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| Neutrinos, neutrones y estrellas de neutrones | Volumen 11 - No. 3 — Índice | Cosas cuánticas, física básica |
¶ Hipótesis sobre los posibles orígenes de la declaración del Documento de Urantia sobre el colapso estelar
A principios de la década de 1930, Fritz Zwicky, del Instituto de Tecnología de California (Caltec), quien trabajó en el Departamento del profesor Millikan durante un período a mediados de los años treinta, publicitó ampliamente la idea de que podrían ocurrir explosiones de supernova y dar como resultado la formación de estrellas de neutrones, Zwicky también estuvo en la Universidad de Chicago. Se dice que el Dr. Sadler conoció a Millikan. Entonces, las posibilidades alternativas para el origen de la cita anterior de El Libro de Urantia podrían ser:
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Los reveladores siguieron su mandato y utilizaron una fuente humana de información sobre las supernovas, posiblemente Zwicky.
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El Dr. Sadler había aprendido acerca de las diminutas partículas desprovistas de potencial eléctrico de Zwicky, Millikan o alguna otra persona con conocimientos y lo incorporó a El Libro de Urantia.
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Es información provista para llenar los vacíos que faltan en el conocimiento obtenido de otra manera según lo permitido en el mandato. (LU 101:4.9)
Zwicky tenía la reputación de ser un científico brillante pero dado a muchas especulaciones salvajes, algunas de las cuales resultaron ser correctas. Un artículo publicado por Zwicky y Baade en 1934 proponía que las estrellas de neutrones se formarían en el colapso estelar y que el 10% de la masa se perdería en el proceso (Phys. Reviews. Vol. 45)
En «Agujeros negros y deformaciones temporales. Einstein’s Outrageous Legacy» (Picador, Londres, 1994), libro que recorre en detalle la obra y el pensamiento de este período, K. S. Thorne, Profesor Feynman de Física Teórica en Caltec, escribe: A principios de la década de 1930, Fritz Zwicky y Walter Baade unieron fuerzas para estudiar las novas, estrellas que repentinamente estallan y brillan 10.000 veces más que antes. Baade estaba al tanto de la evidencia tentativa de que, además de las novas ordinarias, existían novas superluminosas. Estos eran aproximadamente del mismo brillo, pero dado que se pensaba que se producían en nebulosas mucho más allá de nuestra Vía Láctea, debían señalar eventos de extraordinaria magnitud. Baade recopiló datos sobre seis de esas novas que se produjeron durante el siglo actual.
Mientras Baade y Zwicky luchaban por comprender las supernovas, James Chadwick, en 1932, informó sobre el descubrimiento del neutrón. Esto fue justo lo que Zwicky necesitó para calcular que si una estrella pudiera implosionar hasta alcanzar la densidad del núcleo atómico, podría transformarse en un gas de neutrones, reducir su radio a un núcleo contraído y, en el proceso, pierde alrededor del 10% de su masa. La energía equivalente a la pérdida de masa proporcionaría entonces la fuerza explosiva para impulsar una supernova.
¶ Zwicky creía que los rayos cósmicos explicaban la pérdida de masa y energía de la supernova
La información, extraída del libro de Thorne[1], indica que Zwicky no sabía nada sobre el posible papel de las «pequeñas partículas neutras» en la implosión de una estrella de neutrones, sino que atribuía toda la pérdida de masa y energía a los rayos cósmicos. Entonces, si no es de Zwicky, ¿cuál es entonces el origen humano de la afirmación del Libro de Urantia de que los neutrinos que escapan de su interior provocan el colapso de la estrella en implosión? (Las estimaciones actuales atribuyen alrededor del 99% de la energía de una explosión de supernova a que se la llevan los neutrinos).
En su libro[1:1], Thorne afirma además: «Los astrónomos de la década de 1930 respondieron con entusiasmo al concepto de supernova de Baade-Zwicky, pero trataron las ideas de estrella de neutrones y rayos cósmicos de Zwicky con desdén… De hecho, a partir de un estudio detallado de los escritos de la época de Zwicky, me queda claro que no comprendía las leyes de la física lo suficientemente bien como para poder fundamentar sus ideas».
Esta opinión también fue sostenida por Robert Oppenheimer, quien publicó una serie de artículos con los colaboradores Volkoff, Snyder y Tolman, sobre las ideas del físico ruso Lev Landau sobre la energía estelar que se origina en un núcleo de neutrones en el corazón de una estrella.
¶ Einstein y Eddington se opusieron al concepto de estrella de neutrones
Estos artículos de Oppenheimer que concluyeron que las estrellas de neutrones o los agujeros negros podrían ser el resultado de la implosión masiva de estrellas fueron lo más lejos que pudieron llegar los físicos en ese momento. Sin embargo, el físico más destacado de la época, Albert Einstein, y el decano de los astrónomos, Sir Arthur Eddington, se opusieron enérgicamente a los conceptos relacionados con el colapso estelar más allá de la etapa de enana blanca. Por lo tanto, el tema parece haber quedado en suspenso coincidiendo con el estallido de la guerra en 1939.
Durante la década de 1940, prácticamente todos los físicos capaces estaban ocupados con tareas relacionadas con el esfuerzo bélico. Aparentemente, esto no fue así para el astrónomo y físico nacido en Rusia, George Gamow, profesor en Leningrado que había asumido un puesto en la Universidad George Washington en 1934. Gamow concibió el comienzo del universo en expansión del Hubble como una bola de fuego termonuclear en la que el original El material de la creación era un gas denso de protones, neutrones, electrones y radiación gamma que se transmutó por una cadena de reacciones nucleares en la variedad de elementos que componen el mundo de hoy. Refiriéndose a este trabajo, Overbye[2] escribe: «En los años cuarenta, Gamow y un grupo de colaboradores escribieron una serie de artículos explicando los detalles de la termonucleogénesis. Desafortunadamente, su esquema no funcionó. Algunos núcleos atómicos eran tan inestables que se desmoronaron antes de que pudieran fusionarse nuevamente en algo más pesado, rompiendo así la cadena de construcción de elementos. El equipo de Gamow se disolvió a finales de los 40, su trabajo fue ignorado y desdeñado».
Entre este trabajo se encontraba un artículo de Gamow y Schoenfeld que incluía una sugerencia de que la pérdida de energía de las estrellas envejecidas podría estar mediada por una salida de neutrinos. Esta propuesta parece haber sido pasada por alto o ignorada hasta la década de 1960. Sin embargo, parece ser la fuente directa de la cita de LU 41:8.3 de los Documentos de Urantia y tiene similitudes con el uso de las citas directas del libro de Swann (ver p. 10) por parte de los autores de los Documentos en el sentido de que los autores utilizan selectivamente ese lo que está bien e ignorar lo que está mal. En sus conclusiones, Gamow y Schoenfeld llamaron la atención sobre el hecho de que «los neutrinos todavía se consideran partículas altamente hipotéticas debido al fracaso de todos los esfuerzos para detectarlos», y señalaron que «la dinámica del colapso representa dificultades matemáticas muy serias».
¶ La Ley de conservación de la energía puesta a prueba
Con el paso del tiempo, creció la necesidad del neutrino, primero para salvar la ley de conservación de la energía, pero también las leyes de conservación del momento, el momento angular (spin) y el número de leptones. A medida que crecía el conocimiento de cómo debería ser, además del conocimiento acumulado de los intensos esfuerzos para producir la bomba atómica, comenzaron a surgir posibles medios para detectar esta partícula. En 1953, un equipo dirigido por C.L. Cowan y F. Reines comenzó los experimentos. Ahora existían reactores de fisión en los que la descomposición del uranio producía neutrones libres que, fuera del núcleo atómico, eran inestables y se descomponían mediante desintegración beta para producir un protón, un electrón y, si existía, la partícula que faltaba.
¶ Detección del escurridizo neutrino
El equipo de Cowan y Reines ideó un esquema elaborado para detectar los antineutrinos de un reactor. En 1956, su sistema detectaba 70 eventos de este tipo por día, inequívocamente atribuibles a los antineutrinos. Ahora restaba probar que esta partícula no era su propia antipartícula, como ocurre con el fotón. Esto fue hecho por R.R. Davis en 1956 utilizando un sistema de detección diseñado específicamente para cuáles deberían ser las propiedades del neutrino y probándolo con una fuente de antineutrino de un reactor de fisión.
¶ Búsqueda reanudada
Según el eminente astrofísico ruso, Igor Novikov, los astrónomos no intentaron buscar en serio estrellas de neutrones o agujeros negros antes de la década de 1960. Él dice: «Se asumió tácitamente que estos objetos eran demasiado excéntricos y muy probablemente eran el fruto de las ilusiones de los teóricos… en cualquier caso, si existieran, entonces no podrían ser detectados.[2:1]».
El tema del destino de las estrellas en implosión se reabrió con vigor cuando tanto Robert Oppenheimer como John Wheeler, dos de los nombres realmente grandes de la física, asistieron a una conferencia en Bruselas en 1958. Oppenheimer creía que sus artículos de 1939 decían todo lo que necesitaba ser dijo acerca de tales implosiones. Wheeler no estuvo de acuerdo, queriendo saber qué sucedía más allá de las bien establecidas leyes de la física.
Cuando Oppenheimer y Snyder hicieron su trabajo en 1939, había sido inútil calcular los detalles de la implosión. Mientras tanto, el diseño de armas nucleares había proporcionado las herramientas necesarias porque, para diseñar una bomba, había que tener en cuenta las reacciones nucleares, los efectos de la presión, las ondas de choque, el calor, la radiación y la eyección de masa. Wheeler se dio cuenta de que su equipo solo tenía que reescribir sus programas de computadora para simular una implosión en lugar de una explosión. Sin embargo, su equipo de la bomba de hidrógeno se había disuelto y recayó en Stirling Colgate en Livermore, en colaboración con Richard White y Michael May, para hacer estas simulaciones. Wheeler se enteró de los resultados y fue en gran parte responsable de generar el entusiasmo para seguir esta línea de investigación. El término «agujero negro» fue acuñado por Wheeler.
Se dice que la base teórica para las explosiones de supernovas fue establecida por EM Burbidge, GR Burbidge, WA Fowler y Fred Hoyle en un artículo de 1957[3]. Sin embargo, incluso en el libro de texto de Hoyle y Narlikar, «The Physics-Astronomy Frontier» (1980), no se considera el papel de los neutrinos en la conducción explosiva de energía lejos del núcleo de una supernova. En su artículo de 1957, Hoyle y sus colaboradores propusieron que cuando la temperatura de una estrella masiva envejecida aumenta a unos 7.000 millones de grados K, el hierro se convierte rápidamente en helio mediante un proceso nuclear que absorbe energía. Al satisfacer la repentina demanda de esta energía, el núcleo se enfría rápidamente y se encoge catastróficamente, implosiona en segundos y la envoltura exterior choca contra él. A medida que los elementos más livianos se calientan por la implosión, se queman tan rápidamente que la envoltura estalla en el espacio. Entonces, dos años después de la primera publicación de El Libro de Urantia, las autoridades más eminentes en el campo de la evolución estelar no hacen referencia a las «enormes cantidades de diminutas partículas desprovistas de potencial eléctrico» que, según dice el libro, escapan del interior de la estrella para traer sobre su derrumbe. En cambio, invocan la conversión de hierro en helio, un proceso que consume energía y que ahora se cree que no tiene importancia.
Siguiendo con el artículo olvidado de Gamow y Schoenfeld de 1940, la siguiente sugerencia de que los neutrinos pueden tener un papel en las supernovas provino del Ph.D. estudiante, Hong-Yee Chiu, trabajando con Philip Morrison. Chiu propuso que hacia el final de la vida de una estrella masiva, el núcleo alcanzaría temperaturas de unos 3.000 millones de grados a las que se formarían pares electrón-positrón y una pequeña fracción de estos daría lugar a pares neutrino-antineutrino. Chiu especuló que la estrella emitiría rayos X durante aproximadamente 1000 años y que la temperatura finalmente alcanzaría los 6 mil millones de grados cuando se formaría un núcleo de hierro en la región central de la estrella. El flujo de pares neutrón-antineutrino sería entonces lo suficientemente grande como para llevarse la energía explosiva de la estrella en un solo día. El período de 1000 años predicho por Chiu para la emisión de rayos X fue reducido a aproximadamente un año por trabajadores posteriores. Las propuestas de Chiu parecen haber sido publicadas por primera vez en una tesis doctoral presentada en la Universidad de Cornell en 1959. Philip Morrison[4] e Isaac Asimov[5] hacen referencias dispersas a ellas.
¶ Sin corriente neutra no hay supernova
Dennis Overbye, en su libro «Lonely Hearts of the Cosmos[6]» registra que, para las supernovas, casi toda la energía de la caída libre hacia el interior sale en forma de neutrinos. El éxito de este escenario (como lo propone Chiu) depende de una característica de la interacción débil llamada corriente neutra. Sin esto, los neutrinos no proporcionan suficiente «empuje» y los teóricos no tenían una buena explicación de cómo explotan las estrellas. En realidad, la existencia de la corriente neutra para la interacción débil no se demostró hasta mediados de la década de 1970.
Un artículo de 1985 (Scientific American) de Bethe y Brown titulado «How a Supernova Explodes» mostró que la comprensión del importante papel de los neutrinos estaba muy avanzada en ese momento. Estos autores atribuyen esta comprensión a las simulaciones por computadora de W. David Arnett de la Universidad de Chicago y Thomas Weaver y Stanford Woosley de la Universidad de California en Santa Cruz.
La oportunidad de confirmar la liberación de los neutrinos postulados para acompañar la espectacular muerte de una estrella gigante llegó en 1987 cuando se produjo una explosión de supernova, visible a simple vista, en las Nubes de Magallanes vecinas a nuestra Vía Láctea. Los cálculos indicaron que esta supernova, denominada SN1987A, debería dar lugar a un estallido de neutrinos con una densidad de 50 000 millones por centímetro cuadrado cuando finalmente llegara a la Tierra, aunque se expandiera como una «superficie» esférica que se originara a una distancia de 170 000 años luz.
Este estallido de neutrinos se observó en los enormes detectores de neutrinos de Kamiokande en Japón y en Fairport, Ohio, en los Estados Unidos. con una duración de solo 12 segundos y confirmando las simulaciones por computadora que indicaban que deberían difundirse a través del núcleo denso con relativa lentitud. A partir de la energía media y el número de «golpes» de los neutrinos en los detectores, fue posible estimar que la energía liberada por SN1987 ascendió a 2-3 x 1053 ergios.
Esto es igual a la energía de enlace gravitacional calculada que sería liberada por el colapso de un núcleo de alrededor de 1,5 masas solares en una estrella de neutrones. Por lo tanto, SN1987A proporcionó una confirmación notable de la imagen general de la formación de estrellas de neutrones desarrollada durante los cincuenta años anteriores.
Actualmente (2003) se cree que cuando el núcleo de una estrella colapsa implosiona con suficiente violencia para formar una masa de neutrones «calientes» a una temperatura y presión que superan los 10 mil millones de grados y 100 billones (1014) g/cm3, se forma una gran cantidad de neutrinos que depositan una onda de choque de energía en la envoltura, que es expulsada en una explosión de supernova. Y así se cumple la afirmación de los Documentos de Urantia:
«En los soles grandes … cuando el hidrógeno está agotado y la contracción gravitatoria tiene lugar a continuación, si dicho cuerpo no es lo suficientemente opaco como para retener la presión interna que apoya las regiones gaseosas exteriores, entonces se produce un colapso repentino. Los cambios eléctrico-gravitatorios dan origen a inmensas cantidades de minúsculas partículas desprovistas de potencial eléctrico, y estas partículas se escapan rápidamente del interior solar, ocasionando así en pocos días el desmoronamiento de un sol gigantesco». (LU 41:8.3)
¶ ¿Quién lo hizo? Eliminando las alternativas
Refiriéndose a nuestras tres alternativas para explicar cómo la referencia al papel de las diminutas partículas sin carga en las explosiones de supernova llegó a estar en los Documentos de Urantia, nuestra investigación mostró que es poco probable que Zwicky haya sido la fuente, ya que creía firmemente en los rayos X, no neutrinos, explicaron la pérdida de masa postulada del 10% durante la muerte de la estrella.
Recordando que no se demostró la existencia de estrellas de neutrones hasta 1967, que algunos de los nombres más importantes de la física y la astronomía se oponían totalmente al concepto de estrellas en colapso (Einstein, Eddington), y que, bien entrada la década de 1960, la mayoría de los astrónomos ( incluido Gamow) asumió que las estrellas masivas arrojan su volumen poco a poco antes de retirarse respetablemente como enanas blancas, un proceso para el cual la pérdida de neutrinos es innecesaria, parece que habría sido una noción absurda intentar respaldar la realidad de una revelación por medio de especulación sobre la estrella de neutrones en cualquier momento antes de la década de 1960.
Sin embargo, si se asume que, siguiendo lo que debería haber sido el consejo experto de un astrofísico conocedor pero imprudente, el Dr. Sadler escribió el material de la página 464 en los documentos de Urantia después de los conceptos sobre neutrinos que aparecen en Gamow et al. publicaciones de la década de 1940, entonces se hace necesario preguntarse por qué no se eliminó cuando esa obra perdió toda credibilidad.
Eso parece dejar a los propios reveladores como los principales (¿únicos?) sospechosos.
¶ Enlaces externos
- Artículo en Innerface International: https://urantia-book.org/archive/newsletters/innerface/vol11_3/page15.html
| Neutrinos, neutrones y estrellas de neutrones | Volumen 11 - No. 3 — Índice | Cosas cuánticas, física básica |
¶ Referencias
Thorne, K.S. (1994) «Agujeros negros y deformaciones temporales: el legado escandaloso de Einstein» (Picador, Londres) ↩︎ ↩︎
Novikov, I. (1990) «Black Holes and the Universe» (Cambridge University Press) ↩︎ ↩︎
Burbidge, E.M., G.R. Burbidge, W.A. Fowler y F. Hoyle. (1957) ↩︎
Morrison, Philip, (1962) Scientific American 207 (2) 90. ↩︎
Asimov, Isaac, (1966) «The Neutrino» (Dobson Books Ltd., Londres) ↩︎
Overbye, Dennis (1991) «Lonely Hearts of the Cosmos». (HarperCollins) ↩︎