Quin és el tamany de l'univers?

 

 

 

 

 

 

 

El nostre univers va néixer en el Big Bang fa 13.772 milions d’anys amb un error de 59 milions d’anys. Els astrònoms calculen que la Via Làctia conté entre 200.000 i 400.000 milions d’estels.  Amb el telescopi Hubble s’ha observat una regió de l’espai que aparentment estava buida i desprès de 11 dies d’observació s’ha obtingut el que s’anomena Hubble Ultra Deep Field que conté nombroses galàxies.  Més tard s’ha fet una altra exploració més llarga i podeu comparar la diferència, el Extreme Deep Field conté moltes més galàxies. Extrapolant els resultats d’aquesta petita regió, l’estimació actual és que l’univers observable conté 176.000 milions de galàxies, però podrien ser un bilió.

 

Semblaria que el radi de l’univers observable és d’uns 13.700 milions d’anys-llum.( Nota 1) Però,  com que l’univers s’ha expansionat, de fet el radi de l’univers observable és d’uns 46.600 milions d’anys-llum. Aquest radi va creixent a mesura que la llum de les galàxies més llunyanes ens arriba i la tecnologia ens permet observar amb més detall aquestes galàxies.  Ara bé, com sabeu, per la llei de Hubble,  la velocitat a la que s’allunyen les galàxies és proporcional a la distància i endemés fa pocs anys s’ha descobert que l’expansió s’està accelerant. La conseqüència de tot això és que el màxim radi de l’univers observable en un futur és de 62.000 milions d’anys-llum. Fixeu-vos que tota l’estona hem estat parlant d’univers “observable”.  Els cosmòlegs teoritzen que aquest univers és part d’una realitat, pot ser eterna, molt més gran que pot incloure un gran nombre d’universos amb pot ser constants fonamentals diferents (com la velocitat de la llum, o la constant de gravitació), o lleis físiques diferents.

 

Però, tenim alguna esperança de detectar aquesta possible realitat més enllà de les fronteres de l’univers observable?  Fins fa poc es creia que l’univers era isòtrop (igual en totes les direccions) i homogeni (no hi ha cap punt privilegiat), això sí, si mirem l’univers a gran escala, és a dir uns 500 milions d’anys-llum.  Es l’hipòtesi més senzilla per a construir models cosmològics i la observació semblava corroborar-la. En els darrers anys, però, s’han descobert estructures a escales molt més grans que les dels cúmuls i supercúmuls de galàxies.  Per exemple, en el 1989 es va descobrir la “Gran Muralla”, una mena de filament de galàxies d’uns 600 milions d’anys-llum de longitud i també s’han descobert grans espais buits.  En els anys 80 també es va descobrir “el Gran Atractor” un lloc de l’espai que atrau a la Via Làctia i a milers d’altres galàxies en la seva direcció a velocitats de més de 20 milions de kms per hora.

 

Finalment, en el 2008 s’ha descobert el que s’anomena “Flux Fosc”, que podria ser la primera evidència d’una realitat fora del nostre univers observable.  L’anàlisi del CMB porta a  concloure que hi ha un vast moviment de cúmuls de galàxies en una direcció i que no troba explicació dins de l’univers observable. Observant el moviment de galàxies allunyades influenciades per la gravetat d’objectes la influència gravitatòria de la qual (o la llum de la qual) encara no ens pot haver arribat podem establir un pont que ens permet “observar” més enllà de l’univers observable.   Per a fer una analogia: si un professor en una classe no té accés a veure des de la pissarra el que passa al carrer,  però veu que els alumnes han girat el cap envers la finestra que a ells els permet veure el que passa fora, pot intuir, per exemple, que ha arribat el repartidor de gelats. Fascinant.

 

Nota 1 :  De fet,  no podem observar directament els primers 380.000 anys  (en aquell moment el diàmetre de l’univers era de 85 milions d’anys-llum) que és quan la densitat de l’univers va baixar per fer-lo transparent a la llum i d’aquella època és la famosa Radiació Còsmica de Fons en Microones,  o CMB radiation en anglés, l’estudi de la qual ha donat diversos premis Nobel.

Els arqueobacteris

Carl Woese

En el 1970 un científic poc conegut, Carl Woese, intentava trobar una manera de classificar els bacteris. Els bacteris no són fàcils de classificar perquè sovint els que semblen i actuen de forma similar tenen una història evolutiva molt diferent. Científics famosos havien abandonat aquest camp d'investigació sense arribar a resultats. Woese creia que els podria classificar mirant el seu material genètic, el seu RNA que constituia els seus ribosomes, allí on es produeixen les proteïnes de la cél·lula. Desprès d'una dècada de penosos treballs estava a punt d'establir l'arbre genealògic dels bacteris.

Aleshores va succeir un fet inesperat. Un col·lega, Ralph Wolfe, li va suggerir que provés el seu mètode en un grup inusual de bacteris que produeixen metà. Però quan Woese va estudiar-los va veure que els metàgens no eren bacteris! No tenien cap de les seqüències d'oligonucleòtids que Woese havia reconegut com característiques dels bacteris. Així és com va nèixer un altre nivell en la classificació de la vida per sobre del reialme: el domini. La vida es classifica a partir de Woese en tres dominis: els eucariotes, els bacteris i el tercer domini: Archea (arqueobacteris).

Strain 121, un arqueobacteri que resisteix 130 º C

Carl Woese li va dir al seu col·lega: “Wolfe, aquests éssers no són ni bacteris.” Fixem-nos en aquest moment. Només unes poques persones han viscut un moment d'aquesta magnitud quan es produeix una gran revelació per a la humanitat, moments que només han viscut persones com Einstein, Newton o Kepler. Carl Woese havia descobert un nou món de microbis que semblaven bacteris als nostres ulls, però que de fet eren físicament i bioquímicament tan únics que, al final, s'ha vist que eren més propers a nosaltres que als bacteris. Havia descobert una forma de vida totalment diferent aquí a la Terra.

Carl Woese va morir el passat 30 de desembre. Ha romàs un científic poc conegut no solament pel públic sinó inclús pels biòlegs que no són microbiòlegs. Alguns l'havien proposat per premi Nobel, però això ara ja no serà possible (pot ser el motiu sigui que no hi ha un premi Nobel de biologia sinó de medicina i fisiologia). Els arqueobacteris es troben a tot arreu malgrat que són tan poc famosos com el propi Woese: en el gel, en l'aigua de mar, en la terra, en nosaltres mateixos i mereixerien millor publicitat.

Considereu els següents punts:

Els arqueobacteris fan el DNA i el RNA de forma semblant a nosaltres, és a dir els eucariotes

Els arqueobacteris tenen polimerases, enzims que repliquen el DNA i el RNA, versions més senzilles de les polimerases que es troben en els eucariotes, i tenen unes proteïnes anomenades histones que no semblen existir en el bacteris. Això suggeriria que els eucariotes van evolucionar dels arqueobacteris.

Els arqueobacteris tenen unes membranes diferents de les dels altres éssers vius

Contenen isoprè en lloc d'àcids grassos i tenen glicerols que de diferent quiralitat dels dels bacteris, la qual cosa indicaria que aquests dominis es van separar fa molt de temps. Algunes propietats d'aquestes membranes les fa especialment resistents a altes temperatures i els àcids i possibilita la seva vida en aquests entorns extrems.

Explicació de la quiralitat: La quiralitat és la propietat d' un objecte de no ser superponible amb la seva imatge especular. En la imatge,  dues molècules quirals.

La misterosa absència de arqueobacteris paràsits i patògens

No s'han trobat ni patògens ni paràsits obvis en el domini dels arqueobacteris. Això no vol dir que no existeixin, ja que els arqueobacteris no han estat descoberts fins fa poc i ara hem vist que estan presents a tot arreu. Però és un tema sorprenent i interessant.

Pot ser la química arqueobacteriana és tan única que no està gaire adaptada a la vida dins d'altres organismes superiors? No, no sembla que aquest sigui el cas com veurem més avall. Hi ha , aleshores, alguna cosa fonamental en la seva química o el seu metabolisme? Hi ha un cas de possible parasitisme entre dos arqueobacteris, però sembla més aviat una simbiosi.

No obstant, això no vol dir que els arqueobacteris estiguin lliures de patògens, ja que sòn atacats per diferents virus.

Aquesta falta de patògens entre els arqueobacteris pot ser una de les raons per les quals Woese no va obtenir el premi Nobel que recordem és de fisiologia o medicina.

Els arqueobacteris són a tot arreu.

Quan es van descobrir es va pensar que eren extremòfils: vivien en ambients extrems de temperatura, acidesa, etc. Hi ha un arqueobacteri capaç de viure a més de 130 º C.

Ara hem vist que constitueixen el 40% de la biomasa microbiama dels oceans, pot ser constitueixen el 20% de tota la biomasa de la Terra i els trobem en els intestins dels mamífers i en la vagina. I ajuden a les vaques a trencar la celulosa i obtenir energia.

Constitueixen un nou món meravellós on encara ens queden moltes coses per a descobrir. Podríem dir: Gràcies Carl!

La opinió de Weinberg sobre la vida

"L'esforç per a entendre l'univers es una de les molt poques coses que aixeca la vida humana per sobre del nivell de farsa i li dóna un mica de la dignitat de la tragèdia" Steven Weinberg, Premi Nobel de Física 1979 (conjuntament amb Abdus Salam i Sheldon Lee Glashow) per la unió de la força feble i la electromagnètica (teoria electrodèbil).

Citat en el llibre "Why Does the World Exists" de Jim Holt

 

Steven Weinberg, autor del popular llibre "Els primers tres minuts" (es refereix al tres primers minuts desprès del Big Bang)

S'ha descobert un riu important a Tità

Tità (la lluna més gran de Saturn) és l'únic astre del sistema solar, apart de la Terra, on s'ha trobat líquid en moviment continu en la seva superfície. La diferència és que a Tità fa molt fred i, si fos aigua, estaria gelada. El líquid és metà i età. Aquest riu, que té una longitud d'uns 350 kms, desemboca en el mar Kraken, d'un tamany entre el Caspi i el Mediterrani. A Tità el cicle de l'aigua queda substituit pel cicle del metà: hi han pluges, rius, llac, mars i el metà es torna a evaporar i el cicle recomença.

Com es mesura la massa de la Via Làctia

La Via Làctia té una flota d'unes dues dotzenes de galàxies satèl·lits que ajuden a estimar la seva massa que es sitúa entre centenars de milers de milions la massa del Sol fins a dos bilions.

Una de les dificultats en mesurar la massa és que la seva major part és matèria fosca, un element desconegut que s'està esbrinant comprendre de que està constituit, tant al CERN com en diversos experiments subterranis.

Una de les galàxies que es fan servir per a mesurar la massa de la Via Làctia és Leo I que es creu que orbita la nostra galàxia, encara que està molt allunyada, a 850.000 anys-llum del centre (per comparació el Sol està a uns 30.000 anys-llum i els Núvols de Magallanes a 160.000 i 200.000.

A l'estar tan lluny se suposa que la seva òrbita inclou tot l'halo de matèria fosca que envolta la Via Làctia. Estudiant l'efecte Doppler (el corriment cap al blau de les ratlles espectrals) podem determinar la velocitat radial de Leo I.  Però per determinar la velocitat total ens cal saber com Leo I es mou transversalment i això es fa comparant la situació de Leo I en diferents èpoques respecte al fons de galàxies llunyanes. Al ser Leo I tan distant aquest moviment és gairebé imperceptible, però ara s'ha aconseguit determinar-lo comparant posicions dels anys 2006 i 2011, gràcies al telescopi Hubble.  Segons sembla Leo I es mou a una velocitat de 200 km/s, semblant a la del Sol, que està molt més aprop.  Això vol dir que la Via Làctia ha de tenir una massa substancial per a tenir en òrbita una galàxia tan llunyana a aquesta velocitat.  Segons els càlculs i suposant que Leo I estigui realment orbitant la Via Làctia, la massa de la nostra galàxia seria de 1,6 bilions de sols.  Mesurant les velocitats d'altres galàxies, Leo II i Canes Venatici I que orbiten la Via Làctia i Leo T que està encara més lluny que Leo I, però no orbita la Via Làctia sinó que està caient cap a ella, s'anirà afinant aquesta estimació

Com es va inventar el codi de barres

 

Joseph Woodland, l’inventor del codi de barres va morir fa pocs dies als 91 anys. És interessant repassar com es va inventar el codi de barres, ja que va dependre de tres factors: l’inventor havia estat boy scout, li agradava anar a la platja i al seu pare l’horroritzava la màfia.  A veure si expliquem aquesta il.lustrativa història que va tenir lloc a finals dels anys 40.

Woodland va treballar en el projecte Manhattan durant la guerra (la creació de la bomba atómica). A l’acabar la guerra va tornar a la seva universitat, Drexel, on es va llicenciar en el 1947.  Essent estudiant va dissenyar un eficient sistema per transmetre música als ascensors i el volia desenvolupar, però el seu pare, sabent que aquest negoci estaba controlat per la màfia, li va desaconsellar seguir amb aquesta idea.  Aleshores va decidir tornar a la universitat per a obtenir un màster. En el 1948 va visitar la universitat un executiu d’un supermercat local i els va demanar que desenvolupessin un sistema per a codificar els productes. Les autoritats universitàries no van mostrar interés però Woodland es va enterar de la petició i va decidir dedicar-li un temps. Se’n va anar a Miami on els seus pares tenien una casa a la platja i es va passar l’hivern del 48/49 assentat en una cadira a la platja pensant.

Per a representar informació de forma visual necessitava un codi i ell només coneixia el Morse que li havien ensenyat els boy scouts. Com es podria adaptar el Morse gràficament? Estava jugant amb els seus dits a la sorra i aleshores, a la manera com es diu que es va dibuixar la bandera catalana, va agafar els seus quatre dits i els va arrastrar sobre la sorra. Tot seguit es va adonar que fent línies gruixudes i primes podia reproduir el codi Morse.  Segons més tard, va fer que els seus quatre dits giressin formant un cercle.  Woodland va creure que era millor un cercle perquè permetia una lectura omnidireccional sense necessitat d’orientar el producte i així va ser patentat el primer codi de barres (patent USA 2.612.994) el 7 d’Octubre de 1952, fa 60 anys.  Malhauradament, en aquell moment els scanners eren equips pesats i cars equipats amb llum de 500 watts. Finalment, Woodland i el seu amic, Silver,  que l’havia posat en antecedents sobre la demanda de l’executiu del supermercat van vendre la patent a Philco per 15.000 dòlars i Woodland va anar a treballar per IBM.  En els setantes, un col.lega d’IBM, inspirant-se en el treball de Woodland i Silver, va dissenyar el codi rectangular que tots coneixem quan ja es disposava de scanners més lleugers i eficients.  Però va ser Alan Haberman, un executiu d’un supermercat, el qui va popularitzar el codi de barres i va treballar per a que s’adoptés com a normativa en el sector dels supermercats en el 1973.  Recordo el fet perquè jo vivia als E.U.A. en aquella época i els diaris van comentar la notícia.  Woodland va rebre la Medalla Nacional de Tecnologia i Innovació en el 1992 i el seu nom es va afegir a la llista del National Inventors Hall of Fame l’any passat.

Crec que és una història interessant de com es desenvolupa una invenció i una tecnologia fruit de l’atzar, de la imaginació, de lligar coses que ja coneixem amb el problema  a resoldre i de com, tot i així, la seva implantació fracassa momentàniament perquè falten altres elements que la facin possible i com altres persones, inspirant-se en el primer inventor l’acaben adaptant quan el mercat està madur i la tecnologia que fa possible l’aplicació està disponible.

El nostre univers camina ja cap a la senectut

Almenys en el que es refereix a la creació de nous estels, l’univers visible està ja en fase de plena maduresa. Estudis efectuats per astrònoms mirant a galàxies d’èpoques diferents, de fa 11.000 milions i 4.000 milions d’anys,  han portat a la conclusió de que el 95% de tots els estels que veiem ara es van formar en els darrers 11.000 milions d’anys i que aproximadament el 50% es van formar entre  fa 11.000 i 8.000 milions d’anys.  Però el resultat més impactant és que el ritme al qual s’estan formant avui dia nous estels és només el 3% del ritme que hi havia fa 11.000 milions d’anys.  A menys de que l’univers entri en una nova fase que ningú prediu només serà capaç de produir en tot el seu futur un 5% dels estels que existeixen en aquest moment.  Això significaria que estem al començament del final. Per tant, estem en una època privilegiada. Es clar que aquest final queda encara molt lluny, sobretot tenint en compte que estels menys massius que el Sol poden durar molt, alguns fins i tot bilions d’anys.

 

Per altra banda,  també estem en un temps particularment especial. Hem estat capaços d’albirar els efectes del Big Bang (la radiació de fons, la formació d’heli primordial en el percentatge predit per la teoria) i sabem que l’univers conté centenars de milers de milions de galàxies des de que Hubble,  en els anys 20,  va descobrir l’expansió de l’univers. A mitjans dels 90, però, es va descobrir, de forma inesperada, que l’expansió s’accelera. Si això no s’atura, en 2 bilions d’anys les úniques galàxies que seran capaços de veure éssers intel·ligents del nostre entorn seran les del grup local i als futurs astrònoms no els quedarà cap traça del Big Bang (per exemple, la concentració d’heli serà de més del 60% contra el 25% que va constituir l’univers primigeni). Per tant, la imatge que es faran de l’univers serà semblant a la que teníem als començaments del segle XX.