Esta semana en la ciencia 12|49

Semana - 1249 - 0

  • Agujero negro supermasivo

  • Calentamiento y derretimiento

  • Modelando al cerebro

  • Síntesis de nanocables con propiedades ajustables

  • Nadando en hierro

  • Superfluidez en gases de Fermi

  • Mapa del espacio visual en la corteza entorrinal de primates

Agujero negro supermasivo

Lenticular+galaxy+NGC+1277.jpegLa mayoría de las grandes galaxias tienen masivos hoyos negros en su centro. Se considera, por lo general, que la masa de un hoyo negro se correlaciona con las características cuantitativas de su galaxia huésped. Muchas explicaciones se han propuesto para la existencia de este tipo de relaciones localmente establecidas; no causales, retroalimentación directa entre el hoyo negro y su galaxia y la fusión entre galaxias y las subsecuentes relajación y disipación. Las relaciones escalares empíricas son importantes para distinguir entre varios modelos teóricos de evolución galáctica y son la base para todas las mediciones de hoyos negros a grandes distancias. Las observaciones han mostrado que la masa de un agujero negro representa regularmente el 0.1 por ciento de la masa de los cuerpos estelares en torno al centro de la galaxia (bulbo). Hasta ahora, la galaxia con la porción más grande de su masa en el hoyo negro central (11 por ciento) era la pequeña galaxia NGC4486B. Este dato en sí mismo representa ya una anomalía, pues la regularidad de esta relación se basa en los límites conocidos que tienen los agujeros negros para recibir e integrar materia.

Remco C. E. Van Den Bosch y sus colegas del Instituto Max Planck para la Astronomía en Heidelberg y del departamento de Astronomía de la Universidad de Texas en Austin, reportan observaciones de cinemática estelar de NGC 1277, galaxia lenticular compacta con una masa de 1.2 x 1011 masas solares. A partir de los datos recabados, han determinado que la masa del hoyo negro central equivale a 1.7 x 1010 masas solares, el 59 por ciento de su masa de bulbo. Se incluyen también observaciones de otras cinco galaxias compactas con propiedades similares a las de NGC 1277, y que podrían también contener hoyos negros supermasivos. Aún no se sabe si estas galaxias representan la cola de una distribución estadística o si simplemente no cumplen con la relación escalar común entre la masa del hoyo negro y la masa total.


Calentamiento y derretimiento

Semana - 1249 - 2 - Antarctica-satelliteLa pérdida de masa de las capas de hielo en Groenlandia y Antártica se relacionan en gran medida con el incremento de nivel de los océanos. Parte de esta pérdida se debe a los efectos de temperaturas del aire más cálidas y al incremento térmico de las aguas a las que están expuestas. Ian Joughin del Centro de Ciencia Polar en la Universidad de Washington, Richard B. Alley del departamento de Geociencias en la Universidad de Pennsylvania y David Holland de la Universidad de Nueva York, revisan cómo las interacciones hielo-océano, impactan las capas de hielo. Estos expertos proponen ahondar la discusión acerca de las diversas formas en que el hielo está sujeto a la influencia de corrientes marinas cálidas.

Las estimaciones del balance de masa de las capas de hielo en Groenlandia y la Antártica han diferido enormemente -incluso llegando a no poder definir si hay pérdida o ganancia-, lo cual hace difícil predecir con precisión cambios futuros en el nivel oceánico. Un equipo encabezado por Andrew Shepherd de la Universidad de Leeds, y en el cual participan investigadores adscritos a 27 instituciones de Estados Unidos, Reino Unido, Países Bajos, Austria, Australia y Canadá, han reunido y combinado bases de datos de altimetría satelital, interferometría y gravimetría para construir un balance de masa de capas de hielo más robusto para el periodo 1992-2011. Todas las regiones de ambas capas parecen estar perdiendo masa, a excepción del este de la Antártica. Cabe señalar, sin embargo, que la pérdida de masa de las capas polares contribuye actualmente con 0.6 milímetros al año, apenas 20 por ciento de la tasa de aumento total del nivel oceánico global.


Modelando el cerebro

Semana - 1249 - 3 - Brain modelLas neuronas son células de una gran complejidad. Se muestran en una interminable variedad de formas y el número de sus dendritas y axones puede variar enormemente. Un reto fundamental para la neurociencia cognitiva y de sistemas es relacionar el complejo e increíble comportamiento de los animales con la igualmente compleja actividad de sus cerebros. Los modelos neuronales de gran escala no han podido reducir la brecha teórica entre actividad neuronal y función biológica, pero hay avances. Actualmente, mediante el uso de la última tecnología aplicada a la computación se ha logrado simular una porción de cerebro. Chris Eliasmith y un equipo de investigadores del Centro para la Neurociencia Teórica de la Universidad de Waterloo, presentan un modelo cerebral de 2.5 millones de neuronas -llamado Spaun-, que cierra esa brecha al exhibir diversos “comportamientos”. Puede reconocer numerales, recordar listas de dígitos y escribir esas listas. En total son ocho las tareas que realiza el modelo y que, de acuerdo a los autores, dan cuenta de aspectos de neuroanatomía, neurofisiología y “comportamiento psicológico”. Por simple que parezca, el mérito de este modelo es incluir tareas de la triada percepción, cognición y conducta.


Síntesis de nanocables con propiedades ajustables

Semana - 1249 - 4 - NanowireLos nanocables semiconductores son elementos fundamentales para la siguiente generación de diodos emisores de luz (LED), celdas solares y baterías. Construir a escala industrial dispositivos funcionales basados en nanocables requiere una metodología eficiente y a bajo costo, que permita la producción masiva de nanocables con cristalinidad perfecta, dimensiones y composición controladas y reproducibles. Hasta ahora no se han reportado métodos confiables que puedan satisfacer estos requerimientos. En su reporte, Magnus Heurlin y sus colegas de la Universidad de Lund, Suecia, muestran cómo se pueden producir nanocables de manera continua con dimensiones controladas, alto grado de cristalinidad y a una tasa de crecimiento alta mediante un método de “crecimiento” basado en aerosol, al cual se ha dado el nombre de aerotaxy (anglicismo que no debe confundirse con la aerotaxia bacteriana). En su aproximación mediante aerotaxy, partículas catalíticas en aerosol de oro (Au), inducen la nucleación y crecimiento de nanocables de Arseniuro de galio (GaAs) con una tasa de crecimiento de aproximadamente un micrómetro por segundo, la cual es de 20 a mil veces más alta que la de los nanocables “tradicionales” basada en substrato. Los expertos demuestran que este método permite un control sensible y reproducible de las dimensiones y la forma de los nanocables, así como propiedades ópticas y electrónicas controladas a través de variaciones de la temperatura, el tiempo y el tamaño de las partículas de oro. Mediciones de fotoluminiscencia revelan que los nanocables producidos tienen buenas propiedades ópticas y excelente uniformidad espectral. Se espera que este método reduzca sustancialmente el costo de fabricación de los nanocables y en consecuencia el de los dispositivos basados en ellos a escala industrial.


Nadando en hierro

Semana - 1249 - 5 - FitoplanctonDado que el hierro es esencial para el crecimiento del fitoplancton marino, su disponibilidad limita significativamente la productividad primaria de los océanos. El hierro es típicamente biodisponible solamente cuando está presente en un estado disuelto; sin embargo, una buena parte del total del hierro en los océanos existe como pequeñísimas partículas en fase sólida, que van desde unos pocos nanómetros hasta algunos micrómetros de tamaño. B. P. von der Heyden y un equipo de investigadores de las universidades de Stellenbosch en Sudáfrica y Princeton en los Estados Unidos, usaron espectroscopía y microscopía de rayos X de alta resolución para caracterizar la distribución de partículas de hierro a lo largo de dos transectos del océano del sur. El análisis de un número de partículas individuales -con tamaños que van de los 20 a los 700 nanómetros-,  revela fuertes variaciones en el estado de oxidación del hierro, la composición de las partículas y la sustitución de aluminio por hierro. Todas estas variaciones inciden en el nivel de solubilidad, y por tanto, en la biodisponibilidad del hierro.


Superfluidos en gases de Fermi

Semana - 1249 - 6 - Fermi gasLa capacidad de las pertículas para fluir con muy poca resistencia es característica de los estados de superfluidez y superconductividad. Aunque la medición del flujo de partículas en helio líquido o materiales superconductores ha sido esencial para identificar la superfluidez o la superconductividad, hasta ahora no se han realizado mediciones análogas para los superfluidos basados en gases de Fermi a muy bajas temperaturas. David Stadler y sus colegas del Instituto para la Electrónica Cuántica de Zurich, Suiza, reportan mediciones directas de las propiedades de conducción de fermiones de fuerte interacción, observando la bien conocida caída de la resistencia asociada con el establecimiento de la superfluidez. Variando el potencial de captura en un canal angosto conectando dos reservorios atómicos, han observado variaciones de la corriente atómica en distintas magnitudes. Han relacionado las propiedades de conducción intrínsecas con las funciones termodinámicas de manera independiente a un modelo; utilizaron la producción de imágenes de alta resolución in situ en combinación con mediciones de corriente. Sus resultados muestran que, como en los sistemas de estado sólido, las mediciones de corriente y resistencia en gases cuánticos proporcionan información de gran valor para la física. Los científicos señalaron: “Nuestro método es análogo a la operación de un transistor de estado sólido de efecto de campo y podría ser aplicado como sonda para redes ópticas y sistemas desordenados, pavimentando el camino para el modelado de complejos dispositivos superconductores”.


Mapa del espacio visual en la corteza entorrinal del primate

Semana - 1249 - 7 - Corteza entorrinalLa modulación localizada de la actividad entre neuronas en el hipocampo presenta un medio para organizar información contextual al servicio de la memoria. Una representación espacial particular -de células Grid- ha sido observada en la corteza entorrinal (CE) de ratas y murciélagos, pero no ha sido descrita en primates. En su artículo, Nathaniel J. Killian y sus colegas del Yerkes National Primate Research Center, examinan las representaciones espaciales en la CE de monos realizando una tarea de memoria visual. La neuronas individuales fueron identificadas en la CE del primate que emitía potenciales de acción cuando el mono fijaba múltiples locaciones discretas en el campo visual, en cada una de las muchas imágenes complejas presentadas secuencialmente. Estas representaciones espaciales pueden servir como marco para la codificación del contenido del estímulo en una escena visual compleja. De acuerdo a los autores, los resultados son una demostración de las células Grid en primates y sugieren que las neuronas de la corteza entorrinal codifican el espacio durante la exploración visual, incluso sin locomoción.


Con información de artículos publicados en Nature No. 7426 del 29 de noviembre de 2012 y Science No. 6111 del 30 de noviembre de 2012.

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