El Boletín Radio@stronómico es una publicación trimestral, donde se incluyen noticias
relacionadas con la Astronomía y más específicamente la Radioastronomía. Es un
vehículo de comunicación que nos permite dar a conocer las novedades y actividades
desarrolladas en el Instituto.
Es importante para nosotros seguir trabajando para hacerles llegar nuestro Boletín.
Desde ya estamos agradecidos y los instamos a comunicarse con nosotros para
plantearnos cualquier consulta o sugerencia.  |
Recientemente ha publicado dos trabajos de gran relevancia para la investigación en neurociencias.
En el primer trabajo (Julio 2018) presenta una técnica que permite corregir registros de Electroencefalografía (EEG) con muestras ruidosas en un contexto de aplicación de una interfaz cerebro-máquina (ver figura). Las interfaces cerebro-máquina (brain-computer interface - BCI) permiten controlar dispositivos a través de comandos generados por patrones en la actividad cerebral la cual es registrada con electrodos en el cuero cabelludo de un sujeto. Esta tecnología no invasiva permite, por ejemplo, el control de una silla de ruedas para personas con parálisis o limitación motora. A través de un entrenamiento, y mediante la imaginación de movimientos, el usuario genera patrones de actividad cerebral que es registrada por electroencefalografía y transmitida a una computadora donde los patrones son identificados y traducidos en comandos para el dispositivo externo (silla de ruedas). Título completo y sus autores: Brain-Computer Interface with Corrupted EEG Data: A Tensor Completion Approach / J. Solé-Casals, C. F. Caiafa, Q. Zhao & A. Cichocki, Cognitive Computation. La versión completa del artículo publicado en inglés puede encontrarse en el siguiente enlace: https://arxiv.org/abs/1806.05017
En el segundo trabajo (agosto 2018) se estudió cómo el cerebro codifica información durante una tarea de discriminación de estímulos auditivos en ratas Long Evans. Para ello, se registró la actividad neuronal en la región de la corteza prefrontal (PFC), una región clave para el aprendizaje de reglas y la toma de decisiones, y el área tegmental ventral (VTA), cuyas neuronas juegan un rol fundamental en el sistema de recompensa natural en el cerebro. La información es codificada con variaciones en la frecuencia de disparos de las neuronas, por lo que se propuso un modelo matemático para poder cuantificarla usando la teoría de la información de Shannon. El análisis de la actividad neuronal durante el experimento permitió comprobar la interrelación entre las neuronas de VTA y las neuronas de PFC. En particular, se pudo demostrar que la actividad de las neuronas de VTA contribuye críticamente a mejorar la codificación de la información en la corteza prefrontal. Título completo y sus autores: Putative dopamine neurons in the ventral tegmental area enhance information coding in the prefrontal cortex / C. J. Mininni, C. F. Caiafa , B. S. Zanutto, K. Y. Tseng & S. E. Lew, Nature Scientific Reports. El artículo publicado en inglés puede encontrarse en el siguiente enlace:https://doi.org/10.1038/s41598-018-29979-2 |
El Dr. Romero se especializa en radioastronomía, astrofísica de altas energías, agujeros negros, relatividad, y ha posee una extensa trayectoria en filosofía, con énfasis en filosofía científica y epistemología. Ha publicado más de 400 trabajos científicos, 12 libros, y numerosos trabajos de divulgación. Ha dirigido casi 40 tesis entre tesis de licenciatura y de doctorado. Su trabajo ha sido reconocido por numerosos premios incluyendo dos veces el Premio Houssay otorgado por la Presidencia de la Nación, el Premio Gaviola de la Academia Nacional de Ciencias, el Premio Sérsic de la Asociación Argentina de Astronomía, el Premio a la Productividad de la UNLP, dos Honorable Mentions de la Gravity Research Foundations, el Premio a la Productividad del Livermore National Lab, y el Helmholtz International Award. Según Google Scholars es uno de los científicos más reconocidos internacionalmente de la Argentina.
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Modelos teóricos sugieren que los LGRBs se producirían preferentemente en estrellas pobres en elementos pesados, por lo que serían trazadores de la formación estelar en el Universo temprano. Sin embargo, la detección de LGRBs en galaxias de gran enriquecimiento químico pone en duda esta idea. Usando modelos de producción de LGRBs acoplados a simulaciones cosmológicas de formación y evolución de galaxias, nuestro trabajo muestra que la distribución de corrimientos al rojo de los LGRBs favorece los modelos de formación de LGRBs en entonos poco enriquecidos. La inhomogeneidad del mezclado del medio interestelar de las galaxias puede explicar, en este contexto, las detecciones de LGRBs en galaxias químicamente muy enriquecidas. Pueden acceder al artículo original desde este enlace: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1384107617302592
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El 29 de junio el Dr. Leonardo Pellizza, en ese momento director interino de nuestro instituto, brindó en Florencio Varela una charla para docentes, evaluadores, y alumnos denominada "Las galaxias y la sociedad". Leonardo brindó un panorama del conocimiento actual acerca de las galaxias, y discutió brevemente los problemas filosóficos pasados y actuales relacionados con ellas.
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Por Ruben Morán Fabra
En el año 2002 el desarrollo y construcción del prototipo de la antena radar para el satélite SAOCOM dio inicio al primer convenio CONAE- CONICET que involucraba al IAR como su unidad ejecutora.
Por aquellos tiempos el IAR crea el departamento de Transferencia Tecnológica designando al Ing. Aurelio Juan Sanz y al técnico Ruben D. Morán formar parte del mismo, con dedicación full time. Las tareas comenzaron con la participación del Ing. Juan S. Skora encargado del diseño conceptual por parte de CONAE. Dada su dedicación y entrega pronto lo tendríamos trabajando codo a codo con nosotros.
Con el avance del desarrollo fue necesaria la contratación de un estudiante de ingeniería. Ezequiel Bayerca fue el que ocupara ese lugar. Tiempo después se recibiría y pasaría a formar parte del plantel de ingenieros contratados por el departamento de transferencia. Los resultados nos iban acompañando y se sumaban diseños, construcción y medida de más antenas ya no solo para el SAOCOM sino para cubrir necesidades de CONAE en otros proyectos produciendo nuevos convenios y STANs (Servicios Tecnológicos de Alto Nivel).
Al finalizar el proyecto SAOCOM, y estando en marcha otros tantos que se sucedieron, el departamento de Transferencia contaba con un plantel de varios ingenieros en las áreas de electrónica y mecánica, una docena de estudiantes de ingeniería de los últimos años, varios de ellos realizando su trabajo final con temas vinculados a los nuevos convenios/STANs.
En lo material, SAOCOM nos dejó una torre principal de medida de antenas de dos plantas, una de ellas destinada a sala de control del campo abierto. Tiene 7 metros de altura con una plataforma de 9m2. Un rotador con carga útil de 1500 Kgs. a préstamo, hoy forma parte fundamental del campo abierto de medidas de antenas del IAR. Un edificio de 1600m2 que contiene una cámara anecoica con su una sala de control, una precámara para trabajos de montaje, un depósito para materiales varios, un pequeño laboratorio de medidas, oficinas y servicios.
Fue un inicio más que promisorio para la actividad de Transferencia Tecnológica del IAR. Ante la inminente puesta en órbita del satélite, el esfuerzo y la dedicación volcada en este convenio en particular, vuelve a la sociedad brindando un servicio y haber formado parte de este desarrollo nos enorgullece. |
Los ingenieros Leandro Andrés Jalil y Omar López Cabrera estuvieron en el IAR durante dos semanas a fines del mes de Julio para realizar una capacitación en Radioastronomía. Durante la estadía técnicos del IAR les explicaron las características principales y diferentes etapas del funcionamiento de un radiotelescopio y realizaron practicas de observación y manejo de receptores digitales. Esta capacitación se da en el marco de la colaboración que el IAR esta llevando a cabo con la Universidad de Rio Negro para el desarrollo de un back-end digital para observaciones de líneas espectrales y continuo de radio que será instalado en la estación de espacio profundo de la ESA, DSA-3 ubicada en Malargüe, Mendoza.
Más información sobre DSA-3: http://www.iteda.cnea.gov.ar/?q=node/11
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1. Introducción
El observatorio radioastronómico del IAR se fundó con el objetivo de realizar el relevamiento de hidrógeno neutro en la Galaxia desde el hemisferio sur. A casi 50 años de su inauguración, el observatorio tiene una nueva oportunidad de desarrollar actividades de impacto científico, esta vez mediante el monitoreo diario de púlsares.
El IAR tiene la potencialidad de aportar observaciones relevantes para colaboraciones internacionales que lideran la búsqueda de ondas gravitacionales de baja frecuencia usando púlsares como relojes de alta precisión. Con este motivo, científicos y técnicos del IAR han conformado la colaboración PuMA (Pulsar Monitoring in Argentina).
En este artículo explico las bases científicas y perspectivas del proyecto.
2. Qué es un púlsar?
Las estrellas supergigantes aisladas, con masas entre 10 y 50 veces la masa del Sol, agotan su combustible nuclear en unos pocos millones de años y explotan como supernovas. Las capas externas de estas estrellas son expulsadas violentamente al medio interestelar y forman los llamados remanentes de supernova. En el centro de estas grandes nubes de gas y polvo, se encontrará un objeto compacto, formado por las capas más internas de la estrella progenitora que resistieron la explosión gracias a una fuerte atracción gravitatoria. Este objeto compacto puede ser una estrella de neutrones o un agujero negro, dependiendo de la cantidad de masa que haya quedado comprimida.
Las estrellas de neutrones tienen entre una y dos veces la masa del Sol, contenida en tan sólo unos 10 km de radio. Esto los convierte en uno de los objetos con densidades más altas del universo, del orden de 10¹⁷ kg/m³. ¡Una porción esférica de 1 cm de radio de una estrella de neutrones, pesa más que un millón de elefantes africanos! Además, debido a su proceso de formación, las estrellas de neutrones tienen altísimas velocidades de rotación, y campos magnéticos dipolares muy intensos. El púlsar del cangrejo, por ejemplo, rota 30 veces por segundo sobre sí mismo y su campo magnético es 10¹⁴ veces más intenso que el terrestre.
Cerca de la superficie de estos objetos extremos ocurren múltiples procesos que generan radiación electromagnética. En particular, haces de radiación colimada en el rango de radio, rayos X, y rayos gamma son emitidos desde sus polos magnéticos. En general, los ejes magnético y rotacional no están alineados (ver Figura 1), ocasionando que estos chorros de radiación se comporten como la luz de un faro, llegando a nuestros telescopios como pulsos regulares con períodos iguales al período de rotación de la estrella de neutrones. En este caso, decimos que la estrella de neutrones es un púlsar. El primero fue descubierto en 1967 por Jocelyn Bell [1].
Para más información sobre estrellas de neutrones y púlsares, ver Ref. [2].
Figura 1. Esquema de un púlsar, su eje de rotación (línea verde), las líneas de campo magnético dipolar (líneas blancas), y la radiación colimada en la dirección de su eje magnético. |
3. ¿Qué son las ondas gravitacionales?
La gravitación es una de las cuatro interacciones fundamentales conocidas de la naturaleza. Su manifestación más evidente es la atracción mutua de cuerpos masivos, como la Tierra y la Luna, o los planetas del Sistema Solar y el Sol.
Isaac Newton fue el primero en cuantificar esta interacción. Basado en la observación, postuló que la fuerza con que se atraen dos cuerpos es proporcional al múltiplo de sus masas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. Sus enunciados, publicados en la obra Philosophiae Naturalis Principia Mathematica en 1687, constituyen la llamada Ley de Gravitación Universal. Desde entonces, la ley fue puesta a prueba en numerosas ocasiones con un éxito extraordinario. Por ejemplo, aplicando la Ley de Gravitación Universal sobre irregularidades en la órbita de Urano, en 1846 Urbain Le Verrier predijo la existencia y posición de otro planeta en el Sistema Solar, rápidamente confirmado y bautizado como Neptuno.
Sin embargo, la gravitación Newtoniana no estaba exenta de problemas. Además de algunas discrepancias entre sus predicciones y observaciones astronómicas, como la órbita de Mercurio, la ley poseía problemas filosóficos. En particular, era difícil concebir la llamada acción a distancia, por la cual variaciones en la masa o posición de un cuerpo se manifestaban instantáneamente en otro por medio de la interacción gravitatoria.
En efecto, ya en la modernidad, el concepto de acción a distancia entró en conflicto con una nueva teoría, tan atractiva como exitosa: la Teoría de la Relatividad Especial. Presentada en 1905 por Albert Einstein, la teoría postula que ningún objeto físico puede trasladarse a una velocidad mayor que la de la luz. Los problemas filosóficos de la Ley de Gravitación Universal llevarían al mismo Einstein a desarrollar una nueva teoría para la interacción gravitatoria.
En 1915, Albert Einstein postula la Teoría de la Relatividad General, donde la atracción gravitatoria surge como consecuencia de la deformación del espacio-tiempo alrededor de objetos masivos. Más allá de resolver los principales problemas de la Ley de Gravitación Universal, la teoría cambió nuestra concepción del espacio y el tiempo, predice una multiplicidad de efectos físicos por comprobar, y hasta predice nuevos existentes como los agujeros negros y las ondas gravitacionales.
Ciertamente, en 1918, Einstein notó que su teoría aceptaba soluciones de onda para el espacio-tiempo, o campo gravitatorio. En contraposición con la gravedad Newtoniana y su acción a distancia, ciertas perturbaciones al campo gravitatorio podrían trasladarse grandes distancias por el universo a la velocidad de la luz. Estas ondas serían generadas por movimientos violentos y asimétricos de objetos compactos, como la fusión de dos agujeros negros o dos estrellas de neutrones.
El pasaje de una onda gravitacional por la Tierra se manifestaría como una perturbación al espacio y tiempo local, por ejemplo, acortando momentáneamente la distancia entre dos puntos. Sin embargo, debido a la debilidad de la fuerza gravitatoria en comparación con otras interacciones fundamentales, estos efectos serían minúsculos. Luego de más de 50 años de experimentación, el 14 de septiembre de 2015 se detectó la primera onda gravitacional con LIGO [3], dos observatorios gemelos de ondas gravitacionales por interferometría láser, sensibles a perturbaciones espaciales del orden de una millonésima del tamaño de un átomo de hidrógeno. La fuente de esta onda fue la fusión de dos agujeros negros, con masas de 29 y 36 veces la del Sol, producida hace 1300 millones de años. Kip Thorne, Rainer Weiss, Barry C. Barish (ver Figura 2) recibieron el premio Nobel de Física en el 2017 "por sus decisivas contribuciones al detector LIGO y a la observación de las ondas gravitacionales".
Para más información sobre la Teoría de la Relatividad General y las ondas gravitacionales ver Refs. [4,5].
Figura 2. De izquierda a derecha: Rainer Weiss, Barry C. Baris, Kip Thorne (2017). |
4. Los púlsares y las ondas gravitacionales
La regularidad de los pulsos electromagnéticos que recibimos desde los púlsares es extraordinaria. Esto los convierte en excelentes relojes, sensibles a los procesos astrofísicos que ocurren en la estrella de neutrones, su entorno, o en el trayecto desde la misma hasta nuestros telescopios. Por ejemplo, a partir de variaciones sistemáticas en el período del púlsar B1913+16, Russel A. Hulse y Joseph H. Taylor Jr. descubrieron en 1974 que esta estrella de neutrones en realidad estaba en órbita con otra compañera. Monitoreando este sistema regularmente lograron determinar características del sistema, como las masas de las estrellas, y los parámetros de la órbita [6]. En el periastro de este sistema binario, las estrellas se aproximan hasta 800.000 km, deformando significativamente el espacio-tiempo y, según la Teoría de la Relatividad General, emitiendo intensas ondas gravitacionales. La energía emitida por las ondas gravitacionales afectaría al sistema binario, reduciendo el período y tamaño orbital. En efecto, el monitoreo del púlsar a lo largo de más de 30 años demostró que el sistema binario estaba perdiendo energía, en acuerdo con las predicciones de la Teoría de la Relatividad General. Entonces, además de descubrir el primer púlsar en un sistema binario, se descubrió la primera evidencia indirecta de la existencia de las ondas gravitacionales, valiendo el premio Nobel de Física de 1993. Hubo que trabajar hasta el 2015 para obtener la primera detección directa en el observatorio LIGO, como mencionamos en la sección anterior.
Actualmente, los púlsares vuelven a ser protagonistas en la búsqueda de ondas gravitacionales, esta vez mediante el método de Pulsar Timing Array (PTA). Las ondas gravitacionales deforman el espacio-tiempo y perturban la regularidad de los pulsos electromagnéticos emitidos por los púlsares en su camino hacia nuestros telescopios. Monitoreando decenas de púlsares con periodos de milisegundos, se esperan detectar variaciones correlacionadas en sus períodos que se correspondan al paso de una onda gravitacional (ver Figura 3). Estas ondas serían distintas a las detectadas por LIGO, pues tendrían períodos del orden de años, y su origen sería el choque de agujeros negros supermasivos en los centros de galaxias en colisión.
Figura 3. Esquema de Pulsar Timing Array. |
5. Proyecto PuMA en el IAR
Con las radioantenas del IAR (ver Figura 4) podemos observar muchos púlsares del Hemisferio Sur. En particular, el púlsar J0437-4715 que es muy intenso y tiene un período de rotación de 5 milisegundos. Estas características lo convierten en un púlsar valioso para cualquier arreglo de púlsares diseñado para hacer PTA. Los radiotelescopios de uno de los proyectos líderes en PTA, NANOGrav, tienen un punto ciego en la dirección de J0437-4715. Por este motivo, desde el IAR, tenemos la capacidad de aportar datos significativos en este proyecto.
Desde hace un año, científicos y técnicos del IAR trabajamos en el proyecto PuMA (Pulsar Monitoring in Argentina), dedicado a alcanzar los estándares internacionales de timing y a contribuir con nuestras observaciones a la detección de ondas gravitacionales de largo período. El grupo trabaja en constante colaboración con miembros de NANOGrav, como el Profesor Carlos O. Lousto del Rochester Institute of Technology (RIT). Siendo el primer proyecto de monitoreo de púlsares desde Latinoamérica, los conocimientos y técnicas aprendidas tienen impacto para el desarrollo de esta área de investigación a nivel regional. Una vez finalizada la etapa de calibración, el monitoreo de púlsares y otros eventos transitorios, como los Fast Radio Burst, darán pie al surgimiento de nuevas líneas de investigación en la región.
Figura 4. Antena I del IAR. |
Referencias
- Hewish, A.; Bell, S.J.; Pilkington, J.D.H.; Scott, P.F.; Collins, R.A. (1968), Nature 217: 709-713
- García, F., http://www.iar.unlp.edu.ar/divulgacion/art-difu-22.htm
- Abbott, B. P.; et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration) (2016), Physical Review Letters 116 (6): 061102
- Romero, G. E., http://www.iar.unlp.edu.ar/divulgacion/art-difu-41.htm
- Romero, G. E., http://www.iar.unlp.edu.ar/divulgacion/art-difu-40.htm
- Taylor, J. H.; Weisberg, J. M. (1982), The Astrophysical Journal 253: 908–920
Sobre el autor
El Lic. Federico G. López Armengol está desarrollando su cuarto año de doctorado en el IAR, bajo la dirección del Dr. Gustavo Romero. Sus actividades de investigación involucran al proyecto PuMA y a la Relatividad Numérica, con aplicaciones a la astrofísica de estrellas de neutrones y ondas gravitacionales. Pueden visitar su sitio web personal: http://www.iar.unlp.edu.ar/~flopezar/
El Área de Divulgación del IAR continúa su labor llevando a cabo las tradicionales visitas guiadas por el Instituto. Estas visitas guiadas para establecimientos educacionales consisten en proyección de material audiovisual, charla explicativa y recorrida por sus instalaciones.
Tel/Fax: (0221) 425-4909 y (0221) 482-4903 E-mail : difusion@iar.unlp.edu.ar
Las visitas guiadas se reciben entre abril y noviembre
Para mayor información: Visite nuestra página web: http://www.iar.unlp.edu.ar/divulgacion.htm
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En esta sección encontrará artículos publicados en diversos medios acerca de las distintas actividades del IAR y su gente.
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Selección de contenidos, edición y revisión: Lic. Claudia E. Boeris Asesoramiento científico: Dirección: Camino Gral. Belgrano Km 40 (Parque Pereyra Iraola) Berazategui - Prov. de Buenos Aires - ARGENTINA Dirección Postal: Casilla de Correo No. 5 1894 -Villa Elisa Prov. de Buenos Aires - ARGENTINA Teléfonos y FAX: Tel: (0221) 482-4903
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