sábado, 19 de mayo de 2018

Into the void

Past the stars in fields of ancient void
Through the shields of darkness where they find
Love upon a land a world unknown.
Black Sabbath, Into the void

La semana pasada comentábamos el Gran Debate de la astronomía de principios del siglo XX: la cuestión de si las "nebulosas espirales" estaban dentro o fuera de la Vía Láctea. Edwin Hubble demostró poco después que eran, como decía Heber Curtis, sistemas lejanos similares a la Vía Láctea. El simple hecho de poder observar estas galaxias fue la clave para averiguar mucho de lo que sabemos del universo: que es inmenso, más inmenso que la vastedad interestelar, que se expande, que tuvo un origen y una evolución a partir de un estado caliente y denso muy distinto de lo que vemos ahora.

En años recientes los surveys de galaxias nos han mostrado que su distribución es extremadamente heterogénea, formando una especie de espuma con grandes burbujas vacías y filamentos donde se amontonan las galaxias formando cúmulos. Los modelos físicos de evolución del universo permiten explicar cómo se formó esta espuma, en la que juega un rol crucial la materia oscura, que observamos de manera indirecta pero cuya naturaleza nos resulta todavía esquiva.


¿Cómo habría sido la astronomía del siglo XX si no hubiésemos podido ver galaxias más allá de la Vía Láctea? Si estuviéramos en medio de una de las burbujas vacías, los telescopios de principios del siglo XX no habrían mostrado nada más allá de la Vía Lácta. Sólo oscuridad. Ni universo en expansión ni nada. ¿Qué hubiera pasado con la Teoría de la Relatividad General, sin el territorio fértil del cosmos en expansión de Hubble?

Curiosamente existen tales void galaxies. Una de ellas es ésta, la galaxia más solitaria que conocemos:


Esta preciosidad espiral, MCG+01-02-015, parece estar rodeada de galaxias, pero es un engaño producto de la perspectiva. Todas esas galaxias del fondo están muchísimo más lejos. La galaxia más solitaria que conocemos flota en total aislamiento en medio de un vacío de 100 millones de años luz. Para poner en perspectiva lo que esto significa, observen algunas de las galaxias que hay alrededor nuestro hasta 100 millones de años luz:


Todo el inmenso cúmulo de galaxias de Virgo, más los cúmulos de Fornax y Erídano y una multitud de grupos menores llenan este espacio. Tenemos que alejarnos a 200 millones de años luz para empezar a ver las grandes burbujas, los voids, como el que ocupa la Galaxia Solitaria:


MCG+01-02-015 se encuentra en la dirección de Piscis, a más de 300 millones de años luz de nosotros. Si la Vía Láctea estuviera en su lugar, no habríamos sabido acerca de la existencia de otras galaxias hasta la década de 1960, siempre y cuando la técnica astronómica hubiese seguido el mismo camino. ¡Qué sorpresa la del astrónomo que primero observase pequeñísimas nebulosas de naturaleza desconocida en sus fotos! ¡Qué material para un Gran Debate!


El video muestra un vuelo a través de cientos de miles de galaxias del SLOAN survey, preparado por Berkeley Lab. La imagen de MCG+01-02-015 es de NASA/ESA/Hubble Space Telescope. Las ilustraciones de la distribución de galaxias son del Atlas of the Universe.

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sábado, 12 de mayo de 2018

El Gran Debate y el Agua Negra

Cualquier telescopio mediano permite ver, desde un lugar razonablemente oscuro, pequeñas nebulosas más o menos ovaladas y de aspecto espiral que, a principios del siglo XX, estuvieron en el centro de un misterio científico: ¿qué eran? En 1920 se desarrolló en el Museo Smithsoniano un Gran Debate, en el cual expusieron sus argumentos los dos principales defensores de posibles soluciones del misterio. El asunto era más profundo que la mera naturaleza de las nebulosas. Harlow Shapley sostenía que el Sol ocupaba un lugar periférico en el inmenso sistema estelar de la Vía Láctea, y que las "nebulosas espirales", similares a las muchas nebulosas que observamos en el plano de la Vía Láctea, formaban parte de este sistema estelar. Heber Curtis argumentaba que el Sol estaba en el centro del sistema de estrellas, y que las nebulosas eran en sí mismas sistemas gigantes similares a la Vía Láctea entera, y que estaban por lo tanto lejísimos.


Si Shapley hubiera tenido razón, la Vía Láctea sería el universo todo. Si, en cambio, las nebulosas del debate eran extragalácticas el universo era inmensamente mayor que lo que se había explorado durante el siglo XIX. La cuestión se zanjó cuando Edwin Hubble pudo medir la distancia a la "nebulosa" de Andrómeda y a otras similares. Resultó, como aprendemos hoy desde chiquitos, que eran galaxias, inmensas y lejanísimas.

Curiosamente, los dos campeones del Gran Debate tenían razón en parte y se equivocaban en parte. ¿Hay alguna enseñanza en esto? Dentro de un siglo, ¿verán nuestros esfuerzos por comprender la naturaleza misteriosa de la materia oscura con la simpatía con la que nosotros vemos el Gran Debate? ¿Habrá algo de razón en cada posición: que son partículas muy poco interactuantes, axiones, neutrinos, agujeros negros primordiales, o que hay que modificar la gravitación? Creo que la mayoría de los físicos y astrofísicos estamos razonablemente convencidos de que se trata de partículas. Después de todo, sabemos que el modelo estándar, con todos sus éxitos, no está completo (falta la masa de los neutrinos, entre otas cosas). Pero pasan los años y los experimentos que bucan detectar directamente las partículas de materia oscura siguen sin dar resultados (salvo la oscilación anual del experimento DAMA/Libra, que muchos sospechan es un error sistemático).

Me encantaría que la materia oscura se descubra en la Argentina. Todavía el gran público no lo conoce, pero desde hace años tenemos un proyecto de un laboratorio de partículas subatómicas a gran profundidad, una condición necesaria para aislarse de la radiación cósmica y poder estudiar fenómenos sutiles como la materia oscura. El laboratorio ANDES se construirá a mitad de camino del nuevo túnel carretero debajo de la cordillera, en el Paso de Agua Negra, en San Juan. El líder del proyecto es nuestro colega Xavier Bertou, del grupo de Partículas y Campos del Centro Atómico Bariloche. El túnel es importantísimo para la economía del cono sur, y el laboratorio es una oportunidad sensacional para la ciencia básica sudamericana. Espero que los dos se lleven a cabo, y que Xavier descubra la materia oscura allá por el 2028.


Las imágenes de las galaxias espirales M101 y M104 son de NASA/ESA/Hubble Space Telescope. El plano del laboratorio es del proyecto Agua Negra Deep Experiment Site y del Consorcio Sudamericano de Experimentos Subterráneos. Lean el folleto de ANDES aquí.

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sábado, 5 de mayo de 2018

Pesebre Austral

Sigamos con el ping-pong de cúmulos estelares, que nos llevó de IC 2602 en el cielo del sur, a las Pléyades en el horizonte norte. Volvemos al sur, para visitar un hermoso cúmulo estelar que ya se había colado en la foto con la que introduje a Theta Carinae. Es el cumulito que se ve casi justo arriba de la punta del ciprés en esta foto:


Se trata de NGC 2516, una más de las joyas de la constelación de Carina. Así como IC 2602 tiene un sobrenombre por su parecido con un cúmulo del norte (las Pléyades del Sur), a NGC 2516 le dicen el Pesebre Austral, por un somero recuerdo de M44, el Pesebre (Praesepe, en latín, también llamado la Colmena) en Cáncer. Ambos cúmulos son fácilmente visibles a simple vista como nubecitas de magnitud 3.7, y cualquier instrumento óptico de poca potencia los revela en toda su gloria:


El Pesebre Austral tiene, como su homónimo, varias estrellas rojas (gigantes) que se destacan junto a las blancas y azules. Las dos más brillantes son de quinta magnitud. Una tercera estrella del mismo brillo forma un triángulo con ellas (el vértice más al norte, abajo). Aunque en mi foto se ve algo rosadita, es un estrella blancoamarillenta de clase espectral F (si no me equivoco no forma parte del cúmulo, encontrándose bastante más cerca). La estrella bien azul a su derecha es de clase B, naturalmente (y parece estar a la distancia correcta como para ser parte de NGC 2516). En el núcleo del cúmulo vemos también variedad de colores.

A propósito, ¿les parece que hay un núcleo denso y muchas más estrellas dispersas alrededor? Efectivamente, NGC 2516 ha sufrido una segregación por masa, es decir que las estrellas más masivas han "caído" al centro, mientras que casi todas las pequeñitas forman un halo exterior. Según los autores del trabajo donde lo leí, la masa total del cúmulo sería de 1400 masas solares, ¡el doble que las Pléyades!

NGC 2516 es un cúmulo joven, de unos 150 millones de años (similar a las Pléyades, y bastante menos que el Pesebre M44). Se encuentra a 1100 años luz de nosotros (más lejos que los 436 de las Pléyades y los 577 de M44). Es fácil encontrarlo guiándose por la Falsa Cuz, como podemos leer en Sur Astronómico. En esta foto nos hace photobombing otro cúmulo estelar, ESO 123-26. Está algo más lejos, a 1800 años luz. Más allá de esto, la Humanidad no sabe gran cosa sobre él.

¡Habrá más rondas del ping-pong de cúmulos estelares!


El trabajo de referencia es:

Jeffries et al., The mass function and mass segregation in NGC 2516, en The Future of Cool-Star Astrophysics, eds. Brown et al. (University of Colorado), 2003, p. 793-798.

En la foto puse que NGC 2516 está a 1300 años luz, pero según Simbad son 1127.

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sábado, 28 de abril de 2018

Pronóstico: despejado, con nevadas

El video es tan hipnótico y extraordinario que es difícil dejar de verlo. El twittero @landru79 publicó esta semana un montaje de una treintena de fotos tomadas por el robot Rosetta el 1 de junio de 2016, cerca del final de sus dos años de órbita alrededor del cometa 67P/Churymov-Gerasimenko. La nave estaba a apenas 10 km de la superficie de hielo y polvo, donde hay una escarpada barranca, a cuyos pies vemos un suelo liso con algunas rocas. Basta de introducción, miren esto:


¿Qué estamos viendo? ¡Es una nevada, bajo las estrellas... en un cometa! ¡EN! ¡UN! ¡CO ME TA!

Al principio tuve dudas. Era posible, por supuesto. Rosetta estaba muy cerca del núcleo del cometa, y el perihelio había pasado hacía poco con lo cual había mucha actividad de hielo y polvo formando la coma y la cola. Pero, ¿era tan densa como para darle aspecto de precipitación?

Además, se ven trazas y manchas pasando en distintas direcciones. ¿No serían rayos cósmicos que habían dejado sus marcas al azar en el detector de la cámara? Descargué un par de imágenes consecutivas del repositorio de la ESA para verlo por mí mismo. Las dos imágenes mostraban sin lugar a dudas que las trazas correspondían a partículas que se movían entre la tomas. Entre cada fotograma transcurren varios minutos, así que no podían ser rayos cósmicos. Además, cada exposición dura 12 segundos, así que era razonable que fueran trazas de partículas de la cabellera del cometa. Me quedaba la duda de los "copos" que se ven moviéndose de arriba hacia abajo, que parecen diferentes de las trazas caprichosas de "adelante". Minutos después @landru79 publicó esta secuencia, mostrando que eran estrellas, fijas de foto en foto, y moviéndose con respecto al paisaje debido al cambio de posición de Rosetta.

¿Sería posible identificar estas estrellas? En algunos de los fotogramas del medio se ve lo que parece un cúmulo estelar, apareciendo por el borde superior y ocultándose tras el acantilado. Y hay varias estrellas brillantes cerca del borde derecho. Subí una de las imágenes a Astrometry.net para que el robot astrógrafo las identificara, pero falló. Seguro que se confundió con la nevada. A ningún astrónomo se le ocurre sacar fotos con nieve, después de todo. Entonces cargué dos fotos consecutivas en capas de Photoshop. Puse la superior  en "substract" y la acomodé para alinear las estrellas (la substracción permite alinear las estrellas porque cuando coinciden, desaparecen). Esto me dejó sólo el paisaje y la nevada, sin estrellas. Finalmente puse una nueva copia de la imagen inferior y la puse como "difference". Esto eliminó la nevada y rescató las estrellas. Se distingue perfectamente el cumulito y el campo estelar. El paisaje, como se mueve de toma a toma, no desapareció. Pero subí la imagen a Astrometry y la identificó (está girada 90 grados):


Según Astrometry el campo mide 2.21 grados. A 10 km de distancia, esto nos dice que el acantilado mide más de 300 metros (10×tan(2.21)). La estrella brillante es 27 Canis Majoris, el cumulito es NGC 2362 y hay otro cúmulo, menos conspicuo, NGC 2354. Astrometry te devuelve además una versión calibrada que puede cargarse en un programa como Cartes du Ciel:


Allí está nuestro paisaje en contexto, cerca del anca del Can Mayor, que visitamos hace años y donde ya habíamos encontrado a NGC 2362. Pueden ver el paisaje estelar por Uds. mismos, cúmulos incluídos, cualquiera de estas noches, mirando al Oeste, arriba de Orión (si están a una latitud mediana austral, y si no nieva).

Rescaté otro video de @landru79, que muestra el cometa desde bastante más lejos, y la cabellera vista de otra manera: se aprecian los geisers que son la fuente de las partículas de hielo y polvo que forman la "nevada". En esa tenue atmósfera se metió Rosetta durante la etapa final de su exploración, y nos permitió ver de cerca la nevada del cometa.


@landru79 es hispanoparlante (no sé de qué origen) y está procesando imágenes públicas de los robots que exploran el sistema solar con magníficos resultados. Recomiendo seguirlo.


Las imágenes de 67P son de ESA/Rosetta, procesadas por el usuario de Twitter @landru79. El mapa está hecho con Cartes du Ciel. La captura de pantalla muestra el plate solving de Astrometry.net.

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