Antares y sus globulitos

Las noches de invierno, en nuestras latitudes, están dominadas por la gran constelación de Escorpio, en la que se destaca la brillante Antares:

Antares es una estrella supergigante roja, y aunque no está en el top ten de las más brillantes del cielo, es una estrella que no pasa desapercibida. Es una estrella que es, por un lado, muy joven, con no más de 15 millones de años desde su formación. Por otro lado, es una estrella de edad muy, muy avanzada, cerca del final de su vida. Esta aparente paradoja se debe a que las estrellas envejecen a distinto ritmo según su masa. Una estrella como el Sol, que nació hace casi 5 mil millones de años, todavía está en la mitad de su vida. Antares, que es casi 20 veces más pesada, ya es una estrella anciana. Es, ciertamente, una estrella enorme, todavía más grande que la gigante Betelgeuse. Puesta en el sistema solar llegaría hasta más allá de la órbita de Marte.

Las estrellas pasan la mayor parte de sus vidas convirtiendo hidrógeno en helio en sus núcleos supercalientes. Pero la cantidad de hidrógeno es limitada, y en algún momento empieza a acabarse. En las estrellas más masivas el núcleo está más comprimido y más caliente, y la reacción avanza más rápido. Mientras dura el hidrógeno, la estrella se mantiene inflada, con la radiación que surge del centro equilibrando a la fuerza de gravedad, que busca comprimirla. Esta fase se llama secuencia principal, y es una franja diagonal en el gráfico de luminosidad vs. temperatura que forma el corazón de toda la astrofísica, el diagrama de Hertzsprung y Russell, que ya hemos comentado. Cuando el hidrógeno se agota, mengua la radiación y el núcleo se contrae. Al hacerlo se calienta (como se calienta cualquier cosa que se comprime), y la nueva radiación presiona sobre las capas exteriores de la estrella, que se inflan (y al inflarse se enfrían), y la estrella se convierte en gigante (o supergigante) roja, y se aleja de la secuencia principal. En el diagrama de aquí abajo, la vida de Antares está bien representada por la curva azul (15 masas solares). En una estrella como Antares, el recalentamiento del núcleo inmediatamente permite convertir helio en carbono y oxígeno, que empiezan a acumularse. 

Esta fase, de fusión de helio, es mucho más breve que la de fusión de hidrógeno. Actualmente, Antares se encuentra cerca de su final (el extremo de la derecha de la curva azul, donde hace un angulito hacia arriba y dice SGR). Probablemente estuvo 12 millones de años en la secuencia principal, y ya lleva un par de millones de años como supergigante, fusionando helio en el núcleo. Tal como ocurrió con el hidrógeno, el helio se le acabará, la energía de fusión nuevamente faltará, y el núcleo volverá a contraerse. Las estrellas muy masivas, como Antares, pueden repetir este proceso de fusión, agotamiento, contracción y nueva fusión varias veces, acumulando elementos progresivamente más pesados. Pero cada etapa es más rápida que la anterior, y el final es frenético: 

Hidrógeno en helio: varios millones de años (secuencia principal)
Helio en carbono: un par de millones de años (etapa actual de Antares, próxima a terminar)
Fusión de carbono: 1000 años
Fusión de neón: unos pocos años
Fusión del oxígeno: un añito
Fusión del sílice en hierro y níquel: ¡un día!

Una vez que el núcleo de la estrella es una bola de hierro, pesada y grande como el Sol, las reacciones nucleares se detienen por completo. La energía deja de fluir hacia afuera, y nada puede detener la compresión de la gravedad. En una fracción de segundo el núcleo colapsa, y ocurre una cantidad de procesos en rápida sucesión que hacen que la estrella explote como supernova. Es lo que pasará con Antares, dentro de no más de un millón de años (y seguramente bastante menos). Cuando esto ocurra, cambiará para simpre la familiar forma del Escorpión. Durante meses el rojo corazón del bicho será muy brillante, tan brillante como la Luna (¡visible de día!), y luego irá desapareciendo, quedando un Escorpión descorazonado.

Antares está en una región preciosa del cielo. Una foto un poco más ancha que la de arriba muestra hermosas sorpresas:

Muy, muy cerquita la acompañan dos lindos cúmulos globulares, Messier 4 y NGC 6144. Pensemos que Antares se encuentra a unos 500 años luz de nosotros, mientras que M4 está 6000 años luz más lejos, y el pequeñito NGC 6144 está todavía 25 mil años luz más allá. En la foto se alcanza a ver una niebla que llena toda la región, y que alrededor de la estrella lleva el nombre vdB 107. Es una nebulosa de gas y polvo, como tantas otras que hemos descripto en el blog. Pero en lugar de brillar por fluorescencia (típicamente en color rojo de hidrógeno), ésta se ve naranja, como la misma Antares. Sus fotones no tienen suficiente energía para hacer fluorescer el hidrógeno, y los vemos simplemente reflejados con el mismo color de su fuente. Es una nebulosa muy tenue, tengo que hacer una exposición más larga para que se vea mejor. Pero será después de las interminables tempestades que se abaten en estos meses sobre Bariloche. Si exagero la luz se ve mejor, sobre todo para los que leen el blog en el celu (algo que nunca es recomendable):

Abajo a la derecha se asoma la estrella i Scorpii, también embebida en su propia nebulosa de reflexión (como la estrella es azul, refleja luz azul). 

Messier 4 es un cúmulo notable:

Tiene una línea de estrellas todas de la misma magnitud que lo atraviesa casi justo por el medio. Es algo que se ve bien tanto en fotos como con el ojo en el ocular. A 6000 años luz, es el cúmulo globular más cercano al sistema solar. Es tan viejo como la Galaxia, y seguramente fue mucho más grande en el pasado. Su órbita, que lo hace atravesar una y otra vez el disco de la Vía Láctea, lo fue erosionando. El movimiento de las estrellas en su centro parece indicar que tiene un agujero negro de gran masa, como si fuera una mini-galaxia. Es algo que también sospechamos de otros globulares, como Omega Centauri.

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Las fotos son mías, pero se las presto.

Tau Ceti

Me llamaron de una radio uruguaya para charlar sobre Tau Ceti. ¿Sobre qué? Tau Ceti. La estrella en la que transcurre la mayor parte de la acción de la película Project Hail Mary, de Phil Lord y Chris Miller, basada en la novela de Andy Weir. 

Yo ya había leído la novela, que me encantó y me resultó muy divertida, al igual que The Martian, una historia anterior de Weir que también se adaptó para el cine. Así que tenía grandes expectativas sobre la nueva película. La historia está contada en buena medida en forma de flashbacks, porque apenas comienza, el protagonista Ryland Grace (Ryan Gosling) despierta de un coma y descubre que está en una nave espacial, solo, y que no recuerda nada. De a poco va recordando que lo que tiene que hacer es nada menos que salvar el mundo. Y que la estrella que brilla fuera de su nave no es el Sol: es Tau Ceti, otra estrella. 

¿Existe Tau Ceti? Sí, existe, y es una estrella muy interesante por varias características. Andy Weir presta mucha atención a los detalles científicos, que le dan mucha verosimilitud a sus historias, así que eligió a Tau Ceti con cuidado. Tau Ceti es una estrella medianamente brillante, visible a simple vista, en la constelación de Cetus (la Ballena). Es muy parecida al Sol y se encuentra a 12 años luz de nosotros. Que sea una estrella cercana es crucial, ya que Ryland ha viajado hasta ella (con tecnología que no tenemos, pero que tiene todo el sentido en la lógica de la historia). Tau Ceti es la estrella solitaria más cercana de las que son parecidas al Sol, que también es solitaria, obvio. Alpha Centauri A también es como el Sol, pero forma parte de un sistema triple, con Alpha Cen B (un poco más pequeña) y Alpha Cen C, llamada Proxima, muy pequeñita.

Por otro lado, Tau Ceti es una estrella muy antigua. El Sol lleva 4500 millones de años fusionando hidrógeno, y va más o menos por la mitad de su vida. Tau Ceti, en cambio, se formó hace 10 mil millones de años. Estas tres características: que sea similar al Sol, que esté cerca, y que sea tan antigua, la vuelven una candidata ideal para buscar signos de vida (ya que al ser antigua, hay más probabilidad de que la vida haya evolucionado en su sistema). Esto es importante para la historia, ya que el apocalipsis que amenaza la vida en la Tierra (mínimo spoiler) es un microorganismo que, aparentemente, llegó desde Tau Ceti. A Ryland lo mandaron a estudiarlo en su origen, para buscar una solución.  

Ahora bien, ¿hay planetas alrededor de Tau Ceti? No es fácil responderlo. No hay ningún planeta gigante (tipo Júpiter), que son los más fáciles de detectar. En años recientes se ha encontrado cierta evidencia de que habría varios planetas de tipo terrestre. Algunos de ellos fueron descartados posteriormente, pero hay tres que sobrevivieron: los planetas f, g y h. Si bien todavía son "candidatos" (porque no han sido verificados independientemente), son buenos candidatos. 

Los planetas g y h están medio cerca de la estrella, pero el planeta f sería una "súper-Tierra" (4 masas terrestres), a algo más de 1 unidad astronómica. Así que es un buen candidato a ser el planeta de donde proviene el microbio maldito, y que Ryland bautiza Adrian (como la esposa de Rocky, el boxeador). Ryland lleva allí la Hail Mary, y la vemos en órbita del planeta sobrevolando hermosas auroras polares. Parece una fantasía, si no fuera porque más de una vez hemos visto imágenes así tomadas desde la Estación Espacial Internacional.

Una característica notoria de Tau Ceti es que su luz muestra un exceso de radiación infrarroja, con respecto a la que debería esperarse de una estrella de su tipo. Este exceso infrarrojo suele deberse a la existencia de polvo alrededor de la estrella: el polvo absorbe parte de la luz de la estrella, se calienta, y la reemite como infrarrojo. En todas las estrellas pasa esto, inclusive el Sol tiene su polvo zodiacal. Pero Tau Ceti emite demasiado infrarrojo, así que se interpreta que tiene un denso cinturón de asteroides. Cualquier planeta del sistema seguramente ha sido bombardeado muchas veces por asteroides como el que extinguió a los dinosaurios, en cuyo caso la perspectiva para encontrar vida no sería tan buena. Pero, después de todo, el asteroide de los dinosaurios no extinguió toda la vida en la Tierra, ni siquiera todos los dinosaurios, tan solo algunas de las familias. La historia de Weir sólo requiere que haya microbios, después de todo. 

Por otro lado, los microbios de la historia se detectan (en la Tierra, y luego Ryland lo repite en Tau Ceti), buscando cierta radiación infrarroja, que llaman "línea Petrova". Una coincidencia más para la verosimilitud de la historia de Weir.

Un spoiler más (que no es tanto, porque se lo ve tanto en el trailer de la película como en el poster). En Tau Ceti, Ryland se encuentra con un alien, que ha venido de otra estrella en su propia nave, y con el mismo propósito que él. ¡El microbio taucetiano está produciendo una pandemia cósmica! Ryland lo bautiza Rocky (por su aspecto rocoso), se hacen amigos y colaboran para resolver el apocalipsis de sus dos hogares. Buena parte de la dinámica de la película, más allá de la aventura espacial, es la amistad improbable entre Rocky y Ryland. ¿Y de dónde viene Rocky? Viene de otra estrella cercana: 40 Eridani, una estrella que ya ha aparecido en el blog. Es un sistema triple, en el que la estrella primaria (Ryland la llama Erid, que rima con el verdadero nombre propio: Keid), es un poco más pequeña que el Sol, y la acompañan una enana blanca (la más fácil de observar para los terrícolas aficionados a la astronomía) y una enana roja muy pequeñita. En órbita de la primaria se creyó que existía un planeta, que más recientemente fue descartado. Una pena, para Rocky, y también para el señor Spock, porque 40 Eridani es la estrella del planeta Vulcano, de Star Trek. A veces el universo no colabora con la ficción, qué se le va a hacer. 

Muchos otros aspectos científicos de Hail Mary están tratados con cuidado y detalle, si bien son mucho más imposibles que la existencia de unos microbios en el sistema de Tau Ceti. Por ejemplo, los microbios que están consumiendo al Sol usan neutrinos para almacenar energía. Pero todos funcionan bien en la historia, y la película me encantó. La entrevista completa puede escucharse aquí. ¡Gracias Radio Uruguay!

 

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Los fotogramas de Project Hail Mary son de Sony Pictures.

La ocultación de la Tierra

En la Tierra tenemos un privilegio excepcional: tenemos eclipses de Sol. Los que vivimos en lugares turísticos estamos acostumbrados a que los visitantes nos pregunten qué tienen que ir a ver. Yo creo que si llegara de visita un alienígena y nos preguntara qué tiene que ver sí o sí en el sistema solar, no tendríamos que llevarlo a los anillos de Saturno, ni a los volcanes de azufre de Ío, ni al Valles Marineris de Marte, ni a las cataratas del Iguazú. Habría que llevarlo a ver un eclipse solar total. Anillos, volcanes raros, cañones gigantes: esas cosas deben existir por todos lados, por más que a nosotros nos enorgullezcan las propias. ¿Pero la increíble coincidencia de tamaño de nuestra luna con nuestra estrella? La Luna es 400 veces más chica que el Sol, pero está 400 veces más cerca. De manera que, en el cielo, tienen el mismo tamaño. Esto permite que, cuando la Luna se interpone, tapa exactamente la parte brillante del Sol, se hace de noche abruptamente en pleno día, y queda en el cielo, no sólo un increíble agujero oscuro donde estaba el Sol, sino la fantasmagórica cabellera de su corona. Hace dos semanas un eclipse total cruzó España, donde millones se congregaron para disfrutarlo, y nos dejaron imágenes fabulosas de un eclipse dorado por el humo de los incendios. Una de mis favoritas muestra el eclipse sobre la catedral de Zaragoza, capturado magistralmente por Ray Zhang, alias Dusk Piper:

En Argentina hemos tenido una racha de eclipses inusual: siete eclipses solares, de los cuales cuatro totales y 3 anulares. El primero fue el del 2 de julio de 2010, simultaneamente con la final del Mundial de Sudáfrica, en la que España le ganó con gol de Iniesta al país anteriormente llamado Holanda. El último será en febrero del año que viene, un eclipse anular muy cerquita de Bariloche, del que ya nos ocuparemos. Esta semana, asociado al eclipse solar español, tuvimos un eclipse de Luna. En Bariloche se despejó apenas para verlo, les dejo aquí una foto un poco preliminar, cerca del máximo:

¿Y en otros planetas? En Marte, por ejemplo, los eclipses de Sol son siempre anulares. Los robots que viven en Marte los observan regularmente. Así ve Perseverance a Fobos pasando delante del Sol, por ejemplo:

Fobos es muy chiquito, así que tiene una forma irregular que hace que el eclipse sea muy distinto de los eclipses anulares de la Tierra:

Pero claro, en Marte tienen algo que nosotros no podemos ver: ¡eclipses de Tierra! Hace poco, Perseverance tomó esta encantadora secuencia de Fobos eclipsando a nuestro planeta:

El robot hizo cinco exposiciones para mostrar la secuencia del evento, que aparecen todas juntas en el recuadro. La imagen de fondo muestra el paisaje marciano unos 40 minutos después de la puesta del Sol. Es de un color gris azulado en la parte más brillante, todavía iluminada por el Sol, y de un gris rojizo en la parte de arriba, correspondiente ya al cielo nocturno, donde el polvo rojo en suspensión refleja algo de luz.

En esta versión recortada y anotada podemos ver la secuencia. A las 19:05:25 la Tierra está eclipsada detrás del pequeño satélite.

Fobos se ve como una muy pequeña creciente (cuernitos hacia arriba), iluminado por el Sol que ya está detrás del horizonte. Y también muestra algo de la luz reflejada por Marte, equivalente a la luz cenicienta que la Tierra proyecta hacia la Luna nueva. 

Vayan haciendo planes, no se pierdan el eclipse del 6 de febrero de 2027, que el siguiente será recién en 2048.

 

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La foto del eclipse en Zaragoza es de Ray Zhang. Las de Persevenance son de NASA. La del eclipse anular es mía. 

Cuando el objeto que pasa por delante es tan chiquito comparado con el de atrás (como Fobos delante del Sol), no se llama eclipse sino tránsito (como los de Venus y de Mercurio que vemos desde la Tierra). Y cuando el objeto de atrás es el chiquito (la Tierra detrás de Fobos) se llama ocultación. Los tres tipos, ademas, se llaman sizigia. Pero es lo mismo, especialmente porque tránsito y ocultación, en el lenguaje cotidiano, significan otras cosas, en cambio "eclipse" es algo que todo el mundo asocia a que un astro le hace sombra a otro.

Amina Helmi y la evolución de la Vía Láctea

En el blog hemos comentado más de una vez que las galaxias evolucionan. Esto no es algo que siempre se haya sabido: cuando yo era chico, las galaxias estaban ahí en el cielo, desde siempre, tranquilas y haciendo su vida estelar. Hoy sabemos que chocan, explotan en estrellas, se apagan, y mucho más. Buena parte de esto lo hemos aprendido a partir de las imágenes del telescopio espacial Hubble, que en la década de 1990 empezó a mostrarnos galaxias en todas las situaciones posibles de colisión:

Además, tenemos una galaxia muy cerca, tan cerca que estamos adentro. ¿Habría chocado también la Vía Láctea, en algún momento de su milenaria existencia? ¿Podríamos detectarlo observando cómo se mueven las estrellas a nuestro alrededor? También lo hemos comentado, y hoy sabemos que sí, que la Vía Láctea se formó y creció hasta convertirse en una gran galaxia chocando con otras, y fundiéndose con sus poblaciones estelares. Lo que yo no sabía es que la descubridora crucial de estos fenómenos fue una chica argentina, de Bahía Blanca, graduada en la Universidad de La Plata: Amina Helmi.

Tiene un nombre inusual en Argentina, y tal vez por eso nunca había reconocido su origen. A fines de los noventas, mientras trabajaba en su doctorado en Leiden, Amina descubrió que una gran parte de las estrellas del bulbo de la Vía Láctea provenían de otra galaxia, una sola, que había colisionado con la nuestra en una época temprana de su formación. Esta galaxia era más pequeña que la Vía Láctea, y probablemente se parecía a la Enana de Sagitario, una de nuestras galaxias satélites, que había sido descubierta poco antes.

Helmi descubrió la evidencia de este choque en el movimiento tridimensional de las estrellas, catalogado por primera vez de manera masiva por el satélite europeo HIPPARCOS. Su trabajo consolidó una visión que empezaba a formarse en esos años: que las grandes galaxias se forman ensamblando precursoras pequeñas, que pasan a integrar buena parte de su bulbo y su halo, y que delatan su presencia en forma de corrientes (streams). Son como las corrientes marinas en el océano, pero corrientes de estrellas. La que descubrió Helmi se llama, por supuesto, corriente de Helmi. En su tesis complementó el estudio de la corriente estelar con simulaciones numéricas, es decir, experimentos hechos en la computadora, en base a las leyes de la física, para mostrar cómo evolucionan los sistemas estelares dejando estos restos fósiles. La disciplina que ayudó a fundar se llama, hoy en día, arqueología galáctica. Uno de los jóvenes astrónomos de la Universidad de Río Negro en Bariloche, Nico Maffione, trabaja precisamente en estos temas. 

El sucesor de HIPPARCOS fue el telescopio espacial Gaia, del cual también hemos hablado más de una vez, y que está revolucionando varios campos de la astronomía. Resulta que Helmi fue una de las principales científicas en el diseño, desarrollo y verificación de calidad de los datos de Gaia. Fue ella quien descubrió la galaxia llamada "Salchicha de Gaia", la más reciente gran fusión de la Vía Láctea, de la cual me ocupé hace poco y seguramente ahora tendré algo más para contar. Gaia terminó sus observaciones en mayo de este año, y se espera un nuevo monumental catálogo para diciembre de este año. 

¿Y cómo me enteré de que esta notable astrónoma es argentina, graduada de La Plata? Porque este año ganó el prestigioso premio Kavli, de la Academia Noruega de Ciencias, que cada dos años apoya y reconoce (con 1 millón de dólares) trabajos sobresalientes en los campos de la astrofísica, la nanociencia y la neurociencia. Es una especie de complemento de los premios Nobel, para tres ciencias que no suelen figurar entre las que eligen los vecinos suecos (hay excepciones, obviamente). Amina Helmi, definitivamente, revolucionó nuestro conocimiento de la evolución de la Vía Láctea.

 

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Los dos papers iniciales creo que son: Helmi et al., Debris streams in the solar neighbourhood as relicts from the formation of the Milky Way, Nature 402:53-55 (1999), y: Helmi et al., Finding fossils from the Milky Way's formation, capítulo en el libro The Galactic Halo: From Globular Cluster to Field Stars, editado por Noels y otros (Liege, Belgium, 2000).

La tesis es Helmi, The formation of the galactic halo, Universiteit Leiden (2000). Con ella ganó el Premio Christiaan Huygens, que premia tesis doctorales científicas extraordinarias en el país anteriormente llamado Holanda.

La página de Google Scholar de Amina Helmi reporta más de 79 mil citas a sus trabajos, con un índice de impacto de 114. Es un valor excepcional, que la posiciona en el tope a nivel mundial. Para ponerlo en contexto, un valor 20 es bueno, y 40 es extraordinario (el mío es 32). El de mi amiga Karina Caputi, compañera de Helmi en Groningen, es 91, el de mi también amigo Juan Martín Maldacena es 125.  

En la página de la Fundación Kavli hay una buenísima autobiografía, con muchas fotos de su vida en la Argentina. Hay una versión reducida en video también.

La imagen de galaxias en distintas etapas de colisión es de NASA/ESA/HST. 

La foto de Amina Helmi es de su página web en la universidad. 

El esquema de las estructuras de la Vía Láctea está adaptado de éste, del gran artista mendocino Pablo Budassi.