vida en planetas fuera del Sistema Solar. […] Hay que tener cautela con la reciente detección de Gliese 581g, en la que uno podría preocuparse por nuestra capacidad para explorar estas nuevas fronteras. Así es como funciona la ciencia, los científicos revisan cada dato y conclusiones. Así que, buscando el lado bueno, funciona la ciencia, aunque no nos diga lo que nos gustaría escuchar.”

Gerardo Blanco, “El cosmos en Java,” Últimas Noticias del Cosmos, 17 oct. 2010, nos habla de Applets de Java para astronomía y física. Destaca “el applet Moons que simula observaciones de las lunas de Júpiter y usa la tercera ley de Kepler para derivar la masa del planeta.” Los interesados en más detalles disfrutará de esta entrada en UNDC.

Espero no dejarme ninguna entrada más en el tintero… Pido perdón de antemano a los que hayan contribuido al Carnaval sin que yo me haya enterado… uno es despistado.

Por cierto, mis propias entradas son “La ciencia de caminar sobre las brasas del fuego,” 21 Octubre 2010; “Un sencillo experimento para ver la radiación emitida por un teléfono móvil gracias a un diodo LED,” 18 Octubre 2010; “El frigorífico de Einstein-Szilard y el experimento para medir el espín del electrón de Einstein-de Haas,” 14 Octubre 2010; y “Espectacular vídeo de una gota de agua rebotando en un substrato de nanotubos de carbono,” 8 Octubre 2010; esta última llegó a portada en Menéame.

PS: Emilio Silvera me envió una entrada para participar en la XII Edición del Carnaval de la Física por correo electrónico. No indicó ningún blog en el que hubiera aparecido. La publiqué en mi blog… pero luego descubrí que él también la había publicado en el suyo propio, aunque sin mencionar el carnaval pues la publicó en junio de 2010. Así que, la borré de mi blog, pero aunque no sea ni la costumbre del carnaval ni compatible con sus reglas, os enlazaré su entrada por si a alguien interesa: “¡Estrellas de Quarks! Materia extraña,” Blog de Emilio Silvera V., 8 junio 2010.

Roger Penrose: La frialdad del universo durante los primeros instantes de la gran explosión

El universo en los primeros instantes de la gran explosión era muy caliente y muy frío a la vez. Muy caliente porque la temperatura de la materia y de la radiación electromagnética tienden a infinito cuando nos acercamos a la singularidad inicial. Muy frío porque no hay ondas gravitatorias ni agujeros negros cuando nos acercamos a ella. La “temperatura gravitatoria” del espaciotiempo se acerca a cero en el inicio del tiempo. Una paradoja que nos trata de explicar Roger Penrose, físico matemático de la Universidad de Oxford, Reino Unido, en su último libro “Cycles of Time.” Penrose es uno de los científicos más creativos y fértiles de nuestro tiempo, además de uno de los grandes divulgadores científicos. ¿Por qué el futuro es tan diferente del pasado? ¿Por qué un huevo roto en mil pedazos nunca vuelve a recomponerse? Según Penrose esta diferencia es ficticia. En un futuro muy lejano el universo volverá a alcanzar un estado muy similar al que tuvo en sus primeros instantes. Un estado uniforme altamente improbable que el universo volverá a alcanzar cuando todos los agujeros negros se hayan evaporado y el espaciotiempo en expansión se haya vuelto plano e isótropo sin ninguna irregularidad. Nos lo cuenta Lee Smolin, “Cosmology: Space‐time turn around,” Autumn Books, Nature 467: 1034–1035, 28 October 2010.

Penrose afirma que la flecha del tiempo se explica por la evolución del universo a partir de un estado muy especial, simple, homogéneo, isótropo y muy poco probable. Según la segunda ley de la termodinámica, la entropía (el azar) tienden a aumentar y aparece la flecha del tiempo. En un futuro muy lejano el universo estará dominado por una “energía oscura” asociada al espaciotiempo vacío que alcanza un valor constante (al menos en los modelos más simples de la energía oscura). La energía oscura acelera la expansión, diluyendo la materia y la radiación. Todos los agujeros negros se evaporarán y toda la materia (partículas elementales) decaerán en fotones y otras partículas sin masa. Si estas hipótesis son ciertas, el universo volverá a alcanzar un estado muy similar al que tuvo en los primeros instantes tras la singularidad inicial: un espaciotiempo plano, homogéneo, isótropo y repleto de un gas de fotones. La única diferencia es que la temperatura y la densidad del universo primitivo son muchos órdenes de magnitud mayores que las de su futuro más lejano. Penrose opina que esta diferencia tiene su origen en un cambio de escala y cual mago se saca un truco de su chistera: la física temprana y tardía del universo no depende de la escala. En pocas palabras, las partículas sin masa, que se mueven a la velocidad de la luz, no tienen asociada ninguna escala de longitud o de tiempo, se mueven como si el tiempo no existiera y como si el universo no tuviera tamaño definido. Para Penrose la identidad del universo temprano y tardío apunta a un espaciotiempo cíclico: el universo temprano es el universo tardío de un época anterior al inicio del tiempo. Según Smolin, “una idea deliciosamente absurda, pero, la verdad, perfectamente posible.” Una idea que no requiere de la inflación cósmica para explicar la gran homogenidad e isotropía de la radiación de fondo cósmico de microondas. Los problemas asociados a cómo parar la inflación (que produce un multiverso en lugar de un único universo) se evitan gracias al toque de la varita mágica de Penrose. No es necesario recurrir a principio antrópico alguno y el tiempo como una rueda tiene su inicio en su propio final.

Forzar la máquina: El mejor camino para aprender más sobre el LHC del CERN

Este mes de octubre en el LHC está siendo alucinante. Han forzado la máquina y han  empezado a encontrar pequeños problemas. No es malo, todo lo contrario, es maravilloso. Cuanto antes surjan los problemas, antes podrán ser resueltos. Forzar la máquina es una buena idea porque surgen nuevos problemas que solo aparecen con una alta intensidad (luminosidad). Estos problemas podrán ser resueltos durante la parada de la máquina entre diciembre y febrero. Cuantos más problemas se descubran, más problemas se resolverán. Hace solo seis semanas en el LHC del CERN se habían acumulado desde el 31 de marzo un total de 3’6/pb de colisiones por detector. Ayer, 25 de octubre, se recogieron 6/pb en un solo día. Os recuerdo que ayer se reanudaron las colisiones tras cuatro días de parada técnica para resolver un pequeño problema. Un día antes del parón la luminosidad (número de colisiones por segundo) era de unos 100/μb/s, pero ayer se alcanzaron los 206/μb/s utilizando 368 paquetes de protones. A finales de esta semana podrían superar los 400. Por ello, en los próximos días, antes de iniciar las colisiones con iones pesados, se recogerán más de 50/pb de datos. Todo apunta a que el próximo año será fácil alcanzar el objetivo de 1/fb de datos por experimento. Un objetivo que llegará mucho antes de lo esperado en 2011. ¿Qué harán entonces? Pueden parar las colisiones a 7 TeV antes de lo previsto, para adelantar las futuras colisiones a 14 TeV. Podrían subir a 9 TeV (dos haces a 4’5 TeV) durante cierto tiempo. Las posibilidades son muchas y en este momento están siendo barajadas varias opciones. Nos lo ha contado Philip Gibbs, “LHC Back With Gusto,” viXra log, 25 october 2010.

Partículas WIMP de materia oscura ocho veces más pesadas que el protón observadas en el centro de la Vía Láctea

Dan Hooper, físico del Fermilab, y Lisa Goodenough, postgraduada de la Universidad de Nueva York, han descubierto pistas de la existencia de materia oscura en el centro de la Vía Láctea gracias al análisis de los datos observados por el Telescopio Espacial Fermi de rayos gamma. El único origen razonable es la aniquilación en un par de  tauones de una partícula tipo WIMP con una masa en el rango de 7’3 a 9’2 GeV/c², unas ocho veces más pesada que el protón, con un error del 10%. Esta partícula WIMP casa bien con las observaciones en tierra de los experimentos CoGeNT, experimento de la Universidad de Chicago en la mina de Sudán en Minnesota, y DAMA, un experimento italiano situado en las montañas del Gran Sasso, cerca de Roma. La figura que abre esta entrada muestra el buen ajuste entre los datos observados (puntos en rosa con una barra de error) y un modelo teórico para la materia oscura (curva negra). Según los autores del trabajo, ninguna fuente astrofísica conocida es capaz de generar el flujo anómalo de rayos gamma procedentes del centro de la Vía Láctea presentado en esta figura. Claro, salvo su modelo para la materia oscura formada por WIMP. Varios astrofísicos de partículas que han estudiado el artículo opinan que es un gran trabajo técnico. Craig Hogan, director del Laboratorio de Astrofísica de Partículas del Fermilab e investigador en la Universidad de Chicago, afirma que “el análisis de Dan y Lisa es muy sencillo e impecable.” Steve Ritz, investigador principal adjunto del Telescopio de Gran Área de rayos gamma del Telescopio Espacial Fermi, “cree que es un artículo muy interesante, pero el centro galáctico presenta el espectro de rayos gamma más complejo de todo el cielo y para proclamar nueva física hay que demostrar que las características sorprendentes en los datos no se explican por ninguna incertidumbre sistemática u otra causa astrofísica plausible.” Este comentario es importante porque la región estudiada se encuentra cerca de los límites de resolución de Fermi y quizás algún tipo de burbuja debida a múltiples supernovas podría ser una alternativa como explicación viable. Aún así, no será difícil refutar/confirmar los resultados de Hooper y Goodenough en los próximos años, ya que los experimentos como CoGeNT y DAMA están bien preparados para ver partículas WIMP de baja masa. Nos lo ha contado Rhianna Wisniewski, “Fermilab theorist sees dark matter evidence in public data,” Symmetry Breaking, October 22, 2010, haciéndose eco del artículo técnico de Dan Hooper, Lisa Goodenough, “Dark Matter Annihilation in The Galactic Center As Seen by the Fermi Gamma Ray Space Telescope,” ArXiv, 13 Oct 2010.

Os recuerdo que las partículas WIMP (Weakly Interacting Massive Particles o Partículas Masivas Débilmente Interactivas) [wiki] son partículas neutras  similares a los neutrinos pero mucho más masivos que interactúan gracias a la interacción débil y a la gravedad, pero no vía el electromagnetismo ni la interacción fuerte. Son un firme candidato a explicar el problema de la materia oscura, pero no se pueden ver directamente y reaccionan poco con el núcleo de los átomos.

Más sobre partículas WIMP y materia oscura en este blog: “Jodi Cooley del CDMS: observados dos eventos tipo WIMP de 100 GeV con certeza al 77%,” 17 Diciembre 2009; “Qué pasó con los dos WIMP observados por CDMS en diciembre de 2009 (han sido descartados por XENON100 en mayo),” 5 Julio 2010; “XENON100 versus DAMA, guerra de cifras sobre la masa de las partículas WIMP de materia oscura,” 10 Mayo 2010; y “La materia oscura galáctica no puede explicar las observaciones de PAMELA, ATIC, Fermi y HESS,” 1 Mayo 2010.

XII Carnaval de la Física: La ciencia de caminar sobre las brasas del fuego

David Willey es profesor de física de la Universidad de Pittsburgh (Johstown, EE.UU.), ha caminado sobre brasas más de 50 veces y logró el récord a la caminata más larga. Nos cuenta en su artículo en Physics Education que cualquier persona puede caminar unos metros sobre las brasas sin sufrir daño alguno. El secreto está en la baja conductividad térmica de la madera: en cada paso el pie absorbe poco calor de las brasas que son malas conductoras del calor y tienen poca energía interna que transmitir; más aún, la capa de cenizas entre el pie y las brasas es un buen aislante térmico. Termodinámica elemental que se puede explicar a nuestros alumnos tanto en bachillerato como en la universidad. La cantidad de calor transferida al pie es Q=m c ΔT, donde m es la masa, c el calor específico y ΔT la diferencia de temperatura. Los interesados en más detalles pueden recurrir a su artículo “Fire-walking,” Physics Education 45: 487-493, September 2010. Recomiendo a todos los profesores de termodinámica que le cuenten este secreto a sus alumnos, seguro que a ellos les llamará profundamente la atención. No es la primera vez que un blog en español se hace eco del trabajo de Willey. Ya lo hicieron Heber Rizzo Baladán, “La ciencia de caminar sobre el fuego,” Astroseti.org, 27 Sep. 2006, y muchos otros.

Si te ha gustado esta entrada recuerda que Francis organiza la XII Edición del Carnaval de la Física y que la fecha tope es el 25 de octubre. Publicaré un resumen de las todas las entradas el 30 de octubre. Tú también puedes contribuir al Carnaval con tu granito de arena. Para participar no hace falta tener un blog, puedes darte de alta en la web del Carnaval de la Física y publicar tu entrada allí. Por supuesto, a los que tenéis un blog lo más fácil es publicarla en vuestro propio blog. El formato de la entrada es libre: desde un elaborado artículo científico a una simple imagen, pasando por el comentario de una película, la descripción de un experimento casero, un podcast o un vídeo. La única condición es que trate sobre la física en cualquiera de sus aspectos.

La formación del agujero negro binario X-7 en la galaxia M33



M33 X-7 es una una fuente  de rayos-X que forma parte de un sistema estelar binario en la cercana galaxia Messier 33.  Un agujero negro de 15’65 M (masas solares) orbita cada 3’45 días a su compañera, una estrella de la secuencia principal con una masa de 70 M. Las simulaciones numéricas permiten estudiar cómo se formó este sistema binario tan peculiar. El sistema binario progenitor de M33 X-7 estaba formado por una estrella principal de ~97 M, que dio lugar al agujero negro en M33 X7, y una estrella secundaria de ~32M, que dio lugar a su compañera, en una órbita mutua de ~2’9  días. Durante sus primeros ~1’8 millones de años de vida, el sistema binario sufrió una gran pérdida de masa debido a los vientos estelares, que disminuyó su atracción gravitatoria mutua y aumentó el periodo de la órbita a ~3’25 días. La estrella principal evolucionó más rápido que la secundaria, consumió todo su hidrógeno y se expandió cuando empezó a consumir helio. Parte de su hidrógeno superficial se transfirió a la estrella secundaria, perdió masa y se convirtió en una estrella de tipo Wolf-Rayet de ~ 51M, mientras que la secundaria ganó masa hasta convertirse en una enorme estrella de tipo O de masa ~69 M. Tras una vida de unos ~3’7 millones de años, la estrella principal de tipo Wolf-Rayet tenía una masa de ~16 M y su compañera de tipo O una de ~64’5 M. En este momento la estrella principal sufrió un colapso gravitatorio y se formó un agujero negro. Hoy, después de ~3’9 millones de años de su formación, M33 X-7 es un agujero negro de ~14’4 M y una estrella de tipo O de ~64 M orbitando alrededor de su centro de masas común con un órbita poco excéntrica y un periodo de ~3’45 días. El análisis numérico detallado de este proceso de formación de M33 X-7 se presenta en detalle en el artículo técnico de Francesca Valsecchi et al., “Formation of the black-hole binary M33 X-7 through mass exchange in a tight massive system,” Nature, AOP, Published online 20 October 2010.

El telescopio Hubble observa el objeto astronómico más lejano hasta ahora (la galaxia UDFy-38135539 con z=8’56)

 

Un trozo de cielo observado por el telescopio espacial Hubble, llamado Campo Ultraprofundo (Ultra Deep Field), muestra el objeto astronómico más lejano conocido hasta ahora. Una galaxia situada a más de 4 mil millones de parsecs de la Tierra con un corrimiento al rojo de z = 8’56 (el récord anterior era z = 8’2) compuesta por unos mil millones de estrellas y que se formó a los 600 millones de años después de la gran explosión (Big Bang). La figura muestra un trozo de la imagen obtenida por Hubble junto al espectro de la galaxia UDFy-38135539, que presenta una clara línea de emisión Lyman-α del hidrógeno. Dicho espectro ha sido confirmado por el Espectrógrafo de Campo Integral SINFONI del Telescopio Muy Grande (VLT) en Chile (requirió 16 horas de observación). UDFy-38135539 es la primera galaxia que se sabe seguro que haya vivido en la época de reionización y se cree que está rodeada por una burbuja de gas de hidrógeno ionizado con un radio de al menos 1 millón de parsecs. Un récord que será difícil de batir, aunque el futuro telescopio espacial James Webb (JWST) será capaz de detectar la raya Lyman-α de galaxias de hasta z = 8’9. Nos lo ha contado Michele Trenti, “Astronomy: Galaxy sets distance mark,” Nature 467: 924–925, 21 October 2010, haciéndose eco del artículo de Matthew D. Lehnert et al., “Spectroscopic confirmation of a galaxy at redshift z = 8.6,” Nature 467: 940–942, 21 October 2010.

PS: Más información divulgativa en “Hallan la galaxia más lejana observada hasta el momento. UDFy-38135539 está a 13.100 millones de años luz, por lo que sus fotones han tardado en llegar a la Tierra casi el mismo tiempo que lleva existiendo el Universo,” EFE, El Correo.com, 20/oct/2010 [visto en Menéame].

La aerodinámica de las libélulas y la hidrodinámica de la succión de alimentos en las moscas

El vídeo ilustra la aerodinámica del vuelo de la libélula, cuyas cuatro alas generan vórtices similares a los que generan las dos alas de una mosca. El análisis de la aerodinámica se presenta gracias a simulaciones numéricas  directas mediante un software CFD (de dinámica de fluidos computacional) basado en el método del contorno sumergido (inmerse boundary method). El artículo que presenta el vídeo es Hui Wan, Yan Ren, Zongxian Liang, Zach Gaston, Haibo Dong, “An Integrated Study of Vortex Formation of Freely Flying Insects,” ArXiv, October 19, 2010.

 

La aerodinámica de la mosca ya la presentamos en este blog. Este vídeo nos presenta la hidrodinámica de la (bomba de) succión de alimentos en la mosca (Musca domestica) a partir de imágenes en vivo y a partir de microcirugía. La morfología es bien conocida, sin embargo, su hidrodinámica ha sido poco estudiada. Gracias a la microscopía de rayos X de alta resolución ha sido posible filmar la succión de la mosca en una gota de agua con sacarosa en vivo y en directo. La succión depende de la viscosidad del fluido absorbido. El vídeo ha sido realizado por dos jóvenes estudiantes, Manu Prakash (becario en Harvard que pronto estará en el Departamento de Bioingeniería de Stanford) y Miles Steele (a punto de entrar en la universidad), “The Hungry Fly: Hydrodynamics of feeding in the common house fly,” ArXiv, 15 Oct 2010.