Los cometas y los gatos ( C/2020F3 NeoWISE)

Los cometas y los gatos (C/2020F3 NeoWISE)

Después de un mes de junio sin realizar ninguna entrada en el blog, me he animado a realizar una para esta segunda semana de julio sobre los cometas, ya que tenemos un protagonista en el cielo boreal un tanto inesperado, el cometa C/2020F3 Neowise, del cual seguramente habéis oído hablar.

DSC_9560LRleyenda_LRes
Fotografía tomada por el autor, con solo 2 segundos de exposición.

En primer lugar deciros que podéis encontrar mucha información y fotografías de este pequeño cometa, lógicamente en Internet. En este caso se trata de un tema en el que hay poco de opinión y no os voy a insistir sobre el tipo de fuentes que debéis de consultar, pero si deseáis saber algo más de los cometas, de este cometa y de cómo observarlo, pues creo que os podéis quedar un rato más en este blog.

La naturaleza de los cometas

Los cometas son «bolas de nieve sucia» formadas durante la formación del sistema solar, hace unos 4600 millones de años, en el cual abunda el agua helada como componente mayoritaria junto a fragmentos de rocas y polvo incrustado, o eso creemos.

 Los cometas aparecen en el cielo durante unos días o semanas, incrementan su brillo, desarrollan una cola (que siempre apunta en dirección contraria al Sol) mientras se mueven entre las estrellas «fijas»  y posteriormente se desvanecen. Este es el comportamiento «clásico» de un cometa. Lógicamente en la antigüedad eran astros impredecibles y en una época en la que todo se explicaba en base a los antojos de los dioses y la providencia divina, fueron considerados generalmente símbolos de malos augurios.

Cometa_1577_Tycho_marco
De Mundi Aetherei (T. Brahe, 1603). La órbita de un cometa se creía un tanto peculiar antes de la invención del telescopio y había hipótesis para todos los gustos.

Algunos cometas han presentado grandiosos espectáculos celestes y han sido históricamente registrados, mientras que otros presentan un tamaño y brillo más modesto y presentan colas de pequeña longitud, o incluso no presentan. Antes de la invención del telescopio (1610) lo que no sabíamos era que la gran mayoría pasaban inadvertidos, aún en una época en la que se miraba asiduamente al cielo y no existía la polución lumínica.

Con el inicio de la mecánica celeste y la predicción en las posiciones planetarias gracias a la ley de la gravitación de Newton y a las leyes del movimiento planetario de Kepler, fue posible determinar la posición de un cuerpo celeste a partir de unas pocas observaciones.  E. Halley, amigo de Newton, había tenido la ocasión de observar algunos de estos astros a principios del siglo XVIII, y se sumergió en el intento de comprensión de la órbita de estos astros, hasta entonces imprevisibles.

En 1705 llegó a la conclusión que el cometa de 1531, 1607 y 1682 debía de ser el mismo astro y que ese cometa retornaría en 1758, y así sucedió. Aunque él ya había fallecido, el cometa fue bautizado como el 1P/Halley, haciendo el primer número alusión a «periódico», es decir que tiene una órbita elíptica –mucho más que los planetas- y que retorna, en este caso cada 75 años.

Solíamos decir que un «gran cometa» aparecía en el cielo de media cada 10 años, pero a poco que llevemos de pasión por la astronomía, ya sabremos que eso no es así.

El segundo cometa periódico es el 2P/Encke y fue descubierto mediante un telescopio por Pierre Mèchain en 1786, ilustre astrónomo francés cuyos restos reposan en la ciudad de Castellón. Su órbita fue calculada posteriormente por Encke en 1819 (del que tomó el nombre), y curiosamente tiene un período de tan solo 3,3 años. Pertenece a la familia de los cometas conocidos como de «período corto».

Cuantas más veces haya pasado un cometa alrededor del Sol, mayores volátiles y granos de polvo cometario se han desprendido (en lo que luego puede ser una lluvia de estrellas), y por tanto de forma más discreta suele presentarse, incluso pueda pasar completamente inadvertida para entornos astronómicos no profesionales.

De hecho entre la aparición del 1P/Halley en 1759 y el 2P/Encke de 1819 aparecieron más cometas en el cielo, no solo visibles a simple vista, si no también mediante telescopio, pero en ninguno de ellos se determinó que fuera periódico.

Los cometas de período intermedio como el Halley, han dado también muchas órbitas alrededor del Sol, pero según la geometría de posiciones relativas Sol-Tierra-Cometa, si el paso es favorable puede desplegar una preciosa cabellera que se desprende varios millones de kilómetros desde su coma, o zona que cubre el núcleo del cometa donde se están evaporando multitud de gases (vapor de agua, dióxido de carbono, cianógeno… entre otros) y pequeñas partículas., muchas veces formando «jets» (chorros), que fueron descubiertos por Bessel en 1835 en el propio cometa Halley.

El descubrimiento de cianógeno precisamente en la cabellera de los cometas (Huggins, 1881) y posteriormente la determinación que nuestro planeta atravesaría la cola del cometa Halley en 1910, levantó mucha expectación y miedos en algunos sectores que hacían caso omiso a las indicaciones de los astrónomos.

Giotto_spacecraft
Representación artística de la sonda Giotto (ESA) en su acercamiento al Halley.

El paso del Halley en 1986, pasó bastante más desapercibido por su mala posición, si no fuera porque por primera vez varias misiones espaciales se lanzaron a estudiarlo, y en concreto la Giotto (ESA) a pasar muy cerca de su núcleo la noche del 13 de marzo, fotografiando el mismo por primera vez en la historia de la humanidad, que siempre permanece oculto bajo su coma que se forma al acercarse al Sol.

Los cometas de largo período (órbitas parabólicas) o los cometas nuevos de órbitas hiperbólicas, son cometas que por el contrario es posible que nunca hayan orbitado el Sol, y siempre esperamos que nos muestren un buen espectáculo por la abundancia de hielos.

Pero los cometas son como los gatos –quiera lo que quiera decir esta expresión- y nunca vas a saber su comportamiento exacto, resultando muchas veces altamente impredecibles, aún determinando bien su órbita.

El tamaño de su núcleo (habitualmente de hasta unas pocas decenas de kilómetros), su procedencia, su cohesión nuclear, su rotación,  la cantidad de volátiles,…hay muchos parámetros que no conocemos bien y que determinarán su comportamiento tanto de brillo como en el desarrollo de la cola.

HaleBopp080397leyenda
El gran cometa de 1996, Hale-Bopp. Magnífico.

Así, el cometa C/1995O1 se esperaba que diera un buen espectáculo al acercarse a la Tierra de camino al Sol en abril de 1997, y así fue. Fue el conocido como «gran cometa de 1997», el cometa Hale-Bopp que presentó claramente visibles las dos colas (si, habitualmente desarrollan dos colas si tienen actividad). Pero sin embargo, un año antes nos sorprendió el cometa C/1996B2 Hyakutake, que en marzo de ese año –recién descubierto- llegó a desarrollar una cola que cubría la mitad de un cielo libre de contaminación. Estos dos grandes cometas han marcado, en mi caso, un alto nivel como para considerar interesantes la casi totalidad de cometas visibles desde nuestra latitud desde entonces…hasta hoy.

Por cierto, para conocer precisamente mejor estos visitantes, en 2014 conseguimos que una pequeña sonda llamada Philae descendiera sobre el cometa 67P/Churiumov-Gerasimenko, y su nave nodriza, la Rosetta (ESA), estuvo orbitando el cometa hasta finalizar su vida útil para intentar comprenderlos mejor y despejar dudas, entre ellas la posible aportación de agua a la Tierra tras su formación. Podéis encontrar información muy interesante en la página web de la Agencia Espacial Europea (ESA) y en español, sobre los resultados de esta misión.

Descubriendo cometas

Mèchain –que hemos citado anteriormente- fue un incansable buscador de cometas, y aunque ha pasado a la historia de la astronomía por otros motivos, descubrió más de una decena a partir de 1781, con los primitivos telescopios de la época. Hoy hay sistemas automáticos de búsqueda de cometas y asteroides, dotados de precisos dispositivos de captura y análisis, que cazan multitud de estos pequeños objetos de la familia del Sol. Muchos de ellos son demasiado débiles incluso para observarse con telescopios de aficionado, y pasan completamente inadvertidos para el gran público, al igual  como los que no eran visibles a simple vista en la era de antes de la invención del telescopio para los astrónomos y estudioso del cielo.

Por tanto, hoy en día el descubrimiento de nuevos cometas, y el retorno de muchos periódicos conocidos de corto periodo, podríamos decir que solo pueden llegar a interesar a especialistas en cometas, que los hay y muy buenos en el terreno amateur.

Sin embargo, como sucede en la gran mayoría de actuales descubrimientos, el cometa C/2020F3 Neowise fue un cometa descubierto a finales de marzo de este año mediante el pequeño telescopio espacial de infrarrojos WISE, de la NASA, lanzado en 2009 y que parecia que iba a pasar bastante desapercibido. En 2013 el telescopio fue dedicado a la búsqueda de objetos cercanos a la Tierra, conocidos por el acrónimo en inglés NEO’s, de los que ha descubierto más de 300. Entre los muchos otros asteroides que ha descubierto, también se han detectado varios cometas, entre ellos, el que nos ocupa en esta entrada.

Observación de cometas

Muchas veces leemos en los medios generalistas que un determinado cometa o asteroide (a veces la frontera entre estos tipos de cuerpos es ambigua) será visible o pasará cerca de la Tierra. No digo que no sea cierto, pero partimos de que los titulares de prensa generalista y cuando tratan de temas astronómicos (se podría extender a otros campos de la ciencia, supongo), normalmente están notablemente hinchados, cuando no rozan lo absurdo.

Por tanto, antes de lanzarnos a observar algo porque lo hemos visto en un medio generalista, lo mejor es que busquemos información de si el objeto que deseamos observar es visible a simple vista o con telescopio (y de qué tipo), si es visible desde nuestro lugar de observación (puede ser visible desde el Polo Sur, pero por motivos de agenda no poder ir a verlo esta noche) y después cual es su posición exacta y si hay algo que nos pueda obstaculizar verlo, ya sea una barrera física natural (como una montaña) o un problema bastante común como la presencia de Luna, polución lumínica o incluso nubes.

Si se trata de un cometa, normalmente suele ser una pequeña bolita borrosa de la que sale una tenue cola en el mejor de los casos, en los últimos años. Si tenemos presencia de Luna, normalmente suele ser contraproducente cuanto más llena esté y más próxima al astro, y lógicamente también lo es la observación desde el interior de una ciudad.

Ubicar el objeto en un planisferio móvil con sus coordenadas (AR y Dec) es lo que hacíamos antaño, de forma que mediante el planisferio podíamos saber a qué hora salía, alcanzaba su máxima altura en el horizonte y a qué hora se ponía.

Pero los tiempos han cambiado y eso mismo podemos realizarlo con alguno de los excelentes programas gratuitos, como Stellarium [1], e imprimir la carta antes de salir de casa.

Stellarium1

Si no conoces Stellarium pero quieres emplearlo, lo primero es ir a su web y descargarlo. Si no te interesa esta parte, puedes saltar al punto siguiente, «aplicaciones para la observación de cometas».

Tanto la página de descarga como el programa se encuentran en español y disponibles para sistemas de 32 como 64 bits. Puedes conocer si tu Windows es de 64 o 32 bits pinchando con el botón derecho del ratón en el icono «Este equipo» y después en «propiedades». Si no deseas averiguarlo, la versión de 32 bits funciona en ambos sistemas operativos. También está la opción de Linux y Mac OS X.

Una vez instalado al descargarlo, nada más ejecutarlo tienes que decirle al programa tú ubicación (la hora la leerá del sistema). Al desplazar el puntero del ratón hacia la izquierda te aparecerá una barra lateral vertical donde encontraras el icono de «ubicación» (también sirve la tecla «F6»).

Tres iconos debajo del de ubicación encontramos el icono de la lupa de «buscar» (también sirve la tecla «F3»), el problema es que este cometa es nuevo y no está en la base de datos del programa.

Pero una de las muchas virtudes que tiene este programa es que te puedes descargar los elementos orbitales de cualquier objeto celeste, y el programa te calculará su posición en el cielo en cualquier momento que le indiques, incluso te puede representar la ubicación en varios días, para así poderla imprimir y conocer su trayectoria los próximos días ¿genial no crees?

Nos vamos al menú de la izquierda nuevamente  y pinchamos en el icono «Ventana de Configuración» (también sirve la tecla de «F2»). Al hacer click se nos abrirá un cuadro de opciones en el centro de la pantalla. Una vez allí seleccionamos  «Plugins» y buscamos a la izquierda de este submenú el «Editor del Sistema Solar»  cuya casilla inferior de «cargar al iniciar» debe estar marcada (si no lo está, marcamos el check box), y click a «Configuración».

Stellarium2

De las tres pestañas que nos aparecen como «Objetos del sistema solar menor», seleccionamos la intermedia, «sistema solar», en ella veremos que aparece una larga lista de objetos del sistema solar y bajo del todo un botón alargado con la leyenda «importar elementos orbitales en formato MPC» , haciendo las siglas MPC referencia al Minor Planet Center. Hacemos click en este botón.

Tras pinchar, una nueva ventana sobrepuesta se nos abrirá y nos permite seleccionar entre asteroides y cometas para agregar.

Stellarium3

En esta caso lo que queremos es agregar un nuevo cometa, por tanto seleccionamos el checkbox de «Cometas». Posteriormente y justo bajo la selección que hemos hecho, nos aparecen las opciones referidas a la selección de las fuentes de datos de donde bajaremos la información.

 Bajo la opción de «Seleccionar una lista de objetos de interés» tenemos un desplegable en el que podemos elegir  «MPC list of Observable Comets». Al hacerlo en la zona inmediatamente inferior nos aparecerá el link de donde tomará los datos. Marcaremos el checkbox inferior de «Añadir esta URL a la lista de marcadores»  y  le ponemos un nombre al campo «Titulo del marcador», por ejemplo escribimos «cometas_julio_prueba» y posteriormente pinchamos en el botón alargado «Obtener elementos orbitales».

Stellarium4

Al pinchar, se nos producirá una descarga desde el MPC, podemos marcar todos los objetos que nos aparecerán y añadirlos sobrescribiendo los objetos existentes o actualizando los objetos existentes.

Si solo queremos añadir el C/2020 F3 (NEOWISE), podemos buscarlo  bajo la opción de «actualizar únicamente los elementos orbitales» y pinchar posteriormente una vez encontrado y seleccionado al botón de más abajo de «Añadir objetos»

¡Enhorabuena!… Has importado los elementos orbitales del cometa C/2020F3 Neowise desde el MPC, y esos datos Stellarium es capaz de interpretarlos para calcular su posición en el cielo en la fecha que queramos. ¡Auténtica magia medieval!

Ahora si salimos de aquí, ya podemos realizar una búsqueda del cometa con el programa. Nos vamos al menú de la izquierda nuevamente y en icono de «ventana de búsqueda» pinchamos  y ponemos el cometa que queremos que nos muestre el programa…y ¡ahí lo tienes!

Stellarium5

Si está bajo el horizonte, puedes adelantar el tiempo con los botones de tiempo hacia adelante o hacia atrás que hay en la barra inferior izquierda  que aparece al acercar el ratón. El zoom sobre el campo del cometa se puede hacer con el scroll del ratón (la ruedecilla entre los botones del ratón) o bien con los atajos de las teclas  «Re pag» y «Av Pag» situadas más a la derecha del teclado.

Tenemos una herramienta para que el propio Stellarium nos calcule las efemérides del mismo cometa para varios días y nos lo trace respecto al fondo estelar.

Para ello solo tenéis que desplazaros hacia la barra del menú de la izquierda y pichar sobre el icono «Ventana de Cálculos astronómicos» (el icono es un astrolabio), a la que también se puede llegar mediante atajo de teclado pulsando la tecla «F10». En  la nueva ventana central que se os abre aparecen ahora siete submenús superiores. Pinchamos la segunda pestaña «Efemérides» y en el primer desplegable «Cuerpo celeste» seleccionáis el objeto que nos ocupa. Podréis ver que bajo de  este menú desplegable donde habéis seleccionado el cuerpo, está la fecha inicial «desde» hasta la fecha final «hasta» (se abre un calendario del mes que facilita mucho las cosas) y posteriormente el intervalo de tiempo  que queremos que nos dibuje (cada día, cada dos días, cada tres…).

Finalmente bajo esta línea de selecciones tenemos los checkbox de «línea», «marcadores», «fechas» y «magnitudes», aunque está última estimación no suele ser muy exacta, en el objeto que nos ocupa, no lo es. Podéis jugar libremente con ellos según la carta que queráis que os muestre el Stellarium. Una auténtica gozada.

Stellarium6

Naturalmente siempre os podéis ahorraros este trabajo buscando en Internet (y de sitios reputados) una carta celeste con las posiciones del cometa, pero el hecho de que la podáis de alguna manera calcular por nosotros mismos a mi me resulta impresionante.

A partir de finales de la semana del 13 al 19 de julio el cometa empezará a verse por las tardes, aún muy bajo. Si no pierde mucho brillo, todavia será posible encontrarlo con un horizonte bien despejado ¿cómo se comportará?

C2020F3NEOWISE-17_31JULIO2020
Posiciones del cometa, según Stellarium con los datos del MPC, a fecha de escribir estas lineas. La Osa Mayor será todo un referente para encontrarlo. A partir del fin de semana del 18 de julio lo observaremos por la tarde.

Aplicaciones para la observación de cometas ( y más cosas del cielo)

Una de las aplicaciones on-line para la observación de eventos celestes es «The Sky Live» [2]. Es una fantástica web que, aunque está en inglés, el traductor integrado en el navegador Chrome de Google traduce perfectamente. En el menú principal tienes la opción «Today’s quick hilihts” que seguro que te recoge alguno de los objetos astronómicos que te interesan. Naturalmente está nuestro cometa.

Skylive

Si seleccionas el objeto, por ejemplo en este caso el cometa «comet C/2020F3 (NEOWISE)» te dará información detallada de dónde se encuentra (AR, Dec  y brillo aparente) y también te ofrece la posibilidad de visualizar o imprimir un mapa de su visibilidad desde diferentes localizaciones de nuestro planeta.

Skylive2

Podemos proceder a incluir el nombre de nuestra ciudad o nuestras coordenadas geográficas y nos dirá si es visible o está por debajo del horizonte, si es así existe la posibilidad de ver las horas de salida, tránsito (máxima altura) y puesta, e incluso muestra un mapa donde nos aparecerá el objeto, con el horizonte parcialmente transparente para que veamos donde se sitúa en la hora indicada y el lugar indicado. En la captura de pantalla se observa que el cometa en este caso aún se encuentra por debajo del horizonte para nuestra hora y nuestra latitud.

No tengamos miedo de experimentar con este simulador on-line, es realmente una joya de acceso gratuito.

Heavens_Above

Otra página interesante es la muy frecuentemente visitada para localizar satélites (ISS, Starlink, Hubble…), «Heavens Above» [3] que también ofrece  mucha otra información, como es la posición de cometas. Si introducimos nuestra ubicación en el cuadro superior, nos dará información sobre todos los cometas visibles, incluso de cierta magnitud elevada solo al alcance de telescopios de aficionado potentes. Entre los cometas encontramos llamativamente el que nos ocupa con una magnitud a día de hoy de +1,8.

Heavens_Above2

En el momento de redactar estas líneas (madrugada del miércoles al jueves) está a 10 grados bajo el horizonte desde mi ubicación.

Heavens_Above3

Decir que esta aplicación se encuentra para dispositivos móviles y utiliza la geolocalización para mostrarnos directamente toda la información de objetos que busquemos en el cielo.

 ¿Y cuándo vemos el cometa?

Pues la idea es, lo antes posible, pues el cometa ya ha pasado el perihelio (punto más cercano al Sol) y ya ha alcanzado su máximo brillo aparente, aunque la geometría orbital provoca su acercamiento a la Tierra todavía. El cometa estos días se ve aproximadamente poco antes de las 5 de la mañana -hora local- asomando por el horizonte noreste debajo de la constelación de Auriga, que podremos identificar sólo con un horizonte libre de obstáculos y sin polución o brumas. Podemos guiarnos para identificarlo del asterismo de la constelación, que identificaremos por su brillante estrella Capella, bajo de la constelación de Perseo. Tendremos una media hora hasta que el cometa se pierda entre las luces del crepúsculo.

Hace dos días el núcleo y la cola era perfectamente visible a simple vista desde la costa del Mediterráneo. El cometa se irá moviendo como vemos en la carta adjunta o podemos comprobar en el Stellarium y pasará a verse por las tardes nada más oscurecer a partir de finales de la próxima semana, pero bajando su brillo.

Por desgracia será para más adelante (casi finales de mes) cuando los observadores del hemisferio sur empezarán a observarlo, más debilitado en brillo y difícilmente ya visible a simple vista si no es con un buen cielo.

Carta_2020F3_julio_SkyTools
Carta de posiciones del cometa durante el mes de julio. Extraído del programa SkyTools.

El cometa ha sorprendido con su brillo y con su cola de forma inesperada, como un gato (¿?).

¿Y próximos cometas?

Pues nadie es capaz de asegurar nada. Muchas veces aventurar que un cometa va a destacar por su brillo, ha sido un fiasco, y una autentica decepción para los observadores casuales del cielo.

Consultando mi bola de cristal, yo apostaría por un cometa interesante, similar al cometa Halley en cuanto a periodo intermedio, el 12P/Pons-Brooks, que tendrá el perihelio en 2024. Actualmente se encuentra sobrepasando la órbita del planeta Urano y por tanto aún le queda mucho recorrido. Este cometa vuelve cada algo más de 70 años.

Sin embargo cualquier cometa nuevo puede ser descubierto en cualquier momento, y como este que nos ocupa, ser visible a simple vista sin esperarse que lo fuera, o incluso constituir un gran cometa como los que nos visitaron en 1996 y 1997, que antes hemos citado. Todo es cuestión de suerte o de antojo cometario.

Espero que te guste esta entrada y/o sea de utilidad, y ya sabes, cualquier comentario será bien recibido.

¡Nos vemos bajo las estrellas!

ACTUALIZACIÓN

Ha sido el protagonista del verano (boreal) del año de la pandemia, junto con júpiter y Saturno, para dejar paso al protagonismo de Marte en el otoño (boreal). Aquí mi time-lapse sobre el mismo, con medios sencillos, por si no lo pudiste disgrutar.

Referencias del texto:

[1] https://stellarium.org/es/

[2] https://theskylive.com/

[3] https://www.heavens-above.com/

100 años del principio del fin del universo de las estrellas

100 años del principio del fin del universo de las estrellas

 

La astronomía es una ciencia eminentemente visual. A pesar de la actual especialización, y de los diversos escenarios que estudia, muchos de los cuales se desarrollan en entornos que poco tienen que ver con una fotografía y mucho con datos y -poco emocionales -gráficas, la astronomía es una de esas pocas ciencias que sigue manteniendo en gran parte su aspecto visual, quizás por eso tiene una legión numerosa de aficionados y seguidores como ninguna otra disciplina científica.

El año pasado atisbamos a ver un agujero negro por primera vez en la historia de la humanidad. Podemos recordar esa figura de «rojizo dónut» que inundó los medios de comunicación y las redes sociales, que fue un gran hito que pasará a los libros de historia de la astronomía y de la ciencia.

Notaprensa_EHT
Nota de prensa del EHT, el pasado 10 de abril de 2019. Una fecha y una imagen para la historia de la astronomía.

Pero lo que vimos por primera vez el 10 de abril del pasado año no era una fotografía, era una imagen generada por súper-ordenadores a partir de multitud de datos de diferentes radio-telescopios situados por toda la Tierra y trabajando por interferometría [1].  Está imagen ni siquiera respondía a la luz visible, no es lo que veríamos con nuestros ojos si nos plantáramos por arte de magia allí, cerca del agujero negro, pues los radiotelescopios no trabajan en el rango visible si no en las longitudes de ondas de radio. Es más, para ser estrictos, era una imagen de la sombra del horizonte de sucesos (o sus proximidades) sobre la materia acretada gravitatoriamente por el mismo [2].

Pero ahora  ya podemos decir que todos hemos «visto» por primera vez un agujero negro y podemos exclamar de admiración al conocer las magnitudes de lo que estamos contemplando.  Un agujero negro súpermasivo con varias miles de millones de masas solares, que constituye el corazón de la galaxia Messier 87 (llamada también habitualmente Virgo A), a nada menos que 53 millones de años luz de nuestro planeta.

Está claro, ¿verdad?, la astronomía además de eminentemente visual es altamente adictiva quizás por el asombro  que produce en nuestro cerebro intentar comprender las magnitudes que baraja y la naturaleza de objetos tan exóticos de los que trata.

Si estás leyendo estas líneas, la mala noticia es que probablemente tú seas una de esas personas enganchadas a esta ciencia o estás a punto de serlo. Pero por si no lo eres o por si no lo conoces, vamos a repasar uno de los capítulos más apasionantes de la astronomía «moderna» que tiene mucho que ver con el proceso de cómo la astronomía nos eleva -emocionalmente hablando- sobre la superficie de nuestro planeta, y al mismo tiempo nos recuerda nuestra insignificancia (¿infinitesimal?) respecto al universo que habitamos.

Y este capítulo que revivimos tiene que ver precisamente con el aniversario al cumplirse estos meses, 100 años en que en que vislumbramos por primera vez el principio del fin de nuestro de universo de estrellas, de nuestro universo local , para convertirse en el universo de las galaxias.

Y es que sí ahora, en 2020, nos movemos entre la detección incipiente de ondas gravitacionales, imágenes de agujeros negros en lejanas galaxias y «olemos» una nueva frontera próxima por explorar en la física, que nos explique más satisfactoriamente tanto el microcosmos (modelo estándar de partículas) como el macrocosmos (la materia y energía oscura), hace 100 años los astrónomos «olían »que la comprensión del universo estaba a punto de cambiar… ¡y tanto si cambió!

En julio de 2017 realice una entrada [3] en la que reflexionaba sobre el año en el que universo empezó a «encoger», ese año fue 1838, cuando Bessel publicó el cálculo -mediante la técnica de la paralaje- de la distancia a la estrella 61 del Cisne. Ese año conocimos, no solo que las estrellas –que ya pensábamos eran otros soles como el nuestro- estaban muy lejos, si no que empezamos a saber cuán lejos se encontraban de nosotros.

Una vieja y sencilla geometría griega, con unos telescopios tecnológicamente simplistas en la época del triunfo mecanicista (cálculo de órbitas y posiciones), nos ofrecía por fin unos resultados sobre el tamaño de nuestro universo…la distancia a las estrellas que vemos brillar en el cielo en una noche despejada. Y poco a poco empezamos a conocer distancias a estrellas cercanas de nuestro universo al que denominábamos Vía Láctea.

Pero a finales del siglo XIX y especialmente principios del XX, nos encontrábamos ante un cambio importantísimo (una verdadera revolución) en la comprensión del microcosmos y del macrocosmos. En la física de lo muy pequeño, de la mano de la llamada escuela Alemana principalmente, y cuyas figuras más representativas podemos encontrar recogidas en el primer congreso Solvay (Bruselas, 1911) o en las ediciones sucesivas [4], con cierta preferencia por aquellos científicos que participaron en el de 1927, cuya foto reproducimos aquí.

1280px-Solvay_conference_1927
Congreso Solvay de 1927. Seguro que al lector le suenan algunas caras. Crédito: Benjamin Couprie (dominio público)

Pero junto al desarrollo de la física y mecánica cuántica, también se desarrollaba la Relatividad, la teoría que vendría a sustituir a la mecánica Newtoniana vigente durante tres siglos, de la mano de una de las más icónicas figuras de la ciencia del siglo XX, de sobra conocido por todos, A. Einstein.

Sin embargo, si bien la teoría de la Relatividad que iba a explicar el universo y su evolución de una forma mucho más exacta, se había desarrollado de una forma teórica, el siglo XX veía nacer las disciplinas observacionales potentes que nos iban a meter de lleno en la astronomía moderna. Estas disciplinas fueron la astrometría de precisión gracias al perfeccionamiento de los telescopios y la incipiente fotografía, la espectroscopia y la fotometría.

El registro mediante la fotografía (en placas de vidrio) permitía que el error humano en el registro desapareciera, y sobre todo que aumentara el rango dinámico en el que podíamos captar del universo: la placa fotográfica permitía acumular la luz durante la exposición, y volver visibles estrellas y detalles invisibles al ojo humano.

En este escenario de astronomía en «ebullición» es normal que nos preguntáramos si todo nuestro universo eran las estrellas que veíamos y fotografiábamos. Empezábamos a clasificar las estrellas de una forma adecuada, más allá de la única clasificación que habíamos mantenido durante 2000 años y que se basaba en su brillo aparente. La nueva clasificación que se basaba en su tipo espectral, sin duda tenía que ver con la naturaleza de la estrella y con sus propiedades físicas, que a la vez muy probablemente tenía que ver con su estado evolutivo.

Annie_Jump_Cannon_sitting_at_desk
Annie Jump Cannon, del Observatorio de la Universidad de Harvard, clasificó durante su vida más de 350 000 espectros estelares. Su clasificación fue adoptada por la IAU en 1922. Crédito: Smithsonian Institute (dominio público).

Empezamos a sospechar que la fuente de la energía de las estrellas se encontraba en su núcleo y que era la fusión nuclear de los átomos de hidrógeno, el elemento más abundante de nuestro universo. El estado de la materia a esas temperaturas tenía mucho que ver con la física de partículas subatómicas.

De vez en cuando alguna estrella experimentaba un súbito aumento de brillo, proseguido de un descenso de diferente caracterización o su desaparición. ¿Nos mostraba esto un fenómeno físico intrínseco de la estrella o tan solo un escenario geométrico como cuando se produce un eclipse?

Las nebulosas eran analizadas por primera vez como zonas de nacimiento estelar, ricas en hidrógeno molecular, sin embargo otras se resistían a integrarse en un vínculo estelar, solían poseer una simetría esférica y un extraño elemento que espectroscópicamente se había llamado «Nebulio» (y que después se identificaría como oxigeno doblemente ionizado). Otras que también se resistían a vincularse con las estrellas eran aquellas que presentaban una simetría espiral, si bien su marca espectral no se alejaba mucho de las estelares.

Curiosamente se suele citar que sobre la naturaleza de estas nebulosas espirales se había especulado a mediados del siglo XIX, cuando el tercer conde de Rosse, William Parsons, había construido el telescopio más grande del mundo para estudiarlas, el Leviatán de Parsonstown, un monstruo de 1,8 metros de diámetro. Sin embargo no me ha sido posible constatar mayor aportación que su descripción morfológica, que no puede compararse con las deducciones previas de E. Kant en 1755 [5] sobre la posibilidad que las nebulosas fueran en realidad otros «universo islas».

heber_doust_curtis
Heber D. Curtis. Crédito: Lick Observatory.

Volviendo al finales del siglo XIX, entre los astrónomos que tienen a su alcance los trabajos científicos con las nuevas técnicas que se están aplicando en la astronomía, encontramos a Heber D. Curtis (1872-1942), astrónomo estadounidense  de la universidad de Stanford (California), aunque previamente había trabajado en el Observatorio Lick (Universidad de California, Berkeley) donde en enero de 1888 se había inaugurado el refractor más grande del mundo, un telescopio de 91 centímetros de diámetro.

Tras su doctorado en la Universidad de Virginia regresó al Observatorio Lick, estudiando diversos campos tan diversos como las estrellas binarias o las nebulosas espirales. Había reparado en el estudio de estrellas «novas» como método para calcular distancias, en particular los estudios de las variables cefeidas desarrollados por Henrietta Leavit (Universidad de Harvard) en 1912 como« candelas estándar» para el cálculo de distancias en el universo.

Las  observaciones de V. Slipher (Observatorio de Flagstaff, Arizona) del corrimiento de las líneas espectrales [6] de las galaxias espirales (1912-1914), parecían indicar altas velocidades, 11 de ellas alejándose y 1 acercándose. Estas velocidades eran varias decenas de veces superiores a las velocidades mostradas por las estrellas que podemos observar, por lo que se podía intuir que quizás se tratara de objetos mucho más lejanos, los más lejanos conocidos.

Además, Slipher dedujo del análisis espectroscópico que al menos la nebulosa espiral que mostraba una velocidad de acercamiento, rotaba [7], y esta no era otra que la nebulosa de la constelación de Andrómeda.

Curtis empezó a interesarse de forma creciente por estos objetos, y dedujo que la distancia a la nebulosa espiral que se acercaba hacia nosotros, la nebulosa espiral de Andrómeda, quizás se encontrara mucho más allá de nuestro universo de estrellas, a unos 500 000 años luz, constituyendo por si misma otro universo, un «universo isla», en un «universo de universos isla». La Vía Láctea era más pequeña de lo que nos creíamos, pero solo era nuestro universo local, más allá se encontraban otras galaxias, y todas ellas configuraban lo que era realmente el universo.

Harlow_Shapely
Harlow Shapley. Crédito: Smithsonian Institute.

Sin embargo, entre sus colegas contemporáneos encontramos a Harlow Shapley (1885-1972), doctorado en Princeton (Nueva Jersey) bajo la tutela de Henry N. Russell, con el que se especializaría en el estudio de sistemas estelares binarios.

En 1914 entró a trabajar en el Observatorio de Monte Wilson (Los Ángeles), donde destacaba el gran reflector de 2,5 metros (telescopio Hooker). Su interés en los trabajos de H. Leavitt y la identificación de estrellas variables de este tipo (cefeidas) en cúmulos estelares globulares  le llevó a plantear dos teorías interesantes; la primera es que las variables cefeidas debían sus variaciones de brillo a pulsaciones físicas y no a ser parte de un sistema binario mutuamente eclipsante. La segunda, que se podía calcular distancias a los cúmulos globulares de acuerdo a los estudios de H. leavitt respecto a estas estrellas. Estas ubicaciones de los cúmulos globulares hacían nuestro universo conocido mucho más grande de lo que suponíamos, y también desplazaban al Sol de una supuesta situación privilegiada [8].

Sin embargo, convencido de la relación periodo-luminosidad de las cefeidas, pero no de las conclusiones obtenidas de los corrimientos espectrales de las galaxias espirales, abogaba por un universo más grande del que se pensaba a principios del siglo XX, una Vía Láctea que englobaba todo el universo conocido –incluidas las nebulosas espirales- y más allá, la nada.

Dos posturas armadas de las herramientas más destacadas de la astronomía, pero confrontadas. Aunque nunca existió un debate entre ellos para aceptar o refutar teorías sobre el tamaño del universo, lo cierto es que lo que se ha conocido como «Gran debate» se produjo el 26 de abril de 1920 (hace casi justo 100 años) en el Museo Nacional de Historia Natural del instituto Smithsoniano (Washintong D.C). Ambos defendieron -con total respeto- sus respectivas visones del tamaño del universo y de la naturaleza de las nebulosas espirales, y ahí finalizó temporalmente este aparente dilema.

Pero las estrellas variables cefeidas como método de determinar distancias se aliaría en pro del principio del fin de nuestro universo local, el universo de las galaxias estaba a punto de aparecer para quedarse.

E_Hubble
E. Hubble. Un astrónomo que sigue siendo conocido entre el público ¿Por qué será?. Crédito: Johan Hagemeyer, dominio público.

Edwin Hubble (Observatorio de Monte Wilson), con insistencia y dosis de fortuna buscó entre 1922 y 1923 estrellas cefeidas en la nebulosa espiral de Andrómeda y otras nebulosas espirales destacables. Una primera cefeida descubierta en la nebulosa espiral de Andrómeda cifró su distancia no inferior a 1 500 000 años luz, y ello  desencadenó una verdadera revolución en la visión del universo [9].

hubble_v1
Una histórica imagen de la galaxia de Andrómeda, tomada por Edwin Hubble en 1923. En la placa se ve tachada una «N» de nova y escrito «VAR!» de estrella variable (cefeida). Crédito: Smithsonian Institute

Los datos recogidos mediante el desplazamiento Doppler en las líneas de estos objetos cobraba ahora coherencia, y el  «Gran Debate» sobre el tamaño de nuestro universo empezaba a tener una dirección clara en su resolución. Hubble publicó sus resultados el 1 de enero de 1925 en el encuentro de la American Astronomical Society.

La Vía Láctea había muerto como un único «universo» de estrellas, y era tan solo una de las muchas galaxias que poblaban el cosmos, que además poco después se demostraría que se encontraba en expansión.

Notas del texto

[1] La interferometría es una técnica que permite combinar la radiación procedente de una misma fuente en diferentes telescopios o radiotelescopios, perfectamente sincronizados, aumentando así la resolución individual de los telescopios individuales y gracias al principio de superposición de las propiedades ondulatorias de la luz. La interferometría que hizo posible la primera imagen de un agujero negro fueron los radiotelescopios que componían el llamado Event Horizon Telescope: https://eventhorizontelescope.org/

[2] Aunque un agujero negro es un objeto muy denso cuya gravedad no deja escapar la luz, la materia que cae bajo el efecto de su campo gravitatorio, suele formar un disco de acreción de materia muy denso y altamente caliente (emisor de radiación), que progresivamente va siendo engullido. El primero de los agujeros negros detectados, Cygnus X-1 (1964) fue descubierto gracias a la emisión de rayos X que llegaban a la Tierra, generada por su disco de acreción, desde 6000 años luz de distancia.

[3] https://cielosestrellados.net/2017/07/23/2793/

[4] Las conferencias o congresos Solvay iniciales se celebraron en los años 1913, 1921, 1921, 1924, 1927, 1930, 1933, 1948, 1954, 1958, y algunos de estos reunieron a las mentes más brillantes del siglo XX.  Posteriormente se han venido celebrando aproximadamente cada 3 años. Este año, la 28 conferencia, se realizará en octubre.

http://www.solvayinstitutes.be/html/solvayconference.html

[5] Historia general de la naturaleza y teoría del cielo, 1755.

[6] El efecto Doppler tiene que ver con el cambio de frecuencia de una onda sonora en movimiento. Aplicado en la espectroscopia, es posible conocer el desplazamiento de una fuente de luz estudiando el desplazamiento de sus líneas de absorción respecto a una fuente en reposo.

[7] http://articles.adsabs.harvard.edu/pdf/1913LowOB…2…56S

[8] http://articles.adsabs.harvard.edu/pdf/1918PASP…30…42S

[9] http://adsabs.harvard.edu/abs/1925Obs….48..139H

 

 

 

 

 

Ínflate o revienta

Ínflate o revienta: ¿Qué pasa con Betelgeuse?

(Actualizado a 21 de febrero al final)

Imposible de explicar en un programa de radio para un público generalista en algo más de solo 10 minutos. Por eso esta es la primera entrada del año 2020.

La protagonista es una estrella rojiza, llamada Betelgeuse, muy conocida entre los astrónomos, que se sitúa en una constelación de la que todos hemos oído hablar; Orión el cazador.

Orión es una constelación visible y destacable en las noches de invierno boreal, y sí en ella los griegos vieron la figura del mítico cazador Orión, hoy posiblemente veríamos la figura de una cafetera italiana o cafetera moka. Betelgeuse es una estrella que destaca en la figura, por ser brillante y claramente anaranjada, ocupando la parte superior izquierda del asterismo (hombro izquierdo del cazador) visto desde el hemisferio norte de nuestro planeta.

Betelgeuse in Orion (with annotations)
Secuencia (izquierda a derecha). La constelación de Orión con el recuadro en Betelgeuse. Aspecto desde un cielo no polucionado. Imagen central, primer plano de Betelgeuse. Derecha, primer plano de Betelgeuse con el VLT, mostrando su superficie y pérdida de masa. Crédito VLT/ESO.

Se la conoce también como «alfa Orionis», es decir, la más brillante de la constelación de Orión, pero…¡ooops!, en realidad el «pie» del Cazador, la estrella azulada Rigel (beta Orionis), es algo más brillante.

¡Vaya!, esto de asignar letras griegas por orden de brillo no debe ser muy exacto, o quizás cuando empezamos a utilizar este método de designación estelar (J. Bayer, Uranometría, 1603) la precisión en la determinación de cuán brillante era una estrella, no era muy exacta. Pensemos que en esta fecha (hace más de 4 siglos) aún no se había inventado el telescopio y solo conocíamos las estrellas que son visibles a simple vista en una noche sin luna y lejos de la polución lumínica. Nuestro único instrumento eran nuestros ojos, y las estrellas y planetas constituían  un misterio ancestral con propiedades divinas, ante la impotencia de poder de saber nada más de ellas que su brillo aparente.

La estrella Rigel brilla con lo que llamamos una magnitud aparente de +0,18 (es una información que no aporta directamente información física de la estrella, sino solo de cuanta luz nos llega) mientras que la estrella Betelgeuse lo hace con una magnitud aparente de +0,4. ¿Un error perdonable solo atribuible a cierta ligereza en las estimaciones visuales de los últimos astrónomos pre-telescópicos? Si, sería posible,…pero, ¿y si las estrellas varían su brillo a lo largo del tiempo?

Efectivamente, hoy sabemos que existen muchas estrellas variables en brillo [1], y que  estas variaciones son de muy diversos tipos. De hecho los árabes ya descubrieron una de ellas en el cielo nocturno, y denominaron a esta  estrella que resplandece en la constelación de Perseo con fluctuaciones  regulares de brillo (cada 2 días y 20 horas) como «cabeza de demonio» (Algol o «beta Persei»).

Poco podían imaginar los árabes que estas fluctuaciones de brillo se debían, en este caso particular,  a que en realidad eran dos estrellas compañeras (e imposibles de discernir a simple vista e incluso con telescopios habituales) que se eclipsan mutuamente.

Otras estrellas variables responden a procesos intrínsecos de la estrella, vinculados a su edad. Tienen periodos mucho más largos, de semanas, meses o años. Incluso algunas también varían de brillo pero en periodos irregulares.

Las estrellas nacen en las nebulosas (solas o acompañadas de «hermanas», caso mucho más habitual), evolucionan (solas o en compañía)  y mueren. Las variaciones de brillo tienen mucho que ver con las fases iniciales o fases finales en la vida de las estrellas, pero las teorías sobre la evolución estelar, aunque apasionantes, exceden con mucho esta entrada. Si os interesa el tema os recomiendo como introducción una serie de videos muy acertados al respecto [2].

El color de las estrellas

La coloración de las estrellas, hoy sabemos, que tiene que ver con su temperatura superficial. Así las estrellas rojizas, como Betelgeuse (que llamamos técnicamente tipo espectral M2) tienen una temperatura superficial «fría», de unos 3500 grados centígrados [3]. El Sol, una estrella ni muy fría ni muy caliente, tiene una temperatura superficial de unos 5 500 grados centígrados, y las estrellas azuladas (como la mencionada anteriormente estrella Rigel, de tipo espectral B8), son calientes y de temperaturas superiores a los 10 000 grados centígrados.

Hoy sabemos que existe una correspondencia entre la temperatura superficial (y por tanto color) y su estructura interna, concretamente en lo «evolucionada» que se encuentre una estrella. Vamos a aceptar esta aproximación (no del todo exacta), y vamos a aceptar de forma muy generalista (pero válida para esta entrada)  que las estrellas azules son estrellas jóvenes y calientes, las amarillas –como nuestro Sol- estrellas de edad intermedia, y las frías estrellas rojas, estrellas de edad avanzada.

Este tipo de conclusiones sólo fue posible a partir del siglo XX, en el que conocimos el mecanismo que proporciona energía a las estrellas; la fusión del hidrógeno en sus núcleos, sometidos a temperaturas de millones de grados.

Una estrella se mantiene la mayor parte de su vida generando una vastísima cantidad de energía en su núcleo gracias a la fusión nuclear originada por la temperaturas de millones de grados provocadas por la presión gravitatoria de toda la masa de la propia estrella, que tiende a colapsar sobre sí misma.

Este equilibrio es el que mantendrá con vida a las estrellas, en lo que los astrofísicos denominan «Secuencia Principal», que es donde encontramos la inmensa mayoría de todas las estrellas que observamos en el cielo incluso con telescopios.

El problema aparece cuando en el núcleo estelar se ha fusionado todo el Hidrógeno (formando Helio), y la estrella colapsa por su propio peso, aumentando aún más la temperatura de su núcleo y consiguiendo que se empiece a fusionar el propio Helio. El llamado «flash del Helio» marca la madurez de una estrella, es «la jubilación estelar» y la separación del resto de la población; la estrella se hincha y enfría en capas exteriores, formando una gigante roja o súper-gigante roja en función de su masa, y sale de la antes mencionada «Secuencia Principal».

Pero, ¿Cuánto vive una estrella?

Incluso las que viven aceleradamente, en términos de la vida humana, viven una «eternidad», y viven esa «eternidad» en la mencionada Secuencia Principal. Las estrellas que nacen masivas (de una decena o más masas solares) viven mucho más rápidamente, apenas una o dos decenas de millones de años. Las que nacen con una masa aproximada a la masa de nuestro Sol tienen una vida larga y plácida mayormente, unos 10 000 millones de años. Finalmente las estrellas que podríamos denominar amigablemente «poquita cosa», que nacen con poca masa (masa subsolar), viven muy longevamente y podemos encontrarnos con estrellas que se formaron con la primera generación estelar, relativamente poco tiempo después del origen del Universo hace unos 14 000 millones de años. Es una aproximación salvaje, pero nos vale aquí y ahora.

¿Quién ha medido lo que vive una estrella?

Nadie y todos (los astrónomos). Cuando un astrónomo mira una estrella y calcula su brillo aparente, su tipo espectral (que tiene que ver con el color y por tanto con la temperatura superficial) y calcula su distancia (por medios directos o indirectos) [4], determina indirectamente otros parámetros como su masa o magnitud absoluta (brillo real del astro).

Con estos datos podemos «caracterizar» una estrella. En base a observar muchas estrellas y a diferentes distancias (tenemos muchas, muchas estrellas para elegir y en diferentes momentos de su formación y vida), podemos deducir unos patrones de evolución.

Ahora se trata de -con las leyes físicas en la mano- poder  aplicar ecuaciones de termodinámica y equilibrio hidroestático para una determinada masa estelar, darle a una simulación por ordenador (los cálculos son bastantes complejos) y ver qué resultado obtenemos con el paso del tiempo de vida de esa masa estelar determinada.

Ajustar diferentes valores, como la metalicidad (abundancia de elementos diferente al Hidrógeno) y «cosas raras» como caracterización de las células convectivas internas, y comprobar si eso coincide con lo que observamos. Es lo que viene a llamarse método científico, pero aplicado a la evolución estelar. Realizamos hipótesis de cómo debe evolucionar una estrella de unas determinadas características, en base a unas determinadas observaciones, y con ello debemos explicar su comportamiento futuro, que debe explicar las observaciones de estrellas similares, pero que sabemos por otros métodos que son evolucionadas.

Así deducimos el estado de evolución de cualquier estrella, muchas veces ayudados por otros parámetros que tienen que ver con el «escenario» donde se sitúan, que nos permiten afinar más en los modelos.

La muerte espectacular de una estrella masiva: Supernova

Lo que creemos saber de cómo evoluciona una estrella masiva es realmente sorprendente. Retomamos el escenario que anteriormente hemos descrito cuando hablamos del color de las estrellas y en concreto de las supergigantes rojas. Estrellas muy masivas que ya han fusionado todo su hidrógeno en la zona central de la estrella convirtiéndolo en Helio, y ahora se encuentran fusionando el helio, a temperaturas de más millones de grados en su centro pero que en sus capas exteriores se enfrían (se vuelve roja) y se expanden (se vuelve gigante o súper gigante).

Es el principio del fin. El Helio tardará «poco» en agotarse pues es menos abundante que el Hidrógeno y además la estrella precisa fusionarlo más rápidamente por ser una reacción nuclear menos eficiente térmicamente hablando. La lucha entre el peso de la masa de la propia estrella que la colapsa y el núcleo que fusiona aceleradamente todo el Helio (y posteriormente los nuevos elementos generados por la fusión del Helio) ha empezado, y es una batalla que originará contracciones y expansiones cada vez más exagerada de la estrella.

El escenario es algo más complejo, pues existe lo que llamamos «combustión en capa» a modo de una cebolla, pero nuevamente recordemos que estamos haciendo aproximaciones a lo que realmente creemos que ocurre y tenemos razones fundadas para pensar que es así.

Estas expansiones y contracciones implican que la esfera radiante (la superficie de una esfera que depende del radio de la misma) aumenta y disminuye: una estrella variable en brillo y de forma poco regular.

La distancia y la masa de Betelgeuse

Betelgeuse lleva variando de brillo que sepamos al menos unos doscientos años. Unos doscientos años con registros de cierta precisión, porque si lo que deseamos es precisión de carácter científico tendríamos que situarnos a finales de siglo XIX, cuando las técnicas de fotografía y espectroscopia (parte de la astronomía moderna que conocemos hoy) empezaron a  desarrollarse y aplicarse, y la subjetividad y error en la medida debido al observador se hace casi nula.

Y resulta que la estrella se ha contraído y su brillo ha bajado de una magnitud aparente habitual de +0,4 a una magnitud aparente de +1.30, en solo seis meses. Lleva bajando y subiendo de brillo en periodos irregulares de una o dos décadas, pero esta caída es la mayor desde los años 1893, 1927 y 1941. La caída de una magnitud (0,9 exactamente), implica que la estrella ha disminuido su brillo más de dos veces su brillo original. Y este brillo tiene que ver con la superficie radiante, es decir, con el área de la esfera de la estrella y por tanto su radio, como hemos dicho anteriormente.

Estas contracciones y dilataciones de la estrella sabemos bastante bien que acabarán con un rebote brutal de las capas más exteriores de la estrella tras una caída vertiginosa cuando el núcleo –muy denso por estar formado por elementos pesados- no sea capaz de generar suficiente presión de radiación, a esto lo llamamos «supernova» y se trata de uno de los eventos más violentos y energéticos del universo. Algo especial que solo sucede en nuestra galaxia (de unos 150 000 000 000 de estrellas) cada 400 o 500 años.

Y si, Betelgeuse es una estrella envejecida que explotará como supernova (llamada de tipo II o por colapso de núcleo) pronto, …pronto en términos de la evolución estelar de estrellas masivas, lo cual puede ser en 1000, 100 000 o 1 000 000 de años.

A poco sagaces que seamos podemos alegar que los astrofísicos estelares no están haciendo un gran papel al calcular cuándo explotará como supernova la estrella Betelgeuse, ¿podría ser muy pronto? ¿Esta noche quizás? ¿Nos afectaría en algo si fuera así?

Ahora vamos a defender un poco a los pobres astrofísicos especializados en la evolución de las estrellas y exponer el motivo por el cual no tienen claro cuando puede suceder este evento. Betelgeuse nos presenta problemas y tres de ellos es conocer con exactitud su distancia, su masa y su comportamiento de la estructura interna de capas, además de las limitaciones de los propios modelos con tiempos tan pequeños comparados con sus tiempos evolutivos.

Si nos da por consultar diversas fuentes, libros, Internet, documentales de la 2,… veremos que existe una divergencia en los valores de la distancia a Betelgeuse. Los astrofísicos más reputados estarían de acuerdo que la estrella se sitúa entre los 400 y 800 años luz. Alguien se puede preguntar si estamos de broma al no conocer la distancia a Betelgeuse con más precisión (error altísimo) y si la de otras estrellas, incluso más lejanas. Telescopios espaciales como Hiparcos, de la década de los años 1990, se dedicaron a ello –a determinar con precisión distancias estelares a través del método de la paralaje-, por no mencionar otros posteriores.

Betelgeuse captured by ALMA
Imagen de la superficie de Betelgeuse, la mejor imagen hasta el momento de la estrella, compuesta gracias a VLT/ALMA (ESO). Crédito: ESO.

Pero Betelgeuse es tan grande, tan enorme (¡500 a 700 veces el tamaño de nuestra estrella!), que su diámetro la convierte en una de las poquísimas estrellas cuya superficie podemos resolver (fotografiar) con los más potentes telescopios y radiotelescopios del momento, como HST, VLT y ALMA [5]. Es precisamente este hecho el que provoca un enmascaramiento en la medición de su paralaje -determinación de distancia-, que hemos comentado en [4]. Su diámetro angular aparente desde la Tierra nos ofrece un ángulo de  50 milisegundos de arco (0,05 segundos de arco), y el ángulo debido a la paralaje pensamos que está por debajo de los 10 milisegundos de arco en los diversos intentos de determinarlo. Su gran tamaño enmascara el desplazamiento aparente respecto a las estrellas de fondo cuando intentamos medir el ángulo de paralaje para determinar la distancia.

El hecho que se encuentre cerca del grupo OB Orionis [6], formado –entre otros muchos miembros estelares- por el conocido «Cinturón de Orión» (si, ese que os han dicho que miraban los egipcios para hacer las tres pirámides de Giza [7] , antes de deciros también que fueron los extraterrestres quienes las construyeron), al cual, si hemos calculado mejor las distancias, podría ser un buen indicativo para apostar por una distancia cercana a los 800 años luz más que a los 400 años luz. Pero Betelgeuse, que habría evolucionado mucho más rápido que sus hermanas azules del complejo OB, se mueve a una velocidad radial demasiado alta. ¿Un encuentro con una estrella masiva provocó su alta velocidad de movimiento?. Es posible que si, pero no estamos seguros.

La indeterminación de la distancia, provoca una indeterminación del volumen real (hemos citado entre 500 y 700 veces el de nuestro Sol, pero hay estimaciones de valores más extremos superiores), y también de su masa. Si el escenario fuera diferente podríamos determinar su masa de otra forma; que formara parte de un sistema con otra estrella  compañera por ejemplo. Por tanto nos movemos en cota de la masa de la estrella entre 15 y 25 masas solares, típico de una súper-gigante roja o azul. La determinación de la masa nos acotaría también la edad estelar estimada, y por tanto conoceríamos mucho mejor –según los modelos estelares- en que punto de su evolución se encuentra, si al borde de iniciar la fusión del oxígeno en el núcleo o aún no. La cota de la edad se encuentra entre 8 u 8,5 millones de años.

A plume on Betelgeuse (artist’s impression with annotations)
Ilustración: El tamaño de la estrella Betelgeuse y de la materia (atmósfera) que está perdiendo al espacio en comparación con el tamaño de nuestro sistema solar. Crédito: ESO

Un descubrimiento sorprendente y relativamente reciente, que complica las cosas a los modelos estelares y la determinación de la prontitud mayor o menor del evento de supernova, es la determinación por parte de VLT y ALMA [8] de una rotación muy baja; la superficie de la estrella en su estado normal (consideremos normal como el de hace 6 meses) rotaba en 36 años terrestres. Una rotación tan baja complica los sistemas convectivos (zonas de plasma muy caliente suben y zonas de plasma más frío descienden) de forma que el núcleo puede estar alimentándose de capas ricas aún en Hidrógeno. El evento de supernova se podría así retrasar un tiempo que añade más incertidumbre a la determinación del suceso. También podríamos citar que la estimación de pérdida de masa [9] es otro parámetro a tener en cuenta, pero creo que ya intuimos la complejidad de la situación a la que se enfrentan los astrofísicos estelares.

De los estudios más recientes de la estrella en su trayectoria evolutiva [10] podemos deducir que tiene al menos todavía unos pocos centenares de miles de años de vida hasta el evento de supernova (poco tiempo en la vida media de una estrella, incluso en una estrella masiva), pero claro, muchos son los parámetros que marcan la incertidumbre de su caracterización más precisa del momento evolutivo en el que se encuentra para poder hacer una afirmación más atrevida. De momento habrá que seguir estudiando su curva de luz [12] y esperando unos modelos más exactos que los expliquen.

Entonces, ¿no va a estallar de momento?

Lo más probable es que tengas que finalizar de pagar la hipoteca. Ni siquiera nuestros hijos contemplarán un gran espectáculo de supernova en el cielo, que podría alcanzar el brillo de la Luna llena (magnitud aparente de -12,6) concentrado en un punto (los primeros días o semanas podría ser contraproducente mirarla directamente), y verse durante varios meses incluso a simple día sin problemas. Con suerte iremos contemplando bajadas cada vez más destacadas en brillo durante varios miles de años, pero claro ¿la astrofísica nos ofrece esta seguridad absoluta?

No. No estamos seguros que el evento no se produzca «mañana». Lo consideramos muy poco probable, pero no imposible. Trabajando con las cotas más altas en la incertidumbre de masa y/o cotas más altas en distancias, el evento podría producirse en breve, o mejor dicho, ya se podría haber producido hace unos 700 u 800 años y en apenas poco tiempo veríamos la explosión (el tiempo que  habría tardado luz en llegarnos). Sería un evento que sería portada de todos los medios de comunicación del planeta.

¿Cómo pueden afectarnos la explosión de una supernova?

El profesor de física y astronomía de la Universidad de Kansas, dr. A. Melott, publicó un artículo en Astrobiology a finales de 2018 [11] en el que analizaba la hipótesis en la que hace unos 2,6 millones de años, una supernova a unos 150 años luz de distancia de la Tierra, podría haber sido causante de la extinción del Pleistoceno, que afectó especialmente a las criaturas que entonces habitaban en los océanos. Estas conclusiones se deducen de la abundancia del hierro-60, un isótopo del hierro que solo puede proceder de supernovas, pues su tiempo de desintegración hace que no pueda existir ya en la Tierra.

Antes de este estudio, considerábamos segura cualquier explosión a más distancia de entre  unos 25 a 50 años luz [13]. Pero actualmente tenemos indicios para suponer que puede ser un problema una explosión de una supernova por debajo distancias de 150 a 200 años luz.

Betelgeuse se encontraría a una distancia que en el peor de los casos duplicaría esta distancia, y en el mejor de los casos la cuadruplicará. Esto nos mantendría a salvo de la radioactividad producida al lanzar al espacio multitud de elementos radioactivos diferentes (como el citado Hierro-60) e incluso de los fotones de rayos gamma…pero claro, después de la explosión de una supernova semejante, se podría formar una estrella de neutrones o un agujero negro cuyos ejes de rotación (ejes polares) son puntos de eyección de una gran cantidad de materia acelerada y radiación de alta energía. Si este eje apuntara hacia la Tierra –sin duda bastante mala suerte- desconocemos su efecto sobre la vida en nuestro planeta.

Ahora, sal hacía algún lugar un poco oscuro (para disfrutar plenamente del cielo) y mira el firmamento nocturno, identifica la constelación de Orión hacia el Sur,  y en ella la –actualmente menos- resplandeciente estrella rojiza Betelgeuse, solo por el protagonismo de los medios de comunicación de este último mes, se lo merece, y piensa un poco en las líneas que has leído. Muchas gracias por leerme y disfrutar del cielo.

Actualización a 21 de febrero 2020

Betelgeuse sigue dando que hablar más de un mes y medio después de esta entrada.

Sensacionalismo o no, con fecha del pasado 6 de enero, la AAVSO emite una alerta especial [14] para el seguimiento lo más preciso posible del comportamiento de la estrella:

Alerta_Betelgeuse_AAVSO-06_enero_2020
Alerta AAVSO, al día siguiente de la publicación de la presente entrada del blog

El pasado 14 de febrero el VLT (ESO) hizo pública una nota de prensa [15] sobre la imagen capturada y la comparación con la imagen de un año antes. Te recomiendo leerla pues esta nota se encuentra disponible en español, ya que España es miembro del Observatorio Europeo Austral. La comparación impactante es esta;

Betelgeuse before and after dimming
Betelgeuse con el VLT (crédito ESO)

Sin duda comprendemos la disminución de brillo de la súpergigante, parece deformada y atenuada fuertemente por la parte inferior izquierda.

En palabras de unos de los investigadores principales, Miguel Montargès[16] que están siguiendo el comportamiento de la estrella con el VLT;

«Por supuesto, nuestro conocimiento sobre las supergigantes rojas sigue siendo incompleto y este es un trabajo en desarrollo, por lo que todavía podemos llevarnos alguna sorpresa

Destacar el articulo de Bob King de los chicos de Sky & Telescope, publicado ese mismo día [17] y que recomiendo muy encarecidamente leer, y titulado «Se está Betelgeuse acercando a una encrucijada?», en la que se hacen eco de las palabras de uno de los astrónomos que lleva 25 años estudiando la estrella (E. Guinan) y que pronostica que la estrella alcanzará su mínimo brillo hoy 21 de febrero.

Sea como fuere, Betelgeuse explotará como supernova, pero nos queda aún mucho para llegar a conocer en que tiempo, recordando que 10, 100, 1000, 10000 o 100000 años, son ordenes de magnitud realmente dispersos para tener una postura «chulesca». La ciencia continua siendo evidencia, pese a quien le pese, y necesitamos muchas más evidencias para conocer mucho mejor en que momento de su fase final se encuentra esta preciosa estrella del cielo nocturno.

¡Gracias a todos por las numerosas lecturas que ha tenido esta entrada!

ACTUALIZACIÓN

Parece ser que de las observaciones realizadas durante la primavera boreal del 2020, cobra fuerza la hipótesis de una gran cantidad de materia lanzada en una dirección próxima a la visual con nuestro Sol, que al enfriarse ha dado origen a una gran nube de polvo interestelar, según observaciones del VLT y HST, el diagrama que explica el asunto sería este:

news_Hubble130820

Crédito: HST

ACTUALIZACION II (ABRIL 2022)

Actualmente no sólo ha retomado su brillo habitual (variable) si no que está brillando un 125% de la media. Seguimos teniendo una variable irregular de la que sabemos poco de las sorpresas que nos pueda deparar.

20220409_130818

Crédito: AAVSO

Referencias del texto

[1] La wikipedia no es una publicación confiable en ciencia e incluso en divulgación científica. Suele contener errores, o estar desactualizada por el propio carácter y esencia de esta gran recopilación del saber humano, pero como una primera aproximación nos puede valer casi siempre. Un artículo de la Wikipedia podemos decir que es más confiable cuantos más enlaces tenga a las publicaciones científicas de impacto (de prestigio en el campo de la investigación o de la divulgación, que suelen sufrir una revisión por pares especializada) cuyas descripciones se citen en el artículo.  https://es.wikipedia.org/wiki/Estrella_variable

[2] https://youtu.be/BUbwOOOkVOs

[3] Habitualmente las temperaturas se proporcionan en la escala absoluta Kelvin, pero para el caso que nos ocupa (la vida y muerte de las estrellas), haremos la aproximación a grados centígrados por simple familiaridad del lector, pues la diferencia de escalas se puede despreciar respecto a los valores de temperaturas de miles de grados (superficiales) o millones de grados (en el núcleo estelar), que son las que vamos a mencionar.

[4] Una entrada sobre un medio directo de cálculo de la primera distancia a las estrellas, la paralaje estelar, lo tratamos en una entrada de este mismo blog en el año 2017, cuyo enlace es: https://cielosestrellados.net/2017/07/23/2793/

[5] https://www.eso.org/public/spain/images/potw1726a/

[6] https://arxiv.org/pdf/astro-ph/9403051.pdf

[7] https://www.20minutos.es/noticia/3272514/0/piramides-guiza-datos-sorprendentes/

[8] https://www.obspm.fr/the-slow-rotation-of-the-red.html?lang=en

[9] https://arxiv.org/pdf/1706.06021.pdf

[10] https://iopscience.iop.org/article/10.3847/0004-637X/819/1/7

[11] http://www.spaceref.com/news/viewpr.html?pid=53477

[12] https://www.aavso.org/vsots_alphaori

[13] https://arxiv.org/abs/1702.04365

[14] https://www.aavso.org/aavso-alert-notice-690

[15] https://www.eso.org/public/spain/news/eso2003/

[16] Miguel Montargès (Instituto de Astronomía, Universidad Católica de Lovaina, Bélgica)

[17] https://www.skyandtelescope.com/astronomy-news/observing-news/is-betelgeuse-approaching-a-crossroads/

La galaxia de Andrómeda: mucho más que nuestra galaxia más cercana

La galaxia de Andrómeda: mucho más que nuestra galaxia más cercana

La galaxia de Andrómeda es una galaxia espiral en muchos aspectos similar a nuestra galaxia, la Vía Láctea. Pero esta galaxia es mucho más que eso.

Conocida en círculos astronómicos más habitualmente como Messier 31 (M31), es unos de nuestros vecinos cósmicos más cercanos e importantes, a tan solo unos 2,5 millones de años luz. Junto con la nuestra, es una de las galaxias dominantes en tamaño y masa del llamado «Grupo Local», en la que destaca también la galaxia del Triángulo, Messier 33, -aconsejo mi entrada sobre M33 [1] si quieres saber un poco más sobre esta-. La  cercanía y el tamaño de M31 permiten que sea un objeto capaz de ser fotografiado con una resolución asombrosa desde la Tierra [2].

No es la primera vez que escribo sobre ella, de hecho con motivo de la captura de una mis fotografías relativamente recientes (noviembre, 2015) al telescopio desde La Pobla Tornesa, me extendí en sus características principales [3], en enero de 2016.

m31_noviembre2015

Andrómeda es posiblemente más grande y masiva (y con ello, con más estrellas) que nuestra galaxia, se estima que aproximadamente tiene un diámetro superior a los 200 000 años luz y unos 150 000 millones de estrellas.

Recuperando información de la entrada de mi blog, citada con anterioridad, recordamos que los conocimientos de la galaxia de Andrómeda se han ido incrementando en precisión en las últimas décadas gracias a la astronomía multiespectro, y que sigue aportándonos sorpresas, como lo fueron las variaciones en la determinación de su masa (y número de componentes estelares), así recordamos los descubrimientos relativamente recientes (en década pasada) gracias al telescopio espacial GALEX  (GALaxy Evolution eXplorer, 2003-2013)  sobre la dinámica y formación galáctica a partir de datos obtenidos en  el  espectro ultravioleta [4], que aportaron también algo más de luz sobre objetos extraños, como las estrellas subenanas calientes azules (Sdb).

Observaciones en la zona del infrarrojo del espectro con telescopios espaciales como HST (1990-actualidad) y Spitzer (2003-2009 y 2000-actualidad, en la Spitzer Warm Mission), también han aportado datos importantes sobre las zonas ricas en polvo interestelar, hidrógeno molecular y formación estelar (zonas HII), así como observaciones en las zonas próximas al núcleo galáctico.

A partir de estudios sobre la distribución de regiones HII (regiones de formación estelar), cúmulos globulares, y otros objetos identificables [5] en la galaxia, ha sido posible establecer hipótesis sobre la formación y dinámica estelar de la galaxia. Así, la elevada presencia de cúmulos globulares (más de 450), en su halo galáctico, duplicando los conocidos en la nuestra, han indicado la posible captura de componentes más pequeños del grupo local por parte de M31 a lo largo de su formación e historia.

Fotometría con el Isaac Newton Telescope (La Palma) de 2,5 metros y espectroscopia con el Gemini-Nord Telescope (Hawai) de 8 metros, de estrellas binarias eclipsantes (EBs) de las que se conocen actualmente más de 150 sistemas, han permitido establecer la distancia a la galaxia con una alta precisión [6], en unos estudios que se han depurado en más de una década, con el español Ignasi Ribas (IECC-CSIC) como Investigador Principal de los mismos.

Respecto al cálculo de la masa total de la galaxia, y en base a estudios de la última década, se cita una masa total (incluyendo materia oscura) de 1,4 x 1012 masas solares [7] en base a estudios cinemáticos de los cúmulos globulares y pequeñas galaxias satélites de la misma que se cuentan hasta en un número mayor de veinte. Sin embargo,  en cuanto al dato sobre el número de estrellas, podemos afirmar  que se encuentra en revisión, entre otros motivos por las observaciones en el ultravioleta que se han citado anteriormente y por las de Spitzer, de las que que algunos autores calculan que es posible deducir un millón de millones de estrellas, lejos de los 150 000 millones que se suelen citar.

Folio_165_from_manuscript_of_as-Sufi_treatese_on_the_fixed_stars__1009-10__Bodleian_Library,_Oxford
La constelación de Andrómeda. Ilustración de la obra «Tratado de las estrellas fijas»  atribuido al Sûfi (Irán, 1090). Crédito: Yale University Press

 

Como podemos ver, a pesar de ser una de las galaxias más cercanas y por tanto brillantes -es posible localizarla a simple vista en una noche oscura y existen referencias de su detección antes del año 1000 de nuestra era [8]- su observación cada vez más detallada gracias a los avances de las técnicas de la astrofísica moderna, han puesto al descubierto nuestra incertidumbre sobre algunos parámetros básicos de su caracterización galáctica, en parte debida a su orientación hacía nosotros.

Recordemos que la determinación de su distancia ha sido uno de los grandes hitos de la astronomía moderna del pasado siglo XX. Nos encontramos ante uno de los objetos que han marcado la cosmología moderna, pues a partir de la primera estimación de su distancia por E. Hubble, empezamos a conocer la verdadera estructura y dimensiones del universo.

El estudio de estrellas novas por parte de H. Curtis a partir de 1917, motivó el llamado «Gran Debate» sobre las distancias y naturalezas de las llamadas entonces «nebulosas espirales». Curtis había llegado a la conclusión por la comparativa de la luminosidades del estudio de novas en la galaxia, que M31 debía estar a unos 500 000 años luz de distancia de nuestra Vía Láctea, y que constituía por sí misma un «universo isla» como nuestra galaxia, en un universo donde existían muchas más.

Algunos estudios previos, utilizando otros métodos ya habían devuelto resultados significativos en cuanto a sus distancias, como el de E. Opik en 1922 [9]. Pero el estudio de las estrellas variables cefeidas  (H. Leavitt, 1912) para medir distancias, fue el método utilizado adecuado para calcular la distancia a la galaxia de Andrómeda utilizado por E. Hubble (Mount Wilson, 1924) con tesón y fortuna. Entre 1922 y 1923 buscó estrellas cefeidas en M31 y galaxias cercanas, y su cálculo en la distancia a M31 -estimado una distancia no inferior a 800 000 años luz- desencadenó una verdadera revolución en la visión del universo [10]. Este dato, junto con la posible naturaleza mayormente estelar del objeto, ya conocida desde la obtención de los primeros espectros de M31 (W. Huggins, 1864) [11], parecían pruebas irrefutables para cerrar el mencionado «gran debate», por parte de Hubble, cuyos resultados publicó el 1 de enero de 1925 en el encuentro de la American Astronomical Society, si  bien ya se había permitido la publicación el 23 de noviembre de 1924 en The New York Times de sus resultados preliminares.

Hubble_V1
La estrella variable Cefeida V1 M31 marcada (var!) en la placa original por E. Hubble. Esta estrella cambió la cosmología moderna. La estrella varía  entre las magnitudes 18,2 y 19,5 en 31 días. Fuente: AAVSO

 

m31 v1 Face (2)
La misma estrella variable captada por un telescopio de aficionado. Carlos Segarra, con un reflector de 20 centímetros captó con una cámara CCD (Atik16) y 25 tomas de 4 minutos de exposición, en la magnitud 19. Los aficionados tienen medios más potentes que los profesionales más punteros de hace un siglo.

 

En 1929, Hubble volvería nuevamente a la primera línea de los descubrimientos al demostrar la expansión del universo y su ley de recesión de las galaxias.

El estudio de la distancia a la galaxia de Andrómeda había abierto un universo insospechado y desconocido que nos sigue dando sorpresas. Para concluir esta larga entrada, mencionar el reciente estudio sobre los movimientos de las estrellas de la parte del halo, que parecen inducir en simulaciones numéricas que la galaxia es en realidad el resultado reciente de la interacción de dos galaxias hace solamente entre 2000 y 3000 millones de años, según investigadores franceses (Observatorio de Paris) liderados por F. Hammer et Al. [12]. Esta simulación, que ha requerido de importante potencia de cálculo, confirma lo que observaciones precedentes en las últimas décadas ya habían empezado a poner de manifiesto aunque no con la citada rotundidad del poder de la simulación, como la presencia de dos cuerpos compactos en el núcleo galáctico, la extensión del disco de la galaxia, o la posible interacción con otras galaxias en el pasado, pero de mucha menor envergadura [13].

Uno de nuestros vecinos galácticos más cercanos, nos sigue deparando muchas sorpresas, acertijos necesarios para comprender más sobre la formación y la evolución de las galaxias, los verdaderos ladrillos que conforman nuestro universo observable. La cosmología es sin duda la mayor lección de humildad para el intelecto humano.

Referencias del texto:

[1] https://cielosestrellados.net/2016/12/17/una-galaxia-como-posiblemente-nunca-antes-la-habias-visto/

[2] http://www.spacetelescope.org/images/heic1502a/zoomable/

[3] https://cielosestrellados.net/2016/01/09/la-historia-de-dos-fotografias-y-de-una-galaxia-muy-muy-cercana/

[4] http://www.galex.caltech.edu/researcher/publications.html

[5] http://adsabs.harvard.edu/abs/1995AJ….110.2715M

[6] https://arxiv.org/abs/astro-ph/0511045v1

[7] https://arxiv.org/abs/1002.4565

[8] https://web.archive.org/web/20101127201449/http://seds.org/messier/xtra/Bios/alsufi.html

[9] http://adsabs.harvard.edu/abs/1922ApJ….55..406O

[10] http://adsabs.harvard.edu/abs/1925Obs….48..139H

[11] http://www.jstor.org/stable/108925?origin=ads

[12] https://academic.oup.com/mnras/article/475/2/2754/4839413?searchresult=1

[13] https://www.cfa.harvard.edu/news/2006-28

El Quinteto de Stephan y el otoño que se acerca

El Quinteto de Stephan: el otoño que se acerca

Las noches de otoño ya están muy cercanas. La constelación del Cisne, que ha dominado las noches de verano, cruza el meridiano nada más anochecer, para acercarse al horizonte oeste. Es hora de pensar en tomar tierra de sus largos vuelos sobre la Vía Láctea.

Por el horizonte Este emerge el cielo de otoño, que viene dominado por una ausencia de estrellas especialmente brillantes, e incluso por un marcado vacío formado por el asterismo que componen el llamado «gran cuadrado de Pegaso», que configura el cuerpo de la constelación que representa (boca abajo, recordemos que la estrella Enif significa “la nariz”) el mítico caballo alado.

Nada más mencionar la constelación de Pegaso se nos viene a la cabeza la constelación de Andrómeda y con ella la gran galaxia Messier 31 y la cercana a esta, Messier 33, ambas motivo de entradas pasadas en [1] y en [2].

Pero no sería justo que en esta ocasión no nos dejáramos llevar por nuestros instrumentos amateurs un poco más lejos, también en el reino de las galaxias, pero más allá de los 200 millones de años luz, mucho más lejos de nuestro universo local.

En la imagen presentada en esta entrada, dominada por una preciosa galaxia espiral en la parte inferior de la misma, vemos un pequeño agrupamiento de lejanas galaxias. Este grupo denominado «de tipo compacto» e identificado por E. Stephan –principalmente dedicado a la búsqueda de nebulosas débiles desde el observatorio de Marsella en 1877- , no es producto de la perspectiva espacial desde la Tierra, no al menos en 4 de los 5 componentes del grupo.

Imagen tomada desde el OPT por German Peris y Maite Sánchez

 

De hecho NGC7318A (galaxia de tipo E2 peculiar) y NGC7318B (galaxia de tipo SBsbc peculiar) son dos galaxias que están actualmente en interacción. Por otra parte NGC7317 es la galaxia pequeña y elíptica más separada del grupo (galaxia de tipo E2). Finalmente, la galaxia NGC7319 (tipo SBsbc peculiar) es la galaxia próxima a la pareja en clara interacción con ellas, y la que domina en brillo el conjunto. Sin embargo la galaxia NGC7320 se encuentra mucho más cercana y en realidad no forma parte del grupo, al que seguimos denominando de forma popular «Quinteto de Stephan», pero que más correctamente se denominan Hickson Compact Group 92 (HGC92) y excluiría a la galaxia de primer plano.

Detalle con el telescopio espacial Hubble (NASA)
A compact group of galaxies about 280 million light years from Earth.
Detalle con el telescopio espacial Chandra (NASA). En rayos X podemos apreciar las emisiones más energéticas, por desgracia con menos resolución que en visible
stephq_w11_chandra
 Visible y rayos X combinado. Crédito: NASA

¿Cómo sabemos las distancias con exactitud a cada uno de los componentes del grupo?

Evidentemente, los componentes en interacción se encuentran a la misma distancia. Para el cálculo de las distancias a las galaxias, existen varios métodos. El más apreciado es encontrar una supernova de tipo Ia que constituyen por si mismas un método muy eficaz de determinación de distancias lejanas, pues conocemos bastante bien la curva de luz de este tipo de supernovas. La otra forma, con más error que el método de las supernovas, es medir el desplazamiento al rojo de su espectro –el redshift z–, a grandes distancias el desplazamiento al rojo cosmológico (debido a la expansión del universo, descubierta por E. Hubble) es mucho mayor que su desplazamiento al rojo (o al azul si se acerca) por causas cinéticas.

Históricamente nos solemos referir a este pequeño (aparentemente) grupo de galaxias, como el primer grupo de tipo compacto descubierto.

¿Qué interés primario tiene para la cosmología el estudio de los grupos compactos de galaxias?

En la cosmología moderna es importante el estudio de la evolución de las galaxias, y los grupos compactos nos ofrecen información de cómo evolucionan las galaxias en interacción cercana.

Esta interacción se muestra con importantes emisiones energéticas, especialmente llamativas en las imágenes en rayos X [3]. Aunque grupos compactos –de hasta 10 miembros- se han identificado cerca de un centenar, lo cierto es que solo se detectan de momento hasta una distancia de unos mil millones de años luz.

Desconocemos la forma exacta de su evolución. Así, por ejemplo, si su destino es la fusión formando una galaxia elíptica gigante, sería interesante la detección de grupos compactos más lejanos, y por tanto más tempranos (mirar lejos es mirar al pasado), con la finalidad de marcar una línea evolutiva de formación e interacción.

 

Referencias del texto:

[1] https://cielosestrellados.net/2016/01/09/la-historia-de-dos-fotografias-y-de-una-galaxia-muy-muy-cercana/

[2] https://cielosestrellados.net/2016/12/17/una-galaxia-como-posiblemente-nunca-antes-la-habias-visto/

[3] http://chandra.harvard.edu/photo/2003/stephan/

 

El año en el que el universo se empezó a encoger

El año en el que el universo se empezó a encoger

 

La teoría del Big Bang es el marco científico que mejor explica el universo que conocemos. Desde que se confirmó la existencia de otras galaxias (Gran Debate, 1920) a partir del cálculo de distancias a las más cercanas y la expansión del universo, por parte de E. Hubble, la teoría del Big Bang solo recibió comprobaciones empíricas que predecían el modelo de forma adecuada y ninguna refutación. Aunque siguen sin responderse determinadas particularidades, todas las ramas de la astronomía implicadas, desde la física de partículas hasta la cosmología, están bastante de acuerdo en que es la mejor teoría de la que disponemos para explicar lo que observamos: el propio universo.

Sin embargo, este universo enorme para la escala habitual humana, que hoy calculamos en unos 90 000 millones de años luz de diámetro, empezó a quedarse pequeño antes del cálculo de distancias a las galaxias más cercanas.

Porque, si las galaxias son los ladrillos del universo, las estrellas que las componen son la argamasa, y también la unidad que empleamos de referencia y de medida.

Durante milenios, pensamos que la Tierra se situaba inmóvil en el centro del universo, y el Sol, la Luna y los cinco planetas que veíamos a simple vista giraban a nuestro alrededor. Las estrellas se situaban más allá, en una última esfera indefinida en distancia, y hacían lo mismo que el resto de astros, girar alrededor de nuestro planeta.

Con el cambio de concepción copernicano, el Sol se sitúo en el centro del universo, y la Tierra junto con los planetas y las estrellas pasaron a girar entorno a nuestra estrella.

Pero las preguntas sobre qué eran las estrellas, cuántas había y lo lejos que se encontraban tuvieron que esperar varios siglos. Solo respondiendo a estas preguntas llegaríamos a las respuestas que a principios del siglo XX empezaron a explicar el universo.

El movimiento de la Tierra alrededor del Sol no había dado como resultado la observación de un pequeño movimiento de las estrellas que pudiera delatar que había estrellas más próximas respecto a otras estrellas que estuvieran más lejanas. Este fenómeno de perspectiva se conoce como paralaje. De hecho, este argumento se esgrimió en contra de la teoría heliocéntrica; la falta de observación de paralaje en estrellas cercanas (respecto a las más lejanas) era una de las pruebas que confirmaban que la Tierra no se movía alrededor del Sol.

Pero lo que ocurría en realidad es que las estrellas, incluidas las más cercanas, estaban tan lejos de nuestra estrella que los ángulos de desplazamiento de paralaje como consecuencia de la órbita de la Tierra alrededor del Sol eran inobservables por su pequeñez. Ni la invención del telescopio ni su uso para mirar las estrellas (Galileo, 1610) nos revelaba esos pequeños movimientos.

Con la ley de la gravitación universal de Newton, las leyes del movimiento planetario de Kepler y el estudio de las órbitas de los planetas y los cometas, junto con la mejora de los telescopios, la mecánica celeste vivió una época de esplendor. Halley convenció a su amigo Newton de la publicación de los Principia, pero, a partir del estudio de los registros del paso de un cometa en 1531, 1607 y 1682, concluyó que se trataba del mismo astro y calculó que volvería en 1757. En realidad, volvió en 1758, pero fue un triunfo del mundo mecanicista y lanzó a los astrónomos-matemáticos a calcular órbitas de los cometas, que esporádicamente se veían en el cielo.

F.W. Bessel era uno de ellos, pero, afortunadamente y por sugerencia de Olbers, empezó a trabajar en la posición detallada de unas 3000 estrellas estudiadas por J. Bradley, quien había descubierto la aberración de la luz estelar, y también el movimiento de nutación del eje de la Tierra, aunque por ello sea menos conocido.

El acceso a posiciones estelares medidas con mucha precisión provocó que Bessel destacara el movimiento propio de unas pocas estrellas respecto al resto, lo que podía implicar que, si éramos capaces de detectar esas pequeñas variaciones en su posición, es posible que su ubicación en el universo fuera de las más cercanas a nosotros.

Eligió una estrella de la constelación del Cisne, 61 Cygni [1], y esta elección era previsible. La estrella se puede observar a simple vista (cerca del límite visual) en la citada constelación boreal, y su movimiento propio respecto a sus estrellas vecinas ya había sido señalado por Piazzi en 1792 al comparar sus observaciones con las observaciones de varias décadas anteriores por parte de James Bradley (1753), observaciones que el propio Piazzi repetiría durante varios años y publicaría en 1802 [2].

Cabe destacar que, al telescopio de aficionado, la estrella se muestra como una estrella doble (binaria física) compuesta por dos estrellas rojas de tipos espectrales [3] K5 y K7 y de brillos aparentes +5,2 y +6,0, respectivamente, separadas por unos cómodos 29 segundos de arco, por lo que es posible resolverla con cualquier instrumento óptico de astrónomo aficionado. Las separaciones reales de este par de estrellas son de entre 45 y 125 unidades astronómicas entre ellas.

Estrella_61Cygni_16x60seg_26062017_AutosavePIXPSCS3GXTHLVGSRB&C_leyendarecuadro
61 del Cisne. Imagen tomada por el autor con un telescopio de 20 cm de diámetro

 

La estrella 61 del Cisne estaba en el punto de mira de varios astrónomos contemporáneos en la segunda década del siglo XIX (Arago o Mathieu, entre otros) con la finalidad de intentar determinar su ángulo de paralaje, pero solo gracias a la invención del heliómetro [4] de Fraunhofer (1820), se disponía de la suficiente precisión de medición micrométrica para estudiar con detalle el movimiento de la estrella, medidas que realizó Bessel [5] en 1837 y 1938.

Durante año y medio, siguió midiendo su posición mediante un micrómetro dispuesto en el ocular de su telescopio. En 1838, hizo público el ángulo de paralaje de esta estrella, 0,314 segundos de arco, que se correspondía con unas 657 000 veces la distancia de la Tierra al Sol, lo que vienen a ser unos 10,3 años luz de distancia. El error cometido por Bessel fue de casi el 10 %. Hoy conocemos que su distancia real es de 11,4 años luz, pero este dato de error es anecdótico; el ser humano había conseguido medir lo inmedible hasta entonces: la primera distancia a una estrella del firmamento.

Bessel tendría muchos otros éxitos en la astronomía y en las matemáticas, pero aquel año en el que fue la primera persona capaz de calcular la distancia a una estrella, el universo se encogió para toda la humanidad, aunque cerca de un siglo después descubriéramos de forma casi irrefutable que se estaba expandiendo.

Cygnus_IAU
Mapa de la constelación del Cisne. Es posible localizar 61 Cyg cerca de Tau y Sigma Cyg . Crédito: Sky & Telescope

 

En una noche de verano como esta, no te pierdas salir a cielo abierto con una carta celeste de la constelación del Cisne, localizar a simple vista la estrella (si el cielo es bastante oscuro) y observar su naturaleza como estrella doble de componentes rojizas al telescopio, y después, pensar que esas dos estrellas —a 11 años luz de nuestra estrella— encogieron el universo hace casi 200 años.

[1] http://simbad.u-strasbg.fr/simbad/sim-id?Ident=HD+201091&jsessionid=856DDB382546441AFD424EF92FDE57D3

[2] http://adsabs.harvard.edu/full/1990JHA….21..275F

[3] http://astro.unl.edu/naap/hr/hr_background1.HTML

[4] https://archive.org/stream/encyclopaediabrit13chisrich#page/224/mode/2up

[5] http://articles.adsabs.harvard.edu/full/1838AN…..16…65B