Rotación y magnetismo

Papel: Are rotation curves in NGC 6946 and the Milky Way magnetically supported?
http://arxiv.org/astro-ph/0503657

El interés de Eduardo Battaner y Estrella Florido (de la Universidad de Granada) en la influencia de los campos magnéticos en la formación de estructuras en el universo (el famoso "cartón de huevos" de Battaner...) así como en las dinámica galáctica, viene ya de largo.

Este papel presenta una alternativa, arriesgada en el marco de la cosmología actual, a la materia oscura galáctica (aquella necesaria para que las curvas de rotación cuadren con las observaciones), en la cual los campos magnéticos tendrían una influencia fundamental sobre la dinámica del medio interestelar y las estrellas.

Aunque a mí me es un misterio cómo el campo magnético puede dirigir la dinámica de las estrellas en la galaxia de igual forma que lo puede hacer la gravitación, no quería perder oportunidad de mencionar este papel. En interesado puede leer más en The rotation curve of spiral galaxies and its cosmological implications http://arxiv.org/astro-ph/0010475 (un papel de más de 120 páginas del propio Battaner).

Cúmulos galácticos y modelos cosmológicos

A falta de nada nuevo que haya llamado mi atención (o que entre dentro de lo que me veo capaz de comentar), voy a recuperar algunas noticias antiguas que creo que fueron relevantes.

Noticia (antigua): Dudas sobre la energía oscura
http://www.universetoday.com/am/publish/dark_energy_doubts.html

La formación de estructuras de gran escala depende, en general, solo de la gravitación y de las condiciones iniciales de la distribución material (espectro de perturbaciones). Por tanto, la abundancia de cúmulos galácticos, así como su distribución en el espacio de desplazamientos al rojo, ha de estar determinada por la geometría y los componentes del universo, es decir, por el modelo cosmológico. Este hecho hace de los cúmulos galácticos una fuente para testear modelos cosmológicos y es la motivación de las investigaciones de Alain Blanchard.

La base de la formulación teórica es lo conocido como formalismo de Press-Schechter, que proporciona la función de masa (el número de cúmulos en función de su masa) en relación a parámetros cosmológicos y el desplazamiento al rojo.

Es necesario, por tanto, no sólo contar cúmulos (number counts), sino determinar las masas de ellos. En general, de lo que se parte es de observaciones de rayos-x (x-ray surveys, que es de lo que parte Blanchard, el cuál basa su estudio en los resultados del XMM-Newton). Dada la luminosidad de un cúmulo es posible determinar la masa en base a ciertas hipótesis de equilibrio de los componentes del cúmulo (hydrostatic isothermal beta-model), pero la situación no es simple, ya que, en principio, la luminosidad depende de otros factores, como la hidrodinámica y la inyección de energía por parte de supernovas. Las relaciones entre masa y luminosidad, así como la temperatura del cúmulo son objeto de controversia.

Dada la relación, el truco consiste en ponerse a contar cúmulos a distintos desplazamientos al rojo, clasificándolos por sus masas, insertar los valores en el formalismo de Press-Schechter y ver si las observaciones casan con el modelo cosmológico. En esas relaciones se basa el estudio de Blanchard, que, aparentemente haciendo uso de una muestra significativa de cúmulos, llega a la conclusión de que el modelo cosmológico que mejor encaja con sus observaciones es el de un universo tipo Einstein-deSitter (plano, pero únicamente con materia) y no el de la concordancia con 73% de energía oscura. Sin embargo, el mismo Blanchard admite en sus conclusiones que un desconocimiento de las relaciones entre masa, teperatura y luminosidad cambiaría bastante las cosas.

El papel original de Alain Blanchard (segunda edición desde 2003, cuando dió lugar a la noticia):
http://arxiv.org/astro-ph/0502220

... y otra alternativa a la energía oscura

Papel: Viable exact model universe without dark energy from primordial inflation http://arxiv.org/abs/gr-qc/0503099

Propone una alternativa a la energía oscura en la misma linea que el papel de Kolb et al. discutido abajo (que de hecho es referido en el papel). Abajo se trataba de la siguiente hpótesis: El universo está contenido en una perturbación de mayor tamaño que el horizonte, lo cual lleva a un observador local a medir las variaciones del factor de escala (y con ello la aceleración) dependientes del fondo dinámico producido por la perturbación.

Aquí la situación es algo distinta. Se asume que nos encontramos en una zona de baja densidad (igual a la densidad energética de la materia, es decir, 27% de la crítica) dentro de un universo (más allá del horizonte) plano. Asumir un universo plano en nuestros modelos nos lleva a cometer errores en el cálculo de distancias. Calcular según la métrica que realmente corresponde con el universo dentro del horizonte, lleva a los valores de luminosidad de las supernovas 1a a coindir, curiosamente, con los valores en el modelo actual (con 73% de energía oscura).

El hecho de que el universo aparezca plano en las observaciones del fondo cósmico de microondas a z = 1100, se debe a que las condiciones de contorno de ambas soluciones (la abierta local y la plana global) necesarias para hacerlas encajar, implican que nuestra "burbuja de baja densidad" fue de mayor densidad en el pasado. Concrétamente fue de densidad crítica justo a la salida de la inflación y ha ido perdiendo densidad desde entonces.

Por tanto este modelo propone una solución que encaja con (1) la distancia de luminosidad de las supernovas 1a en relación con su desplazamiento al rojo (dato del cual se infiere la aceleración en el modelo actual) y (2) la curvatura nula.

La energía oscura y la paradoja de Hubble - de Vaucouleurs

Noticia: la energía oscura en el vecindario galáctico

Una noticia que se ocupa de resultados de simulaciones. Simulaciones interesantes, ya que proporcionan un indicio (que no una prueba) de que los efectos de la energía oscura podrían ser notables para explicar las velocidades de las galaxias alrededor del grupo local. Sería un indicio para la existencia de energía oscura independiente de la aceleración de la expansión, inferida de la distancia de luminosidad de las supernovas 1a.

El problema al cual se pretende dar una explicación con las simulaciones se conoce como "la paradoja de Hubble - de Vaucouleurs": La dispersión de velocidades (velocidades peculiares, y no velocidades de recesión) de las galaxias en un entorno local (algo mayor que el grupo local) es excesivamente baja si se considera que su dinámica viene determinada sólo por el efecto gravitatorio de sus masas en un modelo de materia oscura fría.

Este problema puede ser solucionado observando que la energía oscura empieza a hacer notable su influencia sobre las velocidades peculiares a partir de una distancia característica, para una distribución homogenea de una masa dada sobre un fondo en expansión. A partir de esa distancia, de 1.8 Mpc para el grupo local, se inhibe en parte el colapso gravitacional así como la aparición de velocidades peculiares altas ("enfriando" las velocidades). Este es un resultado analítico derivado en: The local hubble flow: A manifestation of dark energy http://arxiv.org/astro-ph/0011528.

Este resultado analítico es la base de las simulaciones, cuyo resultado (que da lugar a la noticia) podemos encontrar en: The signature of dark energy on the local Hubble flow.

Agujeros negros y formación galáctica

Noticia: Los agujeros negros y la formación galáctica
http://www.astroseti.org/vernew.php?codigo=1073

Esta noticia nos va a llevar por una serie de papeles y requiere un comentario algo extenso. Creo que vale la pena.

El modelo actual de formación de discos galácticos en el modelo cosmológico basado en la materia oscura fría, da lugar a un colapso disipativo: La materia bariónica (gas) se concentra en los potenciales gravitatorios formados por la materia oscura y, en sistemas en los que la escala temporal dinámica es mayor que la escala temporal de enfriamiento, se enfría eficientemente perdiendo energía durante el colapso, para dar lugar a los discos galácticos, que se van formando por uniones de sistemas menores (mergers). La preexistencia de potenciales gravitatorios de la materia oscura es debido a la incapacidad de la materia bariónica de colapsar antes de la recombinación (z > 1100), al impedirselo la presión de la radiación.

Sin embargo, las simulaciones recientes indican que la existencia de uniones durante el proceso de colapso del gas bariónico, da lugar a una pérdida del momento angular (una excesiva concentración de la materia bariónica en un disco central), cosa que no se ajusta con los valores observados. Este problema se conoce como “angular momentum problem” o "overcooling". Además de este problema hay otros: La baja eficiencia de la acreción de bariones en galaxias, así como la formación de una gran cantidad de halos pequeños (“missing satellite problem”). El reciente descubrimiento de una galaxia oscura parece confirmar esta segunda predicción y eliminar el problema. Una excelente página es la de Julio Navarro de la Universidad de Victoria, Canadá, donde se describe el “state-of-the-art”: http://pinot.phys.uvic.ca/~jfn/mywebpage/gxform.html

Nuestra atención se fija en el "overcooling" o “angular momentum problem”. Para solucionarlo se presenta una hipótesis en el papel: A merger driven scenario for cosmological disk galaxy formation http://arxiv.org/astro-ph/0503369. La formación de discos galácticos se postula guiada por uniones en las cuales los agujeros negros toman un papel esencial como fuentes de energía, generando flujos de materia, calentando el disco y aumentando su momento angular. Este comportamiento viene mostrado por las simulaciones del papel que da origen a la noticia: Energy input from quasars regulates the growth and activity of black holes and their host galaxies http://arxiv.org/astro-ph/0502199.

La existencia de agujeros negros en el universo primitivo (a desplazamientos al rojo menores que 30 relevantes para la formación protogaláctica) que justifiquen esta hipótesis viene dada por un hecho concreto: Las primeras estrellas (populación III) no tuvieron contenido en metales. Debido a esto, el colapso isotermo, con enfriamiento de la nube, que dió lugar a ellas no fue tan eficiente como lo es actualmente, evitando la fragmentación (disminución de la masa de Jeans) de ésta mucho antes, y dando lugar a estrellas mucho mas masivas (de unas mil masas solares). Estas estrellas se consumieron pronto y dieron lugar a agujeros negros, debido a su alta masa.

¿Qué fue de estos agujeros negros? En el papel: Massive black hole remnants of the first stars I: abundance in present-day galactic haloes http://arxiv.org/astro-ph/03071171, se postula que estos agujeros se fusionaron para dar agujeros mayores, que hoy conforman los agujero masivos en el núcleo de las galaxias.

Cambio climático y medio interestelar

Noticia: Cambio climático y medio interestelar
http://www.nasa.gov/centers/ames/news/releases/2005/05_12AR.html

El sol se encuentra en un entorno caliente de baja densidad (hot interstellar medium), denominado ‘burbuja local’, de unos 100 pc de diametro, producido por supernovas de asociaciones OB cercanas hace unos 4 a 5 millones de años. La burbuja local contiene nubes más frías y densas (cloudlets). Se postula que la densidad del medio tiene una influencia en la heliosfera y con ello en la cantidad de rayos cósmicos generados que fluyen al interior del sistema solar. Éstos a su vez, podrían tener una influencia sobre la capa de ozono y con ello sobre el clima del planeta. Las burbujas, como la burbuja local, deben de ser frecuentes y son un componente esencial del modelo McKee-Ostriker, paradigma para modelar el medio interestelar desde hace mas de treinta años. De ahí que se extrapole a toda la órbita solar alrededor del núcleo galáctico.

Pero creo que aquí hay otro aspecto a considerar. Aquí podría haber una utilización partidista de la ciencia. No digo que sea el caso, pero creo que es algo que hay que tener muy en cuenta para mirar este tipo de noticias con atención: La posibilidad de que fenómenos de escala interestelar y galáctica tengan una influencia directa sobreel clima, incluso mayor que la posible influencia humana, puede ser un arma argumentativa para ciertos intereses.

Una alternativa a la energía oscura

Noticia: Una alternativa a la energía oscura
http://www.fnal.gov/pub/presspass/press_releases/darkenergy_3-16-05.html

Papel original en: http://arxiv.org/abs/hep-th/0503117

Se postula la aceleración como consecuencia (estadística) de perturbaciones de mayor tamaño que el horizonte producidas durante la inflación. Mi impresión general es que se trata de una lúcida idea original que parece funcionar. Sin embargo, durante la inflación no se puede producir *cualquier tipo* de perturbaciones, ya que el espectro de estas está determinado por la teoría (espectro gaussiano de Harrison-Zeldovich). Por tanto, si las perturbaciones a escalas mayores que el radio de Hubble son tales que producen un efecto de aceleración tal que el parámetro de deceleración sea q = -0.5, entonces esto debe reflejarse en las perturbaciones a escalas por debajo del radio de Hubble (que son observables). Este aspecto no lo he visto claro en el papel. Lo que también echo en falta es que el papel se concentre en el resultado de las supernovas 1a como indicadores de la aceleración de la expansión y deje de lado otros aspectos cosmológicos como la curvatura, que según esa propuesta dejaría de ser nula con las consecuencias que eso conlleva (aspecto no tratado).

Formación galáctica reciente

Noticia: Formación galáctica reciente
http://www.nasa.gov/centers/jpl/missions/images/newborn.html

En principio no debería haber formación galáctica hoy. Quizás algún caso aislado, un efecto estadístico de ciertas fusiones tardías de protogalaxias para dar galaxias bebé, aunque desconozco en qué medida esto está predicho y no puedo mas que dudar de ello. Por eso, el caso es que pienso que la noticia hay que tomarla con cuidado, aunque quizás peque de dogmatismo con ello: Los starbursts que sirven de indicio para concluir que se trata de una reciente formación galáctica, bien podrían ser debidos a otro tipo de interacciones recientes y estarían ocultando (deslumbrándonos) estrellas viejas. Sin duda un tema interesante para estar alerta.

Un enlace muy didáctico y completo sobre la evolución galáctica:
http://universe-review.ca/F05-galaxy.htm

Una galaxia oscura

Noticia: El descubrimiento de una galaxia oscura
http://www.physicsweb.org/articles/news/9/2/14/1

La materia oscura no-bariónica debe estar aproximadamente en proporción de por lo menos diez a uno frente a la materia bariónica (oscura y visible). Esto es una predicción acorde con la nucleosíntesis del big-bang en el modelo de la concordancia. Además, la localización de la materia oscura no es sólo en el seno de las galaxias, contribuyendo a sus curvas de rotación, sino también fuera de ellas, contribuyendo a la dinámica de los cúmulos galácticos.

En este marco aparecen las galaxias oscuras, o halos oscuros sin formación estelar, como predicciones del modelo cosmológico, cuyo primer candidato parece ser VIRGOHI21.

Que no se hayan formado estrellas en VIRGOHI21 es, en general, explicable debido al bajo contenido de materia bariónica (hidrógeno), pero estríctamente debido a la baja densidad de columna del HI y probablemente la alta rotación del halo. Concrétamente el criterio de Toomre, que determina la inestabilidad gravitacional de un disco bariónico en rotación, no se cumple, lo que evita la fragmentación del gas bariónico. Esto evita la formación de grumos que puedan dar lugar a los típicos colapsos isotermos que llevan a la formación estelar (teoría de Jeans).

Aquí el papel original describiendo el descubrimiento:
A Dark Hydrogen Cloud in the Virgo Cluster
http://arxiv.org/abs/astro-ph/0502312

Inauguración

En este weblog voy a comentar noticias actuales sobre ciencia, especialmente cosmología y astrofísica. La intención es satisfacer el deseo cada vez más general de cierta profundidad y relación con el fundamento teórico, y, en ese marco, proporcionar un punto de vista algo crítico para intentar valorar la relevancia de las noticias, naturalmente todo en la medida de mis modestas posibilidades.

El formato será siempre el mismo: Un enlace a la noticia (espero que en general noticias en español, aunque también en inglés) y un comentario mío (en general en español, aunque quizás también en inglés). Cualquiera está invitado a comentar o preguntar si tiene interés.

Queda así inaugurado el weblog, con un enlace a mi página personal: http://www.geocities.com/alschairn/