2
¿Cómo revela este Observatorio IceCube subterráneo los secretos de las supernovas y agujeros negros lejanos? #física #astronomia #physics #astronomy #science #ciencia #technology #tecnologia #deepsky #solarsystem #sistemasolar #universe #universo #space #espacio
Categoría
🤖
TecnologíaTranscripción
00:00Si te pido que imagines un telescopio, ¿qué te viene a la mente?
00:05Quizás imagines un viejo cilindro de madera con lentes en ambos extremos,
00:09similar al que Galileo Galilei usó por primera vez para escudriñar el cielo y ver las lunas de Júpiter.
00:15O tal vez tu mente está construyendo una cúpula del tamaño de una catedral con espejos tan grandes como canchas
00:21de tenis,
00:22como los telescopios en lo alto de las montañas de Chile y Hawái.
00:26O incluso podrías estar imaginando enormes discos, como el famoso telescopio de Arecibo que una vez capturó ondas de radio
00:34de todo el cosmos.
00:36Lo que probablemente no estás imaginando es un kilómetro cúbico de hielo antiguo bajo la superficie de nuestro planeta en
00:43el polo sur.
00:44Y sin embargo, en lo profundo del paisaje helado de la Antártida, se encuentra precisamente esto.
00:51Un extraño telescopio en uno de los entornos más inhóspitos de la Tierra, diseñado para observar no la luz visible,
01:00sino una de las partículas más inusuales y esquivas del universo.
01:05Y hoy nos unimos al observatorio IceCube en su búsqueda de neutrinos, también conocidos como partículas fantasma.
01:15Si te pararas en esta superficie helada, podrías no ser consciente de que algunos de los eventos más raros del
01:21universo están siendo observados bajo tus pies.
01:25Ubicado en la base habitada más al sur del mundo, la estación del polo sur Amundsen-Scott, IceCube,
01:31utiliza el mismo hielo en el que está construido para observar partículas de neutrinos de alta energía.
01:37¿Pero por qué? ¿Por qué este entorno tan extremo y diseño tan enrevesado para detectar estas partículas?
01:44Porque los neutrinos son raros. Realmente raros.
01:48Los neutrinos son partículas fundamentales, como los quarks y los electrones.
01:53La mayoría de estos neutrinos llegan a la Tierra desde el Sol,
01:57donde son liberados por las reacciones de fusión nuclear que ocurren en su núcleo.
02:02Otros neutrinos pueden llegar de orígenes más catastróficos,
02:06como un agujero negro supermasivo, supernovas,
02:09o cualquier otro evento cósmico con suficiente energía para desintegrar átomos en sus partículas subatómicas.
02:16Similar a los electrones, los neutrinos pertenecen a la familia de partículas de los leptones,
02:21lo que significa que no interactúan con otra materia a través de la fuerza nuclear fuerte
02:26que une a otras partículas subatómicas como protones y neutrones.
02:31A diferencia de los electrones, son neutros y casi no tienen masa.
02:36Esta falta de carga y masa diminuta significa que solo pueden interactuar con otras partículas
02:42a través de la fuerza nuclear débil,
02:44dándoles su cualidad fantasmal y convirtiéndolos en unas de las partículas más difíciles de detectar para los científicos.
02:52Tanto es así que, incluso cuando medimos su presencia,
02:55es solo a través del impacto que tienen en otras partículas.
02:59Si eso no fuera lo suficientemente espeluznante,
03:03los neutrinos también pueden atravesar todo nuestro planeta
03:06sin ni siquiera interactuar con un solo átomo de la corteza,
03:10el manto, el núcleo o cualquier otra capa de la Tierra,
03:14saliendo directamente al otro lado completamente desapercibidos.
03:18Hay trillones de neutrinos atravesándote cada segundo,
03:23y sin embargo, a lo largo de toda tu vida,
03:26solo hay una posibilidad entre cuatro de que siquiera uno de esos neutrinos
03:30interactúe con un átomo que pertenezca a tu cuerpo.
03:36Aquí encontramos una demostración adicional de la completa negativa del neutrino
03:41a interactuar con la materia en el universo.
03:44Los fotones, creados en esas mismas reacciones nucleares,
03:48pueden tardar un millón de años en salir del centro del Sol
03:51hasta lanzarse desde la superficie al espacio.
03:55Se absorben y emiten constantemente en direcciones aleatorias
03:59una y otra vez por los átomos de nuestra estrella,
04:02resultando en un camino largo y sinuoso para escapar.
04:06Los neutrinos, en cambio, al ignorar el resto de partículas,
04:10salen disparados directamente del Sol en solo dos segundos,
04:14viajando casi a la velocidad de la luz.
04:17En lo que respecta a las partículas del modelo estándar,
04:21los neutrinos son ciertamente los más tímidos y antisociales del grupo,
04:25pero en ocasiones se mezclan con otra materia,
04:28y en el proceso pueden crear un drama de eventos de partículas energéticas
04:33que se despliegan en su estela.
04:35Es esta cascada la que IceCube está tratando de observar.
04:40Pueden parecer extraños, pero los 5.160 detectores, o DOMS,
04:45suspendidos a una profundidad de entre 1,5 y 2,5 kilómetros en la oscuridad de la capa de hielo,
04:51son de hecho detectores de luz.
04:54Por supuesto, los rayos del Sol han sido completamente absorbidos
04:58por los miles de metros de hielo comprimido que se encuentran arriba,
05:01pero eso no significa que no haya luz en absoluto aquí abajo.
05:05Los neutrinos y los rayos cósmicos pueden penetrar en el hielo,
05:09y cuando chocan con los átomos del agua congelada,
05:11causan que partículas como los muones aparezcan.
05:16Los muones son la clave para identificar una interacción de neutrinos.
05:20A medida que el muón recién creado se precipita a través del hielo increíblemente claro y denso,
05:26puede exceder la velocidad a la que la luz se mueve a través de ese mismo hielo.
05:31Si bien, para ser claros,
05:33nada puede moverse más rápido que la luz en el vacío,
05:37pero en otros materiales como el hielo, el agua líquida y el vidrio,
05:41la luz puede verse superada.
05:43Esto no es una violación de la física,
05:46sino una consecuencia de que la luz disminuye su velocidad
05:48más que otras partículas dentro del hielo.
05:52A medida que el muón supera a sus contrapartes fotones,
05:55genera una onda de choque de luz azul
05:57que se expande en un patrón en forma de cono desde su trayectoria,
06:01un fenómeno extraño conocido como radiación de Cherenkov.
06:06La radiación de Cherenkov se asocia más comúnmente con los reactores nucleares,
06:11emanando de manera inquietante a través del agua que rodea sus núcleos.
06:17Este tono azul en los reactores nucleares,
06:19y curiosamente también en el hielo del polo sur,
06:22puede parecer apacible y atmosférico,
06:25pero de hecho es el equivalente cuántico del estampido sónico
06:28que ruge de un avión supersónico volando por encima.
06:32En este caso, el avión se mueve a través del aire,
06:35y las ondas de presión o de sonido se propagan en todas direcciones.
06:40Con la velocidad del jet aumentando hacia la velocidad del sonido,
06:44las ondas delante comienzan a acumularse,
06:46formando un frente de choque de alta presión.
06:49Cuando el avión supera la velocidad del sonido,
06:52atraviesa el frente de choque,
06:54causando un cambio rápido de la presión del aire.
06:57Este es el boom sónico.
06:59El frente de choque luego se desplaza en el cono,
07:02siguiendo al avión,
07:03que los observadores escucharán como un estruendoso chasquido.
07:07En el caso del MON,
07:08la partícula no está empujando el aire,
07:11sino que está perturbando los campos eléctricos de los átomos en el hielo
07:15con su carga electromagnética,
07:17polarizando las moléculas de agua.
07:19A medida que las moléculas se despolarizan y vuelven a su estado habitual,
07:23liberan la energía que las forzó a polarizarse en forma de fotones de luz azul
07:28que viajan en todas las direcciones.
07:30Esto sucede a lo largo de todo el camino que el MON recorre a través del hielo.
07:36El MON en movimiento está provocando la emisión de ondas electromagnéticas
07:40de las moléculas de hielo de agua,
07:42que irradian en todas las direcciones,
07:44produciendo un cono de emisión en la dirección del movimiento del MON.
07:49Si el MON viajara más lento que la luz en el hielo,
07:52no habría frente de onda,
07:53y todas las esferas de luz en expansión
07:56interferirían destructivamente entre sí,
07:58cancelándose hasta la completa oscuridad.
08:01Pero como el MON viaja más rápido que la luz,
08:04se crea un frente de onda constructiva en forma de luz azul.
08:08Los miles de módulos ópticos digitales de Ice Cube
08:11están listos para detectar este característico destello de luz azul
08:15a través del hielo.
08:17Las diminutas diferencias entre cuando un módulo óptico digital
08:20registra el destello,
08:22y cuando los módulos vecinos lo detectan,
08:24permiten a los científicos triangular el neutrino
08:27y trazar su trayectoria de regreso a través del hielo,
08:30y finalmente, a través del universo, hacia su origen.
08:34Estos detectores en forma de orbe
08:36son maravillosos e intrincados dispositivos,
08:39diseñados para detectar los más leves indicios lumínicos
08:42en la masa helada.
08:44Cada uno está encerrado en una carcasa de vidrio esférico
08:47de 13 pulgadas,
08:48que protege los componentes electrónicos
08:50en su interior del frío extremo
08:52y la alta presión del hielo antártico.
08:54Dentro, hay un tubo fotomultiplicador
08:57lo suficientemente sensible
08:58como para detectar incluso un solo fotón,
09:01junto con varios componentes que amplifican la señal
09:04y la convierten en datos digitales,
09:06que luego se transmiten por los cables
09:08hasta la superficie.
09:10Y con tantos detectores formando esta matriz tridimensional,
09:13hay una gran cantidad de datos.
09:16Un terabyte completo de mediciones
09:17se captura cada día,
09:19y cientos de gigabytes de eso
09:21son transmitidos por satélite
09:23a científicos de todo el planeta
09:24para que los examinen
09:26en busca de su esquivo objetivo cuántico.
09:29Dentro de este tesoro de datos
09:31se encuentran las huellas de muchas partículas
09:34que llegan desde más allá de nuestra atmósfera.
09:36La gran mayoría son rayos cósmicos.
09:40IceCube detecta alrededor de 275 millones de ellos diariamente.
09:45Los rayos cósmicos son interesantes por sí mismos,
09:48pero actúan como una nube de ruido
09:50que oculta las interacciones de neutrinos,
09:52que ocurren un millón de veces menos frecuentemente,
09:55con solo alrededor de 275 detectados diariamente.
10:01Pero incluso teniendo en cuenta
10:03las 100.000 detecciones de neutrinos
10:05que IceCube realiza cada año,
10:07casi todas ellas se generan en nuestra propia atmósfera,
10:10como desechos de colisiones de rayos cósmicos
10:12con átomos en el gas que rodea nuestro planeta,
10:15y no de orígenes cósmicos en sí mismos.
10:18Sin embargo, la palabra clave aquí es casi.
10:24El 22 de septiembre de 2017,
10:27un estallido excepcionalmente brillante
10:29de radiación de Cherenkov
10:30fue registrado por la matriz de detectores de IceCube.
10:35Trabajando juntos,
10:36los domes utilizaron las pequeñas diferencias de tiempo
10:39entre cuando cada uno detectó el destello
10:41para trazar el camino del moon
10:43y el neutrino excepcionalmente energético que lo creó,
10:46hasta una fuente cósmica poderosa y misteriosa
10:49en las profundidades de nuestro universo.
10:52Un blázar,
10:54un agujero negro supermasivo
10:56en el centro de una galaxia distante,
10:58lanzando chorros de partículas hacia la Tierra.
11:02Este descubrimiento fue monumental.
11:04No fue la primera vez que IceCube había detectado neutrinos
11:08desde lo extremadamente profundo del espacio,
11:10pero esta detección fue la primera
11:12en activar una alerta en tiempo real
11:14a telescopios de todo el mundo,
11:16indicando que había algo significativo
11:18que observar en esa dirección.
11:20IceCube y los neutrinos
11:22habían entrado de lleno
11:23en el mundo de la astronomía multimensajera,
11:26donde el cosmos se estudia no solo a través de la luz,
11:29como ha sido durante la mayor parte
11:31de la historia de la astronomía,
11:32sino también con ondas gravitacionales,
11:35rayos cósmicos y ahora neutrinos.
11:39Los neutrinos son una ventana
11:41particularmente útil para nosotros,
11:43porque al igual que las ondas gravitacionales,
11:46pueden llegar antes que la luz
11:47de un evento astronómico importante.
11:50Debido a su naturaleza fantasmal,
11:52de la que hablé antes,
11:53los neutrinos siguen un camino muy directo
11:56hacia nuestro detector,
11:57mientras que la luz se enfrenta a muchos obstáculos
11:59como el polvo y los campos magnéticos
12:02que interfieren con su recorrido
12:03y la ralentizan.
12:05IceCube ahora está completamente integrado
12:07en una red planetaria de observatorios,
12:10escudriñando constantemente los cielos
12:12en busca de señales de eventos de alta energía,
12:15listo para informar a antenas parabólicas,
12:17espejos y lentes,
12:18precisamente donde apuntar
12:20para ver fenómenos raros y transitorios
12:22que de otro modo nos perderíamos por completo.
12:26IceCube es el noble vigilante,
12:28dando la alarma para reunir un ejército
12:31de tropas telescópicas en todo el mundo,
12:33indicándoles donde apuntar
12:35para avistar furiosos incendios cósmicos.
12:37Y aún más, IceCube puede darnos
12:40una visión única del corazón de estos fenómenos.
12:43Porque nuevamente,
12:44a diferencia de los fotones,
12:46los neutrinos pueden escapar relativamente ilesos
12:49de entornos de alta energía
12:50como el colapso del núcleo de explosiones de supernovas
12:53o fusiones catastróficas
12:55de estrellas de neutrones increíblemente densas,
12:58o incluso la furia abrasadora
13:00de los agujeros negros supermasivos.
13:02IceCube puede proporcionar
13:04información nueva y diferente.
13:05Puede ver cosas
13:07a las que los telescopios basados en luz
13:09son ciegos, por así decirlo.
13:11Los neutrinos que detecta
13:13pueden ampliar enormemente
13:14nuestra comprensión de todos estos eventos
13:16y de la naturaleza más fundamental del universo.
13:20Durante estos eventos,
13:21la física se lleva al límite.
13:23Las partículas son aceleradas
13:25a velocidades y energías
13:26miles de veces mayores
13:28de lo que podemos lograr
13:29en nuestros aceleradores de partículas en la Tierra,
13:32como el CERN.
13:33Esto permite a los físicos
13:35probar sus teorías
13:36y utilizar la llegada de neutrinos a IceCube
13:38para hacer nuevos descubrimientos,
13:40no solo sobre el comportamiento
13:42y las propiedades de los neutrinos,
13:44sino también sobre la materia oscura
13:46e incluso sobre el hielo en sí.
13:49Por eso se dedicó tanto esfuerzo
13:51a construir un telescopio tan extremo
13:53como el Observatorio de Neutrinos IceCube.
13:56Un esfuerzo que tomó siete años completar,
13:58con el trabajo deteniéndose
14:00durante el invierno antártico,
14:01cuando los aviones son excluidos
14:03del continente más austral de la Tierra
14:05debido al clima brutal.
14:07Solo se puede reanudar brevemente
14:09durante los meses de verano,
14:11de noviembre a febrero.
14:13Durante esos siete años,
14:14el equipo de IceCube
14:16perforó 86 agujeros
14:18de dos kilómetros y medio de profundidad,
14:20utilizando 18.000 litros de combustible
14:22por poste
14:23y derritiendo 750.000 litros de hielo
14:26en el proceso.
14:28Todo para que unos pocos cientos
14:30de científicos
14:31vivan y trabajen
14:32en uno de los entornos
14:33más inhóspitos de nuestro planeta
14:35en un intento por comprender
14:37los eventos más extremos
14:39de nuestro universo
14:39y captar un vistazo
14:41de la partícula más elusiva
14:43del universo.
14:46Los neutrinos
14:47son los fantasmas
14:48del reino de las partículas.
14:50Se necesitan ideas audaces
14:51e ingeniosas
14:52de científicos ambiciosos
14:54para presenciar
14:55incluso un solo neutrino.
14:57Sabemos realmente
14:58poco sobre ellos
14:59en comparación
15:00con otras partículas,
15:01pero son igual de importantes
15:03para avanzar
15:04en nuestro entendimiento
15:05de las leyes fundamentales
15:06de la naturaleza.
15:07Con cada neutrino detectado,
15:09nos acercamos más
15:10a comprender el universo
15:11y las poderosas fuerzas
15:13que lo formaron
15:13y lo gobiernan.
15:16Suscríbete
15:17y deja un me gusta
15:18para apoyar el canal.
15:20Gracias por tu visita
15:21y nos vemos en el futuro.