Cometa ISON muy cerca del Sol

C/2012 S1 o ISON, como se conoce por estos días, es un cometa que tiene a los astrónomos y público en general muy interesado y siguiéndole todos los pasos. Este interesante objeto se cree que proviene de la nube de Oort, la nube de residuos de la época de formación del sistema solar, que consisten en su mayoría en planetesimales (o básicamente piedras de todos los tamaños, como plutón o menor) congelados. Este cometa es el primero que vemos que tiene una órbita desde la nube de Oort directo al Sol (cometa rasante del sol o sungrazing en inglés). La gran pregunta de estos días es: sobrevivirá el cometa al encuentro con el sol o se desintegrará? Si logra sobrevivir,  aparecerá en unos días visible desde el hemisferio norte, y podrá ser visto en plena luz del día! Si no, se desintegrará debido al calor intenso que sentirá...

Y cuando sabremos el destino del cometa? ahora mismo! en el twitter de las noticias del cometa (@ISONUpdates) anunciaron mientras escribo esta entrada que estamos a unas 5 horas del momento en que  la superficie del cometa alcance el punto donde se empieza a derretir... Mañana 28 de noviembre es el día clave....esperemos que sobreviva!

Mientras, los dejo con la espectacular imagen de SOHO (satélite que monitorea al sol) cuando el cometa apareció en el campo de visión

Fuente: @ISONUpdates

Otros links con más imágenes e información del cometa:

http://www.slate.com/blogs/bad_astronomy/2013/11/21/comet_ison_12_cool_facts.html

http://www.startres.net/todo-sobre-ison/ (este link en español, blog creado por 3 estudiantes de magíster en Astrófisica de Valparaíso)

http://apod.nasa.gov/apod/ap131123.html

http://apod.nasa.gov/apod/ap131127.html

http://www.universetoday.com/106674/say-goodbye-to-comet-ison-for-now-timelapse-and-image-gallery/

https://twitter.com/CometISONnews

https://twitter.com/ISONUpdates

Actualización: Al parecer, el cometa ISON no resistió su pasada por el sol y el núcleo se desintegró... Pero nos dio unas imágenes impresionantes, como el video en este link.

Actualización de la actualización: Mientras escribía la actualización anterior, leo en el twitter de Phil Plait (https://twitter.com/BadAstronomer) que al parecer algo del cometa quedó, como muestra la imagen de SOHO... los cometas son impredecibles!

¿Por qué es importante la astronomía?

Hace algunas semanas encontré un artículo presentado en la página web de la Unión Astronómica Internacional con el título que usé para esta entrada [1]. Me llamó la atención inmediatamente, por supuesto. La razón es simple: Desde que entré a estudiar mi carrera, cada vez que interactúo con alguien y cuento lo que hago, recibo una cara de desconfianza... o de duda... o incluso de lástima! “¿Y para qué sirve eso?”, “¿Cuál es el campo laboral?” son algunas de las frases que escucho SIEMPRE (un caso aparte es el sorprendente número de personas que afirma que siempre soñó ser astrónomo cuando chico, pero cuando había que elegir, eligieron “en serio”).

La astronomía, en apariencia, es una ciencia alejada de la realidad de las personas. Es cierto, no estamos buscando la cura del cáncer, ni la paz mundial, ni la pizza perfecta. A nadie le parece demasiado fundamental ni le dedicaría tanto tiempo a la zona de formación estelar en dirección al centro Galáctico que por estos días me tiene muy ocupada en mi trabajo. Y bueno, no puedo culparlos. Pero la astronomía tiene un impacto en nuestra vida diaria, y en esta columna quiero comentar el artículo mencionado antes, y mostrar ese rol que existe desde...que el hombre es hombre. Daré algunos ejemplos, nombrados en el artículo,  de cómo, gracias a la astronomía, se han desarrollado tecnologías que usamos todos.

Una “selfie” para el Facebook.

Las cámaras digitales revolucionaron la fotografía. Nada más fácil que sacar mil fotos donde quieras, sin la limitación del rollo, asegurándote que salgas en tu mejor ángulo, y acumulando miles de gigabytes de imágenes. Pues bien, esa nueva y revolucionaria tecnología fue posible gracias al Charged Couple Device o CCD (dispositivo de carga acoplada en español). En palabras simples, este dispositivo convierte las partículas de luz (fotones) recibidas en corriente eléctrica. William Boyle y George Smith recibieron el premio nobel el 2009 por inventar los primeros dispositivos. Y, sí señor, uno de los primeros usos de estos dispositivos fue en los telescopios, reemplazando las placas fotográficas.

Típicamente, nos sacamos una foto, y queremos compartirla en las redes sociales, conectándonos inalámbricamente, o por WLAN. La tecnología de WLAN (que es usada en el Wi-Fi) está basada en un método usado por John O'Sullivan en 1977 para mejorar imágenes tomadas por radiotelescopios (o antenas que observan en el rango de longitud de onda correspondiente a mm-cm. Un ejemplo famoso de radiotelescopio es el proyecto ALMA, el más grande del mundo, ubicado en Chile). 

CCD, el pequeño chip presente en los telescopios y en nuestras cámaras y smartphones

Fuente: Google Images

Astronomía y Medicina: el afán de ver más allá.

Mi abuelita una vez me dijo que era una lástima que yo iba a ser de los doctores inútiles... Chiste aparte, astronomía y medicina comparten una limitación importante: necesitan analizar con detalle ambientes difíciles de observar. Técnicas salidas de la radioastronomía son usadas para la detección de tumores; sensores de temperatura para controlar telescopios son usados también para controlar calefacción en unidades de neonatología, y un escáner de rayos X desarrollado por la NASA es usado en los aeropuertos.

No todos son instrumentos: un software diseñado para procesar imágenes de satélites tomadas en el espacio también ayuda a investigadores médicos a detectar signos de Alzheimer en escáner cerebrales.

Y siguiendo con softwares, hay mucho ejemplos donde softwares diseñados para análisis en astronomía son utilizados por empresas de comunicaciones, ingeniería, energía.

Una imagen de rayos X de un tórax humano

Fuente: Google Images 

Una imagen del remanente de Supernova Cassiopea A. Las estrellas y los filamentos azules débiles corresponden a luz visible, y la nube con colores borrosos es una imagen en rayos X tomada con el telescopio espacial Chandra. Debido a que la atmósfera de la Tierra absorbe este tipo de radiación, sólo podemos observar rayos X desde gran altitud con globos, cohetes sondas y satélites. 

Fuente: APOD

Nuestra idea del tiempo...y la Humanidad.

La necesidad de organizar el tiempo ha estado presente en la mayoría (sino todas!) las civilizaciones. Y en todos los casos, estos calendarios se crearon a partir de la observación de los ciclos de la Luna y el Sol, o incluso Venus. Sin ir más lejos, el año nuevo mapuche, el We Txipantü, coincide con el solsticio de invierno en el hemisferio sur, o más bien, unos días despúes, cuando el sol empieza a regresar a tierras mapuches (wiñol-txipan-antü). Un significado poético y un agudo conocimiento de los ciclos terrestres alrededor del Sol.

Una de las primeras cosas que hizo la Humanidad fue mirar el cielo e interesarse por el espacio. Hermosas historias mitológicas están escritas en las estrellas y la proyección aparente de su posición, llamadas constelaciones. Además, han guiado a navegantes a través de los siglos. Y nos han dado una posición en el Universo. Cuando Copérnico descubrió que la Tierra no era el centro del Universo, no sólo hizo un avance científico, sino que causó una revolución en la historia que influyó en la religión, ciencia y la sociedad en general. Y ahora que entendemos que somos una parte muy insignificante en un Universo que se expande aceleradamente, buscamos en las estrellas más respuestas a nuestras preguntas fundamentales, como cuál será nuestro destino, o si somos los únicos en este espacio que parece infinito.

Para terminar, sólo quiero decir que, además de todos los beneficios y desarrollo que han sido posibles gracias a la astronomía, para mí es interesante sólo porque sí. Porque el trabajo creativo, como lo es también el arte, sin ningún otro motivo aparente, son un bien superior para todos.

[1] el link al artículo mencionado. En inglés.

Chile, Laboratorio Natural

Este domingo 24 de noviembre a las 18:30 horas comienza en La Cultura Entretenida de TVN la serie de EXPLORA CONICYT y TVN,

“Chile, Laboratorio Natural" 

La serie de 8 capítulos y 16 historias mostrará cómo Chile es esencialmente un laboratorio natural, con una múltiple variedad de ecosistemas, microclimas y escenarios de distintas características, muchos de ellos únicos en el mundo, lo que nos brinda la oportunidad de desarrollar importantes proyectos de ciencia y tecnología.

Los invitamos a compartir esta noticia con sus familias, amigos y redes

Sobre un pequeño motor que sustenta la vida

Cuando una corriente eléctrica pone a girar una turbina, o un poco de gasolina explota y produce movimiento en el pistón de un motor,  estamos frente a un fenómeno sorprendente. Es el paso de una forma de energía que está completamente oculta de nuestros sentidos a un estado que permite el movimiento de objetos tan  cotidianos como un ventilador o  el  autobús.  Un ejemplo más cercano nos sucede diariamente cuando utilizamos la energía química almacenada en los alimentos para mantener latiendo nuestro corazón, respirando a nuestros pulmones, o pensando a nuestro cerebro. Todos habremos escuchado que un desayuno rico en carbohidratos es bueno para comenzar el día con energía y  que si queremos bajar de peso necesitamos hacer mayor actividad física para “quemar” grasa. Visto de esta manera, el cuerpo humano aparece como una gran máquina que necesita combustible para funcionar. Pero si somos como una máquina y el alimento es nuestro combustible ¿Dónde están  nuestras turbinas? Martin Karplus, premio Nobel de química de este año, ha trabajado en la comprensión de este fenómeno, siguiendo la línea de los pioneros John Walker  y Paul Boyer quienes lo obtuvieron el año 1997. En este artículo, entenderemos como un motor molecular contribuye a utilizar la energía que proviene de nuestros alimentos.

Cada vez que las células de nuestro cuerpo orquestan algún tipo de movimiento, muchas procesos moleculares suceden, pero todos ellos tienen en  común la necesidad de ATP  o adenosin trifosfato.  La disponibilidad de ATP dentro de la célula es esencial y  cuando éste  se acaba equivale a quedarse “sin combustible”, produciéndose la muerte celular. En todo nuestro cuerpo hay en total alrededor de 50 gramos de ATP, pero se está constantemente produciendo y gastando a un ritmo extremadamente alto. Tan alto que en un solo día nuestro cuerpo reutiliza tantas moléculas de ATP que si las pesáramos equivaldrían a cerca de ¡180 kg! Por ello, buena parte de los alimentos que ingerimos se utilizan para aportar la energía que permita sostener una adecuada cantidad de ATP dentro de las células. De hecho, el llamado “rigor mortis” de los cuerpos después de la muerte se explica porque los músculos no pueden relajarse si carecen de ATP.

      Para entender porqué el ATP es importante debemos mirar su naturaleza química. Es una molécula que posee tres grupos fosfato (P), de carga negativa, donde el último de ellos resulta fácil de transferir y enlazar a otras estructuras ( figura 1). Por otro lado, el ATP es fácilmente hidrolizable lo que quiere decir que un grupo fosfato  se libera y el  ATP se transforma en ADP (Adenosin difosfato) más un grupo fosfato libre (Pi) y energía. Muchas reacciones fundamentales de la célula necesitan acoplarse a esta hidrólisis para utilizar esta energía ya que de otro modo no podrían suceder.  Cuando hablamos de enlazar o transferir grupos fosfato a una estructura celular es fundamental tener en cuenta que son moléculas cargadas eléctricamente. Si recordamos la simple regla de que cargas iguales se repelen y cargas opuestas se atraen, entenderemos por qué no da lo mismo que un grupo fosfato esté o no esté presente.

Figura 1. Nucleótidos de  Adenosina. El ATP posee tres grupos fosfatos (P) enlazados que se unen a la Adenosina. El primero de ellos resulta muy fácil de transferir o hidrolizar, formando ADP. Fuente: Google Images (modificada)

Por ejemplo, imaginemos que para poder mantener abierto un ascensor “pegáramos” dos grupos fosfato en cada puerta de modo que al acercarse se repelan eléctricamente, entonces las puertas no se cerrarán y el movimiento será en sentido opuesto (figura 2).  A nivel molecular, este mismo tipo de regulación mediante grupos fosfatos sucede fundamentalmente en las proteínas. Las proteínas son cadenas largas de aminoácidos, unidos como las cuentas de un collar, que adquieren  estructura tridimensional y flexible (como una madeja de lana, figura 3) Muchos de estos aminoácidos poseen cargas eléctricas, de manera que la presencia o ausencia de grupos fosfato puede cambiar radicalmente su estructura por atracción o repulsión de cargas. Este proceso de transferencia de fosfatos es el que explica una amplia gama de acciones que van desde el desplazamiento de una pequeña ameba, la apertura de un canal iónico, o la contracción muscular que nos permite levantar un brazo.

Figura 2. Ejemplo del ascensor. Cuando las puertas no están unidas a un grupo fosfato pueden cerrarse.  La unión de un grupo fosfato (o fosforilación) impide el cierre de las puertas moviéndolas en dirección opuesta por la  repulsión de cargas del mismo signo.

Figura 3. Estructura tridimensional de la  proteína estrella de este artículo:  ATP sintetasa  o 
Bomba de ATP impulsada por protones.  Se destaca el sitio de giro o rotor, las zonas de unión de ADP (adenosin difosfato) y Pi (fósforo inorgánico) para formar ATP y el canal  (a) por donde fluyen los protones (H+). Fuente: Gao, Y.Q., Yang, W., and Karplus, M. (2005). A structure-based model for the synthesis and hydrolysis of ATP by F1-ATPase. Cell 123, 195-205. http://www.cell.com/abstract/S0092-8674(05)01024-X

Ya dijimos que pasar de ATP a ADP es relativamente sencillo, pero una vez que aquello sucede la energía química ya se ha consumido y para seguir funcionando debemos generar nuevamente ATP. Lograr esto no es gratis, pues debemos invertir energía para reunir nuevamente los tres fosfatos en la misma molécula. Entonces ¿Cuál es la fuente  de esta energía? Y  ¿Cómo es posible sintetizar ATP?

Para simplificar la serie de reacciones previas a la síntesis de ATP, veamos sólo dos ecuaciones que describen procesos muy similares que ocurren fuera y dentro de los seres vivos. La primera ecuación muestra la oxidación de un combustible (metano), dando paso a dióxido de carbono (CO2), agua (H2O) más energía (figura 4). La oxidación química, en simple, consiste agregar o enlazar oxígenos a una determinada sustancia. Esto es lo que hacemos, por ejemplo, cuando freímos tocino, aprovechando la reacción del gas con el oxígeno del aire para producir fuego y calor en los quemadores. La siguiente ecuación muestra la reacción de oxidación de la glucosa, un proceso que también se conoce como “respiración celular”. La glucosa es un carbohidrato que constituye la fuente más directa de energía de nuestras células. Podemos notar que en ambas reacciones los productos son idénticos, con la diferencia de que en nuestro cuerpo la energía que se produce genera ATP.  Vemos que la misma energía que hay en el universo  termina siguiendo distintos caminos, ya sea en la forma de calor en la leña de una fogata o entregando movimiento a nuestro cuerpo gracias a los carbohidratos que consumimos. En este sentido, no es una locura cuando hablamos de “quemar” grasa mediante la actividad física. Pero si la glucosa entrega energía mediante su oxidación ¿quién es el responsable directo de la formación de ATP?

Figura 4. Ecuaciones químicas de la combustión del metano y los procesos metabólicos que realiza la célula para obtener energía a partir de glucosa. En ambos casos se parte desde compuestos orgánicos que se oxidan para producir energía, dióxido de carbono y agua. En la célula esa energía se utiliza mediante ATP. Fuente: Google images (modificada)

En los seres vivos, encontramos a lo menos tres formas distintas de sintetizar ATP. En esta ocasión nos centraremos en una que es llamativa por su eficiencia y  similitud con máquinas que nos son muy familiares. Se trata de una proteína muy especial llamada bomba de ATP impulsada por protones o ATP sintetasa, el cual es un motor molecular. Esta bomba es muy similar a una rueda que aprovecha el flujo de agua de un rio para poder girar. En este caso el “flujo de agua” lo forman pequeños átomos de hidrógeno con carga positiva llamados protones (H+), los cuales se acumulan en gran cantidad dentro de la membrana interna de un organelo llamado mitocondria. Esta acumulación utiliza la energía que proviene del proceso de oxidación de la glucosa que  mencionamos más arriba. Luego de acumularse, los protones tienden a escapar (pues al tener la misma carga se repelen) y ésta salida es aprovechada por la bomba para poder girar y juntar el ADP con un grupo fosfato libre (Pi), formando ATP. Cada giro del rotor de la bomba requiere el paso de unos nueve protones, esto sucede rotando a cerca de 200 revoluciones por minuto, tiempo en el que se producen alrededor de 600 moléculas de ATP. El siguiente link contiene imágenes muy ilustrativas de este proceso http://www.mrc-mbu.cam.ac.uk/research/atp-synthase Posteriormente, nuevos ciclos de consumo de glucosa van entregar la energía suficiente para devolver los protones que migraron, acumularlos y seguir sintetizando ATP.

     Otra característica de esta máquina es que su eje de rotación es sencillamente espectacular, produciendo un roce estructural muy bajo que casi no desperdicia energía útil en forma de calor. Por ello, está muy cerca de ser una “máquina ideal”. Nadie ha logrado hacer semejante máquina termodinámicamente perfecta,  excepto Lisa Simpson https://www.youtube.com/watch?v=tQ9o5Fvrw_8

Figura 5. Síntesis de ATP en la membrana interna de la mitocondria. La acumulación de protones en esta cavidad permite que luego salgan "disparados" hacia el exterior, haciendo rotar el eje de la bomba de protones para que pueda formar ATP a partir de ADP y un fosfato libre (Pi). Fuente: Google images, (modificada)

Satélite Chileno

Suchai es el nombre de este ambicioso proyecto que pretende generar la experiencia necesaria para la exploración espacial desde Chile.
 
El Proyecto de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Chile, pretende lanzar al espacio un satélite construido íntegramente en Chile.



Acá les dejamos la página del proyecto.

http://fablab.uchile.cl/en/projects/suchai-satellite/#2

Computadores Cuáticos*, Parte I

Parte I, La vida es difícil.

Todos sabemos lo importante que son los computadores en el mundo moderno (qué haríamos sin Facebook o Twitter!!). Usando supercomputadores (Fig 1) los científicos están intentando resolver preguntas, que van desde cómo se formaron las primeras estructuras en el universo, pasando por el desarrollo de nuevas drogas, el plegamiento de proteínas, la búsqueda de nuevos materiales, la simulación del cerebro humano y un largo etcétera.

Esta columna es la primera parte de una serie donde hablaremos sobre el siguiente paso en la revolución computacional, que de ser exitosa dejará a los supercomputadores tradicionales como máquinas obsoletas; los computadores cuánticos!. Pero primero, algo de contexto.

La capacidad de análisis que tenemos a nuestra disposición gracias a los computadores es impresionante. Los supercomputadores más potentes que existen hoy día pueden realizar del orden de 10^15 (esto es 1.000.000.000.000.000 o mil billones) operaciones por segundo. La capacidad de procesamiento en un smartphone hoy es millones de veces mayor que el sistema que guío el Apolo 11 a la Luna!!. Esta capacidad de cálculo nos permite enfrentarnos a problemas que de otra manera serían intratables. Por ejemplo, para entender la aparición de las galaxias, actualmente científicos están recreando las condiciones del universo desde el big bang hasta hoy en día [1], estudiando la distribución de materia (observable y oscura) en el universo. Otro interesante proyecto, basado en el poder de cálculo de los computadores actuales, es el proyecto sobre el cerebro humano [2], donde usando redes de computadores, se intentará tener un modelo del funcionamiento del cerebro, simulando la conexión entre las distintas neuronas, entre otras cosas.

.

                                                 Figura 1. Supercomputadores de Paine

A pesar de poseer esta capacidad de análisis, existen problemas que son prácticamente imposibles de resolver por los computadores actuales. Esto se debe a que la solución de estos problemas requiere la búsqueda en un espacio de posibilidades inmensamente grande. Un ejemplo simple es el siguiente. Supongamos que tienes que ir a comprar pan, pasar a pagar la cuenta de la luz, visitar a tus padres, y salir a carretear (de fiesta), todo esto viajando en bicicleta. No importa el orden en que visites los lugares (Fig 2). Lo natural es planear cuál es la ruta más óptima, en la cual tienes que recorrer menos distancia. Suena simple ¿no?. Este problema se conoce como el problema del vendedor viajero. La dificultad aparece cuando la cantidad de lugares a visitar aumenta. Supongamos que la cantidad de lugares a visitar es N. El método más simple para buscar el recorrido más corto es elegir un lugar, luego elegir un lugar entre los restantes, y así sucesivamente hasta agotar los lugares. Para cada elección tendremos un camino, y podemos comparar la distancia recorrida. Así, si tenemos que visitar 4 lugares, las posibilidades son: elegimos el primer lugar de entre 4 candidatos, quedan 3. Por cada elección anterior podemos elegir tres restantes, asi que tenemos 4X3=12 posibilidades, y quedan 2. Repitiendo la lógica, deberemos revisar 4X3X2X1=24 posibilidades (Fig. 3).

Resulta que este método implica revisar N factorial posibilidades. N factorial (se denota N con un signo de exclamación, N!) es el número que resulta de multiplicar todos los números enteros entre 1 y N, así

5!=5x4x3x2x1=120.

Revisa por ti mism@ cuanto es por ejemplo 20!, y te darás cuenta por qué el signo de exclamación es adecuado**.

Figura 2. En la práctica, probablemente no quieras llegar con una bolsa de pan al carrete, a menos que sea un asado.

Figura 3. La cantidad de distintas posibilidades de elegir una secuencia de 4 elementos distintos es 4!=24.

Revisando cuán difícil es encontrar la solución a un problema, podemos separar los problemas en varios tipos. Los problemas en los cuales, dados N datos (o entradas) la solución se puede encontrar realizando N^s (N elevado a s, para algún número s fijo) operaciones, se clasifican como problemas de tipo P (P porque la solución se encuentra en tiempo polinomial en el numero de entradas y la función N elevado a s en matemáticas se conoce como un polinomio). Por ejemplo encontrar el número más grande entre una lista de números es un problema tipo P, dado que tenemos que realizar N-1 comparaciones para encontrar el número mayor entre N números. Este ejercicio lo haces cada vez que miras por el item que salió más caro en la compra del supermercado.  Todos los problemas de este tipo, conforman la clase P. Podemos pensar en estos problemas como problemas “Fáciles de resolver”. Por otro lado, están los problemas para los cuales la verificación de la solución es polinomial. Estos problemas pertenecen a la clase NP (polinomial no determinístico).

Un ejemplo de problema NP es el problema del vendedor viajero, que discutimos anteriormente. Podemos pensar en estos problemas como problemas donde, dada una posible solución, esta se puede verificar fácilmente. ¿Confundid@?, un ejemplo nos ayudará a entender. Supongamos que te doy un número de teléfono, y te pido que busques a quien pertenece este número de teléfono. Tú vas a la guia de teléfonos y luego de revisar todos los números, das con el nombre del dueño de ese número telefónico. Quizás para los más jóvenes es necesario recordar que la Guía de teléfonos (la de papel) está ordenada por nombres, pero no por números de teléfono. Así que encontrar un nombre es fácil, ya que uno solo busca alfabéticamente. Pero buscar por número de teléfono es complicado, ya que estos no estań ordenados.

Podrás imaginar que encontrar la solución es complicado (tuviste que revisar un directorio telefónico completo!). Si ahora tú vas y le preguntas a otra persona: ¿Es el número 00-000000 el teléfono de el señor Tocino?, la respuesta es simple, dado que esa persona sólo tiene que ir y buscar por el señor Tocino en el directorio, y comparar el número telefónico que allí aparezca con el dado. Este es un ejemplo de un problema donde encontrar la solución es mucho más complicado que verificar si cierta solución es válida.

Recapitulando, tenemos problemas fáciles, (clase P) y problemas donde, dada cierta posible solución, es fácil verificar si ese candidato es en realidad solución (clase NP).

El problema de la guía de teléfonos es NP, pero también es P, dado que encontrar la solución es fácil en términos computacionales, y solo toma un tiempo proporcional al número de personas incluidas en el directorio telefónico. Decimos que la clase NP contiene a la clase P. Esto significa que todos los problemas tipo P son tipo NP, pero no todos los problemas NP son necesariamente tipo P. Un gran problema abierto en Matemáticas y ciencias de la computación es probar (o refutar) que las clases P y NP son distintas. Aunque no hay una demostración, creemos que estas clases son en realidad distintas, ya que hay problemas tipo NP donde encontrar una solución es realmente difícil.

Los problemas tipo NP incluyen muchos problemas interesantes y cuya solución puede ser muy útil, como en logística, planeamiento de ciudades, o secuenciación de ADN por nombrar unos pocos. Es en este tipo de problemas donde los computadores actuales son ineficientes y donde un computador cuántico sería útil, ya que volvería estos problemas “fáciles”.

Pero ¿qué rayos es un computador cuántico?, y ¿cómo transforma problemas difíciles en problemas fáciles?

Respuestas a estas preguntas, en una siguiente entrada de el tocino.

Manténganse atentos.

*Cuático es un chilenismo con muchos significados. Aquí se usa como impresionante.          

** 20!=2.432902e+18. 80! es un número mayor que el número de átomos en el universo!!   

[1] http://en.wikipedia.org/wiki/Millennium_Run

[2] https://www.humanbrainproject.eu/

Nuevos Mundos

Voy a partir esta columna haciendo un descargo: El descubrimiento del primer planeta extrasolar hace rato que merece un Nobel. O al menos, una distinción. Michel Mayor, Didier Queloz y Geoffrey Marcy, descubridores de 51 Peg b, el primer planeta extrasolar, eran, de hecho, candidatos al Nobel este año, pero todos ya aprendimos en una columna anterior en este blog que ese reconocimiento los recibieron otros por el bosón de Higgs... Bueno ya. También es importante.

Pero acaso ¿no es fundamental para la humanidad el descubrimiento de otros planetas y sistemas, similares a nuestro vecindario solar? ¿Y la posibilidad de que haya vida en al menos uno de ellos? Desde el tiempo de los griegos, pasando por Giordano Bruno en el siglo XVI hasta nuestros días, se intuía la presencia de “infinitos soles e infinitos mundos rotando alrededor de esos soles”.

¡Y qué intuición! 

1. Cazadores de planetas

Los planetas extrasolares, tal como lo indica su nombre, son planetas fuera del Sistema Solar. Su detección es difícil, ya que son demasiado pequeños y distantes como para observarlos directamente. La estrategia, entonces, es identificar los efectos que causan éstos en su estrella central. Los métodos más usados (y por supuesto, efectivos) son el de las velocidades radiales y la detección de tránsitos, que explicaré a continuación.

El método de las velocidades radiales se basa en el hecho de que el planeta, en su órbita alrededor de su estrella central, produce un “empuje” sobre ésta debido a la atracción gravitatoria entre ambos cuerpos. Este “empuje” produce que la estrella se mueva en una órbita pequeña. Cuando hacemos pasar la luz de la estrella por un prisma que dispersa la luz (lo que se llama un espectro, ver Figura 1), veremos unas líneas oscuras a longitudes de onda específicas. Estas líneas son producidas por los elementos que componen la superficie de la estrella y que absorben fotones en estas longitudes de onda (Figura 2) que son conocidas y fijas, o como se dice en lenguaje técnico, de laboratorio.

Figura 1: Portada de Dark Side of the Moon y clásico ejemplo para demostrar como un prisma dispersa la luz y produce un espectro

Fuente: Google Images

Figura 2: Espectro del Sol con líneas de absorción

Fuente: Google Images 

Sin embargo, como la estrella se bambolea producto de la interacción con el planeta (Figura 3), estas longitudes de onda aumentan cuando la estrella se está alejando (corrimiento al rojo), y disminuyen cuando ésta se acerca (corrimiento al azul). Este fenómeno es conocido como el Efecto Doppler, y es el mismo fenómeno que causa el cambio de frecuencia (o longitud de onda, las que son inversamente proporcionales) que percibimos en el sonido de una ambulancia, cuando va acercándose y alejándose de nosotros. La diferencia entre el valor de la longitud de onda de laboratorio y el corrimiento que observamos está relacionado con el cambio en velocidad radial (la componente que apunta hacia el observador) en la pequeña órbita de la estrella y es la indicación que hay (al menos) un planeta presente. Si monitoreamos las estrella por un período largo de tiempo, podemos describir la órbita y obtener una masa aproximada del planeta. Esta masa dependerá de la orientación de la órbita del planeta respecto de nosotros, ya que si existe una inclinación, afectará la medida del corrimiento que determinemos. 

Figura 3: Esquema del método de detección por velocidades radiales. La órbita de la estrella está exagerada para efectos de claridad.

Fuente: NASA

Figura 4: Variación en la velocidad radial de 51 Peg encontrada por Marcy & Butler, 1995.

Fuente: Google Images

Además, una vez identificado un planeta, se puede aislar el efecto que produce en la curva de cambio de la velocidad radial para poder identificar perturbaciones en la órbita de la estrella causadas por planetas más alejados y menos masivos. Así, se han descubierto sistemas de planetas, como es el caso del sistema asociado a la estrella 55 Cancri, con 5 planetas conocidos hasta ahora. 

Este método fue el usado por Michel Mayor y Didier Queloz en 1995, astrónomos de la Universidad de Geneve, para encontrar el primer planeta extrasolar, orbitando alrededor de la estrella 51 Peg (Figura 4). Algunos meses después, este descubrimiento fue confirmado por Geoffrey Marcy y Paul Butler, de la Universidad de Berkeley. Y se hizo historia...

La gran restricción que tiene este método es que está limitado por la masa del planeta. Esto quiere decir que mientras mayor es la masa del planeta, mayor es la variación de la velocidad radial, por lo que ha sido muy exitoso en encontrar planetas con masas similares a Júpiter. De hecho, 51 Peg b es un planeta que tiene una masa de alrededor de la mitad de la masa de Júpiter, pero está en una órbita mucho más cercana que la órbita de Mercurio, con un período de 4 días. En cambio, para encontrar planetas tipo Tierra, necesitamos espectros con excelente resolución, es decir, capaz de detectar corrimientos de las líneas muy pequeños. De todas maneras, se ha mejorado mucho la técnica con los años, y hoy en día instrumentos especialmente diseñados para cazar planetas, como el espectrógrafo HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher), ubicado en La Silla, Chile, o el PFS (Planet Finder Spectrograph), en Las Campanas, Chile, son capaces de encontrar planetas tipo Neptuno, y ya se están anunciando unos pocos tipo Tierra. 

El segundo método más usado es el de los tránsitos. Consiste en monitorear el brillo de una estrella por un periodo de tiempo. En general, este brillo se mantiene constante (excepto para estrellas que varían intrínsicamente, que son un lindo tema para algún post futuro). Sin embargo, cuando la estrella tiene asociado un planeta, cuando éste pasa delante de la estrella respecto del observador (o transita, de ahí el nombre del método), se observa una disminución en el brillo de la estrella (Figura 5). Lo mismo ocurre durante un eclipse de Sol, cuando la luna pasa frente a éste y lo tapa, o en tránsitos como el de Venus delante del Sol, ocurrido el 2012 (Figura 6). De nuevo, el porcentaje de disminución del brillo de la estrella depende del tamaño del planeta. Un planeta tipo Júpiter produce una caída en el brillo de 1% aproximadamente. Para planetas tipo Tierra, se necesitan imágenes de excelente calidad para detectar la caída del brillo de la estrella.

Figura 5: Esquema de un tránsito. El gráfico muestra la curva de luz del brillo de la estrella. Mientras el planeta pasa delante de la estrella, el brillo disminuye.

Fuente: NASA

Figura 6: Ejemplo de un tránsito: Tránsito de Venus (círculo negro grande) delante del Sol, ocurrido en 2012. Los puntos negros pequeños corresponden a manchas solares.

Fuente: Astronomy Picture of the Day

Una forma de mejorar la calidad es observar desde el espacio, donde no está presente la atmósfera terrestre que afecta las observaciones. Una limitación de este método es la orientación de las órbitas de los planetas respecto al observador: Si la órbita está suficientemente inclinada, el planeta no transitará delante de ella y no podremos detectarlo.

La mejor estrategia para encontrar planetas es usar ambos métodos juntos, es decir, buscar los tránsitos y confirmar la presencia del planeta por velocidades radiales. De esta forma se puede obtener una descripción de la órbita y características físicas del planeta.

2. Infinitos planetas alrededor de infinitos soles...

Los dos métodos descritos anteriormente, además de otros usados, han llevado al descubrimiento de más de 1000 planetas (número anunciado el mes pasado), de acuerdo al censo llevado por The Extrasolar Planets Encyclopaedia (www.exoplanet.eu). El número es impactante si pensamos que el primero se descubrió hace sólo 18 años. De estos 1000 planetas, 536 fueron descubiertos por velocidades radiales y 424, por tránsitos.

El tema de detección de planetas es absolutamente hot en la astronomía actual. Tanto así que se han enviado misiones al espacio con el principal objetivo de monitorear estrellas y los posibles tránsitos de planetas. El más reciente fue la misión Kepler, lanzada el 2009, que tenía como misión encontrar planetas tipo Tierra ubicadas en lo que se denomina como la zona de habitabilidad. Esta zona son órbitas alrededor de la estrella que tienen las condiciones necesarias para que los planetas en estas órbitas tengan agua líquida en su superficies. Es decir, Kepler busca vida extraterrestre... vida como la conocemos al menos. Lamentablemente, la misión Kepler tuvo problemas en su funcionamiento, y ya no estará más operativa. En los 3 años de actividad nos entregó al menos 3455 candidatos de planetas. Pero como los seres humanos somos obstinados, una nueva misión, TESS (Transiting Exoplanets Survey Satellite) está planeada por la NASA para lanzarse el 2017, además de otras misiones como Gaia (Agencia espacial europea ESA) y James Webb Telescope, que serán lanzadas este año y el 2022, respectivamente. 

Potenciales planetas habitables, ordenados por similaridad con la Tierra. El número debajo de cada planeta es el índice de similaridad con la Tierra.

Fuente: Kepler

El futuro se ve prometedor. Estamos ad-portas de encontrar un planeta con condiciones similares al nuestro. Condiciones que pueden significar vida. Un descubrimiento que cambiará nuestra forma de ver el universo.

Para terminar, dejo esa frase tan famosa de Carl Sagan: “El Universo es un lugar bastante grande. Si sólo somos nosotros, sería una terrible pérdida de espacio”

Nota tecnológica: Exoplanet (exoplanetapp.com) es un app disponible en el Appstore (lamentablemente no para Android) que tiene la base actualizada de los planetas descubiertos y algunas formas divertidas de visualizarlos. En inglés.