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Ciencia

Replican la gravedad en otros mundos en una esfera de 3 centímetros

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MADRID, 24 Ene. (EUROPA PRESS) –

Investigadores de la UCLA han reproducido con eficacia el tipo de gravedad que existe en las estrellas y otros planetas o cerca de ellos en una esfera de cristal de solo 3 centímetros de diámetro.

Para ello, utilizaron ondas sonoras para crear un campo gravitatorio esférico y generar convección de plasma -un proceso en el que el gas se enfría al acercarse a la superficie de un cuerpo y luego se recalienta y vuelve a elevarse al acercarse al núcleo- creando una corriente de fluido que a su vez genera una corriente magnética.

Este logro, que se publica en Physical Review Letters, podría ayudar a los científicos a superar el papel limitador de la gravedad en los experimentos destinados a modelizar la convección que se produce en las estrellas y otros planetas.

«La gente estaba tan interesada en tratar de modelizar la convección esférica con experimentos de laboratorio que, de hecho, pusieron un experimento en el transbordador espacial porque no podían conseguir un campo de fuerza central lo suficientemente fuerte en tierra», dijo en un comunicado Seth Putterman, profesor de física de la UCLA (Universidad de California Los Ángeles) y autor principal del estudio. «Lo que demostramos es que nuestro sistema de sonido generado por microondas producía una gravedad tan fuerte que la gravedad terrestre no era un factor. Ya no necesitamos ir al espacio para hacer estos experimentos».

Los investigadores de la UCLA utilizaron microondas para calentar gas de azufre a 2.760 grados Celsius dentro de la esfera de cristal. Las ondas sonoras dentro de la bola actuaron como la gravedad, limitando el movimiento del gas caliente y débilmente ionizado, conocido como plasma, en patrones que se asemejan a las corrientes de plasma en las estrellas.

«Los campos sonoros actúan como la gravedad, al menos cuando se trata de impulsar la convección en el gas», explica John Koulakis, científico del proyecto de la UCLA y primer autor del estudio. «Con el uso de sonido generado por microondas en un matraz esférico de plasma caliente, conseguimos un campo gravitatorio mil veces más fuerte que la gravedad terrestre».

En la superficie de la Tierra, el gas caliente asciende porque la gravedad mantiene el gas más denso y frío más cerca del centro del planeta.

De hecho, los investigadores descubrieron que el gas caliente y brillante cerca de la mitad exterior de la esfera también se desplazaba hacia las paredes de la esfera. La gravedad fuerte y sostenida generaba turbulencias parecidas a las que se observan cerca de la superficie del Sol. En la mitad interior de la esfera, la gravedad acústica cambió de dirección y apuntó hacia el exterior, lo que provocó que el gas caliente se hundiera hacia el centro. En el experimento, la gravedad acústica retuvo de forma natural el plasma más caliente en el centro de la esfera, donde también ocurre en las estrellas.

COMPRENDER LOS EFECTOS DEL CLIMA SOLAR

La capacidad de controlar y manipular el plasma de forma que refleje la convección solar y planetaria ayudará a los investigadores a comprender y predecir cómo afecta el clima solar a las naves espaciales y a los sistemas de comunicaciones por satélite. El año pasado, por ejemplo, una tormenta solar dejó fuera de servicio 40 satélites de SpaceX. El fenómeno también ha sido problemático para la tecnología militar: la formación de plasma turbulento alrededor de misiles hipersónicos, por ejemplo, puede interferir en las comunicaciones de los sistemas de armas.

Putterman y sus colegas están ampliando el experimento para reproducir mejor las condiciones que están estudiando y poder observar el fenómeno con más detalle y durante más tiempo.

Ciencia

Un robot con aspecto de hada vuela con la fuerza del viento y la luz

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MADRID, 30 Ene. (EUROPA PRESS) –

Investigadores de la Universidad de Tampere han desarrollado el primer robot volador pasivo dotado de músculo artificial, con la idea final de utilizarlo en el futuro para la polinización artificial.

La pérdida de polinizadores, como las abejas, es un enorme reto para la biodiversidad mundial y afecta a la humanidad al causar problemas en la producción de alimentos.

El desarrollo de polímeros que responden a estímulos ha abierto un abanico de posibilidades en cuanto a materiales para la próxima generación de robots de cuerpo blando a pequeña escala y controlados de forma inalámbrica. Desde hace algún tiempo, los ingenieros saben cómo utilizar estos materiales para fabricar pequeños robots capaces de caminar, nadar y saltar. Hasta ahora, nadie había sido capaz de hacerlos volar.

Los investigadores del grupo de Robots Ligeros de la Universidad de Tampere investigan ahora cómo hacer volar materiales inteligentes. Hao Zeng, investigador de la Academia y jefe del grupo, y Jianfeng Yang, investigador doctoral, han ideado un nuevo diseño para su proyecto llamado FAIRY (Flying Aero-robots based on Light Responsive Materials Assembly). Han desarrollado un robot de ensamblaje de polímeros que vuela con el viento y se controla con la luz.

«Superior a sus homólogos naturales, esta ‘semilla’ artificial está equipada con un actuador blando. El actuador está hecho de elastómero cristalino líquido sensible a la luz, que induce acciones de apertura o cierre de las cerdas ante la excitación de la luz visible», explica Hao Zeng en un comunicado.

El hada artificial desarrollada por Zeng y Yang tiene varias características biomiméticas. Gracias a su estructura de gran porosidad (0,95) y poco peso (1,2 mg), puede flotar fácilmente en el aire dirigida por el viento. Además, la generación de un anillo de vórtices separados y estables permite desplazamientos a larga distancia asistidos por el viento.

«El ‘hada’ puede ser alimentada y controlada por una fuente de luz, como un rayo láser o un LED», afirma Zeng.

Esto significa que se puede utilizar la luz para cambiar la forma de la diminuta estructura parecida a una semilla de diente de león. El hada puede adaptarse manualmente a la dirección y la fuerza del viento cambiando su forma. También se puede utilizar un haz de luz para controlar las acciones de despegue y aterrizaje de este conjunto polimérico.

A continuación, los investigadores se centrarán en mejorar la sensibilidad del material para permitir el funcionamiento del dispositivo a la luz del sol. Además, ampliarán la estructura para que pueda transportar dispositivos microelectrónicos como GPS y sensores, así como compuestos bioquímicos.

POLINIZACIÓN ARTIFICIAL

Según Zeng, hay potencial para aplicaciones aún más significativas. «Suena a ciencia ficción, pero los experimentos de prueba de concepto incluidos en nuestra investigación demuestran que el robot que hemos desarrollado supone un paso importante hacia aplicaciones realistas adecuadas para la polinización artificial», revela.

En el futuro, millones de semillas artificiales de diente de león portadoras de polen podrían ser dispersadas libremente por los vientos naturales y luego dirigidas por la luz hacia zonas específicas con árboles en espera de polinización.

«Esto tendría un enorme impacto en la agricultura mundial, ya que la pérdida de polinizadores debida al calentamiento global se ha convertido en una grave amenaza para la biodiversidad y la producción de alimentos», afirma Zeng.

Sin embargo, antes hay que resolver muchos problemas. Por ejemplo, ¿cómo controlar el punto de aterrizaje de forma precisa? ¿Cómo reutilizar los dispositivos y hacerlos biodegradables? Estas cuestiones requieren una estrecha colaboración con científicos de materiales y personas que trabajen en microrobótica.

El proyecto FAIRY comenzó en septiembre de 2021 y durará hasta agosto de 2026. Está financiado por la Academia de Finlandia. El robot volador se investiga en colaboración con el Dr. Wenqi Hu, del Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes (Alemania), y el Dr. Hang Zhang, de la Universidad Aalto.

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Ciencia

La mitad del zinc de la Tierra procede del Sistema Solar exterior

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MADRID, 27 Ene. (EUROPA PRESS) –

Alrededor de la mitad de los elementos volátiles de zinc de la Tierra proceden de asteroides del Sistema Solar exterior, es decir, la que incluye los planetas Júpiter, Saturno y Urano.

También se espera que este material haya suministrado otros volátiles importantes, como el agua, según un análisis realizado por investigadores del UCL (University College London).

Los volátiles son elementos o compuestos que pasan del estado sólido o líquido al vapor a temperaturas relativamente bajas. Entre ellos se encuentran los seis elementos más comunes en los organismos vivos, así como el agua. Por tanto, la adición de este material habrá sido importante para la aparición de la vida en la Tierra.

Anteriormente, los investigadores pensaban que la mayor parte de los volátiles de la Tierra procedían de asteroides que se formaron más cerca de la Tierra. Los hallazgos revelan pistas importantes sobre cómo la Tierra llegó a albergar las condiciones especiales necesarias para sustentar la vida.

En palabras del profesor Mark Rehkamper, del Departamento de Ciencias de la Tierra e Ingeniería del Imperial College de Londres: «Nuestros datos muestran que aproximadamente la mitad del zinc de la Tierra procede del Sistema Solar exterior, más allá de la órbita de Júpiter. Basándonos en los modelos actuales de desarrollo del Sistema Solar primitivo, esto era completamente inesperado».

Investigaciones anteriores sugerían que la Tierra se formó casi exclusivamente a partir de material del Sistema Solar interior, que los investigadores dedujeron que era la fuente predominante de las sustancias químicas volátiles de la Tierra. En cambio, los nuevos hallazgos sugieren que el Sistema Solar exterior desempeñó un papel más importante de lo que se pensaba.

El profesor Rehkamper añadió en un comunicado: «Esta contribución del material del Sistema Solar exterior desempeñó un papel vital en el establecimiento del inventario de sustancias químicas volátiles de la Tierra. Parece que sin la contribución del material del Sistema Solar exterior, la Tierra tendría una cantidad de volátiles muy inferior a la que conocemos hoy, lo que la haría más seca y potencialmente incapaz de alimentar y sustentar la vida».

Los resultados se publican en Science.

Para llevar a cabo el estudio, los investigadores examinaron 18 meteoritos de orígenes diversos: once del Sistema Solar interior, conocidos como meteoritos no carbonáceos, y siete del Sistema Solar exterior, conocidos como meteoritos carbonáceos.

Para cada meteorito midieron las abundancias relativas de las cinco formas diferentes -o isótopos- del zinc. A continuación, compararon cada huella isotópica con muestras de la Tierra para estimar la contribución de cada uno de estos materiales al inventario de zinc de la Tierra. Los resultados sugieren que, aunque la Tierra sólo incorporó alrededor del diez por ciento de su masa procedente de cuerpos carbonosos, este material suministró cerca de la mitad del zinc terrestre.

Los investigadores afirman que es probable que el material con una alta concentración de zinc y otros componentes volátiles también sea relativamente abundante en el agua, lo que daría pistas sobre el origen del agua de la Tierra.

En palabras de Rayssa Martins, primera autora del artículo y doctoranda del Departamento de Ciencias de la Tierra e Ingeniería: «Hace tiempo que sabemos que a la Tierra se le añadió algo de material carbonoso, pero nuestros hallazgos sugieren que este material desempeñó un papel clave en el establecimiento de nuestro presupuesto de elementos volátiles, algunos de los cuales son esenciales para que florezca la vida».

A continuación, los investigadores analizarán rocas de Marte, que albergó agua hace entre 4.100 y 3.000 millones de años antes de secarse, y de la Luna.

El profesor Rehkamper añadió: «La teoría más extendida es que la Luna se formó cuando un enorme asteroide chocó contra una Tierra embrionaria hace unos 4.500 millones de años. El análisis de los isótopos de zinc en las rocas lunares nos ayudará a comprobar esta hipótesis y determinar si el asteroide que colisionó desempeñó un papel importante en el transporte de volátiles, incluida el agua, a la Tierra».

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Ciencia

Físicos observan cómo una estrella sobrevive a un agujero negro

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MADRID, 20 Ene. (EUROPA PRESS) –

Un equipo de físicos ha podido observar la sorprendente órbita de una estrella alrededor de un agujero negro supermasivo, sobreviviendo en primera instancia a la interacción con el mismo.

A cientos de millones de años luz de distancia, en una galaxia lejana, una estrella en órbita alrededor de un agujero negro supermasivo está siendo violentamente desgarrada por la inmensa atracción gravitatoria del agujero negro. A medida que la estrella es destrozada, sus restos se transforman en una corriente de escombros que llueven de nuevo sobre el agujero negro para formar un disco de material muy caliente y muy brillante que gira alrededor del agujero negro, llamado disco de acreción.

Este fenómeno, en el que una estrella es destruida por un agujero negro supermasivo y genera una luminosa llamarada de acreción, se conoce como evento de disrupción de marea (TDE, por sus siglas en inglés), y se prevé que los TDE se produzcan aproximadamente una vez cada 10.000 a 100.000 años en una galaxia determinada.

Con luminosidades que superan a las de galaxias enteras (es decir, miles de millones de veces más brillantes que nuestro Sol) durante breves periodos de tiempo (de meses a años), los fenómenos de acreción permiten a los astrofísicos estudiar los agujeros negros supermasivos (SMBH) desde distancias cosmológicas, proporcionando una ventana a las regiones centrales de galaxias que, de otro modo, permanecerían inactivas.

Al sondear estos sucesos de «gravedad intensa», en los que la teoría general de la relatividad de Einstein es fundamental para determinar cómo se comporta la materia, las TDE aportan información sobre uno de los entornos más extremos del universo: el horizonte de sucesos -el punto de no retorno- de un agujero negro.

Por lo general, las TDE se producen «una vez y ya está» porque el campo gravitatorio extremo del SMBH destruye la estrella, lo que significa que el SMBH se desvanece en la oscuridad tras la llamarada de acreción. En algunos casos, sin embargo, el núcleo de alta densidad de la estrella puede sobrevivir a la interacción gravitatoria con el SMBH, lo que le permite orbitar alrededor del agujero negro más de una vez. Los investigadores llaman a esto un TDE parcial repetitivo.

Un equipo de físicos, entre ellos el autor principal Thomas Wevers, miembro del Observatorio Europeo Austral, y los coautores Eric Coughlin, profesor adjunto de Física en la Universidad de Syracuse, y Dheeraj R. «DJ» Pasham, científico investigador del Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT, han propuesto un modelo de TDE parcial repetitiva basado en la observación.

Sus conclusiones, publicadas en The Astrophysical Journal Letters, describen la captura de la estrella por un SMBH, la extracción del material cada vez que la estrella se acerca al agujero negro y el retardo entre el momento en que el material es extraído y el momento en que alimenta de nuevo al agujero negro.

El trabajo del equipo es el primero en desarrollar y utilizar un modelo detallado de una TDE parcial repetitiva para explicar las observaciones, hacer predicciones sobre las propiedades orbitales de una estrella en una galaxia lejana y comprender el proceso de perturbación parcial por marea.

El equipo está estudiando una TDE conocida como AT2018fyk (AT significa «Astrophysical Transient»). La estrella fue capturada por un SMBH mediante un proceso de intercambio conocido como «captura de Hills», en el que la estrella formaba parte originalmente de un sistema binario (dos estrellas que orbitan una alrededor de la otra bajo su mutua atracción gravitatoria) que fue desgarrado por el campo gravitatorio del agujero negro. La otra estrella (no capturada) fue expulsada del centro de la galaxia a velocidades comparables a unos 1.000 km/s, lo que se conoce como estrella de hipervelocidad.

Una vez unida al SMBH, la estrella que alimenta la emisión de AT2018fyk ha sido despojada repetidamente de su envoltura exterior cada vez que pasa por su punto de máxima aproximación al agujero negro. Las capas exteriores despojadas de la estrella forman el brillante disco de acreción, que los investigadores pueden estudiar utilizando telescopios ópticos de rayos X y ultravioleta que observan la luz de galaxias lejanas.

Según Wevers, tener la oportunidad de estudiar un TDE parcial repetido proporciona una visión sin precedentes de la existencia de agujeros negros supermasivos y de la dinámica orbital de las estrellas en los centros de las galaxias.

«Hasta ahora, la suposición era que cuando vemos las secuelas de un encuentro cercano entre una estrella y un agujero negro supermasivo, el resultado será fatal para la estrella, es decir, la estrella se destruye por completo», afirma en un comunicado. «Pero, al contrario de lo que ocurre con todas las demás TDE que conocemos, cuando volvimos a apuntar nuestros telescopios al mismo lugar varios años después, descubrimos que había vuelto a brillar. Esto nos llevó a proponer que, en lugar de ser fatal, parte de la estrella sobrevivió al encuentro inicial y regresó al mismo lugar para ser despojada de material una vez más, explicando la fase de rebrillantez.»

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