Francis en #rosavientos: Materia oscura y extinciones masivas

Dibujo20140423 dinosaur extintion - dark disk - aps - alan stonebraker

Ya puedes escuchar el audio de mi sección ¡Eureka! en el programa de radio La Rosa de los Vientos de la cadena Onda Cero. Como siempre una transcripción, enlaces y algunas figuras.

Más información divulgativa en Daniel Marín, “¿Podría estar la materia oscura detrás de las extinciones masivas?,” Eureka, 7 Mar 2014; César Tomé, “¿Está la materia oscura detrás de las extinciones masivas?,” Next, Vozpópuli, 23 Abr 2014.

El nuevo artículo técnico es Lisa Randall, Matthew Reece, “Dark Matter as a Trigger for Periodic Comet Impacts,” Phys. Rev. Lett. 112: 161301, 21 Apr 2014arXiv:1403.0576 [astro-ph.GA]; Daisuke Nagai, “Viewpoint: Dark Matter May Play Role in Extinctions,” Physics 7: 41, 21 Apr 2014. Recomiendo consultar también los artículos clásicos de Luis W. Alvarez, W. Alvarez, F. Asaro, and H. V. Michel, “Extraterrestrial cause for the Cretaceous-Tertiary extinction,” Science 208: 1095-1108, 1980 [PDF gratis en Univ. Colorado], y de D. M. Raup and J. J. Sepkoski Jr., “Periodicity of extinctions in the geologic past,” Proc. Natl. Acad. Sci. USA 81: 801-805, 1984 [PDF gratis PNAS].

Dibujo20140423 dark disk and mass extintions periodicity - physical review letters

La vida en la Tierra ha pasado por varias extinciones masivas en las que han desaparecido un gran número de especies de seres vivos. ¿Se sabe cuáles son las causas de estas extinciones masivas? Desde que surgió la vida pluricelular en la Tierra, hace unos 600 millones de años, han ocurrido cinco extinciones masivas en las que han desaparecido más del 50% de todos los seres vivos. La última fue hace 65 millones de años, cuando se extinguió cerca del 75% de todas las especies, incluyendo los dinosaurios. El físico Luis Álvarez (Premio Nobel) propuso en 1980 que la causa fue el impacto del gran meteorito que produjo el cráter de Chicxulub en la península de Yucatán, México. La extinción que ocurrió hace unos 251 millones de años, cuando cerca del 95% de las especies marinas desaparecieron, también fue debida a un gran meteorito que dejó un cráter de unos 500 kilómetros de diámetro que está bajo 1,6 km de hielo en la Antártida. Sin embargo, no hay pruebas sólidas de que un impacto de un meteorito explique las otras tres extinciones masivas que ocurrieron hace unos 210 millones de años, hace unos 360 millones de años, y hace unos 440 millones de años. En las tres hubo un enfriamiento rápido de la Tierra, pero su causa no se conoce. Pudo ser el impacto de un cometa o de un asteroide, pues se estima que cada 35 millones de años se produce un gran impacto contra la Tierra. No siempre tienen la misma intensidad y por ello no siempre son eventos traumáticos para la vida en nuestro planeta.

Dibujo20140426 oscillation solar system over milky way galaxy orbit - aps - alan stonebreaker

Más o menos cada 35 millones de años se produce el impacto de un gran meteorito contra la Tierra, ¿cuál puede ser la causa de esta periodicidad? No se sabe, pero se cree que su origen debe ser astronómico. Los cometas de periodo largo que se acercan al Sol parecen surgir de una hipotética región alrededor del Sistema Solar llamada nube de Oort. Algún fenómeno astronómico periódico podría perturbar gravitacionalmente los cometas de la Nube de Oort lanzándolos en oleadas hacia el interior del Sistema Solar, donde uno o varios de ellos pueden terminar alcanzando la Tierra. Una posible causa de esta periodicidad podría ser el movimiento oscilatorio del Sol a través del plano de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Nuestro Sol orbita alrededor del centro de la galaxia, empleando 250 millones de años en completar una vuelta completa. Su trayectoria no es plana, sino que oscila hacia arriba y hacia abajo cruzando el plano galáctico como la cabeza de un nadador que nada a braza en una piscina. Esta oscilación es debida a que la distribución de materia en el plano galáctico no es homogénea y tiene un periodo de unos 32 millones de años. Estos pasos podrían perturbar la Nube de Oort lanzando algunos cometas hacia los planetas interiores del Sistema Solar. Sin embargo, la densidad de materia del plano galáctico no es tan grande como para provocar este efecto. Falta materia en el plano galáctico.

Dibujo20140426 The Milky Way dark-matter halo - CERN Courier

La falta de materia en la Galaxia para explicar este fenómeno recuerda a la materia oscura que falta en la Galaxia para explicar el movimiento de las estrellas, ¿podría explicar la materia oscura la periodicidad de las extinciones masivas? La famosa divulgadora Lisa Randall, catedrática de física en la Universidad de Harvard, junto con un joven colega, Matt Reece, han propuesto en la prestigiosa revista de física Physical Review Letters, que el plano de la Vía Láctea esconde un disco homogéneo de materia oscura de tan solo 30 años luz de grosor. Según sus cálculos teóricos, si este disco oscuro tuviera una densidad superficial de unas diez masas solares por pársec cuadrado, su gravedad sería suficiente para explicar las extinciones masivas. Hasta ahora se pensaba que la materia oscura en nuestra galaxia debe estar distribuida en un halo esférico homogéneo mucho mayor que la Vía Láctea, pero nada impide que este halo presente una mayor densidad en el plano galáctico, un disco oscuro, como sugieren Randall y Reece.

Dibujo20140426 susy particles as dark matter candidates

Esta hipótesis ligaría la evolución de la vida en la Tierra a la evolución de la galaxia y de la materia oscura en el universo, pero ¿se sabe qué es la materia oscura? Todavía no sabemos de qué está hecha la materia oscura, que no emite luz porque interacciona muy débilmente con el electromagnetismo. Sin embargo, produce gravedad cuyos efectos sobre la materia visible pueden ser observados. En nuestra galaxia y en los cúmulos galácticos la materia visible se comporta como si existiera cinco veces más materia que la que podemos ver. Se cree que esta materia ausente está formada por nuevas partículas aún no descubiertas y hay muchos experimentos que están tratando de encontrarlas, aunque todavía sin éxito. La propuesta de Lisa Randall y Matt Reece es que hay varios tipos de partículas de materia oscura, unas más ligeras y otras más pesadas. El disco galáctico de materia oscura estaría formado por las partículas de materia oscura más pesadas y el halo esférico por las más ligeras. En los próximos años la misión Gaia de la ESA medirá el movimiento de cientos de miles de estrellas de nuestra Galaxia y será capaz de determinar si existe un disco masivo de materia oscura en el plano galáctico. Quizás descubramos que los dinosaurios desaparecieron por culpa de la materia oscura.

 



12 Comentarios

  1. A mi me parece que esta teoría está muy cogida por los pelos . Incluso por simplicidad veo más probable la hipótesis de una estrella compañera del sol aún no descubierta.

    No se mucho de estadística, ¿ hasta qué punto según tu opinión son extraordinarias las coincidencias en la periodicidad de las extinciones con las oscilaciones con respecto al plano galáctico?

  2. Bueno, y este comentario lo hago ya como biólogo. En todo el desarrollo del tema hay datos erróneos y no se comenta nada acerca del conocimiento que hay acumulado sobre extinciones masivas, y causas ya descritas a nivel teórico (apoyadas con el peso de la evidencia). Puedo entender que se haga especulación científica, de algún lado deben salir las nuevas ideas, pero has cruzado una linea que te gusta criticar duramente.

  3. Es curioso como se recurre a la materia oscura para “solucionar” muchos problemas distintos. Por ejemplo:
    * Las anomalías en los movimientos de los satélites [enlace]
    * El calentamiento interno de los planetas gigantes [enlace]
    * La hipotética existencia de estrellas primordiales alimentadas por materia oscura [enlace]
    * La transformación de materia oscura en materia visible en los núcleos activos de galaxias [enlace]
    Muchos de estos estudios me siguen pareciendo muy especulativos y a veces muy difíciles de comprobar. Aunque por otro lado es muy divertido ver todo lo que da de sí la materia oscura.

    1. Hola Antonio. No me quejo para nada de la especulación en física teórica, de hecho me parece una forma fundamental de avanzar en el conocimiento. Dentro de los estudios que enlazo hay distintos niveles de especulación (más en los dos primeros y menos en los dos últimos). Lo que me llama la atención es de que a menudo se recurra a la materia oscura para explicar algunos fenómenos desconocidos en lugar de buscar otras explicaciones más simples.
      Lo que si me parece importante es que, sea cual sea el grado de especulación, las hipótesis desarrolladas sean comprobables (falsables), o al menos que tengan el potencial de ser comprobables en algún momento.
      Por cierto, por curiosidad, ¿cómo afectaría la transformación de materia oscura en materia ordinaria (o viceversa) a las ideas sobre el Big Bang?

  4. La “teoría” de la creación continua (o estado estacionario) está descartadísima desde hace mucho tiempo por la absurda ausencia de evidencia a su favor. No es una cuestión tecnológica, no hay ni un solo indicio de que sea posible (por no hablar de los agujeros en la física de todo el asunto).

  5. No me parece mal comentar las entradas del blog, de hecho, por algo leo los comentarios. Últimamente hallo que algunos comentaristas son hostiles hacia el autor del blog, y realizan comentarios innecesariamente venenosos: ¿para que aportillar un científico por como se apellida, por ejemplo? Y de hecho, su propio comentario “Te agradezco el dato, pensaba que tardaba 226 millones de años.” Si no era su intención ser irónico, entonces lo malinterpreté, pero no me parece.

  6. Un poco de sal marca Nature a la materia oscura:
    http://www.nature.com/news/no-sign-of-dark-matter-in-underground-experiment-1.14057

    que lleva a plantear su inexistencia:
    http://www.comunicacion.amc.edu.mx/comunicados/plantean-inexistencia-de-materia-y-energia-oscuras/

    Un poco de sal marca Nature al paper:
    http://www.nature.com/news/did-dark-matter-kill-the-dinosaurs-1.14839

    que en español queda:
    http://www.cosmonoticias.org/la-materia-oscura-y-las-extinciones-en-masa/

    y una traducción menos literal lo deja bien clarito:
    http://conexioncausal.wordpress.com/2014/03/10/materia-oscura-e-impactos-de-cometas/

    Noten las palabras de Adrian Melott casi al final del artículo en los dos primeros enlaces. Ese nombre firma muchos de los papers listados aquí más abajo.

    Un poco de sal marca Francis al paper, vía referencia al artículo de Daisuke Nagai:
    http://physics.aps.org/articles/v7/41

    ¿Fue un disco delgado de materia oscura el detonante de extinciones masivas como la que acabó con los dinosaurios? La evidencia está lejos de ser convincente. En primer lugar, la periodicidad de la tasa de formación de cráteres en la Tierra no está claramente establecida, debido a que un irregular registro cratérico dificulta ver un patrón firme. Tampoco está claro qué papel pueden haber desempeñado los cometas en las extinciones masivas. La opinión predominante es que el cráter Chicxulub, que se ha relacionado con la extinción de los dinosaurios hace 66 millones de años, fue creado por un asteroide gigante, no un cometa.”

    Un poco de sal a esa sal:
    (Mar 2014) Assessments of the energy, mass and size of the Chicxulub Impactor
    http://arxiv.org/abs/1403.6391
    Hector Javier Durand, Guadalupe Cordero

    “…hemos concluido que la mejor estimación es que el impactor fue un cometa.”

    Un poco de sal marca arXiv a las periodicidades (en plural, sí) de las extinciones y sus hipotéticas causas:

    Pero antes, desde ya aclaro que, por lejos, la principal causa considerada no son los impactos cometarios sino la radiación cósmica de diversas fuentes, como esto:
    http://en.wikipedia.org/wiki/Gamma-ray_burst
    http://es.wikipedia.org/wiki/Brote_de_rayos_gamma

    o más primordialmente como esto:
    http://www.space.com/3721-world-hypothesis-cosmic-forces-control-life-earth.html

    que deriva de esto:
    http://apod.nasa.gov/apod/ap090906.html

    Ahora sí, una lista selecta pero representativa de lo que se ha venido publicando en arXiv relativo a este tema durante los últimos 20 años:

    (Nov 1996) Life Extinction Due To Neutron Star Mergers
    http://arxiv.org/abs/astro-ph/9607160
    Arnon Dar, Ari Laor, Nir Shaviv

    (May 1997) Life Extinctions By Cosmic Ray Bursts
    http://arxiv.org/abs/astro-ph/9705008
    Arnon Dar, Ari Laor, Nir Shaviv

    (Jan 2002) Evidence for Nearby Supernova Explosions
    http://arxiv.org/abs/astro-ph/0201018
    Narciso Benitez, Jesus Maiz-Apellaniz, Matilde Canelles

    (Jun 2002) The threat to life from Eta Carinae and gamma ray bursts
    http://arxiv.org/abs/astro-ph/0110162
    Arnon Dar, A. De Rujula

    (Apr 2004) Did a gamma-ray burst initiate the late Ordovician mass extinction?
    http://arxiv.org/abs/astro-ph/0309415
    A. Melott, B. Lieberman, C. Laird, L. Martin, M. Medvedev, B. Thomas, J. Cannizzo, N. Gehrels, C. Jackman

    (Feb 2005) Terrestrial Ozone Depletion Due to a Milky Way Gamma-Ray Burst
    http://arxiv.org/abs/astro-ph/0411284
    Brian Thomas, Charles Jackman, Adrian Melott, Claude Laird, Richard Stolarski, Neil Gehrels, John Cannizzo, Daniel Hogan

    (Sep 2005) The genetic signature of (astronomically induced) life extinctions
    http://arxiv.org/abs/q-bio/0509033
    Robersy Sanchez, Rolando Cardenas

    (Aug 2005) Gamma-Ray Bursts and the Earth: Exploration of Atmospheric, Biological, Climatic and Biogeochemical Effects
    http://arxiv.org/abs/astro-ph/0505472
    Brian Thomas, Adrian Melott, Charles Jackman, Claude Laird, Mikhail Medvedev, Richard Stolarski, Neil Gehrels, John Cannizzo, Daniel Hogan, Larissa Ejzak

    (Aug 2007) Considering the Case for Biodiversity Cycles: Reexamining the Evidence for Periodicity in the Fossil Record
    http://arxiv.org/abs/0704.2896
    Bruce Lieberman, Adrian Melott

    (Dec 2008) Long-term cycles in the history of life: Periodic biodiversity in the Paleobiology Database
    http://arxiv.org/abs/0807.4729
    Adrian Melott

    (Feb 2009) Late Ordovician geographic patterns of extinction compared with simulations of astrophysical ionizing radiation damage
    http://arxiv.org/abs/0809.0899
    Adrian Melott, Brian Thomas

    (Jan 2010) An ubiquitous ~62 Myr periodic fluctuation superimposed on general trends in fossil biodiversity
    http://arxiv.org/abs/1001.3449
    Adrian Melott, Richard Bambach

    (May 2010) A ubiquitous ~62-Myr periodic fluctuation superimposed on general trends in fossil biodiversity. I. Documentation
    http://arxiv.org/abs/1005.4393
    Adrian Melott, Richard Bambach

    (Jun 2010) Can periodicity in low altitude cloud cover be induced by cosmic ray variability in the extragalactic shock model?
    http://arxiv.org/abs/1006.3797
    Dimitra Atri, Brian C. Thomas, Adrian Melott

    (Jul 2010) Nemesis Reconsidered
    http://arxiv.org/abs/1007.0437
    Adrian Melott, Richard Bambach

    (Nov 2010) A ubiquitous ~62 Myr periodic fluctuation superimposed on general trends in fossil biodiversity: II, Evolutionary dynamics associated with periodic fluctuation in marine diversity
    http://arxiv.org/abs/1011.4496
    Adrian Melott, Richard Bambach

    (Feb 2011) Astrophysical Ionizing Radiation and the Earth: A Brief Review and Census of Intermittent Intense Sources
    http://arxiv.org/abs/1102.2830
    Adrian Melott, Brian Thomas

    (Jun 2012) Do Periodicities in Extinction — with Possible Astronomical Connections — Survive a Revision of the Geological Timescale?
    http://arxiv.org/abs/1206.1804
    Adrian Melott, Richard Bambach, K. Petersen, John McArthur

    (Jun 2012) A ~60 Myr periodicity is common to marine-87Sr/86Sr, fossil biodiversity, and large-scale sedimentation: what does the periodicity reflect?
    http://arxiv.org/abs/1206.1804
    Adrian Melott, Richard Bambach, K. Petersen, John McArthur

    (Mar 2013) Cosmic rays and climate change over the past 1000 million years
    http://arxiv.org/abs/1303.7314
    T. Sloan, A. Wolfendale

    (Jul 2013) Do Periodicities in Extinction — with Possible Astronomical Connections — Survive a Revision of the Geological Timescale?
    http://arxiv.org/abs/1307.1884
    Adrian Melott, Richard Bambach

    (Jul 2013) Cosmogenic nuclide enhancement via deposition from long-period comets as a test of the Younger Dryas impact hypothesis
    http://arxiv.org/abs/1307.6557
    Andrew Overholt, Adrian Melott

    (Sep 2013) Mass Extinction And The Structure Of The Milky Way
    http://arxiv.org/abs/1309.4838
    M. Filipovic, J. Horner, E. Crawford, N. Tothill

    (Dec 2013) Analysis of periodicity of extinction using the 2012 geological time scale
    http://arxiv.org/abs/1310.4712
    Adrian Melott, Richard Bambach

    (Feb 2014) The time-dependent reconstructed evolutionary process with a key-role for mass-extinction events
    http://arxiv.org/abs/1312.2392
    Sebastian Höhna

    (Apr 2014) Are we able to detect mass extinction events using phylogenies?
    http://arxiv.org/abs/1404.5441
    Sacha S.J. Laurent, Marc Robinson-Rechavi, Nicolas Salamin

    Un poco de sal marca Pelau a las periodicidades:

    En primer lugar, ni siquiera Wikipedia English se pone de acuerdo consigo misma acerca de algunos datos básicos, como la distancia del Sol al núcleo galáctico o la duración de nuestro año galáctico:

    http://en.wikipedia.org/wiki/Formation_and_evolution_of_the_Solar_System#Galactic_interaction
    “The Solar System travels alone through the Milky Way galaxy in a circular orbit approximately 30000 light years from the galactic centre. Its speed is about 220 km/s. The period required for the Solar System to complete one revolution around the galactic centre, the galactic year, is in the range of 220-250 million years.”

    http://en.wikipedia.org/wiki/Sun
    “The Sun orbits the center of the Milky Way at a distance of approximately 24000-26000 light-years from the galactic center, completing one clockwise orbit, as viewed from the galactic north pole, in about 225-250 million years.”

    De ahí para abajo, el caos. La inmensa mayoría de los sitios prefiere ofrecer cifras más “concretas” en vez de un margen estilo 220-250. Así unos ofrecen la cifra 225, otros 226, otros 250, etc.

    Esto es lo más “ilustrativo” que encontré acerca del movimiento en 3 dimensiones del Sol dentro de la galaxia:
    http://www.biocab.org/coplanaridad_sistema_solar_via_lactea.html
    Lamentablemente no ofrece un estimado del tiempo que insume un ciclo de oscilación vertical del Sol a través del plano galáctico.

    A ese respecto, esta es la fuente más acreditada que encontré:
    http://apod.nasa.gov/apod/ap980225.html
    Pero ya es vieja (1998) y menciona una oscilación de 66 million years. Desde entonces supongo que habrá mejorado la exactitud de la estimación. Así hoy se habla de un ciclo de 64 Myr (million years), o sea, 32 Myr encima y 32 Myr debajo del plano galáctico.

    El artículo de Daisuke Nagai dice: “…ha habido algunos indicios de que la frecuencia de los impactos (de cometas y de asteroides) en la Tierra oscila en una escala de tiempo de unos 25 a 35 millones años…”

    La mejor “coincidencia” de Randall y Reece ocurre considerando una periodicidad de 35,5 Myr.

    Los trabajos de Melott y Bambach durante la última década confirman 2 grandes periodicidades: un intervalo de ~27 Myr entre extinciones, que cada tanto “coincide” con las fases más áridas de una fluctuación periódica de ~62 Myr en la biodiversidad fósil.

    Todas estas cifras son sugerentemente cercanas. Pero el hecho es que NO coinciden exactamente. En todas hay un error ACUMULATIVO de varios Myr.

    Un error de más-menos OSCILANTE en torno al ciclo de 32 Myr sería coherente. Reflejaría una esperable dispersión estocástica durante el lógico retraso entre causa y efecto. Pero… ¿un retraso ACUMULATIVO? ¿Cómo?

    ¿Conclusiones?

    -1- El mero hecho de que el registro fósil indica no una sino DOS grandes periodicidades que NO son exactamente múltiplo… sugiere que aquí hay algo que no termina de cerrar. Hacen falta más datos.

    -2- Algunos de esos datos podrían surgir contrastando (lo cual ignoro si se ha hecho) las anteriores periodicidades con estas otras:

    http://es.wikipedia.org/wiki/Variaci%C3%B3n_solar

    http://es.wikipedia.org/wiki/Mancha_solar#Variaci.C3.B3n_de_la_actividad_solar

    http://es.wikipedia.org/wiki/Categor%C3%ADa:Periodos_clim%C3%A1ticos

    http://es.wikipedia.org/wiki/Categor%C3%ADa:Glaciaciones

    http://earthobservatory.nasa.gov/Features/Paleoclimatology_Evidence/

    http://es.wikipedia.org/wiki/El_Ni%C3%B1o#Los_Ni.C3.B1os_hist.C3.B3ricos

    -3- De tanta sal me ha subido la presión 🙂

    Saludos.

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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 27 abril, 2014
Categoría(s): ✓ Astrofísica • Astronomía • Ciencia • Eureka (La Rosa de los Vientos) • Física • Noticias • Recomendación • Science
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