El gato de Schroedinger en el mundo cotidiano

Desde el famoso experimento mental del gato de Erwin Schroedinger, los físicos de todo el mundo han tratado de crear sistemas a gran escala para probar cómo se aplican las reglas de la mecánica cuántica a los objetos cotidianos.

Los científicos han creado un sistema que se encuentra en dos estados sustancialmente diferentes al mismo tiempo, que en parte recrea, a gran escala, el experimento de Schroedinger y su gato. Crédito de la imagen: Martin Bahmann (Wikipedia Commons)

Dos científicos de la Universidad de Calgary recientemente dieron un paso importante en esa dirección, mediante la creación de un sistema a gran escala que se encuentra en dos estados sustancialmente diferentes al mismo tiempo. Hasta este momento, los científicos sólo habían logrado recrear los efectos cuánticos a escalas mucho más pequeñas.

Entendiendo al gato de Schroedinger

En contraste con nuestra experiencia cotidiana, la física cuántica permite que las partículas se encuentren en dos estados al mismo tiempo – la llamada superposición cuántica. Un núcleo radiactivo, por ejemplo, puede estar al mismo tiempo en un estado degradado y en uno no degradado.

La aplicación de estas reglas cuánticas en objetos grandes conduce a consecuencias paradójicas e incluso extrañas. Para enfatizar esto, Erwin Schroedinger, uno de los padres fundadores de la física cuántica, en 1935 propuso un experimento mental que involucra a un gato que puede morir debido un mecanismo activado por la desintegración de un solo núcleo atómico. Si el núcleo está en una superposición de estados degradados y no degradados, y si la física cuántica se aplica a los objetos de gran tamaño, la creencia es que el gato va a estar a la vez vivo y muerto.

Aunque a un nivel micro se han logrado sistemas cuánticos con propiedades similares a las del ‘gato de Schroedinger’, la aplicación de este principio a los objetos cotidianos ha demostrado ser difícil de demostrar.

“Esto se debe a que los objetos cuánticos grandes son muy frágiles y tienden a desintegrarse cuando se someten a cualquier tipo de interacción con el medio ambiente”, explica el profesor Alex Lvovsky, autor principal del estudio.

Los fotones ayudan a iluminar la paradoja

El avance logrado por los físicos cuánticos de Calgary es que lograron idear un estado cuántico de luz que consta de un centenar de millones de cuantos de luz (fotones), que incluso se puede ver a simple vista. En su estado, los componentes “muertos” y “vivos” del “gato” corresponden a estados cuánticos que se diferencian por decenas de miles de fotones.

Si bien los resultados son prometedores, el profesor adjunto Christoph Simon, coautor del estudio, admite que aún quedan muchas preguntas sin respuesta.

“Todavía estamos muy lejos de lograr esto con un gato real”, dice el investigador. “Sin embargo, este resultado sugiere que hay una gran oportunidad para avanzar en esa dirección”.

El estudio de publica en Nature Physics.

Identifican regiones cerebrales relacionadas con el déficit de atención

Científicos de la Universidad de São Paulo desarrollan técnicas estadísticas e informáticas para analizar grandes conjuntos de datos biológicos, tales como imágenes de resonancias magnéticas del cerebro

Imagen: Human Connectome Project

Un grupo de científicos del Instituto de Matemática y Estadística de la Universidad de São Paulo (IME-USP) está desarrollando técnicas estadísticas e informáticas destinadas a analizar grandes volúmenes de datos –imágenes de resonancias magnéticas del cerebro, por ejemplo– con el fin de detectar marcadores biológicos de disfunciones neurológicas tales como el trastorno por déficit de atención con hiperactividad (TDAH).

Algunos resultados de esta investigación, que se realiza con apoyo de la FAPESP, se dieron a conocer durante el encuentro Brazil-UK Frontiers of Engineering, que tuvo lugar en noviembre pasado en la localidad de Jarinu, interior de São Paulo.

El evento, organizado por la Royal Academy of Engineering del Reino Unido en colaboración con la FAPESP, reunió a 63 jóvenes científicos de diferentes áreas de la Ingeniería –fueron 33 de Brasil y 30 del Reino Unido– que actúan en universidades, instituciones de investigación y empresas.

“Hace ocho años empezamos a desarrollar técnicas que relacionan Estadística y Ciencias de la Computación para analizar conjuntos de datos en Neurociencia y Biología Molecular e intentar detectar marcadores biológicos más objetivos y basados en análisis cuantitativos de disfunciones cerebrales”, declaró André Fujita, docente del IME-USP y coordinador del proyecto, a Agência FAPESP.

De acuerdo con Fujita, las técnicas actualmente en desarrollo permiten comparar en distintas poblaciones la variabilidad de las estructuras de agrupamientos de datos biológicos, tales como las de las redes neurales.

Debido a estudios realizados por el mismo grupo del IME-USP, se sabía que la estructura de la red neuronal de los pacientes diagnosticados con TDAH es distinta. En dichas personas, el cerebro exhibe una desorganización del funcionamiento de los circuitos neuronales llamada entropía de red.

Pero ahora, los investigadores emplearon el método de análisis estadístico de la variabilidad de estructura de agrupamientos de datos biológicos –denominado Analys of Cluster Structure Variability (Acnova), y desarrollado en colaboración con colegas de la Universidad Federal del ABC (UFABC), de la Princeton University, de Estados Unidos, de la Universidad Federal de São Paulo (Unifesp) y de la Universidad de Campinas (Unicamp)– para identificar regiones específicas del cerebro implicadas en el trastorno que exhiben una mayor entropía de red.

En el estudio, compararon imágenes de resonancia magnética funcional (fMRI) del cerebro en estado de reposo de más de 600 niños y jóvenes con edades entre 7 y 21 años, con y sin diagnóstico de TDAH.

Las imágenes, tomadas en ocho países, pertenecen al consorcio internacional de investigación ADHD-200, que está integrado por universidades e instituciones de investigación de Estados Unidos y de China, y que mantiene un banco de datos abierto con imágenes de fMRI de cerebros de niños y adolescentes con y sin TDAH. La comparación de las imágenes cerebrales indicó que existen varias diferencias en las estructuras de agrupamientos del cerebro.

Las estructuras de agrupamientos de las subredes neuronales que constituyen las áreas de los giros postcentral, temporal superior e inferior del cerebro de pacientes con TDAH presentaron una entropía de red estadísticamente más elevada en comparación con los niños y adolescentes con desarrollo cerebral normal, según apuntó el método de análisis estadístico.

Asimismo, con el método se detectaron diferencias en regiones del cerebro hasta entonces no relacionadas con el trastorno, tales como el giro angular –que contribuye en la integración de informaciones y desempeña un papel importante en muchos procesos cognitivos–, según afirmaron los autores del estudio.

Fujita estima que en el futuro será posible diagnosticar este trastorno neurobiológico mediante imágenes de resonancia magnética funcional del cerebro, comparando las estructuras de las redes neuronales. Y que la nueva técnica podrá aplicarse a otros conjuntos de datos relacionados con otras condiciones.

“El método que proponemos también puede aplicarse a otros conjuntos de datos biológicos de interés, no sólo de imágenes de resonancia magnética funcional, sino también de expresión de genes de personas con diagnóstico de cáncer de mama”, añadió.

Los resultados de la investigación se publicaron en las revistas Neuroimage y Statistics in Medicine, entre otras.

Fuente: DiCYT

Logran el crecimiento en el laboratorio de tejido cerebral funcional

Un equipo de investigadores del Centro RIKEN de Biología del Desarrollo ha tenido éxito en inducir a células madre embrionanarias humanas a auto-organizarse en una estructura tridimensional similar al cerebelo, proporcionando pistas tentadoras en la búsqueda de la recreación de estructuras neurales en el laboratorio. Uno de los objetivos principales de la investigación con células madre es lograr la capacidad de sustituir las piezas dañadas del cuerpo con tejidos cultivados a partir de células madre indiferenciadas. Para el sistema nervioso, este es un desafío especial porque no sólo las neuronas específicas necesitan generarse, sino que también se deben inducir a conectarse entre sí en formas muy específicas.

Ejemplos de células de Purkinje maduras cultivadas a partir de células madre embrionarias humanas. Crédito: Riken

El trabajo publicado por los investigadores Cell Reports detalla la forma en la que la aplicación secuencial de varias moléculas de señalización a cultivos tridimensionales de células madre embrionanarias humanas impulsa a que éstas se diferencien en neuronas funcionales que se auto-organizan para formar el patrón dorsal/ventral correcto, y la estructura multi-capa que se encuentra en el cerebelo desarrollado de forma natural.

La autora principal del estudio, Keiko Muguruma dijo que los principios de auto-organización que han demostrado son importantes para el futuro de la Biología del Desarrollo. Añadió que las neuronas y tejidos cerebelares que se deriven serán útiles para modelar enfermedades cerebelares tales como ataxia espinocerebelosa.

Estudio: Keiko Muguruma, Ayaka Nishiyama, Hideshi Kawakami, Kouichi Hashimoto, Yoshiki Sasai, “Self-organization of polarized cerebellar tissue in 3D culture of human pluripotent stem cells”, Cell Reports, doi: 10.1016/j.celrep.2014.12.051

Fuente: Riken

Detectan por primera vez la fusión de dos agujeros negros supermasivos

Es algo que hasta ahora solo se había podido predecir con modelos matemáticos y simulaciones (como la de arriba), pero nunca se había captado. Astrónomos han detectado ahora por primera vez señales de lo que parecen ser dos agujeros negros supermasivos a punto de fusionarse. "A punto" en términos espaciales, claro.

Esto es lo que veríamos si chocaran dos agujeros negros

No sabemos a ciencia cierta qué pasa dentro de los agujeros negros, pero gracias a la ciencia…Seguir leyendo

Astrónomos del Jet Propulsion Laboratory de la NASA y del California Institute of Technologyhan detectado por primera vez una inusual y continua señal de luz procedente de un cuásar distante que, en realidad, creen que se trata de la fusión de dos agujeros negros supermasivos. La fuerte gravedad de un agujero negro supermasivo atrae el gas alrededor del mismo, formando una especie de disco de material brillante llamado disco de acrecimiento. Este proceso resulta en lo que conocemos como cuásar, un objeto extremadamente luminoso visible a través del Universo. Los científicos creen que la señal captada de este cuásar es la primera conocida de dos agujeros negros supermasivos en proceso de fusión.

Según Daniel Stern, del JPL de la NASA, "hasta ahora los únicos ejemplos conocidos de agujeros negros supermasivos en proceso de fusión estaban separados por cientos de miles de años luz. Con estas distancias, llevaría miles de millones de años presenciar una colisión. Sin embargo, estos dos agujeros negros están como mucho a unos cientos de años luz de distancia, y podrían fusionarse en 1 millón de años o menos".

La observación de este fenómeno es importante porque los cuásares y los agujeros negros evolucionan a la vez que las propias galaxias y dan pistas sobre qué ocurre en este proceso. Es decir, su observación podría ayudar a entender mucho mejor cómo evoluciona el Universo. Eso si la Tierra logra sobrevivir un millón de años más.

¿Cómo descubrieron los astrónomos esta señal de luz inusual? Los astrónomos analizaron los datos obtenidos por tres telescopios terrestres entre EE.UU. y Australia, que rastrean continuamente 500 millones de fuentes de luz en el espacio en un 80% del cielo durante la noche. Un procedimiento que no se había probado nunca hasta ahora. Nuevos análisis de los datos que capturen los telescopios podrían ayudar a entender mejor el comportamiento de los agujeros negros y qué podría ocurrir cuando se fusionan. De momento habrá que imaginarlo. [vía NASA]

Stephen Hawking: "La inteligencia artificial podría significar el fin de la humanidad"

El físico teórico afirmó que los sistemas automatizados "tomarán el control de sí mismos y se irán rediseñando a un ritmo que los humanos no podrán competir", viéndose superados hasta la extinción.

Los avances en la tecnología que utiliza Stephen Hawking y que le permite comunicarse con el mundo, podrían en un futuro significar el fin de la humanidad. Esto según el propio físico teórico, en la presentación de un nuevo software desarrollado por Intel y Swiftkey que gracias a un sistema de predicción. lo ayudará a comunicarse de una forma más sencilla.

Según Hawking, los sistemas avanzados de inteligencia artificial tendrán la capacidad de "tomar el control de sí mismos, rediseñándose a un ritmo que aumentará cada vez más. Los humanos, limitados por su evolución biológica, no podrán seguir el ritmo, y serán superados".

El físico también habló de los beneficios y peligros de internet, ya que según su versión. ésta podría convertirse en una especie de "centro de mando para los terroristas". Al respecto, indicó que lo mejor es "colaborar con las compañías de Internet para contrarrestar la amenaza, aunque la dificultad es hacerlo sin sacrificar la libertad y la privacidad".

No es la primera vez que Hawking advierte los avances en inteligencia artificial. En mayo de este año ya se refirió al mismo tema a propósito de "Transcendence: Identidad virtual", una película protagonizada por Johnny Depp que describe un mundo donde las computadoras superan las capacidades de los humanos, afirmando que tal escenario "podría ser el peor error en la historia".

Asimismo, en enero de 2013 anunció su incorporación a la iniciativa "Cambridge Project for Existential Risk", un programa fundado a fines de 2012 que reune a filósofos, matemáticos e ingenieros para intentar frenar los riesgos del desarrollo de la inteligencia artificial y su injerencia en áreas como la biotecnología, las guerras nucleares y el cambio climático,

Fuente: BBC

Que es el algebra no asociativa ?

El Tyranosaurus rex tenía la mordedura más poderosa de cualquier animal que hubiera existido

El Tyranosaurus rex tenía la mordedura más poderosa de cualquier animal que hubiera existido

Introducción

Ciencia al día (Febrero 28, 2012). Una investigación de la Universidad de Liverpool utilizando modelos computacionales para reconstruir la musculatura de las mandíbulas del Tyrannosaurus rex, sugiere que este dinosaurio tenía la mordida más poderosa de cualquier animal terrestre vivo o extinto que jamás hubiera existido.

Texto

El equipo incrementó a escala de manera digital los cráneos de un ser humano, un cocodrilo, un T. rexjuvenil y un alosaurio y los ajustaron al tamaño del cráneo de un T. rex adulto “todos a la misma escala”.

Como era de esperarse, en todos los casos en que se agrandaron los cráneos, las fuerzas de mordida se incrementaron como era de esperarse, sin embargo ninguno llegó al nivel del T. rex adulto, sugiriendo que el poseía la mordida más poderosa de cualquier animal terrestre.

Cráneo de T rex.

Estudios previos han estimado la fuerza de la mordida de un T. rex entre 8 000 y 13 400 newtos, pero dado el tamaño del animal, cuyo peso llegaría fácilmente a las 6 toneladas, los investigadores han sospechado  que la mordida podría ser más poderosa que esto. 

Cráneo de alosaurio

Los científicos de Liverpool desarrollaron un modelo computacional para realizar ingeniería reversa a la mordida del animal, método que ha sido utilizado previamente para calcular las velocidades de dinosaurios corriendo.

El tamaño de los músculos de las mandíbulas es un aspecto muy importante a la hora de determinar la fuerza de la mandíbula. Utilizando sus modelos computacionales, los investigadores analizaron una serie de valores musculares, como la densidad muscular de estos dinosaurios no se conoce con precisión, se analizaron varias alternativas. Incluso con márgenes de error tenidos en cuenta, el modelo seguía arrojando que el adulto del T. rex tenía una fuerza de mordida más poderosa que lo que previamente se había sugerido.

Cráneo humano

El valor del intervalo fue el siguiente, la mordida más débil rondaba los 20 000 newtons y la más poderosa los 57 000 newtons, lo cual sería equivalente a un elefante africano sentado en el piso.

Un aspecto importante del estudio, es que los juveniles no son solo diferentes a los adultos en tamaño, sino también en proporción, aunque fueran dispuestos a la misma escala, el T. rex juvenil seguía teniendo una fuerza de mordida relativamente pequeña en comparación con el adulto incluso cuando las posibles variables en la densidad muscular fueron tenidas en cuenta.

Cráneo de cocodrilo

La diferencia entre as capacidades comparativas entre un adulto y un juvenil, sugieren que los T. rexcambiaban de hábitos alimenticios a medida que crecían.

El doctor Karl Bates del departamento de biología musculo esquelética de la universidad nos recuerda que “el poder de la mandíbula del T. rex ha sido un tópico muy debatido a lo largo de los años. Los científicos solo tienen los esqueletos para trabajar con ellos, debido a que el músculo no sobrevive al proceso de fosilización, por lo cual, debemos confiar en análisis estadísticos o comparaciones cualitativas con animales vivientes, los cuales difieren grandemente en tamaño t forma de los enormes y enigmáticos dinosaurios como el T. rex. Como estos métodos son de alguna manera indirectos, puede ser difícil obtener una mirada objetiva de como los dinosaurios, de que eran y de que no eran capaces en vida.

“Trabajando en métodos previos de análisis, tomamos lo que se sabía a cerca del T. rex, su esqueleto y se construyó un modelo computacional que incorporó la mayor cantidad de factores anatómicos y fisiológicos  que pueden determinar el rendimiento de la mordida.

“Posteriormente, se le pidió al programa producir una mordida que en la que se pudiera medir la velocidad y la fuerza directamente. Comparamos esto con otros animales con una masa corporal más pequeña  Y también se escalaron animales pequeños al tamaño del T. rex para comparar que tan fuertes eran sus mordidas relativas

“Nuestros resultados muestran que el T. rex poseía una mordedura extremadamente potente, haciendo de él uno de los depredadores más poderosos que han habitado nuestro planeta. Su sistema musculo-esquelético único  continuará fascinando a los científicos en los años por venir.

Opinión

Es un estudio interesante, sin embargo, una crítica muy seria es que el muestreo de animales fue algo pequeño como para afirmar que el T. rex tenía la mordida más poderosa de los animales terrestres de todos los tiempos. Sin duda es válido utilizar al cocodrilo para los animales vivos, pero en cuanto a los fósiles, uno no sabe que pueda estar esperando bajo tierra. Asumo que este error no viene en la fuente primaria ya que es demasiado evidente. De hecho cuando miramos el titulo original nos damos cuenta de algo:

Estimating maximum bite performance in Tyrannosaurus rex using multi-body dynamics.

Que en la fuente secundaria querían un titulo mas cool

Fuente secundaria

T. Rex Has Most Powerful Bite of Any Terrestrial Animal Ever: Enlace →

Fuente primaria

K. T. Bates, P. L. Falkingham. Estimating maximum bite performance in Tyrannosaurus rex using multi-body dynamics. Biology Letters, 2012: Enlace →

Cómo evitar el dolor de oídos en el avión

Los cambios de presión afectan a las cavidades de aire del organismo: oídos, senos paranasales y pulmones, donde las consecuencias de una descompresión rápida pueden ser muy graves. El avión es el medio al que más población está expuesta en comparación con otras fuentes de riesgo en la descompensación como el buceo o el paracaidismo.

 Según explica a Infosalus Constantino Morera, presidente de la Comisión de Otología de la Sociedad Española de Otorrinolaringología (SEORL-PCF) y jefe de Servicio de esta especialidad en el Hospital La Fe de Valencia, el barotrauma consiste en un traumatismo provocado por cambios bruscos de presión que se puede producir durante el buceo, el paracaidismo, el uso de cámaras hiperbáricas y en los viajes de avión.

 En el barotrauma se presentan síntomas que van desde la sensación inicial de taponamiento, pasando por una leve sordera (hipoacusia) leve, la escucha de ruidos graves en el oído (acúfenos), para progresar a dolor y en los casos más graves darse ruptura del tímpano y sangrado e incluso algún vértigo periférico.

 El oído medio es una cavidad compuesta por una parte dura formada por hueso y una parte blanda constituida por el tímpano. El mecanismo por el que se compensan las diferencias de presión interna y externa es la entrada de aire al oído a través de la trompa de Eustaquio, un pasaje que comunica el oído con la parte de atrás de la nariz y que no siempre esta abierto.

 Según explica Morera, sólo cuando se contrae el paladar pasa el aire, algo que sucede de forma automática cuando al tragar, bostezar, masticar o mover de un lado a otro la mandíbula, acciones que abren la trompa de Eustaquio y permiten que se ventile el oído. Sin embargo, la aireación del oído es continua ya que cada minutos se produce una deglución, un periodo que se amplía a los 5 minutos durante el sueño.

 "Los cambios en la presión son comunes en el día a día, por ejemplo, cuando viajamos en tren y atravesamos un túnel es común que se tapen los oídos o cuando se baja un puerto de montaña en coche", aclara Morera.

CAMBIOS BRUSCOS Y HUMEDAD BAJA EN CABINA

 Lo importante, según apunta el doctor Morera, es el cambio de volumen de aire al cambiar la presión. Cuando sube la presión el volumen de aire en el oído se expande y cuando baja se contrae". Durante el vuelo la cabina del avión está presurizado, es decir mantiene una presión constante equivalente a entre 1.500 y 2.500 metros de altitud, con esta altitud el aire del oído se expande y ocupa más volumen.

 El aire en el avión se expande un 25% pero cuando se producen subidas o bajadas bruscas en la altitud la presión puede cambiar. También interviene la humedad relativa, que desciende a entre un 10% y un 20% en los aviones, lo que ocasiona secreciones más espesas y que la trompa de Eustaquio no esté tan bien lubricada como debiera.

 "La mayor parte de los problemas se producen al aterrizar porque si se baja deprisa, ese cambio de presión brusco hace que el aire del oído sufra un cambio brusco y que el tímpano se desplace hacia dentro", explica Morera. El síntoma más frecuente es el simple taponamiento producido por una diferencia en la presión fuera y dentro del oído, lo que tensa el tímpano sin lesionarlo.

 Las personas más propensas a sufrir un barotrauma son aquellas con condiciones que disminuyen su capacidad para compensar las presiones de dentro y fuera del oído medio, derivadas de cambios bruscos de presión. Una obstrucción en la trompa de Eustaquio debida a un resfriado o una inflamación de la mucosa por alergias hacen difícil compensar la presión debido a que son patologías asociadas con secreciones.

 Existen además factores anatómicos derivados de la forma de la trompa de Eustaquio y el volumen de aire existente en el oído medio que varía entre los 4 y los 22 ml según las personas, lo que supone una mayor o menor aireación del oído medio.

 En la mayoría de ocasiones el barotrauma se resuelve de forma espontánea en los siguientes días pero de no ser así el médico puede realizar una exploración otoscópica para detectar la causa de base y prescribir el tratamiento adecuado.

 "La causa inicial puede deberse a una rinitis alérgica o a una poliposis nasal, el tratamiento se dirige entonces a la condición que ha impedido una compensación adecuada y en lo que se refiere al barotrauma se deja al oído sanar por sí mismo", sostiene Morera.

¿CÓMO PREVENIR EL BAROTRAUMA?

 Para que estos cambios de presión al volar no causen problemas a nuestrosoídos, el doctor Morera recomienda seguir los siguientes consejos:

 1. Evitar utilizar el avión para volar si existe resfriado, catarro agudo o episodio alérgico activo: si no es posible cambiar de vehículo y existen problemas de congestión o secreciones hay que tomar medicación adecuada como antihistamínicos y vasoconstrictores para tratar la mucosa nasal. Si existen cirugías recientes en el oído no se debería el viaje en avión y quienes tengan másdificultad para compensar pueden tomar como precaución medicación.

 2. Es conveniente regular la presión desde el inicio del viaje: es en el despegue y sobre todo al aterrizar cuando el cambio es más brusco pero a lo largo de todo el trayecto se deben ventilar el oído con bostezos, movimientos mandibulares o masticando. En los niños más pequeños la succión del chupete o el biberón al bajar puede ser suficiente y en los adultos masticar un chicle puede bastar.

 3. Maniobra de Valsalva: si deglutir o bostezar no es suficiente para que se compensen las presiones se puede tomar aire, tapar la nariz y la boca y soplar aumentando la presión en faringe, es lo que se denomina maniobra de Valsalva, que ayuda a ventilar el oído interno.

 4. Mantenerse despiertos para compensar: hay que evitar estar dormido durante el aterrizaje ya que durante el sueño el mecanismo de deglución está ralentizado.

La misión Gaia, un año después del lanzamiento

El próximo 19 de diciembre hará un año del lanzamiento al espacio de Gaia, el satélite de la Agencia Espacial Europea (ESA) que tiene por objetivo realizar un mapa de nuestra galaxia con una precisión sin precedentes. A lo largo de cinco años, Gaia observará mil millones de estrellas y determinará su posición, su distancia y parámetros físicos como su temperatura o su composición química. El catálogo final elaborado

Ilustración del satélite Gaia cartografiando la Vía Láctea. Imagen: ESA–D. Ducros.

por el satélite contendrá 10.000 veces más estrellas que los catálogos actuales, y sus medidas serán doscientas veces más precisas.

Esta semana investigadores del proyecto Gaia se reúnen en el Edificio Histórico de la UB para el congreso internacional “The Milky Way Unravelled by Gaia” que organiza el equipo Gaia del Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona (ICCUB-IEEC). Durante la jornada que finaliza el viernes 5 de diciembre, se está hablando de la ciencia que se llevará a cabo con los datos obtenidos por el satélite Gaia y que servirán para conocer los procesos de formación y evolución de nuestra Galaxia y comprobar la validez de los modelos cosmológicos.

En el encuentro participan el jefe científico de la misión Gaia, Timo Prusti (ESA) i el director del Consorcio de Análisis de Datos de Gaia (DPAC), Anthony Brown (Universidad de Leiden). El comité organizador está liderado por la investigadora de la UB Francesca Figueras (ICCUB-IEEC).

Valoración del primer año de la misión

Gaia ya ha mostrado en este primer año de vida muchas de sus capacidades: todos sus sistemas están funcionando a pleno rendimiento y ya han dado los primeros resultados, como el descubrimiento de siete supernovas. Hasta octubre de 2014, Gaia ha observado unos 12.000 millones de tránsitos (a lo largo de los cinco años de misión cada estrella será observada unas 70 veces de promedio: a cada una de estas observaciones se le llama tránsito), equivalentes a unos 10.000 gigabytes de datos.

Solo en el primer año, el espectrógrafo de velocidades radiales de Gaia ha obtenido más espectros que los que se habían logrado hasta ahora a lo largo de toda la historia de la astronomía.

Cabe destacar también que el buen comportamiento mostrado por los instrumentos del satélite ha hecho posible observar estrellas más débiles de lo inicialmente planeado. Estaba previsto detectar estrellas hasta magnitud 20, y ahora se podrán observar incluso las de magnitud 21, que poseen la mitad de intensidad que las de 20.

Paralelamente y de forma diaria, se analizan los datos buscando posibles alertas científicas, como supernovas, estrellas variables o nuevos objetos del sistema solar.

Comportamientos inesperados del funcionamiento de Gaia

En la fase de puesta a punto del satélite se detectaron algunos comportamientos inesperados, como por ejemplo un exceso de luz difusa de fondo incidente sobre el plano focal. Para explicar este fenómeno, los investigadores apuntan a una mezcla de luz del Sol difractada en los extremos de la sombrilla y de luz proveniente de otros objetos astronómicos que consigue llegar al plano focal. Los efectos de esta luz difusa son despreciables para las estrellas brillantes, mientras que para las estrellas más débiles que observa Gaia supone una pérdida de precisión en las medidas finales. Para mitigar este efecto, se han llevado a cabo algunos cambios tanto en la estrategia de observación a bordo del satélite como en el proceso de análisis de datos en tierra.

Otro problema que se puso de manifiesto fue la presencia de agua helada que se va depositando sobre los espejos del telescopio, lo que hace disminuir su capacidad de transmisión. Según los investigadores, es posible que el agua quedara atrapada en el satélite antes del lanzamiento y hubiera ido emergiendo una vez en el espacio. El calentamiento de los espejos —operación ya prevista en el diseño de la misión— elimina la capa de hielo y deja las superficies ópticas completamente limpias, si bien parece ser que esta operación deberá repetirse varias veces a lo largo de la misión.

No obstante estos imprevistos, el buen funcionamiento de todos los sistemas a lo largo de este primer año de misión confirma que Gaia alcanzará su objetivo de crear un mapa extremadamente preciso de la Vía Láctea.

Análisis de datos

Los primeros meses de la misión, hasta julio, se utilizaron para caracterizar el comportamiento de todos los instrumentos y verificar su funcionamiento (fase de puesta a punto). A partir de julio se inició la adquisición de los primeros datos científicos (fase de operaciones nominales).

El análisis o reducción de los datos de Gaia, una parte del cual realiza el superodenador MareNostrum del Barcelona Supercomputing Center (BSC), es un proceso largo y complejo que dará lugar a un catálogo final de un tamaño cercano al petabyte (un millón de gigabytes). El primer catálogo intermedio resultante está previsto para mediados de 2016, mientras que el catálogo definitivo de la misión se publicará en el año 2022.

Una vez en tierra, los datos deben integrarse en una base de datos y someterse a un procesamiento inicial, primer paso de una larga cadena que finaliza con la obtención de los diversos datos científicos (astrometría, fotometría, velocidades radiales, etc.).

Participación de la UB en la misión Gaia

Los integrantes del grupo Gaia de la UB son miembros del Instituto de Ciencias del Cosmos de la UB y del Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (ICCUB-IEEC), así como del Departamento de Astronomía y Meteorología de la UB. Este equipo, que participa en la misión desde sus inicios y es responsable del procesamiento inicial de los datos, ha contribuido a la definición de algunos de los instrumentos del satélite y ha liderado el equipo encargado de las simulaciones que han permitido poner a punto el software para procesar los datos.

En paralelo, el equipo está elaborando herramientas para explotar científicamente los datos obtenidos desde la Tierra como complemento a los de Gaia, y lidera la construcción de los catálogos de la misión, tanto los intermedios como el final.

El Centro de Procesamiento de Datos de Barcelona —donde se incluyen el Centro de Servicios Científicos y Académicos de Cataluña (CESCA) y el BSC— proporciona recursos para ejecutar parte de las operaciones durante toda la misión, y ha sido un aliado imprescindible en la simulación de la galaxia y las observaciones para todas las tareas preparatorias y de verificación de la cadena de procesamiento.

Fuente: DICYT

Un nuevo método permite la fabricación directa de dispositivos de grafeno

Un equipo internacional con participación de científicos del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha ideado un método que permite la fabricación directa de dispositivos basados en grafeno. El nuevo procedimiento evita manipular este material, un paso que introduce defectos e impurezas que acaban mermando la calidad del dispositivo. Los resultados aparecen publicados en la revista Nature Communications.

Ilustración de grafeno (University of Manchester)

El grafeno, a caballo entre un metal y un semiconductor, se caracteriza por tener una sola capa de átomos de carbono colocados en una red hexagonal. La fabricación de dispositivos basados en grafeno no está exenta de problemas. Se lleva a cabo mediante la síntesis de una monocapa de grafeno sobre la superficie de un catalizador por descomposición química de un gas de etileno. Después se manipula la lámina resultante para separarla del catalizador y depositarla sobre el óxido deseado.

“Esta manipulación, debido a las dimensiones del grafeno, es costosa y complicada. Además, resulta en su contaminación con defectos e impurezas, las cuales, a su vez, ocasionan un deterioro de las propiedades que hacen a este material tan interesante”, explica el investigador del CSIC Eduardo R. Hernández, del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid.

El método que proponen los investigadores consiste en obtener una capa de grafeno por descomposición de etileno sobre una aleación de níquel y aluminio. Una vez obtenida la monocapa, el sistema resultante es expuesto a oxígeno, lo que provoca la oxidación selectiva de la aleación metálica, o más concretamente, del aluminio. El resultado es la formación de una capa de óxido de aluminio entre el metal y la lámina de grafeno, que aísla a esta del primero.

El equipo investigador, liderado por la Universidad de Trieste (Italia) y que cuenta con la participación de científicos italianos, daneses y británicos, ha demostrado la viabilidad del procedimiento y la calidad de los dispositivos que se obtienen caracterizando sus propiedades mediante técnicas experimentales y teóricas. “Cabe esperar, pues, que nuestro trabajo tenga una gran repercusión entre los muchos grupos de investigación que actualmente buscan sacar partido a las múltiples posibilidades tecnológicas que ofrece este material”, recalca el investigador del CSIC.

Estudio: Luca Omiciuolo, Eduardo R. Hernández, Elisa Miniussi, Fabrizio Orlando, Paolo Lacovig, Silvano Lizzit, Tevfik Onur Mentes, Andrea Locatelli, Rosanna Larciprete, Marco Bianchi, Søren Ulstrup, Philip Hofmann5, Dario Alfe, y Alessandro Baraldi. Bottom-up approach for the low-cost synthesis of graphene-alumina nanosheet interfaces using bimetallic alloys. Nature Communications, doi: 10.1038/ncomms6062.

Fuente: CSIC