Décimo capitulo

"Los inmortales"

Esta semana en la visita guiada por Neil deGrasse Tyson, nos invita a conocer los "Los Inmortales".  A medida que nuestro sol viaja a través de la Vía Láctea, no está sólo acompañado de sus planetas, sino por miles de millones de cometas distantes, también.  Un aumento en la probabilidad de impactos de cometas que amenazan la vida puede ocurrir cuando el Sol pasa a través de un posible disco de materia oscura en la galaxia. Nuestro sistema solar orbita alrededor del centro de la Vía Láctea, completando una revolución cada 250 millones de años aproximadamente.

A lo largo de este camino, oscila arriba y abajo, atravesando el plano galáctico alrededor de cada 32 millones de años. Si un disco de materia oscura se concentra a lo largo del plano galáctico, puede incluso interrumpir las mareas, el movimiento de los cometas de la nube de Oort en el borde exterior de nuestro Sistema Solar.  Esto podría explicar posibles fluctuaciones periódicas en el índice de impactos en la Tierra.  

Los científicos han descubierto una posible evidencia de esta "bumpiness galáctico" en una fluctuación periódica aparente en la tasa de cráter grande de formación de los impactos, el tipo que probablemente mató a los dinosaurios. La frecuencia de las fluctuaciones de impacto coincide estrechamente la velocidad a la que el Sol pasa a través del plano del disco galáctico. Sin embargo, no ha quedado claro qué elemento en el disco podrían estar influyendo en las trayectorias de los cometas.

Dos físicos teóricos han propuesto una hipótesis que inserta la materia oscura como la pieza que faltaba entre el movimiento del Sistema Solar y posiblemente, los impactos de cometas que amenazan la vida. En un artículo publicado en la revista Physical Review Letters, Lisa Randall y Mateo Reece de la Universidad de Harvard sugieren que parte de la materia invisible misterioso, que compone el 85% de toda la materia del Universo, podría existir en un disco delgado que perturba el camino de cierta cometas para que sean más propensos a chocar con nuestro planeta.

Eventos de impactos de cometas parecen haber jugado un papel importante en la conformación de la historia de la Tierra, creando cráteres y posiblemente provocando extinciones masivas. Muchos de estos cometas proceden de la Nube de Oort , una envoltura esférica de cuerpos de hielo en el borde exterior del Sistema Solar que se extiende desde justo fuera de la órbita de Neptuno hasta la mitad de la estrella más cercana. Debido a que la nube de Oort es tan distante del Sol , es muy susceptible a las perturbaciones de las fuerzas gravitatorias procedentes de otros cuerpos. De hecho, ha habido algunos indicios de que la frecuencia de los impactos (tanto de los cometas y asteroides) en la Tierra oscila en una escala de tiempo de unos 25 a 35 millones años, lo que sugiere una relación entre la dinámica en el borde exterior del Sistema Solar y el huelgas lluvia de cometas en la Tierra.

Se han propuesto dos hipótesis para explicar la posible periodicidad en los impactos de cometas. Una idea consiste en la atracción gravitatoria de una estrella , que aún no descubierta distante compañero (llamado Nemesis) o planeta (llamado planeta X) que perturba periódicamente los cometas en la nube de Oort y causa un gran aumento en el número de cometas que visitan el interior del Sistema Solar y por lo tanto en la frecuencia de los eventos de impacto en la Tierra . Ni Nemesis, ni planeta X se detectó con campo amplio Infrared Survey Explorer ( WISE) telescopio espacial de la NASA, eliminándose de esta manera la teoría de que un objeto en la vecindad de nuestro Sol puede explicar las fluctuaciones de impacto.

Una hipótesis alternativa implica una influencia gravitacional del disco galáctico densa en el Sistema Solar [ 5 ]. Nuestro Sol orbita alrededor del centro galáctico, teniendo aproximadamente 250 millones de años para hacer una revolución completa. Sin embargo , esta trayectoria no es un círculo perfecto. El Sistema Solar teje arriba y hacia abajo , atravesando el plano de la Vía Láctea aproximadamente cada 32 millones de años, lo que coincide con la supuesta periodicidad de las variaciones de impacto. Este movimiento de bamboleo , que se extiende unos 250 años luz por encima y por debajo del plano, se determina la concentración de gas y estrellas en el disco de nuestra galaxia.

Esta materia ordinaria " bariónica " se concentra en unos 1.000 años luz del plano. Debido a que la densidad disminuye en la dirección vertical, hay un gradiente gravitacional, o la marea, que pueden perturbar las órbitas de los cometas en la nube de Oort , causando algunos cometas que vuelan en el Sistema Solar interior y periódicamente elevar las probabilidades de colisión con la Tierra. Sin embargo, el problema con esta idea es que la marea galáctica estimado es demasiado débil como para causar muchas olas en la nube de Oort.

En su nuevo estudio, Randall y Reece se centran en esta segunda hipótesis y sugieren que la marea galáctica podría hacerse más fuerte con un disco delgado de la materia oscura. Discos oscuros son un posible resultado de la física de la materia oscura, ya que los autores y sus colegas mostraron recientemente. En este caso, los investigadores consideran que un modelo específico, en el que nuestra galaxia alberga un disco oscuro, con un espesor de 30 años luz y una densidad superficial de alrededor de 1 masa solar por plaza años luz ( la densidad superficial de la materia bariónica ordinaria es aproximadamente 5 veces mayor que, pero es menos concentrada cerca del plano).

Aunque uno tiene que estirar las restricciones observacionales para hacer espacio , su disco delgado de la materia oscura es consistente con los datos astronómicos de nuestra galaxia. Centrando su análisis en las grandes (> 20 kilometros) cráteres creados en los últimos 250 millones de años, Randall y Reece argumentan que su escenario disco oscuro puede producir el patrón observado en la frecuencia de cráter con una buena cantidad de incertidumbre estadística.

Modelo de disco oscuro de Randall y Reece no está hecha de un tipo ordinario de la materia oscura. El candidato más probable de la materia conocido como partículas masivas de interacción débil ( WIMPs) - se espera para formar un halo esférico alrededor de la Vía Láctea, en lugar de estar concentrado en el disco oscuro . Este escenario WIMP materia oscura ha tenido un éxito notable en la explicación de la distribución a gran escala de la materia en el Universo.

Pero, hay un problema de larga data en las pequeñas escalas - la teoría general predice núcleos excesivamente densos en los centros de galaxias y cúmulos de galaxias , y predice un mayor número de satélites de galaxias enanas alrededor de la Vía Láctea que se observan. Mientras que algunos de estos problemas podrían resolverse mediante una mejor comprensión de la física de la materia bariónica ( en lo que respecta , por ejemplo, para protagonizar la dinámica de formación y gas ) , no está claro si una solución bariónica puede trabajar en las galaxias de masas más pequeñas ( con muy poco estrellas y gas ) que se observen discrepancias.

Por otra parte, este conflicto de pequeña escala podría ser evidencia de la física más compleja en el propio sector de la materia oscura. Una solución consiste en invocar fuertes interacciones electromagnética - como entre partículas de materia oscura , lo que podría dar lugar a la emisión de fotones " oscuros" . Estos auto- interacciones pueden redistribuir impulso a través de la dispersión elástica , alterando de este modo la distribución prevista de la materia oscura en las regiones más internas de las galaxias y cúmulos de galaxias , así como el número de galaxias enanas en la Vía Láctea.

Aunque la materia oscura auto- interacción podría resolver la tensión entre la teoría y las observaciones a pequeñas escalas , las mediciones a gran escala de las galaxias y cúmulos de galaxias sólo permiten una pequeña fracción (menos del 5% ) de la materia oscura sea la libre interacción. Recientemente, Randall, Reece, y sus colaboradores mostraron que si una porción de la materia oscura es la libre interacción, a continuación, estas partículas se colapsan en un disco galáctico oscuro que se superpone con el disco bariónica ordinaria .

Hicimos un disco delgado de la materia gatillo eventos de extinción oscuros como el que extinguió a los dinosaurios? La evidencia está lejos de ser convincente. En primer lugar, la periodicidad de la tasa de formación de cráteres de la Tierra no está claramente establecido, debido a un registro cráter irregular hace que sea difícil de ver un patrón firme. Tampoco está claro qué papel cometas pueden haber desempeñado en las extinciones en masa.

La opinión predominante es que el cráter Chicxulub , que se ha relacionado con la extinción de los dinosaurios hace 66 millones de años, fue creado por un asteroide gigante , en lugar de un cometa. Randall y Reece tuvieron cuidado en reconocer desde el principio que " la evidencia estadística no es abrumadora " y enumerando varias limitaciones para el uso de un registro cráter irregular. Pero los datos geológico es poco probable que mejore en un futuro próximo, por desgracia.

Por otra parte, los avances en datos astronómicos se espera con Gaia misión espacial de la Agencia Espacial Europea , que fue lanzado el año pasado y en la actualidad está estudiando la Vía Láctea en un detalle sin precedentes . Gaia observará millones de estrellas y medir sus distancias y velocidades precisas. Estas mediciones deberían permitir a los astrónomos para trazar la superficie de densidad del disco galáctico densa como una función de la altura.

Cerca del avión, los astrónomos pudieron ver directamente si hay un " disco en el disco " que tiene mucha más masa de lo que podíamos dar cuenta de la materia bariónica ordinaria. Evidencia de un disco tan oscuro permitiría una mejor modelización predictiva de los efectos sobre los cometas y en la vida de nuestro planeta.

Noveno capitulo

"El Visionario de la electricidad"

Nuestro mundo de alta tecnología y de comunicación instantánea con otros significa un mundo que muestra que estamos ante energías escondidas, o que tal vez no veíamos antes como el caso de los campos magnéticos, que afectan de una u otra forma a los seres vivos.  Esta semana, Neil deGrasse Tyson nos muestra que sin un campo magnético de la tasa de mutación entre los organismos vivos de la Tierra aumentaría significativamente.  

La nueva evidencia de la existencia del campo magnético de la Tierra ha empujado su edad volver a unos 250 millones de años, lo que sugiere que más temprano la vida del planeta estaba a salvo de la radiación cósmica más dañina del sol.  Científicos de la Universidad de Rochester han descubierto que hace 3.5 mil millones años el campo magnético de la Tierra era sólo un medio tan fuerte como lo es hoy, y que esta debilidad , junto con un fuerte viento de partículas energéticas del joven Sol , el agua probablemente rectificada del la atmósfera primitiva de la Tierra. Los hallazgos sugieren que la magnetopausa - el límite donde el campo magnético de la Tierra desvía con éxito entrante solar viento era sólo la mitad de la distancia del Sol a la Tierra en la actualidad.  "Con una magnetosfera débil y un Sol joven rápida rotación, la Tierra fue probablemente recibiendo la mayor cantidad de protones solares en un día promedio en cuanto tengamos hoy durante una tormenta solar severa", dice John Tarduno , geofísico de la Universidad de Rochester y el plomo autor del estudio.

"Eso significa que las partículas que salían del Sol eran mucho más propensos a llegar a la Tierra. Es muy probable que el viento solar se estaba quitando moléculas volátiles, como el hidrógeno, a partir de la atmósfera a un ritmo mucho mayor de lo que les estamos perdiendo hoy en día."  Tarduno dice que la pérdida de hidrógeno implica una pérdida de agua, así , lo que significa que puede haber mucha menos agua en la Tierra hoy en día que en su infancia.

Para encontrar la fuerza del campo magnético antiguo, Tarduno y sus colegas de la Universidad de KwaZulu- Natal visitaron sitios en África que se sabe que contienen rocas de más de 3 millones de años de edad. No cualquier rocas de esa edad harían , sin embargo. Ciertas rocas ígneas llamadas dacitas contienen pequeños cristales de cuarzo de tamaño milimétrico , que a su vez tienen diminutas inclusiones magnéticas de tamaño nanométrico . La magnetización de estas inclusiones actuar como brújulas minutos , el bloqueo en un registro del campo magnético de la Tierra como la dacita enfría desde magma fundido al hard rock.

Basta con encontrar rocas de esta edad es bastante difícil, pero este tipo de rocas también han sido testigos de miles de millones de años de actividad geológica que podría haber recalentado y posiblemente cambiado su registro magnético inicial. Para reducir la posibilidad de esta contaminación , Tarduno seleccionó los gránulos mejor conservados de cuarzo de unos afloramientos de dacita 3500000000 años en Sudáfrica.

Para complicar la búsqueda de las rocas más adecuadas, el efecto de la interacción del viento solar con la atmósfera puede inducir un campo magnético propio , por lo que incluso si Tarduno sí encontró una roca que no había sido alterado en 3,5 millones de años, tuvo que hacer Asegúrese de que el registro magnético que contenía se ha generado por el núcleo de la Tierra y no inducida por el viento solar.

Una vez que se aisló los cristales ideales, Tarduno utiliza un dispositivo llamado un dispositivo de interfaz cuántica superconductor o SQUID magnetómetro , que normalmente se utiliza para solucionar problemas de los chips de ordenador, ya que es extremadamente sensible a los campos magnéticos más pequeños . Tarduno fue pionero en el uso del análisis del solo cristal usando magnetómetros SQUID . Sin embargo , para este estudio, incluso los magnetómetros SQUID convencionales carecían de la sensibilidad. Tarduno era capaz de emplear un nuevo magnetómetro , que tiene sensores de más cerca a la muestra que en los instrumentos anteriores.

Usando el nuevo magnetómetro, Tarduno, Científico Investigador Rory Cottrell, y de la Universidad de Rochester estudiantes fueron capaces de confirmar que los 3.5 mil millones años de antigüedad cristales de silicato habían grabado un campo demasiado fuerte para ser inducido por la interacción del viento solar ambiente , y por lo que debe haber sido generado por el núcleo de la Tierra.

" Hemos ganado una idea bastante sólida de cómo el campo de la Tierra era fuerte en ese momento, pero sabíamos que era sólo la mitad de la película", dice Tarduno . "Necesitábamos entender cuánto viento solar que el campo magnético se desviaba porque eso nos diría lo que estaba ocurriendo , probablemente a la atmósfera de la Tierra. "

El viento solar puede despojarnos de la atmósfera de un planeta y bañar su superficie con radiación letal. Tarduno puntos a Marte como un ejemplo de un planeta que probablemente perdió su magnetosfera principios de su historia , dejando que el bombardeo de viento solar erosiona lentamente su atmósfera . Para descubrir qué tipo de viento solar de la Tierra tenía que lidiar, Tarduno empleó la ayuda de Eric Mamajek , profesor asistente de física y astronomía en la Universidad de Rochester.

Sorprendentemente , se sabe muy poco acerca de lo que está por debajo de la superficie de la Tierra. La comunidad científica está de acuerdo generaly que el mundo bajo nuestros pies se compone de cuatro capas: una corteza rocosa exterior , un manto de roca viscosa caliente, un núcleo externo líquido , el asiento del magnetismo , y un sólido núcleo hilado , interior.

La mención de los campos magnéticos a escala cósmica sigue siendo probable que se reunió con un silencio incómodo en algunos círculos astronómicos - y después de un poco de fiebre aftosa, barajar y carraspeo , la discusión se trasladó a temas más seguros. Pero mira , que están ahí fuera . Ellos probablemente juegan un papel en la evolución de las galaxias , si no la formación de galaxias - y son sin duda una característica del medio interestelar y el medio intergaláctico.  Se espera que la próxima generación de telescopios de radio, como LOFAR ( Low Frequency Array) y el SKA ( Square Kilometre Array) , hará que sea posible asignar estos campos en un detalle sin precedentes - por lo que incluso si resulta que los campos magnéticos cósmicos sólo juegan un papel insignificante en la cosmología de gran escala - que es por lo menos vale la pena echar un vistazo.

A nivel estelar, campos magnéticos juegan un papel clave en la formación de estrellas, al permitir una protoestrella para descargar el momento angular . En esencia , el giro de la protoestrella está frenado por la fricción magnética contra el disco de acreción que rodea - que permite la protoestrella para mantener el dibujo en más masa sin exprimir diferenciarse.   En el plano galáctico, los discos de acreción alrededor de agujeros negros estelares tamaño crean chorros de que inyectan el material ionizado caliente en el medio interestelar - mientras que los agujeros negros supermasivos centrales pueden crear chorros de que inyectan este tipo de material en el medio intergaláctico.

Científicos del Instituto de Tecnología de California y la UCLA han descubierto evidencia de "campos magnéticos ubicuos universales" que han impregnado profundamente el espacio entre las galaxias desde el momento del Big Bang. Físico de Caltech Shin'ichiro Ando y Alexander Kusenko , profesor de física y astronomía de la UCLA, estudiaron las imágenes de los objetos más poderosos del universo - agujeros negros supermasivos que emiten radiación de alta energía , ya que devoran estrellas en galaxias distantes - obtenidas por la NASA Telescopio Espacial Fermi de Rayos Gamma . "Encontramos los signos de los campos magnéticos primordiales en el espacio profundo entre las galaxias ", dijo Ando.

Los datos de la nave espacial Polar de la NASA, alrededor del año 1998 , siempre a la búsqueda de pistas cruciales "portales" - una apertura extraordinaria en el espacio o el tiempo que se conecta a los viajeros a reinos lejanos. "Los llamamos X- puntos o regiones de difusión de electrones ", explica el físico de plasma Jack Scudder de la Universidad de Iowa . "Son lugares donde el campo magnético de la Tierra se conecta con el campo magnético del Sol , creando un camino ininterrumpido que va desde nuestro propio planeta a la atmósfera del Sol 93.000.000 millas de distancia. "

Octavo capitulo

"Los mundos Perdidos del planeta Tierra..."

En este nueva serie Cosmos se han presentado tanto las formas en nuestro sistema solar, como fuera de él, como los científicos y otros hombres de ciencia han dedicado su vida al estudio de los fenómenos naturales.  En este episodio se explora la paleogeografía de la Tierra durante millones de años, y su impacto en el desarrollo de la vida en el planeta. Tyson comienza explicando que los árboles ricos en lignina evolucionaron en la era del Carbonífero hace unos 300 millones de años, estos, que no son una especie comestible en su momento, se caracterizaban por ser ricos en dióxido de carbono.  Unos 50 millones de años más tarde, casi al final del período Pérmico, la actividad volcánica quemaría la materia carbonica, liberando el dióxido de carbono y componentes ácidos en la atmósfera primitiva, creando un efecto de gas invernadero repentino que calienta los océanos y libera metano de los fondos marinos, todo lo cual lleva hacia el evento de extinción del Pérmico - Triásico , matando a 90 % de las especies de la Tierra.

Tyson luego explica la naturaleza de la tectónica de placas que conformarían las masas de tierra del mundo.  Tyson explica cómo los científicos como Abraham Ortelius hipótesis de la idea de que las masas de tierra pueden haber sido conectado en el pasado, Alfred Wegener, que la hipótesis de la idea de un super- continente Pangea y la deriva continental a pesar de la idea prevaleciente de inundados puentes de tierra en el momento, y Bruce C. Heezen y Marie Tharp que descubrió la cordillera del Atlántico medio que apoya la teoría de las placas tectónicas.  Tyson describe cómo las masas de tierra de la Tierra se ponen encima de la capa que se mueve debido al movimiento tectónico y el calor del núcleo exterior e interior de la Tierra.

Tyson pasa a explicar el impacto de un asteroide que inició el evento de extinción del Cretácico- Paleógeno, dejando pequeños mamíferos como las especies dominan la tierra.  Tyson procede a describir los acontecimientos geológicos más recientes, como la formación del Mar Mediterráneo debido a la rotura de la presa natural en el Estrecho de Gibraltar, y de cómo la formación geológica del Istmo de Panamá rompió la libre circulación del Océano Atlántico en el Pacífico, causando el cambio climático a gran escala, tales como convertir la mayor parte de África, de exuberantes praderas en llanuras áridas e influir en una mayor evolución hacia los mamíferos trepadores de árboles. 

Finalmente Tyson explica además cómo la influencia de otros planetas del Sistema Solar tienen pequeños efectos en giro y la inclinación de la Tierra, creando las distintas edades de hielo, y cómo estos cambios influyen en el comportamiento nómada de los primitivos seres humanos. Tyson concluye el episodio señalando cómo se espera que las masas continentales de la Tierra llegarán a cambiar en el futuro y postula lo que puede ser el próximo gran evento de extinción.

Estamos próximos a la extinción o aún le queda chance a la raza humana de seguir dominando el planeta que alguna vez perteneció a los grandes reptiles, hoy a los primates y mañana no tenemos certeza a quien pueda pertenecer este mundo incustrado en la inmensidad del Cosmos.