Los agujeros negros supermasivos no solo destruyen, también son creadores de estrellas

A 600 millones de años luz de la Tierra, dos galaxias, conocidas como IRAS F23128-5919, llevan millones de años chocando. En el oscuro corazón de una de ellas, un agujero negro supermasivo está engullendo grandes cantidades de materia, como es habitual en estos voraces objetos.

Pero los científicos han encontrado ahí algo muy sorprendente. Por primera vez, han confirmado que los agujeros negros supermasivos pueden contribuir a formar estrellas. Gracias a los procesos que ocurren en los discos de materia que se acumulan a su alrededor, se libera una gran cantidad de energía que genera potentes corrientes de gas donde se activa el nacimiento de estrellas. Este resultado es importante para entender cómo ser forman y evolucionan las galaxias, y además ayudará a explicar por qué aparecen estrellas en el halo, una enorme región esférica que está en las regiones externas de las galaxias. Los descubrimientos, realizados sobre todo gracias al «Very Large Telescope» del Observatorio Europeo Austral (ESO), en Chile, han sido publicados en Nature.

«El hallazgo más relevante es que se ha descubierto que las estrellas se pueden formar en lo que llamamos “outflows”, corrientes de gas que provienen del centro de las galaxias y que fluyen hacia el exterior con una altísima velocidad», ha explicado a ABC Santiago Arribas Mocoroa, profesor de investigación del CSIC en el Centro de Astrobiología, y que ha participado en el estudio junto a otros miembros de su equipo.

Este es un fenómeno que se sospechaba desde hace tiempo, pero que no había podido ser confirmado experimentalmente. Al hacerlo ahora, por primera vez, se abre «una vía de creación de estrellas distinta a la convencional, lo que tiene implicaciones en la formación y la evolución de las galaxias», ha añadido el investigador.

Se sabe que las galaxias se forman a partir del gas que hay en el espacio, que está sobre todo compuesto por hidrógeno. Poco a poco, este gas se va acumulando en un disco que gira en torno al centro de la galaxia. Hay regiones de este disco en las que el gas se fragmenta en nubes, que a su vez empiezan a colapsar por efecto de la gravedad. Esto hace que aumente la temperatura hasta un punto que provoca el comienzo de las reacciones nucleares de fusión: es entonces cuando nacen las estrellas.

El halo de las galaxias

Esto explica por qué la mayor parte de las estrellas están en el disco de las galaxias. Pero no explica por qué en torno a los discos hay una gran región esférica en la que hay estrellas dispersas que se mueven a altísimas velocidades: el llamado halo galáctico. Una posible explicación podría ser que las estrellas que se crean en las corrientes de gas, formadas por los agujeros negros supermasivos del centro de las galaxias, las expulsan hasta allí.

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Estructura de la Vía Lácta. En torno a un disco hay una gran región esférica donde hay estrellas dispersas- http://www.astronomygcse.co.uk

En esta ocasión, los científicos han descubierto estrellas recién nacidas, de solo decenas de millones de años de edad, que son más brillantes y calientes que las otras estrellas del disco de las galaxias observadas, llamadas IRAS F23128-5919. El análisis de su luz indica que estas estrellas se alejaban a una velocidad muy elevada del centro de la galaxia, y que se han originado en una corriente de gas creada por el agujero negro.

Estrellas «disparadas»

«Las estrellas que se forman en el viento, cerca del centro de la galaxia, deben de perder velocidad y comenzar a moverse hacia atrás, (hacia el agujero negro), pero las que se forman más lejos pueden subrir menor deceleración e incluso llegar a salir de la galaxia», ha explicado en un comunicado Helen Russell, investigadora en el Instituto de Astronomía de la Universidad de Cambridge y coautora del estudio.

«Es como lanzar un cohete. Si lo lanzas con la suficiente velocidad, escapa de la Tierra. En el caso de las estrellas creadas a partir de gas con muy alta velocidad, pueden llegar a salir de las galaxias y llegar al llamado medio intergaláctico», ha explicado Arribas. Además, tal como ha dicho, cuando estas estrellas distantes mueren, a veces pueden explotar en forma de supernovas, lo que explicaría por qué en el espacio intergaláctico hay presencia de elementos pesados, normalmente producidos a partir de estos fenómenos.

Roberto Maiolino, investigador de la Universidad de Cambridge y primer autor del estudio, ha sugerido que si las corrientes de gas de los agujeros negros supermasivos crean estrellas en la mayoría de las galaxias, según predicen algunas teorías, estamos ante «un escenario totalmente nuevo para comprender la evolución de las galaxias».

En opinión de Santiago Arribas, esto sería especialmente importante para entender las etapas en las que las galaxias eran más jóvenes. En aquel momento, el Universo era más denso y las corrientes de gas eran más potentes, por lo que, probablemente, «tuvieron una gran influencia en la formación de las primeras galaxias».

Curiosamente, este fenómeno de expulsión de corrientes de gas de los agujeros negros supermasivos es muy similar al de los agujeros negros estelares, mucho más ligeros. Sin embargo, estos últimos no tienen tanta energía como para permitir el nacimiento de estrellas, tal como ha explicado Arribas.

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Convierten una hoja de espinaca en tejido de corazón

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En el interior de las hojas han latido células musculares cardiacas durante varios días – WPI

Científicos de la Universidad de Wisconsin-Madison y de la Universidad de el Estado de Arkansas (Estados Unidos) han logrado convertir hojas de espinaca en un prototipo de tejido cardíaco humano. En concreto, han usado hojas modificadas de este vegetal como un «andamio» capaz de funcionar de forma similar al de un pequeño sistema circulatorio, y han conseguido que en su interior latieran células cardíacas. Los resultados de estos experimentos se han publicado recientemente en la revista «Biomaterials».

Según los investigadores, esto podría usarse más adelante para regenerar tejidos o quizás incluso para diseñar órganos artificiales. «Aún tenemos mucho trabajo que hacer, pero los resultados son, hasta ahora, realmente prometedores», ha dicho en un comunicado Glenn Gaudette, investigador en el «Worcester Polytechnic Institute» (WPI) y coautor del estudio.

Una de las problemas a los que se enfrenta la bioingeniería de órganos y tejidos, que trata de diseñar sistemas artificiales que emulen el funcionamiento de los órganos y tejidos naturales para curar enfermedades y heridas, es conseguir un modo de alimentar los tejidos. De momento, resulta imposible reproducir la complejidad y el pequeño tamaño de la red de «tuberías» que forma el sistema circulatorio de humanos.

Una red de tuberías

En la naturaleza, esta red está formada por «tubos» de varios calibres, de mayor a menor tamaño por arterias, venas, arteriolas, vénulas y, finalmente, capilares. Estos se ramifican por el cuerpo, formando una compleja red que recuerda a las ramas de un árbol, y transportan la sangre hasta todas las células del cuerpo.

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Alimentación de las hojas de espinaca a través de tubos- YOUTUBE/WPI

El problema es que estas estructuras son muy difíciles de crear de forma artificial. Por eso, estos investigadores han decidido aprovechar tejidos vegetales con esta finalidad: «Las plantas y los animales usan distintas formas de transportar fluidos, compuestos químicos y macromoléculas, pero aún así, tienen unas estructuras vasculares sorprendentemente similares», han escrito los autores del estudio.

A lo largo de varios experimentos, los científicos «desnudaron» a las hojas de espinacas de sus células vegetales. Para ello usaron una técnica especial en la que aplicaron un potente detergente capaz de degradar las partes blandas de la hoja. Una vez retiradas las células, en las hojas tan solo quedó una estructura principalmente formada por celulosa, una sustancia que no produce rechazo en humanos, y que mantenía intacta la estructura del sistema circulatorio de las hojas.

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Técnica para retirar las células vegetales y dejar el sistema circulatorio intacto- WPI

A continuación, cultivaron células musculares cardiacas humanas en su interior, y lograron que latieran cinco días después en ese extraño medio. Algunas sobrevivieron hasta tres semanas. En una demostración, inyectaron un tinte rojo para simular la circulación de la sangre en las hojas translúcidas.

Además, inyectaron unas pequeñas esferas, de 10 micrómetros de diámetro (100 veces menos que un milímetro), un tamaño similar al de los glóbulos rojos, para comprobar si podían fluir por los vasos de la planta, y comprobaron que sí que podían hacerlo.

Los científicos han usado esta técnica con perejil y con raíces de cacahuetes. Esperan poder usar distintas plantas para diferentes finalidades: «La hoja de la espinaca es más apropiada para un tejido muy vascularizado, como el cardíaco, mientras que la Impatiens capensis, con sus vasos cilíndricos, parece ser mejor para un injerto arterial. A la inversa, las columnas de vasos de la madera podría ser útil para fabricar huesos artificiales, gracias a la fuerza y la geometría de su estructura», escriben los autores.

Tal como han informado en «The Washington Post», los científicos esperan poder usar esta técnica para hacer injertos más adelante. De momento, comprobarán que un andamio de estas características no sea rechazado por el organismo, después de ser insertado. Otra de las cosas en las que trabajarán será en aumentar el grosor de las hojas, para tratar de emular el tamaño de la pared del corazón y así diseñar un posible tratamiento contra infartos. Ya han adelantado que tratarán de aprovechar plantas como el brócoli o las coliflores para emular el esponjoso tejido de los pulmones.

Otros investigadores han usado antes los tejidos vegetales como un andamio para cultivar tejidos humanos. Recientemente, científicos de la Universidad de Ottawa, usaron células de manzanas y las rellenaron con tejido cervical.

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Las increíbles moléculas que se autoorganizaban antes del origen de la vida

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Los biomorfos, en la imagen, son minerales que se autoensamblan y se parecen a los seres vivos – JUAN MANUEL GARCÍA RUIZ / CSIC

Aún se desconoce cómo surgió la vida en la Tierra. Algunos creen que las semillas básicas llegaron al planeta a bordo de asteroides y cometas, o bien que los ingredientes ya estaban en el planeta. Quizás los rayos, los volcanes y los mares fueron el caldo de cultivo idóneo para el primer ser vivo.

Un equipo internacional de científicos, dirigidos por Juan Manuel García-Ruiz, investigador del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), ha hecho un descubrimiento que puede ayudar a entender las circunstancias en las que apareció la vida. El hallazgo, presentado en Science Advances, confirma que en las condiciones de la Tierra primitiva, en las que no era raro encontrar agua muy básica (con un pH muy alto), era posible la autoorganización de pequeñas moléculas minerales. Entre otras cosas, estas eran capaces de formar biomorfos, estructuras inertes que tienen una forma, una textura y una simetría similar a las de los seres vivos.

«Este articulo demuestra que los fenómenos de autoorganización mineral pudieron tener lugar en la Tierra primitiva», ha explicado García-Ruiz a ABC. Además, tal como ha dicho, este avance sugiere que el fenómeno podría haber sido frecuente también en otros planetas similares a la Tierra.

Según este investigador, lo interesante es que, como «esas estructuras autoemsambladas también son catalizadoras de reacciones químicas prebióticas», este estudio abre la puerta a «buscar si ha existido acoplamiento químico entre ellas y las moleculas orgánicas que se formaban a su alrededor». Por eso, podrían ayudar a comprender cómo surgió la vida en la Tierra primitiva.

Aguas hiperalcalinas, ¿caldo para la vida?

Los investigadores han demostrado que la sílice es capaz de fabricar complejas estructuras minerales que se autoensamblan cuando están en presencia de agua hiperalcalina. Y, por primera vez, los científicos han podido reproducir este proceso en el laboratorio usando agua obtenida en un ambiente natural: una procedente de aguas de Ney Springs, en California (Estados Unidos).

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Biomorfo obtenido a partir de agua de las Fuentes de Ney, en California- JUAN MANUEL GARCÍA RUIZ / CSIC

Los valores de pH «extremadamente altos» de las aguas de Ney, que rondan el valor de 10, se derivan de la serpentinización, un proceso geológico en el que se generan moléculas orgánicas abióticas. «Aguas de este tipo estaban muy extendidas durante las primeras etapas de formación de nuestro planeta, antes de que la vida apareciese o cuando estaba empezando», ha destacado el investigador del CSIC.

Sin embargo, en la actualidad hay muy pocos lugares del planeta donde existan de este tipo. Hoy en día se pueden encontrar en el mundo submarino, en el entorno de las chimeneas negras. O en superficie, en aguas ligadas a la serpentinización, como las de las Fuentes de Ney, en California o en los lagos del valle del Rift, en Kenia y en Etiopía.

Tres formas de autoensamblaje

Gracias a esta investigación, los científicos han demostrado tres formas de autoensamblaje mineral. En primer lugar, los biomorfos, formados por diminutas partículas de carbonato de bario que van creciendo con la ayuda del sílice. «No hay bordes ni ángulos, sino superficies suavemente curvadas. Suelen ser indistinguibles de las formas características de organismos primitivos», ha detallado el investigador.

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Biomorfos obtenidos con agua no obtenida en medio natural- LIONEL CERVERA

En segundo lugar, los investigadores han obtenido agregados cristalinos de carbonato cálcico y sílice amorfo, denominados mesocristales, que imitan las complejas texturas de las conchas. Por último, también han demostrado que existe otra forma de autoorganización: la que tiene lugar en tubos huecos compuestos de membranas hidratadas de silicato metálico.

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«Estas estructuras son capaces de catalizar reacciones prebióticas derivadas de simples moléculas de carbón, como la formamida. Se conocen con el nombre de jardines de sílice», ha agregado el investigador del CSIC.

La investigación ha sido dirigida por Juan Manuel García-Ruiz, del Instituto Andaluz de Ciencias de la Tierra (mixto del CSIC y la Universidad de Granada), quien hace tres décadas descubrió y puso nombre a los biomorfos. Junto a él han trabajado Electra Kotopoulou y Leonardo Tamborrino, y además han colaborado los investigadores Oliver Steinbock y Elias Nakouzi, de la Universidad Estatal de Florida.

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Marte tuvo anillos en el pasado, y los volverá a tener

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La ilustración muestra un sistema de anillos rodeando Marte – Purdue University Envision Center

No nos lo enseñaron en el colegio, pero es más que probable que en el pasado Marte, nuestro planeta vecino, tuviera un sistema de anillos capaz de rivalizar con el del propio Saturno. Y lo que es más, es casi seguro que volverá a desarrollarlos en el futuro.

Por lo menos, esa es la teoría recién publicada en Nature Geoscience por un equipo de investigadores de la Universidad de Purdue, en Indiana. David Minton y Andrew Hesselbrock, en efecto, han desarrollado un modelo computerizado que muestra claramente cómo los escombros lanzados por Marte al espacio tras el impacto de un gran asteroide hace 4.300 millones de años estuvieron “alternando” su forma y distribución a lo largo del tiempo, conviertiéndose en anillos planetarios o aglutinándose para formar varias generaciones de lunas.

El impacto debió de ser brutal, ya que la llamada Cuenca Borealis, en el hemisferio norte marciano y que cubre casi el 40% de todo el planeta, se formó precisamente tras ese impacto. Y por supuesto, como consecuencia de una colisión así, una gigantesca nube de escombros y rocas fue lanzada violentamente al espacio desde la superficie.

“Esta gran colisión -sostiene Hesselbrok-, podría haber arrancado suficiente material de la superficie de Marte como para formar un anillo“. Pero el modelo de Hesselbrock y Minton sugiere que a medida que el anillo se formaba y los escombros se alejaban lentamente del planeta y se extendían por el espacio, empezaron a aglomerarse hasta que, finalmente, formaron una luna. El modelo muestra también que, con el paso del tiempo, la atracción gravitatoria del planeta rojo llevaría esa luna a acercarse a Marte, hasta alcanzar el llamado “límite de Roche“, la distancia a partir de la cual las fuerzas de marea de un planeta desintegrarán un cuerpo celeste cuyas piezas solo se mantienen unidas por la gravedad.

Y eso es, precisamente, lo que está ocurriendo con uno de los dos satélites de Marte, Fobos, que se acerca cada vez más al planeta. Según el modelo, Fobos empezará a romperse en pedazos a medida que se acerque al límite de Roche, y se convertirá, de nuevo, en un sistema de anillos dentro de aproximadamente 70 millones de años. Los investigadores creen que este ciclo (de lunas y anillos) puede haberse repetido entre tres y siete veces durante los últimos 4.000 millones de años. Es decir, que Marte, según el momento, ha tenido lunas o ha estado rodeado por anillos.

Pero ese ciclo no puede durar para siempre. De hecho, cada vez que una luna marciana se rompe y da lugar a un anillo, la siguiente luna que se forme será hasta cinco veces más pequeña que su predecesora, ya que una parte de los fragmentos habrán vuelto a caer al planeta. Según el modelo, ese podría ser, precisamente, el origen de los depósitos sedimentarios encontrados cerca del ecuador de Marte y cuyo origen se desconoce.

En palabras de Minton, “durante las primeras fases de la historia de Marte, podrían haber llovido sore el planeta pilas kilométricas de sedimentos lunares. Así se explicarían los enigmáticos depósitos de sedimentos encontrados en Marte, de los que no tenemos ninguna explicación de cómo pudieron llegar allí. Ahora es posible estudiar esos materiales”.

Otras teorías sugieren que el impacto que creó la Cuenca Borealis llevó directamente a la formación de Fobos hace unos 4.300 millones de años, pero Minton cree que es poco probable que esa luna haya conseguido durar todo ese tiempo. Además, Fobos habria tenido que formarse muy lejos de Marte y habría tenido que atravesar, por lo tanto, la “resonancia de Deimos”, la más externa de las dos lunas del planeta. La resonancia ocurre cuando dos lunas ejercen influencia gravitacional la una sobre la otra, como sucede con las principales lunas de Júpiter.

Al pasar una y otra vez a través de esa resonancia, Fobos habría tenido que alterar la órbita de Deimos. Cosa que no ha sucedido, ya que su órbita es completamente estable desde hace muchísimo tiempo. “No ha sucedido mucho con la órbita de Deimos desde que se formó -asegura Minton-. Y Fobos pasando por esas resonancias no habría permitido eso”.

Ahora, Minton y Hesselbrock centrarán su trabajo en estudar cómo fue la dinámica del primer sistema de anillos que se formó tras el impacto del asteroide. Y también estudiarán los depósitos de material llovidos sobre la superficie marciana con la sucesiva desintregración de varias generaciones de lunas.

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Con este nuevo material inspirado en los dientes podríamos construir aviones más fuertes

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Imagen: Universidad de Míchigan

¿En qué se parecen los aviones a los dientes? Los aviones deben soportar un constante estrés mecánico sin agrietarse, pero no pueden ser blandos. Con el esmalte dental, la capa externa de nuestros dientes, ocurre lo mismo.

Si lo piensas, nuestra dentadura tiene que ser lo suficientemente fuerte como para romper y desgarrar los alimentos, pero también soportar décadas de vibraciones (como cuando caminamos) sin agrietarse o resquebrajarse. La mayoría de los materiales hechos por el hombre solo están diseñados para resistir a una de las dos cosas. El metal es fuerte, pero puede desarrollar fracturas de tensión con el tiempo. El caucho absorbe las vibraciones, pero no es el mejor material para construir aeronaves.

¿Qué es lo que hace que los dientes sean tan resistentes? Su estructura, por supuesto. A nivel microscópico, el esmalte dental es una estructura de gran pureza hecha de cristales de cerámica dura rodeados por una pequeña cantidad de proteínas orgánicas blandas. Cuando se ejerce presión sobre un diente al morder o masticar, las columnas se comprimen y se doblan, pero la fricción con el material proteico blando absorbe el exceso de energía que podría causar daños en la estructura del diente. Es un diseño que funciona desde que los dinosaurios vagaban a sus anchas por la Tierra.

Sabiendo esto, un equipo de investigadores de la Universidad de Míchigan ha desarrollado un esmalte de dientes sintético que algún día podría usarse para construir aviones estructuralmente más resistentes. El material tiene las mismas propiedades elásticas que nuestra dentadura, pero en lugar de cristales cerámicos y proteínas está hecho de nanocables de óxido de cinc y un polímero blando, según detalla un artículo en Nature.

Este esmalte de dientes artificial se presenta como una mejor alternativa a los metales para construir el fuselaje de los aviones y el chasis de los coches. No solo es más ligero, sino que puede soportar la presión, las vibraciones y las constantes expansiones y compresiones que experimentan los metales durante los vuelos, y que acaban produciendo grietas microscópicas o alguna falla estructural ocasional.

Hay una desventaja. Los investigadores aún no hay encontrado una manera eficiente de producir el material en masa. La fabricación del esmalte es increíblemente lenta: un solo micrómetro lleva cuarenta capas que tienen que ser construidas una a una. Construir un avión entero llevaría años, lo que resultaría prohibitivamente caro a pesar de todas sus ventajas.

Si consiguen superar ese pequeño inconveniente, tal vez en un futuro próximo nos subamos a un avión cuya estructura esté inspirada en nuestros dientes. Si no, los investigadores confían en encontrarle un uso en campos más pequeños, como la electrónica. [Nature vía New Atlas]

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Descubren un metal que rompe la ley de Wiedemann-Franz y conduce la electricidad, pero no el calor

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El equipo de Junqiao Wu con un microscopio de electrones. Foto: Marilyn Chung/Berkeley Lab

Científicos del Laboratorio Lawrence Berkeley y la Universidad de California han descubierto una característica muy interesante en un metal: es conductor de la electricidad, pero no del calor. El compuesto será de una gran utilidad en campos como los motores de automóvil o la electrónica.

La mayor parte de los metales cumple una propiedad denominada ley de Wiedemann-Franz que relaciona la conductividad eléctrica con la térmica. En otras palabras, si es conductor de la electricidad, también lo es del calor. Esta ley, sin embargo, no se aplica a algunosmetales de transición como el vanadio. El dióxido de vanadio, por ejemplo, cambia de aislante a conductor en función de la temperatura.

Los investigadores de Berkeley no han descubierto el dióxido de vanadio en sí, sino una propiedad de ese compuesto que hasta ahora no se conocía, y es que la conductividad térmica atribuible al movimiento de los electrones es diez veces menor de lo que dictaría la ley de Wiedemann-Franz. El físico de la Universidad de Berkeley y cabeza visible de este descubrimiento, Junqiao Wu, explica:}

En el dióxido de vanadio, los electrones se mueven al unísono, como en un fluido, en lugar de hacerlo en todas direcciones como en los metales comunes. Para los electrones, el calor es un movimiento aleatorio. Los metales normales transportan el calor de una manera tan eficiente porque hay muchas posibles configuraciones microscópicas por las que los electrones pueden viajar. En el dióxido de vanadio, el movimiento coordinado de los electrones, como si fueran la banda de un desfile actúa en detrimento de la conductividad térmica. Es un efecto del menor número de configuraciones disponibles para que los electrones salten de manera aleatoria.

No es el primer compuesto metálico que transmite la electricidad mejor que el calor. La diferencia es que este lo hace a temperatura ambiente en lugar de solo cuando se somete a temperaturas imposiblemente bajas. La mejor parte es que la cantidad de electricidad que transmite puede ajustarse añadiendo pequeñas concentraciones de otros metales. El dióxido de vanadio tiene algunas otras propiedades interesantes. Es transparente a temperaturas de 30 grados celsius, y absorbe la radiación infrarroja por encima de 60 grados.

Aún quedan algunas pruebas antes de comercializar el compuesto, pero su nueva característica tiene múltiples aplicaciones. Puede usarse, por ejemplo, como sistema para disipar el calor en motores al mismo tiempo que genera energía eléctrica. También haría un excelente aislante del calor en ventanas.

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¿Qué es un cuerpo negro?

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Sabemos que todo cuerpo absorbe y emite radiación en todas las frecuencias en cantidades que dependen de su temperatura. Por ejemplo, el lector de este artículo, puede estar recibiendo radiación procedente del Sol y emitir calor por ello. Dicho calor, puede detectarse con una cámara de infrarrojos.
Pero, ¿qué ocurre si queremos estudiar la radiación emitida por un cuerpo? Lo primero que tenemos que hacer es aislarla. Para ello, ideamos un objeto teórico que absorbe toda la luz y toda la energía radiante que incide sobre él, y nada de la radiación incidente se refleja o pasa a través de él. A este cuerpo teórico se le denomina cuerpo negro, nombre que fue introducido por Gustav Kirchhoff en 1862.

Como el cuerpo negro está cerrado, el sistema alcanza el equilibrio térmico en su interior. A la radiación que hay en su interior se la conoce como radiación de cuerpo negro. La radiación que entra en el cuerpo negro no escapa de él, pero comienza a reflejarse en las paredes. En este proceso, las paredes se calientan, lo que provocará la emisión de nuevas ondas electromagnéticas, que a su vez, rebotarán de nuevo en las paredes. De esta forma, en el interior del cuerpo negro tendremos una determinada energía electromagnética.

Ahora, abrimos un pequeño orificio en el cuerpo para analizar la radiación que escapa de él. Este orificio es tan pequeño que no afecta al equilibrio térmico alcanzado en el interior. Además, la energía que irradia del cuerpo negro es característica solamente de este sistema radiante y no depende del tipo de radiación que incide sobre él.
De antemano, sabemos que la radiación es emitida en todas las frecuencias, pero emite más intensamente para una frecuencia determinada que se puede calcular sabiendo la temperatura del cuerpo negro. Así que nuestro objetivo es analizar la radiación que escapa de muy poco en muy poco, lo que nos permitirá ver con qué frecuencias y con qué intensidad se encuentra la radiación dentro del cuerpo negro, para así conocer más sobre su naturaleza.
Una vez realizado el experimento, vamos a analizar los resultados obtenidos.
Para estudiar esta energía electromagnética empleamos una función de densidad espectral en la que la energía interna de la cavidad depende de la frecuencia de las ondas electromagnéticas y la temperatura del cuerpo. Recordamos que la radiación que sale por el pequeño orificio no es la misma que entró, sino que la radiación que vamos a analizar está relacionada con la densidad de energía del interior del cuerpo.
Llamando p(w,T) a la función de densidad espectral;  y considerando que el orificio posee de área la unidad (para simplificar cálculos), se obtiene que:
p(w,T) = 4/cR(w,T)
Es decir; que para cada par de valores de frecuencia y temperatura, la cantidad de energía radiada por el orificio será igual c / 4 veces la densidad de energía en el interior de la cavidad. Se constata así una relación directa entre la densidad de energía interna en la cavidad, y la energía radiada por el orificio.
Se observa además, que la esta relación se cumple para todo cuerpo negro en equilibrio, independientemente de las propiedades del material que lo forme y de su forma. Esto significa que el espectro de radiación emitida por un cuerpo negro en equilibrio térmico posee características universales: un cuerpo negro siempre va a emitir la misma cantidad de radiación para una determinada temperatura y frecuencia. Esto supone que la gráfica de emisión para un cuerpo negro en equilibrio es siempre la misma:
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El verdadero problema surgió cuando los científicos trataron de explicar los resultados obtenidos en este experimento mediante la física conocida, lo que llevó a la “Catástrofe ultravioleta”.
Bibliografía
Física Cuántica. Ediciones Pirámide (1999) Carlos Sánchez del Río (coordinador).
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