Circuitos informáticos vivientes

En un estudio publicado en la revista Materials Today, un equipo de investigadores europeos revela detalles de unidades lógicas creadas con moho viviente, que podrían actuar como bloques de construcción de dispositivos de computación y de sensores.

Physarum polycephalum. Crédito: Dr. Jonatha Gott and the Center for RNA Molecular Biology, Case Western Reserve University (Wikipedia Commons).

Andrew Adamatzky (University of the West of England, Bristol, Reino Unido) y Theresa Schubert (Bauhaus-Universität Weimar, Alemania) han construido circuitos lógicos que explotan redes de tubos de moho interconectadas para procesar información.

Uno esperaría encontrar al moho Physarum polycephalum en algún lugar oscuro y húmedo, y nunca en un laboratorio de informática. En su estado vegetativo el organismo se extiende por su entorno con una red de tubos que absorben nutrientes. Los tubos también permiten que el organismo responda a la luz y al cambio de condiciones ambientales que desencadenan la liberación de esporas reproductivas.

En trabajos anteriores, el equipo demostró que esa red de tubos podría absorber y transportar diferentes tintes de color. Luego, con el fin de hacer crecer una red con una estructura particular, los investigadores le suministraron nutrientes comestibles consistentes en copos de avena para propiciar el crecimiento de los tubos, y sal común para repelerlos. Luego demostraron que el sistema podría mezclar dos tintes para hacer un tercer color como una “salida”.

Mediante el uso de tintes, con nanopartículas magnéticas y pequeñas perlas fluorescentes, pudieron utilizar la red de moho como un dispositivo biológico de “laboratorio en un chip”. Esto representa una nueva manera de construir dispositivos de microfluidos para el procesamiento de muestras ambientales o de salud en una escala muy pequeña para realizar pruebas y diagnósticos, sugiere el trabajo. Una red mucho más grande de tubos de moho podría procesar nanopartículas y llevar a cabo operaciones de lógica booleana del tipo de las utilizadas por los circuitos de ordenador. Hasta ahora el equipo ha demostrado que una red de moho puede llevar a cabo operaciones booleanas XOR o NOR. Al juntarse matrices de dichas puertas lógicas se puede lograr un ordenador de moho que realice operaciones binarias.

¿Estamos entrando en la era de la computadora biológica? Stewart Bland, Editor de Materials Today, considera que “aunque los materiales electrónicos más tradicionales están aquí para quedarse, las investigaciones como esta ayudan a empujar y desdibujar los límites de la ciencia de materiales, la informática y la biología, y representan una actividad muy interesante para el futuro”.

Artículo científico: Andrew Adamatzky, Theresa Schubert. Slime mold microfluidic logical gates. Materials Today, Volume 17, Issue 2, March 2014, Pages 86–91, doi: 10.1016/j.mattod.2014.01.018

Fuente: Elsevier

Materiales vivientes

Inspirados por materiales naturales como el hueso – una matriz de minerales y otras sustancias, incluyendo células vivas – ingenieros del MIT han hecho que las células bacterianas produzcan biofilmes que pueden incorporar materiales no vivos, tales como nanopartículas de oro y puntos cuánticos.

Representación artística de una célula bacteriana modificada para producir nanofibras de amiloide, que incorporan partículas tales como puntos cuánticos (esferas de color rojo y verde) o las nanopartículas de oro. Crédito de la imagen: Yan Liang (MIT)

Estos «materiales vivientes» combinan las ventajas de las células vivas, que responden a su entorno, producen moléculas biológicas complejas, y abarcan múltiples escalas de longitud, con las ventajas de los materiales no vivos, que añaden funciones tales como conductividad eléctrica o de emisión de luz.

Los nuevos materiales representan una demostración simple de lo que ofrece la nueva tecnología, que algún día podría usarse para diseñar dispositivos más complejos como celdas solares, materiales de auto-sanación, o sensores de diagnóstico, dice Timothy Lu, profesor adjunto de ingeniería eléctrica e ingeniería biológica.

“Nuestra idea es juntar los mundos de lo viviente y lo inanimado para hacer materiales híbridos que incorporan células vivas funcionales”, añade Lu.

Lu y sus colegas eligieron trabajar con la bacteria E. coli , ya que naturalmente produce biopelículas que contienen fibras de curlina (curli), que son proteínas amiloides que ayudan a que E. coli se adhiera a las superficies. Cada fibra curlina está formada por una cadena de repetición de subunidades de proteínas idénticas llamada csgA, que se puede modificar mediante la adición de fragmentos de proteína llamados péptidos. Estos péptidos pueden capturar materiales no vivientes tales como nanopartículas de oro, incorporándolas en las biopelículas.
Al programar las células para producir diferentes tipos de fibras curlinas bajo ciertas condiciones, los investigadores fueron capaces de controlar las propiedades de las biopelículas y crear nanocables de oro, biopelículas conductoras, y películas salpicadas con puntos cuánticos (cristales diminutos que exhiben propiedades de la mecánica cuántica). También modificaron las células para que pudieran comunicarse entre sí y cambiar la composición de la biopelícula.

Artículo científico: Allen Y. Chen, Zhengtao Deng, Amanda N. Billings, Urartu O. S. Seker, Michelle Y. Lu, Robert J. Citorik, Bijan Zakeri, Timothy K. Lu.Synthesis and patterning of tunable multiscale materials with engineered cells. Nature Materials (2014), doi: 10.1038/nmat3912

Fuente: MIT

¿Planta o animal?

La anémona de mar muestra un paisaje genómico sorprendentemente similar al genoma humano, pero también muestra mecanismos de regulación similares a los de las plantas.

Vectensis Nematostella. Crédito: Copyright Nature, 2005

Un equipo de investigación, dirigido por el biólogo evolutivo y de desarrollo Ulrich Technau de la Universidad de Viena, ha descubierto que las anémonas de mar muestran un paisaje genómico con una complejidad de elementos reguladores similares a los de la mosca de la fruta o de otros animales. Esto sugiere que este principio de regulación de genes cuanta con más de 600 millones de años, y se remonta al ancestro común de los humanos, las moscas y la anémona de mar. Por otro lado, las anémonas de mar son más similares a las plantas que a los vertebrados o los insectos en su regulación de la expresión génica por medio de ARN regulador corto, llamado microARN.

Nuestra apariencia, la forma que tenemos y cómo funciona nuestro cuerpo, se debe, además de las influencias ambientales, en gran medida el resultado de la acción de los genes. Sin embargo, los genes raramente actúan en solitario, ya que más bien actúan en concierto y regulan la actividad y la expresión de cada una en las redes reguladoras de genes .

Organismo simple con un contenido complejo de genes

En las últimas décadas, la secuenciación del genoma humano y el de muchos animales ha mostrado que los organismos anatómicamente simples, como las anémonas de mar, sorprendente representan un repertorio complejo de genes, como los de organismos más avanzados. Esto implica que la diferencia en la complejidad morfológica no puede explicarse fácilmente por la presencia o ausencia de genes individuales. Algunos investigadores mantienen la hipótesis de que la complejidad no depende de cómo se codifiquen los genes individuales, sino, de la forma en que los genes se conectan y se vinculan entre sí. En consecuencia, los investigadores esperan que la redes de genes sean menos complejas en organismos simples que en los humanos o en los animales superiores.

Una medición de la complejidad de la regulación de genes podría ser la distribución y densidad de las secuencias reguladoras en el genoma. Estos motivos, que en el ADN se denomina potenciadores y promotores, pueden vincular específicamente a los factores de transcripción, y con frecuencia regulan la expresión de genes en patrones espacio-temporales específicos.

Mientras que en cierto sentido los genes constituyen las palabras en el idioma de la genética, los potenciadores y los promotores son su gramática. Estos elementos reguladores se correlacionan con ciertas modificaciones bioquímicas epigenéticas de las histonas, proteínas entrelazadas con el ADN, que constituyen la cromatina. Con la ayuda de un enfoque molecular sofisticado, llamado inmunoprecipitación de la cromatina, la investigadora Michaela Schwaiger fue capaz de identificar los promotores y potenciadores a nivel de todo el genoma de la anémona de mar, y comparar los datos con los de organismos más complejos.

Regulación génica comparable a sistemas de modelos animales superiores

“Ya la anémona de mar muestra un paisaje complejo de elementos reguladores de genes similares a los de la mosca de la fruta u otros modelos animales. Creemos que este principio de la regulación compleja de genes ya estaba presente en el ancestro común de los humanos, las moscas y la anémona de mar, hace unos 600 millones años” , dice Michaela Schwaiger.

Yehu Moran, David Fredman y Daniela Praher, miembros del equipo de investigación, fueron capaces de demostrar que los microRNAs de la anémona de mar describen todas las características de los microRNAs de las plantas. Incluso, Moran descubrió un gen en la anémona de mar que es esencial para la biogénesis de microARN en las plantas, y que nunca se ha detectado en cualquier otro organismo animal. Por otra parte, cuando se comparan las secuencias de microARN, se puede detectar un microARN que es similar tanto al microARN de las plantas como al de los animales. En conjunto, estos hallazgos sugieren que los investigadores han encontrado el primer eslabón evolutivo entre microRNAs de plantas y de animales.

En resumen, aunque el genoma, el repertorio de genes y la regulación de genes de la anémona de mar a nivel del ADN es sorprendentemente similar al de los vertebrados, su regulación post- transcripcional es similar a la de las plantas, y probablemente se remonta al ancestro común de animales y plantas. Esta es la primera diferencia cualitativa encontrada entre Cnidaria y animales “superiores”.

Artículos científicos:

(1) Schwaiger, M., Schönauer, A., Rendeiro, A.F., Pribitzer,C., Schauer, A., Gilles, A.F., Schinko, J.B., Renfer, E., Fredman, D., and Technau, U.Evolutionary conservation of the eumetazoan gene regulatory landscape. Genome Research, doi: 10.1101/gr.162529.113

(2) Moran, Y., Fredman, D., Praher, D., Xi, L.M., Meng Wee, Z., Rentzsch, F., Zamore, P. Technau, U., and Seitz, H. (2014). Cnidarian microRNAs frequently regulate their targets by cleavage. Genome Research, doi: 10.1101/gr.162503.113

Fuente: Universität Wien

Tan simple como una estrella de neutrones

¿De cuántas maneras se puede describir un objeto? Considere una manzana: con sólo mirarla se puede estimar fácilmente su peso, forma y color, pero no somos capaces de describirla en cualquier otro nivel, por ejemplo, para evaluar la composición química de su pulpa. Algo similar se aplica también a los objetos astronómicos: hasta el día de hoy uno de los retos que han enfrentado los científicos ha sido la descripción de las estrellas de neutrones a nivel de la física nuclear. De hecho, la materia de la que se componen estas estrellas es extremadamente compleja, para lo que se han propuesto varias ecuaciones de estado complicadas. Sin embargo, hasta la fecha no existe un acuerdo en cuanto a cuál es la correcta (o la mejor).

Ilustración de la estructura de una estrella de neutrones. Crédito: NASA’s Marshall Space Flight Center

Ahora, un estudio teórico realizado por SISSA (Escuela Internacional de Estudios Avanzados de Trieste), en colaboración con la Universidad de Atenas, ha demostrado que las estrellas de neutrones también se pueden describir en términos relativamente simples, mediante la observación de la estructura del espacio-tiempo que las rodea.

“Las estrellas de neutrones son objetos complejos debido a la materia de que están compuestas. Podemos imaginarlas como grandes núcleos atómicos con un radio de unos diez kilómetros”, explica Georgios Pappas, primer autor del estudio realizado en SISSA. “Una estrella de neutrones es lo que queda del colapso de una estrella masiva: la materia en su interior es extremadamente densa y básicamente consiste en neutrones”.

“La física nuclear, necesaria para comprender la naturaleza de la materia contenida en estos objetos astronómicos, por lo general hace que su descripción sea muy complicada y difícil de formular”, continúa Pappas. “Lo que hemos demostrado, mediante el uso de métodos numéricos, es que hay propiedades que pueden proporcionar, de una manera sencilla, una descripción de algunos aspectos de las estrellas de neutrones y del espacio-tiempo que las rodea, una descripción similar a la utilizada para los agujeros negros”.

Los agujeros negros son realmente objetos únicos, ya que han perdido toda la materia y sólo se componen de espacio y tiempo. Al igual que las estrellas de neutrones son el resultado del colapso de una estrella más grande (en este caso, mucho más grande que las estrellas que dan lugar a las estrellas de neutrones). “Se les considera los objetos más perfectos del Universo y la expresión ‘sin pelo’ acuñada por John Archibald Wheeler para indicar su simplicidad se ha hecho famosa. Según nuestros cálculos, las estrellas de neutrones pueden ser representadas de una manera muy similar”.

Los científicos utilizan “momentos multipolares” como parámetros para describir objetos. Los momentos necesarios para describir un agujero negro son dos, masa y momento angular (la velocidad a la que gira alrededor de su eje). Para las estrellas de neutrones son necesarios tres momentos: masa, momento angular y momento cuadripolar, un coeficiente que describe la deformación del objeto producida por su rotación.

“Nuestros cálculos revelaron dos hallazgos inesperados. En primer lugar, hemos descubierto que estos tres parámetros son suficientes, ya que los momentos de nivel superior no son independientes y se pueden derivar de los primeros tres”, explica Pappas. “El segundo hallazgo sorprendente es que la descripción en base a estos parámetros es independiente de la ecuación de la ecuación de estado, o mejor dicho, que ni siquiera necesitamos saber cual es la ecuación de estado”.

En la práctica , podemos tener una descripción de una estrella de neutrones que es independiente de la materia que la forma”. Esto tiene repercusiones importantes”, añade Pappas. “De hecho, mediante el uso de los datos obtenidos con las observaciones astrofísicas – por ejemplo, la radiación emitida por una estrella de neutrones, o información acerca de los objetos que gravitan alrededor de la estrella u otra información – podemos reconstruir las características de una estrella de neutrones” .

Artículo científico: George Pappas and Theocharis A. Apostolatos.Effectively universal behavior of rotating neutron stars in general relativity makes them even simpler than their Newtonian counterparts. Phys. Rev. Lett., 2014.

Fuente: Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA)

Astrónomos descubren por primera vez sistema de anillos en un asteroide

Esto transforma al asteroide Chariklo en el objeto más pequeño en poseer esta característica. Algunas observaciones fueron realizadas desde nuestro país.

Astrónomos han descubierto que el asteroide Chariklo -un objeto que orbita más allá de Saturno-, está rodeado por dos finos anillos de tan solo tres y siete kilómetros de ancho.

Esta característica transforma a Chariklo en el objeto más pequeño encontrado hasta ahora que cuenta con anillos, y en el quinto que orbita al Sol en el Sistema Solar con esta característica, después de los planetas Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno.

Chariklo tiene 250 kilómetros de diámetro y es el miembro de mayor tamaño de un tipo de objetos conocidos como centauros, que se encuentran en las zonas más externas del Sistema Solar. Según los expertos, los anillos recién detectados se generaron probablemente tras una colisión que creó este disco de escombros.

"No estábamos buscando un anillo y no creíamos que cuerpos pequeños como Chariklo los tuvieran, por lo que el descubrimiento -y la impresionante cantidad de detalles que vimos en el sistema- ¡ha sido toda una sorpresa!" afirma Felipe Braga-Ribas, del Observatorio Nacional/MCTI (Brasil), y autor principal del artículo publicado en la revista Nature.

El descubrimiento de esta particular característica se produjo gracias a una serie de observaciones realizadas desde diversos puntos de América del Sur, entre ellos del Observatorio La Silla del Observatorio Europeo Austral (ESO), ubicado al norte de nuestro país y del Observatorio de la Universidad Católica (UCO) Santa Martina, operado por la Pontificia Universidad Católica de Chile (PUC).

Los responsables del proyecto han nombrado de manera provisional a estos anillos como Oiapoque y Chuí, dos ríos cerca de los extremos norte y sur de Brasil. Sin embargo, estos nombres son de uso informal, ya que los oficiales debe asignarlos la Unión Astronómica Internacional (IAU).

Detectan una distorsión sutil en la Luz más antigua del Universo

Por medio del Telescopio del Polo Sur, un equipo de científicos ha detectado, por primera vez, una distorsión sutil en la luz más antigua del Universo, lo que puede ayudar a revelar los secretos sobre los primeros momentos de su formación.

La observación de patrones zigzagueantes en la polarización del fondo de microondas cósmico puede proporcionar evidencia dramática de la inflación, el período turbulento teorizado en los momentos después del Big Bang, cuando el Universo se expandió con gran rapidez. Foto de Daniel Luong Van

Los científicos observaron patrones zigzagueantes en la polarización del fondo de microondas cósmico: la luz que en el pasado interactuó con la materia, muy temprano en la historia del universo, menos de 400.000 años después del Big Ban. Estos patrones, conocidos como “modos B”, son causados por lentes gravitacionales, un fenómeno que se produce cuando la trayectoria de la luz se dobla al pasar cerca de objetos masivos, algo similar a la forma en que una lente enfoca la luz.

La revista Physics World ha calificado el hallazgo como uno de los diez avances principales de la física en 2013.

El Prof. John Carlstrom, quien dirigió el estudio, declaró que “la detección de polarización de modo B por el Telescopio del Polo Sur es un hito importante, un logro técnico que indica la física emocionante por venir”.

El fondo cósmico de microondas es un mar de fotones (partículas de luz) dejados por el Big Bang, que impregnan todo el espacio a una temperatura de menos 270 grados centígrados – apenas 3 grados por encima del cero absoluto. Las mediciones de esta antigua luz ya han brindado a los físicos una riqueza de conocimientos sobre las propiedades del universo.

La luz se polariza cuando sus ondas electromagnéticas se orientan preferentemente en una dirección particular. La luz del fondo cósmico de microondas se polarizó principalmente debido a la dispersión de fotones en el universo temprano, por el mismo proceso por el que la luz se polariza cuando se refleja en la superficie de un lago o en el capó de un coche.

La dispersión simple no puede generar los modos B, que surgen a través de un proceso más complejo, de ahí el interés de los científicos en su medición. Las lentes gravitatorias hacen posibles los modos B cuando los fotones pasan por las galaxias y otros objetos masivos en su camino hacia la tierra.

Para desentrañar los modos B, los científicos utilizaron un mapa de la distribución de la masa en el universo para determinar dónde debe producirse el efecto de una lente gravitacional.

El estudio cuidadoso de estos modos B podrá ayudar a los físicos a comprender mejor el Universo. Los patrones se pueden utilizar para trazar la distribución de la masa, y por lo tanto definir con mayor precisión las propiedades cosmológicamente importantes como la masa de los neutrinos, que son partículas elementales que prevalecen en todo el cosmos.

Los científicos esperan obtener evidencia dramática de la inflación, el período turbulento teorizado en los momentos después del Big Bang, cuando el Universo se expandió con gran rapidez. La inflación es una teoría bien considerada entre los cosmólogos, porque sus predicciones concuerdan con las observaciones, pero hasta ahora no hay una confirmación definitiva de ésta. La medición de los modos B generados por la inflación es una forma posible de despejar la duda persistente.

“La detección de una señal primordial de polarización de modo B en el fondo de microondas equivaldría a encontrar los primeros temblores del Big Bang”, dijo el autor principal del estudio, Duncan Hanson, un científico postdoctoral de la Universidad McGill en Canadá.

Los modos B de la inflación son causados por las ondas gravitacionales. Esas ondulaciones en el espacio-tiempo se generan por las intensas turbulencias gravitatorias, las condiciones que habrían existido durante la inflación. Estas ondas darían lugar a patrones de polarización zigzagueantes, reveladores de los modos B. La medición de la polarización resultante no solo sería la confirmación de la teoría de la inflación – un gran logro científico en sí mismo, sino que también brindaría información sobre la física a muy altas energías – mucho más altas de las que se pueden lograr con aceleradores de partículas.

La medición de los modos B de lente gravitatoria es un primer paso importante en la búsqueda de la medición de los modos B inflacionarios.

Estudio: D. Hanson el al. Detection of B-Mode Polarization in the Cosmic Microwave Background with Data from the South Pole Telescope. Physical Review Letters, 111, 141301 (2013), doi: 10.1103/PhysRevLett.111.141301

Fuente: The University of Chicago

VLT detecta la mayor estrella amarilla hipergigante

El interferómetro del VLT (Very Large Telescope Interferometer) de ESO ha revelado la existencia de la mayor estrella amarillla — y una de las diez estrellas más grandes – descubierta hasta el momento. Esta hipergigante mide más de 1.300 veces el diámetro del Sol y forma parte de un sistema compuesto por dos estrellas: su segundo componente se encuentra tan cerca que está en contacto con la estrella de mayor tamaño. Observaciones llevadas a cabo durante sesenta años, algunas realizadas por observadores aficionados, indican también que este extraño objeto cambia muy rápido y ha sido detectado en una fase muy breve de su vida.

El campo que rodea a la estrella hipergigante amarilla HR 5171. Crédito: ESO

Utilizando el VLTI (Very Large Telescope Interferometer) de ESO, Olivier Chesneau (Observatorio de la Costa Azul, Niza, Francia) y un equipo internacional de colaboradores ha descubierto que la estrella amarilla hipergigante HR 5171 A [1] es tremendamente enorme — 1.300 veces el diámetro del Sol y mucho mayor de lo esperado [2]. Esto la convierte en la estrella amarilla más grande conocida. También está en la lista de las diez estrellas más grandes conocidas — es un 50% más grande que la famosa supergigante roja Betelgeuse — y es alrededor de un millón de veces más brillante que el Sol.

“Las nuevas observaciones también mostraron que esta estrella tiene una compañera muy cercana, formando un sistema binario que nos ha sorprendido” afirma Chesneau. “Las dos estrellas están tan cerca la una de la otra que se tocan y todo el sistema parece un cacahuete gigante”.

Los astrónomos utilizaron una técnica llamada interferometría para combinar la luz recogida por múltiples telescopios individuales, recreando un telescopio gigante de más de 140 metros de tamaño. Los nuevos resultados llevaron al equipo a investigar minuciosamente antiguas observaciones de la estrella, llevadas a cabo durante más de sesenta años, para ver cómo se había comportado en el pasado [3].

Las amarillas hipergigantes son muy poco usuales, solo se conocen alrededor de una docena en nuestra galaxia, y el ejemplo más destacado es Ro de Casiopea. Están entre las estrellas más grandes y brillantes conocidas y se encuentran en un momento de sus vidas muy inestable, con rápidos cambios. Debido a esta inestabilidad, las hipergigantes amarillas expelen material hacia el exterior, formando una atmósfera grande y extendida alrededor de la estrella.

Impresión artística de la estrella hipergigante amarilla HR 5171. Crédito: ESO

A pesar de la gran distancia que lo separa de la Tierra (cerca de 12.000 años luz), el objeto puede verse a ojo [4] agudizando la vista. Se ha descubierto que HR 5171 A, a lo largo de los últimos cuarenta años, está haciéndose cada vez más grande, enfriándose a medida que crece, y su evolución ha sido captada en pleno proceso. Muy pocas estrellas han sido captadas en esta breve fase en la que pasan por fuertes cambios de temperatura a medida que evolucionan rápidamente.

Analizando los datos de variaciones de brillo en las estrellas, utilizando observaciones de otros observatorios, los astrónomos han confirmado que el objeto es un sistema binario eclipsante en el que el componente más pequeño pasa por delante y por detrás de la estrella más grande, orbitándola. En este caso HR 5171 A es orbitada por su estrella compañera cada 1.300 días. La pequeña compañera tiene una temperatura ligeramente superior a la de la temperatura de superficie de HR 5171 A, que es de 5.000 grados Celsius.

Chesneau concluye diciendo que “La acompañante que hemos encontrado es muy importante, ya que puede influir en el destino de HR 5171 A, por ejemplo, haciendo que expulse sus capas exteriores y modificando su evolución”.

Este nuevo descubrimiento destaca lo importante que es estudiar estas enormes amarillas hipergigantes de corta vida, ya que esta información podría darnos una forma de comprender los procesos evolutivos de las estrellas masivas en general.

Notas

[1] La estrella también es conocida como V766 Cen, HD 119796 y HIP 67261.

[2] Los objetos comparables parecen ser todos estrellas tojas supergigantes que alcanzan de 1.000 a 1.500 veces el radio del Sol y tienen masas iniciales que no superan las 20–25 masas solares. Se esperaba que el radio de una amarilla supergigante fuese entre 400 y 700 veces el del Sol.

[3] Se obtuvieron datos espectrales utilizando el Telescopio Anglo–Australiano con el instrumento UCLES (University College London Echelle Spectrograph), en el Observatorio SAAO (South African Astronomical Observatory), con el instrumento PUCHEROS, de la Pontificia Universidad de Chile (PUC) y a través de las observaciones coronográficas con el instrumento del infrarrojo cercano NICI (Near-Infrared Coronagraphic Imager) instalado en el telescopio Gemini Sur. Los paquetes de datos de archivos fotométricos examinados incluyen fotometría infrarroja del SAAO obtenidos entre 1975 y 2013 y otros conjuntos de datos de entre 1983 y 2002, incluyendo observaciones llevadas a cabo por aficionados. Los autores consideran que la concordancia de los resultados profesionales con los obtenidos por el aficionado Sebastian Otero (2000–2013) es “excelente” e “ilustra la calidad de esas observaciones llevadas a cabo por astrónomos aficionados”.

[4] La magnitud visual de HR 5171 A parece variar entre una magnitud visual de 6.10 que va disminuyendo a 7.30, y puede observarse en la constelación de Centaurus (El Centauro).

Fuente: ESO

¿Por qué se producen períodos glaciales cada cien mil años?

La ciencia se ha esforzado en explicar por qué se produce un período glacial cada 100.000 años. Ahora, un equipo internacional de investigadores, por medio de una simulación informática, ha demostrado que no solamente las variaciones en la radiación solar juegan un papel fundamental, sino también la influencia mutua de los continentes cubiertos de hielo y el clima.

Los períodos glaciales se producen aproximadamente cada cien mil años; ahora, por medio de una simulación informática, los científicos han averiguado por qué. Crédito de la imagen: Michał Lech (Pixabay)

Los períodos glaciales y los cálidos se han alternado con bastante regularidad en la historia de la Tierra: el clima de la Tierra se enfría aproximadamente cada 100.000 años, y áreas extensas de América del Norte, Europa y Asia quedan cubiertas por espesas capas de hielo. Con el tiempo, el péndulo oscila: el clima se vuelve más cálido y las masas de hielo se derriten. Aunque los geólogos y los cilmatólogos han encontrado pruebas sólidas de este ciclo de 100.000 años en las morrenas glaciares, los sedimentos marinos, y en el hielo ártico, hasta ahora no pudieron encontrar una explicación plausible para ello.

Por medio de simulaciones informáticas el equipo ha logrado demostrar que el intercambio de períodos glaciales/cálidos depende en gran medida de la retroalimentación entre las capas de hielo continental y el clima.

Un efecto débil con un gran impacto

Desde hace mucho ha quedado claro que el clima está fuertemente influenciado por la radiación solar en escalas de tiempo a muy largo plazo. Debido a que tanto la rotación de la Tierra, como su órbita alrededor del sol, cambian periódicamente de forma muy ligera, la radiación solar también varía. Si esta variación se examina en detalle, se pueden reconocer los diferentes ciclos superpuestos de alrededor de 20.000, 40.000 y 100.000 años.

Dado el hecho de que el ciclo de radiación solar de 100.000 años es relativamente débil, contando únicamente con esta información, los científicos no podían explicar fácilmente el ciclo de 100.000 años de los períodos glaciales. Sin embargo, con la ayuda de los efectos de retroalimentación, hora es posible.

Simulación del hielo y del clima

Los investigadores obtuvieron sus resultados a partir de un modelo informático integral, en el que combinaron una simulación de la capa de hielo, con un modelo climático actual, lo que les permitió calcular la glaciación del hemisferio norte durante los últimos 400.000 años.

Utilizando el modelo, los investigadores lograron explicar por qué las glaciaciones siempre comienzan lentamente y terminan con relativa rapidez. Las masas de hielo de la edad de hielo se acumulan a lo largo de decenas de miles de años, y desaparecen en el espacio de unos pocos miles de años. Ahora sabemos por qué: no se trata sólo de la temperatura de la superficie y de la precipitación las que determinan si una capa de hielo crece o se encoge. Debido a los efectos de retroalimentación, su destino también depende de su tamaño. “Cuanto más grande sea la capa de hielo, más frío será el clima que se necesita para preservarla”, dice Heinz Blatter, profesor emérito de climatología. En el caso de las capas de hielo continental más pequeñas, que aún están en formación, es menos probable que los períodos con un clima más cálido las fundan. El caso de una capa de hielo de gran tamaño, que se extiende hacia latitudes geográficas más bajas, es muy diferente: un breve período relativamente cálido, de unos pocos miles de años, puede ser suficiente para causar que una capa de hielo se derrita y anuncie el final de un período glacial.

El estudio se publica en Nature.

Fuente: ETH Zürich

Desarrollan células de silicio capaces de captar la radiación infrarroja del Sol

El Sol es una fuente inagotable de energía que podría solucionar muchos de los problemas energéticos actuales. El dispositivo capaz de realizar la conversión de luz solar en electricidad es la célula fotovoltaica, comúnmente conocida como célula solar. Sin embargo, existen diversos obstáculos que impiden una mayor generalización de su uso, entre ellos un coste relativamente alto (del orden de 20 céntimos de euro por vatio producido) y una eficiencia baja, por debajo del 17%. Es decir, de cada vatio que recibimos del sol, sólo aprovechamos una pequeña parte: los 0,17 vatios que corresponden al espectro visible.

Células de silicio. Crédito: CSIC

El motivo de la baja eficiencia de las células fotovoltaicas convencionales reside en que los materiales básicos para su fabricación, como el silicio, sólo pueden absorber y aprovechar una pequeña parte del espectro solar. El resto de la radiación solar, que corresponde a la zona infrarroja, no es aprovechada y se pierde.

“Después de tres años de trabajo, nuestro equipo de investigación ha desarrollado un nuevo concepto de célula solar de silicio capaz también de captar y transformar en electricidad la radiación infrarroja del Sol” explica el investigador del CSIC Francisco Meseguer, del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid”.

El investigador del CSIC y de la Universitat Politècnica de Catalunya, Moisés Garín, añade: “lo que hemos hecho ha sido crear células fotovoltaicas sobre microcavidades esféricas de silicio donde la luz infrarroja queda atrapada y da vueltas en su interior hasta que es transformada en electricidad”.

Este trabajo, en el que también han participado otros grupos del CSIC, la Universitat Politècnica de València, la Universitat Politècnica de Catalunya y la Universidad Rovira i Virgili de Tarragona, supone un nuevo enfoque científico para poder desarrollar en el futuro células fotovoltaicas de alto rendimiento.

Artículo científico: M. Garín, R. Fenollosa, R. Alcubilla, L. Shi, L.F. Marsal y F. Meseguer. All-silicon spherical-Mie-resonator photodiode with spectral response in the infrared region. Nature Communications 5, article number: 3440, doi: 10.1038/ncomms4440

Fuente: CSIC

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El choque de cometas explica la sorprendente presencia de aglomeraciones de gas alrededor de una estrella joven

Utilizando el telescopio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) situado en el norte de Chile, un equipo de astrónomos ha anunciado hoy el descubrimiento de una inesperada aglomeración de monóxido de carbono en el polvoriento disco que rodea a la estrella Beta Pictoris. Esto supone una sorpresa, ya que se supone que este tipo de gas es rápidamente destruido por la luz de la estrella. Algo — probablemente numerosas colisiones entre pequeños objetos helados como cometas — puede estar haciendo que el gas siga reponiéndose continuamente. Los nuevos resultados se publican hoy en la revista Science.

Impresión artística de Beta Pictoris. Crédito: ESO

Beta Pictoris, una estrella cercana fácilmente visible a ojo en el cielo austral, ya es aclamada como el arquetipo de sistema planetario joven. Se sabe que alberga un planeta que orbita a unos 1.200 millones de kilómetros de su estrella, y fue una de las primeras estrellas descubiertas rodeada por un gran disco de restos polvorientos [1].

Nuevas observaciones llevadas a cabo con ALMA muestran que el disco está impregnado de monóxido de carbono. Paradójicamente, la presencia de monóxido de carbono, tan nocivo para los seres humanos en la Tierra, podría indicar que el sistema planetario de Beta Pictoris podría convertirse en un buen hábitat para albergar vida. El bombardeo de cometas que están sufriendo sus planetas puede estar proporcionándoles agua, lo que podría permitir el desarrollo de vida [2].

Pero el monóxido de carbono se descompone rápidamente y con facilidad por la luz de las estrellas: solo puede durar unos 100 años en las zonas del disco de Beta Pictoris donde ha sido observado. Encontrarlo en el disco de Beta Pictoris, de 20 millones de años, es una sorpresa total. ¿De dónde proviene y por qué está aún ahí?

“A menos que estemos viendo a Beta Pictoris pasando por un momento muy inusual, el monóxido de carbono debe estar siendo repuesto de manera continua”, afirma Bill Dent, astrónomo de ESO en la Oficina Conjunta de ALMA (Joint ALMA Office, Santiago, Chile) y autor principal del artículo publicado hoy en la revista Science. “La fuente más abundante de monóxido de carbono en un sistema solas joven son las colisiones entre cuerpos helados, desde cometas hasta objetos mayores, de tamaño planetario”.

Pero el ritmo de destrucción debe ser muy alto: “Para obtener la cantidad de monóxido de carbono que estamos observando, el ritmo de colisiones debería ser verdaderamente sorprendente: una colisión de un cometa de gran tamaño cada cinco minutos”, señala Aki Roberge, astrónomo del Centro de Investigación Goddard de la NASA (Greenbelt, EE.UU.) y coautor del artículo. “Para alcanzar este número de colisiones, debería tratarse de un enjambre de cometas muy juntos y muy masivo”.

Pero ha habido más sorpresas en las observaciones de ALMA, que no solo descubrió el monóxido de carbono, sino que además hizo un mapa de su ubicación en el disco gracias a la capacidad única de ALMA de medir de manera simultánea tanto la posición como la velocidad: el gas se encuentra concentrado en un grumo compacto. Esta concentración se encuentra a 13.000 millones de kilómetros de su estrella, lo que supone tres veces la distancia de Neptuno al Sol. El motivo por el cual el gas se encuentra en ese pequeño espacio tan lejos de la estrella es un misterio.

“Esta aglomeración es una clave importante para lo que está ocurriendo en las zonas exteriores de este joven sistema planetario”, afirma Mark Wyatt, astrónomo de la Universidad de Cambridge (Reino Unido), y coautor del artículo. Continua explicando que hay dos formas en las que puede formarse una aglomeración de este tipo: “O bien la fuerza gravitatoria de un planeta aún no visto, similar en masa a Saturno, está concentrando las colisiones de cometas en un área pequeña, o bien lo que vemos son los remanentes de una única y catastrófica colisión entre dos planetas helados de la masa de Marte”.

Ambas posibilidades dan a los astrónomos razones para ser optimistas y creer que hay varios planetas más esperando ser descubiertos alrededor de Beta Pictoris. “El monóxido de Carbono es sólo el principio: puede haber otras moléculas pre-orgánicas más complejas liberadas por esos cuerpos helados”, añade Roberge.

Se han planeado observaciones posteriores con ALMA, que aún no ha alcanzado el cien por cien de sus capacidades, aún en desarrollo, con el fin de arrojar más luz sobre este misterioso sistema planetario, ayudando así a comprender qué condiciones se dieron durante la formación de nuestro Sistema Solar.

Notas

[1] Muchas estrellas están rodeadas por turbulentas nubes de polvo, conocidas como “debris” o discos de escombros. Son restos de una colisión en cascada de las rocas que orbitan a la estrella, algo parecido a la colisión de los fragmentos de la estación espacial representada en la película Gravity (pero a una escala mucho mayor). Pueden revisar observaciones anteriores de Beta Pictoris en eso1024 y eso0842.

[2] Los cometas contienen hielo de monóxido de carbono, dióxido de carbono, amoníaco y metano, pero el componente mayoritario es una mezcla de polvo y hielo de agua.

Fuente: ESO

Anatomía de un asteroide

El telescopio NTT (New Technology Telescope) de ESO ha sido la herramienta utilizada para encontrar las primeras evidencias de que un asteroide puede tener una estructura interna muy variada. Con medidas extremadamente precisas, los astrónomos han descubierto que diferentes partes del asteroide Itokawa tienen distintas densidades. Además de revelarnos secretos sobre la propia formación del asteroide, descubrir qué se esconde bajo su superficie también puede arrojar luz sobre el misterio de qué sucede cuando los cuerpos chocan en el Sistema Solar, proporcionándonos claves sobre la formación de los planetas.

En esta detallada imagen vemos la extraña forma de cacahuete del asteroide Itokawa. Con medidas extremadamente precisas llevadas a cabo con el telescopio NTT (New Technology Telescope) de ESO, un equipo de astrónomos ha descubierto que diferentes partes de este asteroide tienen distintas densidades. Además de revelarnos secretos sobre la propia formación del asteroide, descubrir qué se esconde bajo la superficie de un asteroide también puede arrojar luz sobre el misterio de qué sucede cuando los cuerpos chocan en el Sistema Solar, proporcionándonos claves sobre la formación de planetas. Esta imagen fue obtenida por la nave japonesa Hayabusa durante un acercamiento en 2005. Crédito: JAXA

Utilizando observaciones desde tierra muy precisas, Stephen Lowry (Universidad de Kent, Reino Unido) y sus colegas, han medido la velocidad a la que gira el asteroide cercano a la Tierra (25143) Itokawa, y cómo ese giro cambia con el tiempo. Han combinado estas precisas observaciones con un nuevo trabajo teórico sobre cómo los asteroides irradian calor.

Este pequeño asteroide es un misterio, ya que tiene una extraña forma de cacahuete, tal y como reveló la nave japonesa Hayabusa en 2005. Para estudiar su estructura interna, el equipo de Lowry utilizó, entre otras, imágenes obtenidas entre 2001 y 2013 por el telescopio NTT (New Technology Telescope) de ESO, en el Observatorio La Silla, en Chile [1], y así poder medir sus variaciones de brillo a medida que rotaba. Estos datos temporales se utilizaron para deducir el periodo de giro del asteroide con mucha precisión y determinar así cómo cambia a lo largo del tiempo. Por primera vez, al combinarlo con los conocimientos sobre la forma del asteroide, se pudo explorar su interior, revelando la complejidad de su núcleo [2].

“Es la primera vez que hemos sido capaces de determinar cómo es el interior de un asteroide,” explica Lowry. “Podemos ver que Itokawa tiene una estructura interior muy variada. Este descubrimiento supone un avance muy importante en nuestra comprensión de los cuerpos rocosos del Sistema Solar”.

El giro de un asteroide y de otros cuerpos pequeños en el espacio puede verse afectado por la luz del Sol. Este fenómeno, conocido como el efecto YORP (Yarkovsky-O’Keefe-Radzievskii-Paddack), tiene lugar cuando la luz que llega del Sol es absorbida y se reemite desde la superficie del objeto en forma de calor. Cuando la forma del asteroide es muy irregular el calor no se irradia de manera uniforme y esto genera una pequeña, pero continua, torsión en el cuerpo que altera su giro [3], [4].

El equipo de Lowry comprobó, tras llevar a cabo las medidas, que el efecto YORP aceleraba lentamente la velocidad a la que gira Itokawa. El cambio en la velocidad de la rotación es muy pequeño (tan solo 0,045 segundos al año). Pero esta información es muy diferente a la esperada y solo puede explicarse si las dos partes del asteroide en forma de cacahuete tienen diferentes densidades.

Una visión esquemática del extraño asteroide en forma de cacahuete Itokawa. Con medidas extremadamente precisas realizadas con el telescopio NTT (New Technology Telescope) de ESO, y combinándolas con un modelo de la superficie topográfica del asteroide, un equipo de astrónomos ha descubierto que diferentes partes de este asteroide tienen distintas densidades. Además de revelarnos secretos sobre la propia formación del asteroide, descubrir qué se esconde bajo la superficie de un asteroide también puede arrojar luz sobre el misterio de qué sucede cuando los cuerpos chocan en el Sistema Solar, proporcionándonos claves sobre la formación de los planetas. El modelo utilizado para esta impresión artística está basado en imágenes obtenidas con la sonda Hayabusa, de JAXA. Crédito: ESO. Acknowledgement: JAXA

Es la primera vez que los astrónomos han encontrado evidencias de la gran variedad que puede tener la estructura interna de los asteroides. Hasta ahora, las propiedades del interior de los asteroides solo podían inferirse a través de medidas de densidad globales y aproximadas. Este inusual vistazo al variado interior de Itokawa ha desencadenado muchas especulaciones acerca de su formación. Una posibilidad es que esté formado a partir de los dos componentes de un asteroide doble después de que estos chocaran y se fusionaran.

Lowry añade que “Descubrir que el interior de los asteroides no es homogéneo tiene implicaciones de amplio alcance, especialmente para los modelos de formación de asteroides binarios. También podría ayudar en los trabajos que se desarrollan para reducir el riesgo de colisión de asteroides contra la Tierra, o con los planes de futuros viajes a estos cuerpos rocosos”.

Esta nueva capacidad de estudiar el interior de un asteroide es un importante paso adelante y puede ayudar a responder muchas preguntas relacionadas con estos misteriosos objetos.

Notas

[1] Además de con el NTT, para este trabajo se han utilizado medidas de brillo obtenidas con los siguientes telescopios: Telescopio de 60 pulgadas del Observatorio Palomar (California, EE.UU.); Observatorio Table Mountain (California, EE.UU.); Telescopio de 60 pulgadas del Observatorio Steward (Arizona, EE.UU.); Telescopio Bok de 90 pulgadas del Observatorio Steward (Arizona, EE.UU.); Telescopio Liverpool de 2 metros (La Palma, España); Telescopio Isaac Newton de 2,5 metros (La Palma, España); y Telescopio Hale de 5 metros del Observatorio Palomar (California, EE.UU.).

[2] Se ha estimado que la densidad del interior varía de 1,75 a 2,85 gramos por centímetro cúbico. Las dos densidades se refieren a dos partes distintas de Itokawa.

[3] Haciendo una analogía burda y sencilla para explicar el efecto YORP, si uno hiciera brillar un rayo de luz lo suficientemente intenso a través de una hélice, lentamente empezaría a girar debido a un efecto similar.

[4] Lowry y sus colegas fueron los primeros en observar el efecto en acción en un pequeño asteroide conocido como 2000 PH5 (ahora se le conoce como 54509 YORP, ver eso0711). Las instalaciones de ESO también tuvieron un importante papel en este estudio, realizado con anterioridad.

Artículo científico: S. C. Lowry, P. R. Weissman, S. R. Duddy, B. Rozitis, A. Fitzsimmons, S. F. Green, M. D. Hicks, C. Snodgrass, S. D. Wolters, S. R. Chesley, J. Pittichová and P. van Oers6. The internal structure of asteroid (25143) Itokawa as revealed by detection of YORP spin-up. Astronomy & Astrophysics, Astronomy & Astrophysics, doi: 10.1051/0004-6361/201322602

Fuente: ESO