Què és un forat negre i el descobriment de dos forats negres super-massius

Què és un forat negre?

   Un forat negre és una regió finita de l'Univers en la qual trobem una elevada concentració de massa en el seu interior així doncs la seva densitat és també molt elevada el que genera un camp gravitacional tan elevat que impedeix que ninguna partícula puga escapar.

Com es formen els forats negres?

   Els forats negres tal I com els coneguem es formen quan mor una gegant roja (una estrel.la de gran massa). Entenem per mort d'una estrel.la quan s'esgota completament la seva energia.

   L'estrel.la comença a exercir una força gravitacional sobre si mateixa  de manera que en un xicotet volum es concentra una enorme quantitat de massa. Aquesta nova formació rep el nom d'enana blanca. Seguint amb el procés pot arribar al punt de colapsar-se i la enana blanca dona lloc a un forat negre.

   Es a dir, podríem dir de forma senzilla que el forat negre es forma com a resultat de la contínua atracció gravitacional en un determinat volum. Cal tindre en compte que parlem de gravetats extremes que poden fins i tot afectar el àtoms de manera que els electrons en òrbita al voltant del nucli s'apropen tant que es fusionen amb els protons donant com a resultat la formació de neutrons. Si les partícules continuen aplatanat-se les unes amb les altres donen com a resultat dit forat negre.

Com es classifiquen els forats negres?

Hi ha diferents formes de poder classificar els forats negres:

Segons la massa en ordre decreixent:

Forats negres super-massius:

Son aquells amb masses en relació de mil.lions de masses Solars. Es troben majoritàriament en el cor de les galàxies. 

Forats negres de massa estel.lar: 

Es formen quan una estrel.la implosiona. La seva massa és al voltant de 2.5 voltes la massa del Sol. Aquest tipus de forats negres foren els que es postularen a la teoria de la relativitat.

Micro forats negres:

No es poden formar per col.lapse (procés abans descrit) ja que el procés implica masses superiors a les del Sol. Son forats hipotètics.  I són formulats per la gravetat quàntica. Presenten massa menor a la del Sol.

Segons les seves propietats físiques:

   Un forat negre formulat segons les equacions d'Einstein segueix un teorema que afirma que qualsevol objecte que sofrisca un col.lapse gravitatori assoleix un estat estacionari (estable i continu) com a forat negre descrit sols per 3 paràmetres: Massa, Càrrega i el seu moment angular (entenem per moment angular p.e. un cos esfèric que gira al voltant de si mateixa, al producte de la massa m pel ràdi r per la seva velocitat de rotació).

Així una classificació per a l'estat final d'un forat negre:

El forat negre més senzill possible és el forat que no rota ni presenta càrrega (Schwarzschild).

No gira però posseeix càrrega elèctrica (Reissner-Nordstrøm).

Gira però no posseeix càrrega elèctrica (Kerr).

Gira i posseeix càrrega elèctrica (Kerr-Newman). 

   La noticia recent fou el descobriment de dos forats negres super-massius, els primers d'aquestes característiques fins al moment. Amb aquest descobriment es posa de manifest que la formació de les grans galàxies i dels forats negres super-massius difereixen de la formació galàxies més petites i els forats negres de massa estel.lar. Es a dir el procés de formació és diferent depenent del tamany cosa que fins al moment no estava del tot clar.

   Els estudis fets fins al moment en base a les fluctuacions de lluminositat i de lluentor dels quàsars fan pensar que les galàxies massives amb un component esferoïdal alberguen en el seu centre forats negres super-massius. Els estudis en base als paràmetres abans citats suggereixen que aquests forats negres són de masses superiors a 10,000 mil.lions de voltes la massa del nostre sol.

Fins a la data, els forats negres més grans que s'havien trobat eren del voltant de 6,300 mil.lions de voltes la massa solar (Galàxia el·líptica gegant Messier 87). 

   Amb aquest nou descobriment de dos forats negres super-massius estem parlant de 9,700 mil.lions de voltes la massa del nostre Sol (NGC 3842) i per a la galàxia NGC 4889 una massa semblant. Per tant ens aproximem a les masses teòriques que descriuen la formació de grans galàxies esferoïdals.

La química és divertida!

Hi ha voltes que no cal simplement llegir i llegir manuals de química per comprendre les reaccions químiques derivades de la interacció d'elements. Hi ha voltes un senzill i divertit vídeo ens pot ajudar també!

Gràcies a Elena per publicar-lo al seu facebook!

Daniel Shechtman, premi Nobel de química 2011.

Aquest mes es va fer públic el premi nobel de química i va ser per al químic Daniel Shechtman pels seus estudis i descobriment dels quasicristalls.

Què són els quasicristalls?

Per a explicar que són els quasicristalls cal citar en primer lloc que són els cristalls. Nosaltres emprem erròniament la definició de cristall. Parlem de cristall quan ens referim a les botelles, finestres..es a dir, el material transparent silicat. Doncs bé, no és exactament un cristall, això s’anomena vidre.

Un vidre és un material silicat (base de silici) amorf, sense estructura. I anem més enllà un vidre és un líquid! Hi ha estudis que demostren que els rosetons de les catedrals tenen una major densitat i grossor a la seva base degut a que el vidre colorejat “corre” cap avall.

Un cristall per altre costat es un sòlid amb una estructura periòdica definida i per tant en aquest cas si és un sòlid. La estructura pot ser de àtoms, ions o molècules.

La seva formació és deguda a la cristal·lització de gasos a altes pressions en les parets interiors de les cavitats rocoses de les anomenades Geodes. La qualitat, tamany, color i forma depèn tant de la pressió i composició de gasos, de la temperatura, etc...

Per tant, un cristall està format per la unió de partícules disposades de forma regular seguint un esquema determinat que es reprodueix, en forma i orientació, en tot el cristall i que crea una xarxa tridimensional. En funció del tipus de unió i de la disposició tenim diferents tipus de cristalls.

En el cas dels quasicristalls podríem dir que tenim un material intermig entre els anteriors, es a dir, es tracta de materials amb semi-periodicitat. No es poden construir per la repetició de la xarxa. A diferència d’un vidre si es troben organitzats i per tant no podem dir que siguen amorfs.

Figura 1. Diferents xarxes a la estructura del quasicristall.

On podem trobar els quasicristalls?

En la majoria d'aleacions d'Alumini (Al-Li-Cu, Al-Mn-Si, Al-Ni-Co...) i també d'altres elements químics (Ti-Zr-Ni, Zn-Mg-Ho, Zn-Mg-Sc...)

Quines propietats presenta un quasicristall?

Els quasicristalls no són bons conductors elèctrics. Són materials molt durs i resistents. Per tant són bons materials antiadherents per a paelles a diferència del Tefló si emprem un metall (ganivet) no ratllarem la superfície sinó que serà precisament el ganivet el que sofrirà l'acció de la duresa del quasicristall.

També pot tindre un bon ús per a acers amb aplicació per a la pell, com les maquinetes d'afaitar o material quirúrgic ja que si afegim partícules quasicristal.lines evitarem que el material puga sofrir deformacions derivades de la dislocació (defecte comú als materials metàl•lics). Aquestes partícules eviten la dislocació.

Duresa de l'aigua i el sabó

Seguint amb explicacions per a les nostres rutines diàries avui m'agradaria parlar d'un comentari generalitzat.

Moltes voltes que viatgem a d'altres regions d'Espanya escoltem el comentari de "Quan et rentes el pèl es queda més llis, la pell la tinc menys resseca, amb la meitat de sabó et pots rentar tot el cos..."

Aquestes apreciacions són certes i estan relacionades amb un factor comú, la duresa de l'aigua de les nostres terres.

L'aigua, principalment provinent de pous, manantials i pantans conté en dissolució quantitats importants de matèria en dissolució. Pot trobar-se en forma de matèria orgànica, sals, cations metal.lics (metalls en forma lliure ex. Sodi), etc...

A la nostra terra, l'aigua presenta com a característica comú una elevada concentració de sals de calci i magnesi principalment degut a la composició de la terra.

Figura 1. Mapa de la duresa de l'aigua.

Aquesta concentració no és bona aliada ni per als electrodomèstics i canonades ni la nostra roba i pell. En el primer grup, els electrodomèstics i canonades sofreixen el que anomenem calç ( CaOH i CaO) aquest precipitat de color blanc s’adhereix a la superfície de les canonades provocant l’obstrucció amb el pas del temps.

Una solució aplicada fou la substitució de canonades de coure per les de PVC però el fet de tindre aigua calenta provoca la necessitat de canonades de coure i per tant no és la solució definitiva.

Al cas de la pell, la irritació i la pèrdua de suavitat en el pèl és deguda també a la calç. I en el cas de la roba és la inclusió del precipitat blanc en la xarxa del teixit.

Una volta tenim detectat el problema la qüestió és. perquè cal emprar una major quantitat de sabó quan  ens rentem?

Una explicació senzilla la trobem a la química. L'aigua dura, així l’anomenem quan conté cations de Calci i Magnesi, quan es mescla amb el sabó (que és el resultat d'una base com l'hidròxid sòdic i un àcid gras), dona com a resultat la insolubilitat del sabó ja que al reaccionar aquest amb l'aigua ens dona com a producte sabó de Calci o sabó de Magnesi que és insoluble en aigua tal i com mostra la següent reacció:

C₁₇H₃₅COONa + CaCl₂ ---------> (C₁₇H₃₅COO)₂Ca + 2NaCl

Amb aigua dura cal una major quantitat de sabó ja que una gran part s'empra en la formació de sals insolubles. No es produirà bromera fins que totes les sals de Ca i Mg s’hagin consumit produint una substància insoluble, la qual, a més del seu mal aspecte s’uneix la seva acció deteriorant de les teles, ja que aquest material dur queda dipositat entre els intersticis dels teixits. 

Cal indicar també que les sals de Magnesi i Calci són les responsables de la sensació de picor i la mancança de "suavitat" del nostre pèl.

Per tant, com podem eliminar la calç de l'aigua?

Hi ha tres mètodes per poder eliminar l'aigua dura o com també és coneguda, ablenar l'aigua:

1) Intercanvi iònic

2) Complexos estables

3) Precipitació

Però d'aquestos tres mètodes el més emprat és el primer:

Intercanvi iónic.

L' intercanvi iònic és una tècnica que permet intercanviar ions entre un líquid i un sòlid (el sòlid és l'intercanviador). El sòlid pot ser una resina i es de dos tipus: catiònica i/o aniònica. Per a aquest cas calen resines catiòniques que són les responsables de l'intercanvi amb ions positius com el Ca2+ i el Mg2+. Aquestos dos cations quedaran retinguts en la resina.

La resina es troba saturada en un altre catió que es bescanviarà. El ió en qüestió és el Na+ que es soluble en aigua.

La següent fórmula resumeix el procés:

Aigua dura + Resina (sat. en Na+) ----------------> Aigua blana (Na+) + Resina (Mg2+, Ca2+).

A més de les resines també podem fer ús d'altres sòlids com ara les zeolites. Sòlids de naturalesa silica-alúmina amb porus per on pot penetrar el catió i intercanviar-se amb altres cations solubles. Aquestes zeolites es troben als detergents mentre que les resines poden emprar-se en els cartutxos dels filtres que es col·loquen a les canonades de les cases o les jarres d'aigua. Ojo! Aquells anuncis que parlen de que els sistemes anti-calç no calen d’un manteniment, no estan en lo cert, les resines es saturen amb el pas del temps i cal retirar-les i substituir-les per unes noves. Per tant, si hi ha un cost de manteniment amb el pas del temps.

Així doncs podem concloure que la nostra aigua conté cations magnesi i calci que provoquen una sèrie de sals insolubles que poden danyar els nostres teixits i que a més apreciem degut a que hi ha menor formació de bromera.

Cal indicar a més que aquestes sals de calci i magnesi provoquen picor en la pell i mancança de suavitat en el pèl.

Una possible tècnica per a la eliminació de la duresa és la utilització de resines d'intercanvi iònic de sodi i/o zeolites. Les primeres és col·loquen als sistemes de conducció d'aigua de les cases i les segones es troben com un element més dels detergents.

Què és un detergent?

 Una de tantes tasques que has de realitzar quan vius independitzat és "ficar" la llavadora. El mecanisme d'aquesta màquina és senzill. Un depòsit ple d'aigua a una temperatura predeterminada i en moviment per facilitar el rentat. El procediment també és senzill encara que el fabricant ens intente complicar les coses mitjançant els diferents programes disponibles. Es tracta doncs d'afegir una quantitat de detergent i un altra proporció de suavitzant.

Tot allò actua dintre del depòsit i finalitzat el procés tenim com a resultat roba neta. És en aquest moment que ens tenim que fer diverses preguntes com a científics que som, Què és roba neta? Què ocorre dintre dels depòsit? Què és el detergent?

Quan parlem de roba neta quasi sempre ens referim a l'absència de taques i olors al teixit. Les taques no són mes que xicotetes partícules de materials i/o fluids que s'adhereix a les fibres de cotó o del material del que estiguen fetes les prendes.

Aquests materials poden ser minúscules partícules de pols que deixen un rastre obscur, la majoria d'elles solubles en aigua, o pitjor encara, poden ser taques d'un determinar fluid com greix que aquestes són insolubles en aigua i per tant més difícils d'eliminar del teixit.

El nostre depòsit no és més que el lloc físic on es produeix una reacció entre el detergent i el teixit en presència d'aigua. Per tant cal imaginar un sistema format per el teixit, el greix, l'aigua i el detergent.

En primer lloc tenim que el greix està fixat en el teixit i per molt que nosaltres mesclem amb aigua no aconseguim arrancar-lo. En aquest moment és quan cal parlar d'una propietat, la Tensió superficial.

Encara que no ens sone de res aquesta propietat, la tensió superficial la tenim al nostre voltant en multitud d'exemples i formes. Per exemple, si som capaços d'obtindre bombolles de sabó és gràcies a la tensió superficial, o si les xicotetes cuques d'aigua o com també diem "zapateros" es poden desplaçar per la superfície de l'aigua, com feia Jesucrist, és gràcies a la tensió superficial de l'aigua que permet que el bitxet no s'enfonse.

Si anem a la Viquipèdia i busquem el significat de tensió superficial obtenim el següent resultat: "La tensió superficial és la manifestació de les forces intermoleculars a l'interior d'un líquid". Es a dir, implica  resistència d'un líquid a poder augmentar la seva superfície. Així doncs en el cas de les bombolles com no poden augmentar la seva superfícies es donen lloc una sèrie de forces que li confereixen una certa estabilitat.

I com podem relacionar aquesta propietat o fenomen físic amb el detergent?

Doncs bé, es tracta d'un joc d'equilibris entre l'aigua i el teixit amb un participant, el greix. En un principi tenim un teixit (T) amb una partícula de greix (P) adherida, ho introduïm a la llavadora i es plena d'aigua (A) que conté detergent.

Per a poder separar la partícula el que necessitem es que la tensió superficial del sistema T-P siga major que la dels sistemes T-A i P-A. Es a dir, que la tensió superficial de la roba bruta siga major que la del teixit net i que la del greix en l'aigua.
Nosaltres no podem augmentar la tensió superficial però si podem reduir-la mitjançant el detergent que és un agent tensioactiu.

Els agents tensioactius tenen com a principal propietat la capacitat de modificar la tensió superficial, reduint-la, gràcies  a la seva estructura. 

 Figura 1. Estructura tensioactiu.

Afegint detergent el que aconseguim és reduir la tensió superficial de l'aigua i per tant augmenta la inestabilitat del sistema teixit-greix i el greix es separa passant a formar part de l'aigua.

Cal tindre en compte que durant el procés es produeix bromera que descriurem com un sistema Aigua-aire. La bromera no influeix en el procés d'eliminació de brutícia, no caiguem en l'error de que un detergent que fa poca bromera neteja poc!

La bromera té com a finalitat mantenir P (greix) en suspensió i evitar que es torne a adherir al teixit. Diguem que funciona com a espècie de xarxa de pescar que atrapa les partícules de greix.

Per concloure, Quan parlem de detergent ens estem referint a un tensioactiu que permet reduir la tensió superficial de l'aigua. Aquesta reducció de la tensió superficial provoca que la brutícia que es troba sobre els teixits passe a la dissolució. La bromera que es produeix impedeix a la brutícia poder tornar al teixit.

Aquest és el procés fisic-químic que té lloc dintre la llavadora i la clau és la Tensió superficial.

Recordeu! Aquest procés no entén de colors així que de moment, caldrà seguir separant la roba blanca de la roba de color si no volem tindre cap disgust!

40 mentides sobre ciència

En primer lloc voldria demanar disculpes per la "des-actualització" que ha sofert el bloc últimament. Degut al període d'exàmens i a canvis en la meva situació acadèmica no he pogut dedicar tot el temps que volgués a la pàgina.

A falta d'algunes idees i de projectes que estic encetant avui m'agradaria compartir amb tots vosaltres un interessant article que vaig llegir a la Quo.

L'article en qüestió és un llistat de mites relacionats amb la ciència en general i una breu explicació per a aclarir-los.

Trobareu que ni la muntanya més alta és el Tibet, ni l'aigua bull a 100ºC. He seleccionat aquells que fan referència a la ciència, per poder consultar-los tots més abaix vos deixe l'enllaç al llistat:

3.- Existen más de tres estados de la materia. Todos aprendimos en el cole aquello de sólido, líquido y gaseoso. Pero nos rompieron los esquemas cuando los científicos descubrieron un cuarto: el plasma. Actualmente hay quince estados, sumando a los ya conocidos otros de nombre rimbombante, como perfil de ionosfera, condensado de Bose-Einstein... aunque algunos de ellos solo se han detectado en condiciones experimentales extremas.

5.- Marte no es de color rojo. Podría ser marrón, naranja o amarillo, porque realmente aún desconocemos el auténtico color de su superficie. Lo que sí se sabe es que el aspecto rojizo que presenta al verlo por el telescopio se debe a la acumulación de polvo en su atmósfera.

10.- Tenemos menos cerebro que una hormiga. Si lo medimos en relación a nuestros respectivos tamaños, la verdad es que este insecto nos gana por goleada. Su cerebro solo pesa 0,3 mg, pero representa casi el 6% de su peso total, mientras que el humano, aunque ronda los 2 kg, equivale al 2% del total. Pero ellas solo tienen medio millón de neuronas, y nosotros llegamos a los 15.000 millones.
11.- El everest no es la montaña más alta del mundo. La mítica cima tibetana mide “solo” 8.848 m. Poco, si lo comparamos con el Mauna Kea, un volcán hawaiano que emerge en medio del Pacífico. Sobre el nivel del mar sobresalen 4.205 m, pero la mayor parte de su estructura (6.000 m) se oculta bajo el agua. Por eso, su altura total medida desde su base submarina es de 10.205 m. Casi 2.000 más que el Everest.

13.- Un día real dura más de 24 horas. La ciencia ha acuñado como medida de tiempo una unidad artificial llamada “día solar medio”, cuya duración, efectivamente, es siempre de 24 horas. Pero la duración de lo que los astrónomos llaman un “día solar verdadero” varía a lo largo del año, y puede llegar a alcanzar las 24 h y 4 minutos.

16.- Las películas no están hechas de celuloide. Los filmes se fabrican con acetato de celulosa. Este ingrediente no forma parte del celuloide, material plástico compuesto por nitrato de celulosa y alcanfor.

20.- La penicilina no la descubrió Fleming. Fue Ernest Duchesne, estudiante del Instituto de Medicina Militar de Lyon. Treinta y dos años antes que Alexander Fleming, el francés encontró un hongo con la propiedad de matar bacterias. Desafortunadamente, las autoridades científicas de la época no le hicieron caso, y su hallazgo cayó en el olvido hasta que fue redescubierto por el investigador británico.
21.- El agua sí tiene color y sabor. Únicamente el agua destilada resulta completamente transparente e insípida. Pero tanto el líquido potable como el del mar tienen en su composición iones de sales que le confieren un tono azulado muy leve. Además, la presencia de esas sales y de gases disueltos en ella, como el CO2, le confieren un sabor refrescante y cuasi dulce.
22.- Y también hierve a menos de 100ºC. Efectivamente, esa es la temperatura de ebullición del agua, pero siempre que nos encontremos al nivel del mar. Cuanto mayor sea la altitud, esa frontera de ebullición disminuye, y en lugares de alta montaña el agua hierve a una temperatura menor. De hecho, en el Everest lo hace al llegar a solo 71ºC.

25.- Y la vía láctea tendría que llamarse vía alcohólica. El nombre de Vía Láctea viene del latín, y significa “camino de leche”, ya que, según la mitología griega, fue originada por la leche surgida del pecho de la diosa Hera. Evidentemente, hoy sabemos que no está hecha de leche, aunque sí, en parte, de alcohol, ya que los astrónomos han descubierto en su interior una gigantesca nube de metanol de 400.000 millones de kilómetros.

28.- El universo no es de color negro. Aunque cuando lo miramos nos parece tan oscuro como la noche, en 2002 dos astrónomos de la Universidad Johns Hopkins, Karl Grazeburg e Ivan Baldry, sacaron un promedio de los colores emitidos por la luz de 200.000 galaxias. Y llegaron a la conclusión de que el dominante en el Universo es (con mucha diferencia) el beis.

32.- En el desierto más grande del mundo hace frío. Tendemos a identificar el desierto con calor, y pensamos que el Sahara es el más grande. Pero ese honor le corresponde a la Antártida. El Polo Sur tiene una extensión de catorce millones de kilómetros cuadrados, cuyo promedio anual de lluvia es de 5 mm (un milímetro de lluvia equivale a un litro por metro cuadrado), frente a los 127 mm anuales que registra el Sahara.

36.- Aristarco de Samos se adelantó a Copérnico. Porque este sabio griego (310-230 a. de C.) fue el primero en sugerir que la Tierra giraba alrededor del Sol. Dejó constancia de ello en un tratado titulado De revolutionibus caelestibus.
37.- El oxígeno y el agua no son los elementos más comunes de nuestro planeta. Es un mineral llamado perovskita (CaTiO3), formado por óxido de calcio y titanio. La razón de que haya tanto es que los científicos creen que la mayor parte del manto y el núcleo terrestres están formados por este compuesto. Hasta ahora ha sido imposible confirmar esta hipótesis, pero los expertos fundamentan sus deducciones en el análisis de los restos procedentes de las erupciones volcánicas.
38.- El cerebro no es gris. Al menos mientras estamos vivos. Dicho órgano está formado por materia blanca (una proteína grasa llamada mielina) y tejido gris (que contiene las neuronas); pero esos nombres son metáforas que no describen el auténtico color del cerebro, que es rosáceo por la profusión de vasos sanguíneos. La falta de riego hace que se vuelva gris oscuro al morir.

40.- El primer animal en el espacio no fue la perrita Laika, sino una mosca de la fruta que los americanos enviaron fuera de nuestra órbita en un cohete V-2 capturado a los alemanes.

Si voleu consultar la resta de punts aquest és l'enllaç a la notícia:

http://www.quo.es/ciencia/consultas/40_mentiras_aceptadas

Llàgrimes de Sant Llorenç

Durant aquestes dates s'aproxima el que anomenem "llàgrimes de Sant Llorenç" que no són més que les famoses Persèides o tècnicament una pluja d'estrel.les. Són tres definicions diferents per a un fenomen que moltes voltes no sabem exactament de que es tracta.

Quan pensem en ell ens ve a la ment boles de foc creuant el cel. Boles de foc de pedra provinent de l'espai. Si es així, no estem molt desencaminats però cal tindre una visió més amplia.

Qualsevol material que tinga unes determinades dimensions pot ser candidat a formar part d'una pluja d'estrel.les. Aquest material anomenat, residu espacial, pot estar format per restes de satèl.lits artificials o també de naturals com ara asteroides.

Aquests materials quan són retinguts per el nostre camp magnètic, travessen les diferents capes a elevades velocitats i per la fricció s'incendien mostrant la lluminositat que nosaltres apreciem de nit.

Figura 1. Fènomen de la pluja d'estrel.les.

El per que es sol donar durant aquestes dates es degut a que la Terra té una òrbita fixada al voltant del Sol. Es a dir, viatja sempre en la mateixa direcció i per tant no es d'estranyar que sempre creue pel mateix lloc en les mateixes dates.

La duració d'aquest fenomen es depenent de la zona espacial que retinga aquests residus.

Per tant, una volta que ja coneguem com es produeixen sols cal fer una passejada per una zona que no estiga contaminada lluminosament des d’avui fins al proper 13 d’Agost i gaudir de la grandiositat de l’espai. Jo ja tinc preparada la motxilla, els prismàtics i un bon calcer!