miércoles, 16 de septiembre de 2015

Los rayos cósmicos afectan a la habitabilidad en exoplanetas

Los rayos cósmicos bombardean constantemente la Tierra desde el espacio exterior. Este tipo de partículas energéticas podría limitar la vida, tal y como la conocemos, en otros planetas.

Más de un siglo tras su descubrimiento, los rayos cósmicos continúan confundiendo a los científicos. Estas partículas subatómicas y cargadas viajan por el espacio casi a la velocidad de la luz, algunas incluso con energías hasta 100 millones de veces mayores que las que se obtienen en los más potentes aceleradores de partículas terrestres. Se piensa que son núcleos atómicos, la gran mayoría protones o núcleos de hidrógeno.
Cuando impactan contra la atmósfera terrestre generan una  lluvia de otras partículas, incluyendo muones, que son esencialmente versiones más pesadas que sus primos los electrones. Algunas llegan a alcanzar la superficie terrestre, pudiendo dañar la vida en la superficie y en los océanos. Los muones pueden llegar a penetrar hasta cientos de metros bajo la superficie de un planeta.
Los científicos están investigando cómo los rayos cósmicos podrían influir en la habitabilidad de otros mundos. Los cientos de exoplanetas descubiertos durante las últimas dos décadas han abierto la posibilidad de que algunos de ellos pudieran ser el hogar de vida extraterrestre. El interés se está centrando en aquellos mundos que se encuentran en la zona habitable, donde recibirían suficiente calor como para poseer superficies que puedan mantener agua líquida; en la Tierra prácticamente hay vida en todos los lugares donde hay agua líquida.
Es por ello que el nivel de radiación que recibe un planeta controla, en parte, su habitabilidad. Aunque un planeta recibe muchos menos rayos cósmicos que radiación procedente de su estrella, la energía media de los rayos cósmicos es mucho más grande que la que poseen los fotones y protones emitidos desde las estrellas, por lo que es crítico estudiar mejor sus efectos.
Según Dimitra Atri, físico en el Instituto de Ciencias Espaciales Blue Marble, una institución sin ánimo de lucro con una red de científicos a lo largo del planeta: “si la dosis es muy alta, entonces la vida como la conocemos no podría existir”
Los científicos se han concentrado ahora en dos factores que podrían influir en la dosis de rayos cósmicos que alcanzan a la superficie de los planetas: la potencia de su campo magnético y la profundidad de su atmósfera.
“Comencé a pensar en este problema al fijarme en Marte y la Tierra, que son planetas vecinos, pero mientras que en la Tierra ha prosperado la vida en Marte no observamos que haya ocurrido lo mismo. ¿Por qué? El principal factor es que en Marte hay un elevado nivel de radiación, puesto que su atmósfera es muy tenue, comparándola con la terrestre, y no posee un campo magnético que pueda protegerlo de los rayos cósmicos. Así que me pregunté qué posibles escenarios intermedios podrían existir entre ambos extremos”, nos dice Atri.
Los investigadores simularon planetas donde los campos magnéticos variaban desde uno de tipo terrestre hasta otros sin campo alguno, y con atmósferas de tipo terrestre o hasta diez veces la terrestre.
“Sabemos que el campo magnético terrestre nos protege de los dañinos rayos cósmicos, y pensamos que los campos magnéticos tendrían que ser el principal factor de control de la dosis de radiación superficiales”
Inesperadamente, “encontramos que el grosor de la atmósfera planetaria tiene mucha mayor importancia a la hora de limitar la dosis de radiación”, cuenta Atri. “Si cogieras la Tierra y eliminaras completamente el campo magnético, la dosis de radiación se duplicaría. Esto es un gran incremento, pero no suficiente como para que notáramos los efectos. Sin embargo, manteniendo el campo magnético y disminuyendo la atmósfera a la décima parte, la dosis se incrementaría en dos órdenes de magnitud”.

Los minerales terrestres serán comunes en otras exotierras

Los planetas rocosos con composición mineralógica similar a la terrestre pueden ser mucho más abundantes que el resto de planetas con superficies más exóticas.

En un reciente estudio sobre la evolución química de nuestra galaxia, elaborado por la Universidad de Hull, se ha determinado que los compuestos básicos para la formación de rocas y minerales como los terrestres son ubicuos en toda la Vía Láctea.
Se cree que los minerales compuestos por carbono, oxígeno, magnesio y silicio conforman el paisaje de los exoplanetas rocosos que se forman en torno a estrellas como la nuestra. Pequeñas diferencias en la composición mineralógica de estos planetas podrían tener efectos importantes sobre la tectónica de placas y la forma en que se calienta y enfría su superficie, pudiendo afectar en gran medida a su habitabilidad.
Hasta ahora se pensaba que podrían existir tres tipos distintos de planetas rocosos: los parecidos al nuestro (ricos en silicatos), los planetas carbonosos y los planetas ricos en magnesio.
Se cree que la proporción de los elementos químicos terrestres ha podido ser la más apropiada para el surgimiento de la vida. Planetas con mucho contenido en carbono, por ejemplo, terminarían teniendo superficies más parecidas al grafito de nuestros lápices que a los paisajes a los que estamos acostumbrados en la Tierra.
Los investigadores diseñaron una sofisticada simulación informática de la evolución química de nuestra galaxia, que resultó en una exacta recreación de la composición química de la Vía Láctea, tal y como la conocemos en la actualidad. Este modelo ha permitido examinar detalladamente los procesos químicos de la formación de planetas. Los resultados obtenidos han sido sorprendentes.
“¡Pensábamos que el modelo era incorrecto!”, cuenta uno de los científicos. “Todo encajaba tan exactamente a la perfección que nos pareció sorprendente la alta proporción de planetas parecidos a la Tierra que se formaban en nuestra galaxia simulada.” Y es que se esperaba que tan  sólo un tercio de los planetas rocosos tuviera una composición parecida a la terrestre.
No todos estos planetas serán exactamente como la Tierra, con condiciones que permitan que el agua líquida fluya por su superficie. Sólo hay que fijarse en Marte y Venus para comprender de qué diferentes maneras pueden llegar a evolucionar los planetas terrestres. Sin embargo, si sus constituyentes son similares a los planetas rocosos del sistema solar será mucho más probable que se formen gemelos terrestres.
Y esta probabilidad es ahora tres veces mayor de lo que se pensaba

Homo naledi: nuestro nuevo pariente

Artículo publicado el 10 de septiembre de 2015 en el Instituto Max Planck
Los investigadores descubren una nueva especie de fósil humano en una gruta de Sudáfrica.
El 10 de septiembre se anunció el descubrimiento de una nueva especie pariente de los humanos por parte de la Universidad de Witwatersrand, la National Geographic Society y el Departamento Sudafricano de Ciencia y Tecnología / Fundación Nacional de Investigación (DST/NRF). Además de arrojar nueva luz sobre los orígenes y diversidad de nuestro género, la nueva especie, el Homo naledi, parece haber depositado intenacionadamente los cuerpos de sus fallecidos en una remota cámara de una cueva, un comportamiento que anteriormente se pensaba que estaba limitado a los humanos. Los investigadores del Instituto Max Planck para Antropología Evolutiva en Leipzig, Alemania, tomaron parte en la investigación.
homo Naledi copy
Homo naledi Crédito: John Bavaro

Este descubrimiento, que consta con más de 1550 elementos fósiles numerados, es el homínido fósil aislado de mayor tamaño encontrado en el continente africano. El descubrimiento inicial se realizó en 2013 en una cueva conocida como Rising Star en el Yacimiento del Legado del Mundo Cuna de la Humanidad, a unos 50 kilómetros al noroeste de Johannesburgo, en Sudáfrica, por parte de científicos de la Universidad de Wits y espeleólogos. Los fósiles yacen en una cámara a aproximadamente 90 metros de la entrada de la gruta, accesible sólo a través de un conducto tan estrecho que se necesitó un equipo especial de individuos muy delgados para recuperarlos.
Por el momento, el equipo ha recuperado partes de, al menos, 15 individuos de la misma especie, una pequeña fracción de los fósiles que se cree que quedan en la cueva. “Con casi cada hueso del cuerpo representado múltiples veces, Homo naledi es ya el miembro fósil mejor conocido de nuestro linaje”, dice el director del equipo Lee Berger, profesor investigador en el Instituto de Estudios Evolutivos en la Universidad de Witwatersrand y explorador residente en National Geographic, quien dirigió las dos expediciones que descubrieron y recuperaron los fósiles. “Éste es un hallazgo tremendamente significativo”, señala Terry Garcia de National Geographic Society que proporcionó un apoyo fundamental al proyecto.
H. naledi toma su nombre de la cueva Rising Star (Estrella ascendente) — “naledi” significa “estrella” en el lenguaje local de Sesotho. “En general, Homo naledi tiene el aspecto de unos de los miembros más primitivos de nuestro género, pero también tiene unos rasgos sorprendentemente humanos, lo suficiente como para garantizarle un lugar en el género Homo”, apunta John Hawks de la Universidad de Wisconsin, en Madison, Estados Unidos. “Homo naledi tenía un cerebro minúsculo, aproximadamente del tamaño de una naranja de tamaño mediano, situado sobre un cuerpo muy delgado”. La investigación demuestra que un Homo naledi promedio tenía una altura aproximada de 1,5 metros y pesaba unos 45 kilogramos.
Los dientes se describen en los artículos como similares a los de los miembros más antiguos de nuestro género, tales como el Homo habilis, así como la mayor parte de rasgos del cráneo. “Una variedad de aspectos de los dientes, tales como los premolares inferiores multi-cúspide, son primitivos para nuestro género, y destacan la naturaleza antigua de la especie”, explica Matthew Skinner de la Universidad de Kent en el Reino Unido, y el Instituto Max Planck para Antropología Evolutiva en Leipzig, Alemania. Los hombros, sin embargo, son más similares a los de los simios. “Las manos sugieren capacidad para usar herramientas”, comenta Tracy Kivell de la Universidad de Kent en el Reino Unido, y el Instituto Max Planck para Antropología Evolutiva en Leipzig. “Sorprendentemente, Homo naledi tiene unos dedos extremadamente curvados, más curvados que ninguna otra especie de homínido antiguo, lo que claramente demuestra capacidad para escalar”.
Esto contrasta con los pies de Homo naledi, que son “virtualmente indistinguibles de los de un humano moderno”, señala William Harcourt-Smith del Lehman College, CUNY, y el Museo Americano de Historia Natural. Esto, combinado con sus largas piernas, sugiere que la especie estaba bien equipada para caminar largas distancias. “La combinación de rasgos anatómicos de Homo naledi lo distingue de cualquier otra especie conocida”, añade Berger.
Tal vez lo más notable sea que el contexto del hallazgo ha llevado a los investigadores a concluir que este homínido de aspecto primitivo pudo haber dispuesto intencionadamente los cadáveres, un comportamiento que normalmente se consideraba único en los humanos. Los fósiles, que constan de bebés, niños, adultos, e individuos ancianos, se hallaron en una cámara profunda que el equipo ha bautizado como Cámara Dinaledi, o “Cámara de las Estrellas”, en Sesotho. Esta sala “siempre ha estado aislada de otras cámaras y nunca ha estado abierta directamente a la superficie”, señala Paul Dirks de la Universidad James Cook en Australia. “Lo importante que tenemos que comprender es que los restos se encontraron prácticamente solos en esta remota cámara en ausencia de ningún otro gran fósil de animal”.
Tan remoto era el lugar que de los más de 1550 elementos fósiles recuperados, sólo aproximadamente una docena no eran homínidos, y estas piezas eran restos aislados de ratones y aves, lo que significa que la cámara atrajo a algunos visitantes accidentales. “Tal situación no tiene precedente en el registro homínido fósil”, apunta Hawks. El equipo señala que los huesos no contienen marcas de carroñeros o carnívoros, ni ninguna otra señal de que agentes no homínidos, o incluso procesos naturales tales como cursos de agua, transportasen a estos individuos a la cámara. “Exploramos todos los escenarios alternativos, incluyendo una muerte en masa, un carnívoro desconocido, el transporte mediante agua desde otra localización, o una muerte accidental en una trampa, entre otros”, explica Berger. “Al examinar cada opción, nos dejó la disposición intencionada de cuerpos por parte Homo naledi como el escenario más plausible”.
El material fósil se recuperó en dos expediciones llevadas a cabo en noviembre de 2013 y marzo de 2014, conocidas como las Expediciones Rising Star. En la expedición inicial, a lo largo de un periodo de 21 días y más de 60 científicos y espeleólogos trabajando juntos en lo que Marina Elliott, una de las científicas de la excavación, describe como “algunas de las condiciones más difíciles y peligrosas jamás halladas en la búsqueda de orígenes humanos”. Elliott fue una de las seis mujeres seleccionadas como “astronautas bajo tierra” a partir de un conjunto global de candidatos después de que Berger realizase una llamada a través de las redes sociales buscando científicos/espeleólogos con experiencia que pudiesen pasar por la abertura de la cueva, de 18 centímetros de anchura. Las redes sociales continuaron desempeñando un papel importante en el proyecto, dado que el equipo compartió el progreso de la expedición con una gran audiencia entre el público general, alumnos de colegio, y científicos.
Los fósiles se analizaron en un único taller en mayo de 2014. Más de 50 científicos con experiencia, incluyendo a 35 investigadores que iniciaban su carrera, se unieron en este estudio para analizar y estudiar este tesoro de fósiles, y escribir los artículos científicos. “Esta fue la primera vez en el campo de la paleoantropología que se han estudiado fósiles humanos de este modo, y fue una experiencia increíble y productiva”, comenta Kivell, que asistió al taller junto con Skinner.
Aún quedan muchos restos por descubrir en la gruta Rising Star. “Esta cámara no ha desvelado todos sus secretos”, señala Berger. “Quedan, potencialmente, cientos, si no miles, de restos de Homo naledi allí abajo”.

Cassini encuentra un océano global en Encélado

Artículo publicado el 15 de septiembre de 2015 en NASA
Un océano global subyace bajo la helada corteza de Encélado, la luna geológicamente activa de Saturno, de acuerdo con una nueva investigación que usa datos de la misión Cassini de la NASA.
Los investigadores encontraron que la magnitud del ligerísimo temblor de la luna, que se produce al orbitar a Saturno, sólo puede explicarse si la capa exterior de hielo no está helada en su interior, lo que significa que debe haber presente un océano global.
Corte de Encélado
Corte de Encélado Crédito: NASA/JPL Caltech

El hallazgo implica que el fino rocío de vapor de agua, partículas de hielo, y moléculas orgánicas simples que ha observado Cassini procedente de las grietas cercanas al polo sur de la luna, están alimentadas por esta vasta reserva de agua líquida. La investigación se presenta en un artículo publicado esta semana en la revista Icarus.
Los anteriores análisis de los datos de Cassini sugerían la presencia de una masa de agua, o mar, en forma de lente por debajo de la región del polo sur de la luna. Sin embargo, los datos gravitatorios recopilados durante las distintas pasadas de la nave sobre la región polar apoyan la posibilidad de que el mar pueda ser global. Los nuevos resultados, derivados usando una línea independiente de pruebas basadas en imágenes de Cassini, confirma que éste es el caso.
“Éste era un problema complejo que requirió años de observaciones, y cálculos que implican un variado conjunto de disciplinas, pero tenemos confianza en que por fin dimos con ello”, comenta Peter Thomas, miembro del equipo de imágenes de Cassini en la Universidad de Cornell en Ithaca, Nueva York, y autor principal del artículo.
Los científicos de Cassini analizaron más de siete años de imágenes de Encélado tomadas por la nave, que ha estado orbitando a Saturno desde mediados de 2004. Cartografiaron en detalle las posiciones de los rasgos geológicos de Encélado, principalmente cráteres, a través de cientos de imágenes para medir los cambios en la rotación interna de la luna con una precisión extrema.
Como resultado encontraron que Encélado tiene un minúsculo, pero medible, temblor en su órbita alrededor de Saturno. Debido a que la luna helada no es perfectamente esférica, y dado que se desplaza más rápida o más lentamente durante distintas partes de su órbita, el planeta gigante sacude sutilmente a Encélado durante su rotación.
El equipo acopló sus medidas de este temblor, llamado libración, a distintos modelos de cómo podría estar compuesto en interior de Encélado, incluyendo unos en los que la luna estaba helada desde la superficie hasta el núcleo.
“Si la superficie y el núcleo estuviesen conectados de forma rígida, el núcleo proporcionaría un peso muerto suficiente para que el temblor fuese mucho menor del observado”, explica Matthew Tiscareno, científico del Instituto SETI que participa en Cassini, y coautor del artículo. “Esto demuestra que debe haber una capa global líquida que separe la superficie del núcleo”, comenta.
El mecanismo que podría haber evitado que el océano de Encélado se congelase, aún es un misterio. Thomas y sus colegas sugieren algunas ideas para futuros estudios que podrían ayudar a resolver la cuestión, incluyendo la sorprendente posibilidad de que las fuerzas de marea debidas a la gravedad de Saturno pudiesen estar generando mucho más calor de lo que anteriormente se pensaba en el interior de Encélado.
“Éste es un gran avance acerca de lo que conocemos sobre la luna, y demuestra el tipo de descubrimientos de gran calado que pueden hacerse con misiones orbitales de larga duración en otros planetas”, señala la coautora Carolyn Porco, directora del equipo de imágenes de Cassini en el Instituto de Ciencia Espacial (SSI) en Boulder, Colorado, y profesora visitante en la Universidad de California en Berkeley. “Cassini ha sido un ejemplo a este respecto”.
El lento desarrollo de la historia de Encélado ha sido uno de los grandes triunfos de la larga misión de Cassini a Saturno. Los científicos detectaron inicialmente señales de la pluma helada de la luna a principios de 2005, y prosiguieron una serie de descubrimientos sobre el material que se escapa de las cálidas grietas cerca del polo sur. Anunciaron sólidas pruebas de mares regionales en 2014 y, más recientemente, en 2015, compartieron resultados que sugerían una actividad hidrotermal en el lecho oceánico.
Cassini tiene previsto hacer un sobrevuelo cercano de Encélado el próximo 28 de octubre, en la que será la inmersión más profunda de la misión en la pluma de material helado de la luna. La nave pasará a apenas 49 kilómetros (30 millas) sobre la superficie de la luna.

Resuelto el misterio de la supernova superluminosa .

Ilustración esquemática de cómo una lente gravitatocional amplifica el brillo de la supernova PS1-10afx. / Kavli IPMU
El año pasado se informó del descubrimiento de una supernova tan brillante que dejó perplejos a los científicos, porque nunca se había visto nada igual. Investigadores de la Universidad de Tokio (Japón) aclaran esta semana en Science que en realidad se vio tan luminosa por la presencia de una galaxia delante que actuó como ‘lupa’ o lente gravitacional.

En 2010 se descubrió la existencia de PS1-10afx, la supernova o explosión estelar más luminosa de su clase. En 2013 se informó a la comunidad científica internacional y desde entonces ha habido una fuerte controversia sobre el origen de su brillo excepcional –30 veces más de lo previsto– y ha llevado al planteamento de dos hipótesis.

Por una parte, algunos investigadores concluyeron que se trataba de un nuevo tipo de supernova extrabrillante desconocida hasta la fecha. Sin embargo, otro grupo sostenía que era una supernova normal del tipo Ia –con líneas de absorción características para elementos como el silicio–, pero magnificada por una lente gravitacional como un agujero negro u otro objeto supermasivo cercano.


Esta segunda hipótesis es la correcta, de acuerdo al estudio que investigadores del Instituto Kavli de la universidad japonesa de Tokio publican en la revista Science. “El equipo que la descubrió propuso que era un tipo de supernova no predicha por la teoría, pero observamos que PS1-10afx era diferente cada día, que evolucionaba demasiado rápido y se hacía cada vez más roja”, comenta Robert Quimby, el autor principal.

Esto les hizo pensar en la presencia de la lente gravitacional, una especie de gigantesca lupa que se genera cuando la luz procedente de un cuerpo lejano se curva alrededor de otro más próximo y masivo –como una galaxia–  situado entre el emisor y el receptor, la Tierra en este caso.

“Pensamos que el brillo excepcional de la supernova se genera por una lente asociada, pero no teníamos ninguna evidencia directa sobre su presencia, así que la explicación parecía que requería un poco de magia”, bromea Quimby, “una nueva física o lupa que no se ve ".

Los investigadores sospechaban que ese objeto intermedio debía seguir ahí aunque la supernova ya se hubiera desvanecido, así que para confirmar su existencia utilizaron los datos espectroscópicos facilitados por el telescopio Keck-I en Hawái (EE UU) para analizar las galaxias próximas a la supernova.

Dos juegos de líneas de emisión de gases
Si estaba en medio otro objeto durante la brillante explosión de PS1-10afx se esperarían ver dos juegos de líneas de emisión de gases en el espectro, y eso es justo lo que encontraron. De esta forma el equipo dedujo que hay otra galaxia justo en frente, en el ángulo correcto y la distancia justa para amplificar la luz de la supernova.

La lente gravitacional identificada es la primera con que se asocia firmemente a una supernova de tipo Ia, y según los autores, se perdió su rastro en los estudios anteriores debido a la potente luz de la explosión estelar.

Como el comportamiento de esta clase de supernovas sirve a los científicos para medir las distancias a galaxias remotas, el nuevo hallazgo también los puede servir de referencia para utilizar los futuros eventos de supernovas con lente en la medición de la expansión cósmica.

cred. astrofísica y física.