RADIO KOSMOS CHILE

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4.7.12

Invitación al proximo evento del
Ciclo de Charlas UV,
año 2012, dedicada a la difusión de la
Ciencia Astronómica.
Lunes 9 de Julio 2012, el Dr. Hernán Quintana, de la Pontificia Universidad Católica de Chile de Santiago nos dictara la Conferencia "Cúmulos de Galaxias: Evolución y Futuro", a las 19.00 hrs., en la Sala Rubén Darío del Centro de Extensión de la Universidad de Valparaíso, Avenida Errázuriz Nº 1108, Valparaíso. Entrada liberada

"Las Distancias a las Galaxias y la Evolución del Universo"

Las estructuras grandes en el universo, incluyendo las galaxias y los cúmulos de galaxias, se forman a través de un proceso jerárquico de aglomeración gravitacional. Simulaciones numéricas extensas entregan una visión coherente de la formación de las galaxias y cúmulos, desde una época muy temprana después del Big Bang hasta el presente. Hoy existe una gran variedad de cúmulos de galaxias, en diferentes fases de evolución, como se discutirá. Estructura Cumulos GalaxiasLos cúmulos individuales forman, a su vez, estructuras mayores, los supercúmulos, los cuales tienen una formación más lenta o tardía en el proceso gravitacional. Su evolución también se puede modelar hasta un futuro muy lejano, en el cual las grandes estructuras actuales se delinearán mejor, y, si no están gravitacionalmente ligadas entre sí, se congelarían en el tiempo porque la expansión acelerada producida por la energía oscura vencerá la gravedad. Las investigaciones recientes en esta área permiten darle un sentido físico claro a los supercúmulos y cúmulos de galaxias, y pronosticar algo sobre el destino final del Universo.

El profesor Hernán Quintana, 69 años, tiene mucho que contar. Fue el primer director del Departamento de Astronomía y Astrofísica de la UC, cuando nace éste en 1996, año en que se adjudica la Cátedra Presidencial en Ciencia, reconocimiento que recibe por segunda vez en 1999. Fue impulsor y protagonista de una serie de acontecimientos que llevaron al desarrollo de esta ciencia en la UC, quehacer que partió con un primitivo observatorio en el Cerro San Cristóbal en los años 30.
Hernán Quintana

En sus prolíficas investigaciones, ha explorado la física del Universo y sus grandes estructuras. Ahora está dedicado, entre otros temas, al estudio de los supercúmulos de galaxias, en particular el “supercúmulo de Shapley”, que contiene la mayor concentración de materia en el Universo cercano.

Durante su doctorado en Cambridge, Inglaterra, se introdujo en la elasticidad de la teoría de la Relatividad General. Han pasado casi 40 años, y uno de los papers que escribió no sólo sigue vigente, sino que es citado ahora que antes. En este trabajo, describió las ecuaciones de la materia en estado sólido en el espacio-tiempo curvo de la Relatividad General, lo que faltaba abordar.
“Es un tema difícil y de pocas aplicaciones, salvo para las estrellas de neutrones, que son los cuerpos más densos del Universo actual. Antes solo se conocían las que rotan lentamente, unas 30 veces/seg. Hoy se han descubierto otras que rotan cientos de veces mas rápido, lo que ha renovado su estudio”, comenta Hernán Quintana.

Con un telescopio manual
Según cuenta Hernán Quintana, la astronomía en la UC surgió en 1929-30. Astrónomos alemanes y chilenos comenzaron a hacer los primeros estudios de estrellas brillantes variables a través de un telescopio donado por un ex alumno a la universidad, Manuel Foster, quien lo compró al Observatorio Lick que lo había instalado en 1902 en el Cerro San Cristóbal. Este instrumento óptico con un espejo de 0,9 metros siguió sus operaciones bajo el mando del alemán Erich Heilmayer, contratado para estos fines y para dictar clases de física. La Segunda Guerra Mundial marcó un silencio hasta los años 80, cuando el telescopio manual reabrió su actividad.
Llegué en esa época, cuando era jefe del grupo de astronomía de la UC, que funcionaba en el barrio de Bellavista. Junto a los estudiantes, empezamos a hacer modificaciones al telescopio, desde agregar un motor para los movimientos finos hasta traer hornos de gases para sensibilizar las placas fotográficas. Logramos mayor precisión y rapidez, y hubo varios papers publicados por el doctor N. Vogt y sus ayudantes, que observaron estrellas brillantes. Como las antenas del cerro San Cristóbal continuaban aumentando, el observatorio se cerró alrededor del 2000. Sin embargo, desde los años 70, los astrónomos siempre teníamos acceso a los observatorios de Las Campanas, de La Silla y del Cerro Tololo, que eran los que yo usaba y sigo usando en la actualidad”, cuenta.
Las estrellas de neutrones son cuerpos cercanos en sus propiedades a los hoyos negros. “Un hoyo negro de tipo estelar (con la masa del Sol) suele tener un tercio del tamaño del radio de una estrella de neutrones”, señala aún muy interesado en esta singularidad del espacio. Como físico se encarga de destacar que, una vez que se forma esa entidad y cae toda la materia a su centro, no hay herramientas ni conceptos que puedan definirla cuando llega a ese estado. “Ni siquiera se puede hablar de materia condensada, porque ésta cruzó un límite conceptual y deja de ser materia normal”, precisa.
“No sabemos lo que ocurre en interior del centro de un hoyo negro. Su fuerza gravitacional es enorme. Es una gravedad cuántica”, añade el profesor Quintana, siempre pausado.
Explica que se obtendría un hoyo negro si se comprimiera la materia del Sol — que tiene un radio de 700.000 km— dentro de un radio de 3 km, En este mismo proceso, al llegar a un radio de 10 km y detenernos ahí, tendríamos una estrella de neutrones.

Hacia lo más masivo
Luego de estas investigaciones y sus trabajos en Suiza, Estados Unidos y Canadá, Hernán Quintana regresó a Chile decidido a continuar el estudio de los cúmulos de galaxias, que se caracterizan por tener más galaxias de formas elípticas que las de forma espiral, que son las comunes. Los cúmulos de galaxias son grandes y potentes fuentes de rayos X, los que sólo se pueden observar mediante satélites.
En varios papers en la década de los 80, midió fundamentalmente sus propiedades ópticas y dinámicas —representadas por las velocidades relativas de las galaxias —, las cuales entregan estimaciones de sus grandes masas, asociadas a las intensidades y las distribuciones de las emisiones de rayos X.
“Nosotros, es decir nuestra galaxia, formamos parte de una gran agrupación de galaxias. Nuestro grupo local de galaxias, unas 30, está en el borde de un supercúmulo de galaxias, que es nuestra agrupación. La parte central es el llamado cúmulo de galaxias de Virgo, a una distancia de 60 millones de años-luz de nosotros”, enseña.
Inmensidades en la inmensidad del Espacio - Cúmulo A3530, miembro del Supercúmulo de Shapley, ubicado unos 650 millones de años-luz de distancia. En su centro, este cúmulo muestra numerosas galaxias, donde al menos tres de las mas brillantes están en interacción gravitacional cercana, al punto de mostrar verdaderas colas difusas conteniendo millones de estrellas, producidas por el fuerte efecto de mareas mutuas sumadas a sus velocidades relativas de cientos de km/s

En este momento, Hernán Quintana estudia, junto a su colega Andreas Reisenegger, la definición de supercúmulos de galaxias a base de una caracterización física intrínseca, según el tamaño en el cual estas estructuras están gravitacionalmente ligadas y permanecen así durante la expansión acelerada del Universo. “Las definiciones puramente estadísticas de estas estructuras, muy usadas en el pasado, no bastan”, destaca Quintana.
Por ejemplo, hay supercúmulos que aparecen tener formas de filamentos. “Como el Universo están en expansión acelerada, es posible que estas estructuras —destaca— adquieran estas formas y no se contraigan al seguir la expansión, no quedando ligadas, a diferencia de otras zonas, donde hay mayor concentración de densidad. En este última situación, la estructuras quedan unidas por la fuerza de la gravedad, formando objetos que no participan de la expansión”, explica el astrónomo chileno.
En todas sus investigaciones, el profesor Quintana tuvo siempre la mirada puesta en la materia oscura, uno de los grandes temas de la astronomía que recién comienza a aclararse. La masa de un cúmulo de galaxias revelaba siempre ser alrededor de 20 veces mayor que las mediciones de su materia radiante (estrellas en luz visible y gases en rayos-X).


Algo más del investigador
Hernán Quintana conoció a su esposa, Daniele Biancheri, durante sus estudios en Inglaterra. Hoy ella es Cónsul de Mónaco en Chile. Tienen una hija, Pascale, ingeniero industrial de la UC. Entre sus otras actividades, este astrónomo contribuyó con la preparación del curso de astronomía para la serie televisiva Teleduc. De esta experiencia, surgió su interés por escribir un libro de relatividad para el programa de bachillerato de humanidades, ahora plasmado en un texto didáctico de dos volúmenes, uno de ejercicios y otro teórico, titulado “Espacio, Tiempo y Universo”. En 1996 y 1999, recibió medallas de reconocimiento a su labor en la UC.
“La masa total del cúmulo — aclara— puede medirse en función de la fuerza de gravedad que mantiene las galaxias moviéndose en equilibrio o, como se llama su masa dinámica. Igual para galaxias individuales, en medidas como las curvas de rotación de las estrellas o las velocidades de las galaxias satélites a su alrededor”.
Ese 80% que parece faltar a la masa total, es la llamada materia oscura. Realmente, no es que falte masa, sino que esa masa está constituida por partículas con propiedades diferentes de la materia que forma los átomos normales de estrellas, planetas o de la materia en la Tierra. “Hoy la distinguimos porque tienen interacciones gravitacionales, de allí su masa, y probablemente, fuerzas débiles, pero no tienen cargas eléctricas ni fuerzas nucleares fuertes, que unen los núcleos atómicos”, señala Hernán Quintana.
Cauto y seguro, revela que la materia oscura debería estar compuesta por partículas elementales como leptones o neutrinos pesados, pero aún no descubiertas por la física. El tiempo dirá.

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