sábado, 10 de junio de 2017

En el espacio nadie te escucha gritar

En el espacio nadie te escucha gritar. Estaba en el póster de la original, la primera, Alien de Ridley Scott. Es una frase poderosa que evoca el ambiente terrorífico de la película. Algo de aquel horror reaparece en la nueva Alien: Covenant, que vi recientemente. Pero aparte del "ambiente", y de la idea buenísima del androide de Prometheus convertido en una especie de Dr. Moreau, la película no me gustó mucho. No diré más por si no la vieron, pero está llena de clichés.

Bueno, pero ¿es cierto? Uno está tentado a decir que sí, que en el espacio nadie te escucha gritar porque no hay sonido, y no hay sonido porque el sonido no se propaga en el vacío.

Todo esto es cierto, y nadie te puede escuchar gritando en el espacio. Pero hay algo que no es cierto: el espacio no está vacío. ¡Cómo va a estar vacío! Está lleno de cosas de las que hablamos todo el tiempo: las nubes de gas y polvo interestelares, cuna de las estrellas y producto de su destrucción.

El espacio entre las estrellas está lleno de lo que los astrónomos llaman el medio interestelar. Por ejemplo la Montaña Mística, en la Gran Nebulosa de Carina. Estas grandes y frías nubes moleculares son alrededor del 1% del total. Una parte mucho mayor está formada por hidrógeno neutro mucho más caliente y tenue. Y hay también una buena cantidad de gas ionizado por la radiación de las estrellas.

¿Entonces? ¡Si el espacio no está vacío, podría haber sonido! Sí. 

De todos modos, por más densas que parezcan estas estructuras, son extraordinariamente tenues, con unos pocos átomos por centímetro cúbico como mucho. Muchos menos que en un buen vacío de laboratorio. Cualquier perturbación se encuentra con que las moléculas viajan muchísimo antes de chocar unas con otras y propagar las ondas. La consecuencia de esto es que sólo ondas muuuuuy largas pueden propagarse. Inclusive en nubes densas como ésta, la longitud de onda debe ser de millones de kilómetros, con frecuencias de millonésimos de hertz. No precisamente un grito de ayuda.

Aun así, el sonido en el espacio es algo tan real como importante. Cualquier libro sobre los fenómenos del medio interestelar les mostrará que un parámetro fundamental es precisamente la velocidad del sonido. Igual que con el sonido común y corriente, la velocidad del sonido en el medio interestelar depende de la temperatura y de la densidad del medio. Para las frías nubes moleculares es de unos 13 km/s. Pero para el "hidrógeno tibio" que forma buena parte de la Vía Láctea es de unos 500 m/s, casi lo mismo que el sonido que escuchamos en el aire.

La velocidad del sonido en el medio interestelar es importante fundamentalmente porque hay cosas que se mueven muy rápido a través de él. Igual que en el aire, esto da lugar a ondas de choque (shocks). En la Montaña Mística vemos uno de estos shocks propagándose desde el extremo de uno de los jets que salen de la cabeza del "monstruo" (que tiene un aire a los de la película). La colisión entre nubes moleculares, la colisión de galaxias, los vientos estelares, la emisión de la materia de las supernovas, los jets en las galaxias activas, son todos fenómenos supersónicos. Los shocks calientan y comprimen el medio interestelar, y eventualmente desatan los procesos de formación de nuevas estrellas y planetas. 

Debemos nuestra propia existencia a gritos supersónicos que nadie escucha en el espacio.


El recorte del póster de Alien es de Twentieth Century Fox. La imagen de la Montaña Mística es de NASA/ESA/Hubble/STScI. El comic está fotografiado de What if?, el excelente libro de Randall Munroe

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4 comentarios:

  1. Si las ondas mecánicas, como el sonido, viajan más rápido entre más denso sea el medio por donde se propagan. ¿Cómo las ondas en una nube molecular pueden llegar a viajar a 13 Km/s? Me parece sorprendente y de seguro se debe a algún detalle que se me escapa.

    Y nuevamente, gracias por sus publicaciones. Sagradamente las leo todos los sábados.

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    1. Excelente observación, Manuel. Efectivamente, la velocidad del sonido en un gas depende inversamente de la densidad (estrictamente, de la raíz cuadrada de la densidad). Lo que ocurre es que dentro de la misma raíz cuadrada, y en el numerador, aparece la PRESIÓN. Así que aunque la densidad sea muy baja, si la presión es igual de baja, el cociente no cambia. En un gas ideal la presión es proporcional a la temperatura: la velocidad del sonido no cae drásticamente con la baja densidad del medio interestelar simplemente porque está muy frío.

      (Nota matemática innecesaria: si te fijás en cualquier libro de mecánica estadística, encontrarás que la velocidad del sonido es la raíz cuadrada de la derivada de la presión con respecto a la densidad.)

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  2. Más que interesante! Me pregunté muchas veces sobre esto, y como entusiasta iletrado, hasta ahora seguía con la duda.

    Una pregunta que me queda pendiente: hace poco leí sobre los tales "fonones". ¿Éstas partículas serían las responsables de la transmisión de las ondas mecánicas, y por consecuencia del sonido? Perdón si es muy básica la pregunta, y se aceptan links como respuesta.
    Cabe aclarar que la definición de fonón en Wikipedia no me ayudó nada a entender más sobre el tema :)

    Saludos y gracias por tanto conocimiento compartido!

    Sebastián

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    1. Sebastián, los fonones son vibraciones de los átomos de una red cristalina (no de un gas, sino de un sólido, o puede ser un líquido en ocasiones). Por tratarse de un fenómeno de escala atómica, la descripción es cuántica, y las vibraciones resultan "cuantizadas" en paquetitos de ciertas energías, como si fueran partículas, y por eso tiene un nombre terminado en "on".

      Los fonones de longitud de onda más larga SON el sonido. La velocidad de los fonones en la red depende de su frecuencia, pero para las de longitud de onda más larga esa dependencia desaparece, y por eso el sonido puede propagarse en un sólido sin "desarmarse" (dispersarse, la relación entre la longitud de onda y la energía se llama relación de dispersión, y su derivada es la velocidad del fonón). Los de longitud de onda más corta son del tamaño de la distancia interatómica, y son completamente cuánticos. Son los responsables de muchas de las propiedades físicas del sólido.

      En muchos sólidos la red cristalina tiene carga positiva, porque los electrones están compartidos y pueden viajar. Así que esas vibraciones de la red positiva interactúan con los electrones negativos, dando lugar a montones de fenómenos que hacen funcionar toda nuestra electrónica.

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