La constante G de la Gravitación Universal.

Un artículo publicado recientemente en Nature y firmado por el investigador chino Quing Li y sus colegas de la Unviersidad Huazhong proporciona nuevos valores de la Constante de la Gravitación Universal obtenidos con dos experimentos diferentes. En otro artículo en la sección News and Views de la misma revista, el investigador del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de Gaithersburg, en Estados Unidos, comenta las dificultades del cálculo y lo compara con los obtenidos en 16 experimentos que se fueron realizando a lo largo de los últimos 40 años.

La constante de la Gravitación Universal es un número que aparece en la ley que Isaac Newton presentó en 1686 ante la Royal Society en su obra “Principios matemáticos de la filosofía natural”. La ley de la Gravitación Universal describe algo que comprobamos todos los días al poner los pies en el suelo: que las masas se atraen entre sí. La Tierra nos atrae a nosotros, eso es evidente, pero también existe una atracción entre cualquier par de objetos que existan, sin importar su tamaño. La expresión que refleja esa atracción depende del producto de las masas implicadas dividido por la distancia que la separa al cuadrado. Paro hay algo más en la ecuación, una constante identificada por la letra G y cuyo valor debe ser calculado experimentalmente.

El primer cálculo lo llevó a cabo el excéntrico inglés Henri Cavendish, en 1798. Aquel personaje, cuya biografía podéis escuchar en el Podcast Ciencia y Genios, dedicó una buena parte de su vida, no ya a determinar la Constante de la Gravitación Universal, sino a “pesar la Tierra”. No obstante, el experimento de Cavendish permite, a su vez, calcular la constante de la gravitación universal y, de sus datos, se pudo extraer un valor que, por cierto, estaba muy cerca del admitido actualmente, tan solo difiere en un 1%.

Muchos otros han medido G desde entonces, el problema es existen discrepancias en el valor obtenido. En 2016 el Committee on Data for Science and Technology publicó el valor 6,67408 × 10^-11 m3 Kg-1 S-2 con una incertidumbre de 47 partes por millón, un valor es varios órdenes de magnitud mayor que otras importantes constantes fundamentales. Los valores obtenidos por Qui Li y sus colegas son 6.674184 × 10−11 and 6.674484 × 10−11 m3 Kg-1 S-2.

Referencias:
Li et al, Measurements of the gravitational constant using two independent methods. N AT U RE, 30 August 2018

Schslamminger. Gravity measured with record precisión. 5 6 2 | N AT U R E | VO L 5 6 0 | 3 0 AU G U S T 2 0 1 8.

Casi toda la luz del Universo.

Según la hipótesis más aceptada, Universo nació hace 13.700 millones de años en una especie de explosión cósmica que ha recibido el nombre de Big Bang. Los científicos han logrado desarrollar modelos teóricos que describen cómo fue su evolución del Universo a medida que éste se expandía y enfriaba. En los primeros minutos se formaron partículas de materia, y durante los primeros 400.000 años su contenido era un plasma opaco, demasiado denso y caliente como para que los fotones no podían escapar. A partir de ese momento se formaron los primeros átomos neutros y el Universo se hizo transparente a una radiación que aún persiste en forma de Fondo cósmico de Microondas.

El universo continuó expandiéndose y enfriándose hasta que, unos 400 millones de años después del Big Bang, comenzaron a surgir las primeras estrellas y galaxias. Las estrellas son fábricas de materia en la que se crean los elementos químicos más pesados y en el proceso emiten luz, una luz que desde entonces viaja por los confines del Universo generando una radiación de fondo que se denomina “luz de fondo extragaláctica (EBL)” en las longitudes de onda ultravioleta, óptica e infrarroja.

La EBL es una fuente de fotones que interaccionan con los rayos gamma, a través de las interacciones fotón-fotón, comportándose como una especie de niebla que dificulta la transmisión de los rayos gamma emitidos fuentes distantes. Científicos de la Fermi-LAT Collaboration, han medido la atenuación de la radiación gamma emitida por 739 galaxias activas captada con el observatorio espacial Fermi Large Area Telescope, de la NASA. Los cálculos han permitido determinar la historia de la formación estelar del Universo durante más de 90% de su existencia.

Entrevistamos a uno de sus autores: Alberto Dominguez, investigador de Grupo de Física de Altas Energías de la Universidad Complutense de Madrid y miembro de la Fermi-LAT Collaboration.

Referencia:
The Fermi-LAT Collaboration . A gamma-ray determination of the Universe’s star formation history.

Leonhard Euler

En la colaboración de “Astronomía al aire”, Hector Rago habla de Leonhard Euler, el matemático que moldeó buena parte de los conceptos, herramientas y resultados de las matemáticas contemporáneas.

Los grandes viajes del caracol

El archipiélago Tristán de Acuña está formado por un conjunto de pequeñas islas situadas en medio del Atlántico Sur, a 2.000 kilómetros de Santa Helena y a 2800 kilómetros del cabo de Buena Esperanza. Tristán es la isla más grande de todas, tiene apenas 10 kilómetros de diámetro y allí en ese remoto lugar viven una reducida población humana y muchos, muchísimos, caracoles.

Los caracoles terrestres de la isla de Tristán no aparentan ser nada fuera de lo común para un profano; tienen la concha alargada, en espiral, y su tamaño apenas llega al centímetro. Sin embargo, ya llamaron la atención de John Grey 1824, quien describió por primera vez para la ciencia a dos especies originarias de la Isla. Grey estudió con detenimiento las dos especies de caracoles de Tristán y llegó a la conclusión de que eran primos hermanos de otros caracoles en abundan en Europa, Norte de África y Asia. Los incluyó dentro del género Balea cuyos representantes más cercanos se encuentran a 9.000 kilómetros de allí: en el archipiélago de las Azores. Pero muchos otros expertos dudaban de que tal conexión fuera cierta y asignaban a los caracoles de Tristán otros parentescos.

La duda fue resuelta por Edmund Gittemberger y sus colegas de la Universidad de Leiden. Gittemberger seleccionó ejemplares de los caracoles de Tristán y de las Azores, comparó el ADN de ambas especies, construyó el árbol genealógico y dio con la solución del problema. La carga genética indica que los caracoles de Tristán y de las Azores pertenecen al mismo género y son descendientes de una misma especie que en algún momento lejano de la historia logró superar los 9.000 kilometros que separan ambas islas.

Cuando los primeros descubridores pusieron los pies en la isla de Tristán de Acuña, los caracoles ya estaban allí. Si no los llevaron los primeros colonos humanos ¿cómo consiguieron llegar? Una distancia de 9.000 kilómetros a través del océano parece excesiva para un pequeño caracol que se mueve a un par de metros por hora y sólo resiste unos pocos días en agua salada. Después de darle muchas vueltas, la única opción posible parece ser una de las que propuso Charles Darwin: probablemente llegaron volando.

¿Cómo afecta la ingravidez a un ser humano?

La gravedad terrestre duele, lo notamos al subir una escalera, al pedalear cuesta arriba con una bicicleta o al caer al suelo en un mal paso. Sin embargo, ¡La ausencia de gravedad duele aún más!. Un astronauta en órbita alrededor de la Tierra se siente ingrávido, su cuerpo flota y sus músculos, acostumbrados a luchar contra la fuerza que lo mantiene unido en la superficie terrestre, comprueban que ya no tienen ningún trabajo que hacer para mantenerle en pie. En esas condiciones, el organismo considera que las piernas son inútiles y los músculos, liberados del esfuerzo, comienzan a atrofiarse. Un astronauta que no hiciera ejercicio físico durante un vuelo espacial de larga duración perdería un cinco por ciento de su masa muscular durante la primera semana y al cabo de un par de meses parecería más bien un saco de huesos. Nuestro esqueleto ha sido diseñado para luchar contra la gravedad y cuando su efecto desaparece también se atrofia. Cálculos simulados indican que si un astronauta pasa en el espacio muchos meses o años –algo que no se puede descartar si se piensa viajar a otros planetas y estrellas- sus huesos pueden llegar a perder entre un 40 y un 60 por ciento de la masa. Tras el viaje, al regresar, su esqueleto sería tan frágil que al menor esfuerzo se rompería como el cristal.

La sangre también es particularmente sensible a los cambios de gravedad. Cuando estamos de pie sobre la superficie terrestre, la sangre está contenida en un circuito que descansa sobre nuestros pies, por esa razón la presión en los pies es bastante alta –alrededor de 200 milímetros de mercurio-. En el cerebro, en cambio, al estar situado en la parte más elevada del cuerpo, la presión alcanza tan sólo entre 60 y 80 milímetros de mercurio. La sangre situada en nuestros pies debe soportar el peso con el que la gravedad atrae a la que tiene encima de ella pero eso no es problema para nuestro organismo porque la naturaleza ha ajustado la máquina corporal a la gravedad de la Tierra durante centenares de millones de años de evolución.

En una nave espacial en órbita no existe una fuerza neta que tire del astronauta hacia el suelo. En esas condiciones, la presión sanguínea se iguala en todas las partes de su cuerpo. En la cabeza la presión sube por encima de lo normal y en los pies baja. Las señales externas se notan inmediatamente: Las caras de los astronautas se hinchan y se ponen rojas como sucede cuando aquí nos ponemos cabeza abajo. El organismo interpreta el aumento de presión sanguínea en el cerebro como un exceso de líquido y las alarmas corporales se disparan: ¡El cuerpo contiene demasiada sangre! ¡Hay que reducir el volumen! La reacción no se hace esperar y durante los dos o tres primeros días de ingravidez, un astronauta en órbita pierde hasta un 22% de su volumen sanguíneo. El corazón, la bomba que hace circular la sangre por todo el cuerpo, también siente que las cosas han cambiado. En la superficie terrestre el corazón tiene que bombear la sangre en contra de la fuerza de la gravedad para elevarla hasta el cerebro pero en el espacio ese esfuerzo ya no es necesario. Entonces, la bomba vital se adapta a las circunstancias, disminuye su ritmo de trabajo y…. comienza a atrofiarse.

Todos los cambios que se producen en ingravidez son una muestra de la extraordinaria capacidad que tiene nuestro cuerpo para adaptarse a situaciones límite. Sin embargo, la estancia en órbita no es permanente y la vuelta a la Tierra puede convertirse en una verdadera tortura.