sábado, 23 de agosto de 2014

Superstar

La estrella VY Canis majoris, de la que hablábamos la semana pasada, es una supergigante roja superlativa. Pertenece a una categoría de estrellas escasas, muy pesadas, con masas de entre 20 y 60 masas solares. En pocos millones de años agotan el hidrógeneo disponible para fusionar, y entran en una espiral mortal que las lleva a fusionar elementos cada vez más pesados hasta que explotan como violentas supernovas. La más conocida de este tipo de estrellas es Betelgeuse, la familiar luminaria roja en el hombro de Orión. Ésta es mi foto de la semana pasada, mostrando a VY CMa cerca del anca del Can Mayor.

Esa foto está tomada con un teleobjetivo de 100 mm, y abarca 13° de ancho. A continuación puse la cámara en el telescopio para tomar una imagen más detallada de la estrella. Marqué algunas estrellas cercanas para estimar su magnitud, ya que se trata de una estrella variable irregular. Aquí está, bien rojita en medio de la Vía Láctea. Esta imagen tiene 1° de ancho, bastante menos que la anterior. Mi intención era fotografiar la rara nebulosa que rodea a la estrella, pero evidentemente el balcón no es el mejor lugar para hacerlo. Tendré que repetir el intento desde un sitio oscuro. 

En la fase de supergigante las atmósferas de estas estrellas se inflan de manera descomunal, abarcando un volumen muchísimo mayor que el de una estrella que fusiona hidrógeno (una estrella de la secuencia principal, digámoslo de una vez por todas). En el caso de VY CMa el tamaño es tan enorme que, a pesar de los miles de años luz que nos separan de ella, podemos ver detalles de su "superficie". Con dos mil millones de kilómetros de diámetro abarca en el cielo unos 10 segundos de arco, perfectamente discernibles inclusive a simple vista con un buen telescopio. Tiene el aspecto de una nebulosa asimétrica, con varios puntos brillantes, lo cual durante mucho tiempo hizo sospechar que se trataba de una estrella múltiple.

En el año 2001 el Telescopio Espacial Hubble permitió obtener una serie extraordinaria de imágenes de la estrella. La foto de aquí al lado intenta reproducir lo que se ve, en colores representativos de los distintos filtros y las distintas exposiciones usados para capturar un objeto con un enorme rango dinámico de brillo. ¡Definitivamente no se parece a nuestro Sol! Estas estrellas tan infladas son extremadamente tenues. VY, con toda su inmensa masa, tiene una densidad de apenas un microgramo por metro cúbico, mucho menos que nuestro aire.

Esta enrarecida atmósfera es la superficie que vemos, y es el resultado de violentos vientos estelares, espasmódicos y rapidísimos. También con el telescopio Hubble se han medido alrededor de 40 km/s. Los mismos autores han analizado en detalle la velocidad y la composición de los vientos estelares de VY CMa y prepararon esta caricatura. La muestra como una flor con pétalos como lóbulos saliendo del centro, y extendiéndose hasta la superficie de la estrella. Se calcula que en los últimos 1000 años VY CMa expulsó una cantidad de materia equivalente a la masa entera de nuestro Sol.

Tal vez menos científica, pero bastante más ilustrativa, es esta representación artística. Vemos a la estrella como una masa turbulenta, y podemos imaginarla mucho más dinámica que el Sol. Más allá de su superficie los vientos siguen propagándose, enriqueciendo el material interestelar. A la derecha vemos una escala que compara el tamaño de la estrella con el de nuestro sistema solar. Miren la posición de la Tierra (Earth). Imagínense. 


Hay una linda nota histórica sobre las observaciones de VY CMa en el blog Historia de la Astronomía. Allí nos cuentan que la nebulosidad fue descubierta por Luis Guerín en el Observatorio de Córdoba. Está buena.

La foto del telescopio Hubble está publicada en N Smith et al. (2001), The Astronomical Journal 121:1111. El trabajo sobre los vientos, de donde está tomado el dibujo, es de N Smith et al. (2009), The Astronomical Journal 137:3558. La imagen artística de la supergigante está basada en una de Betelgeuse, del ESO y su ilustrador (que no me acuerdo el nombre pero es un genio); la edité mínimamente para adecuarla al tamaño de VY CMa.

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sábado, 16 de agosto de 2014

Cola de perro

La constelación del Can Mayor, o del Perro Grande como podríamos decirle en español traduciendo un poco más familiarmente del latín, es una de las que casi todo el mundo sabe reconocer. En todo caso, a nadie se le escapa su estrella más brillante, Sirio, la más brillante del cielo.

El Perro trota cerca de su amo, el cazador Orión que, con las Tres Marías en la cintura, no pasa desapercibido en las noches de los veranos australes. Sirio marca la cabeza del Perro, y la figura tradicional del animal es fácil de identificar: Mirzam forma las patas delanteras, mientras un triángulo rectángulo forma el anca, la cola y las patas traseras. Son tres estrellas de segunda magnitud con los encantadores nombres de Adhara, Wezen y Aludra. Todo patas arriba, claro está, visto desde el hemisferio sur.


El Perro, que corre por los prados de la Vía Láctea, abunda en objetos interesantes aún para el más pequeño de los telescopios. Pero lo que me llevó a fotografiar la cola del Perro en febrero no fueron sus delicados cúmulos estelares sino un par de superstars. Acá está la foto:


"My God, it's full of stars," diría Dave Bowman. Sí, es la Vía Láctea, así que una foto de un minuto a f/2.8, con el teleobjetivo de 100 mm, aunque sea desde el balcón de casa, se llena de estrellas. Cuando les pase ésto, y no sepan identificar las estrellas, pueden usar un extraordinario robot astrónomo online, astrometry.net, que les identificará todo. En este caso, por ejemplo, me avisó que la parte de arriba de la foto estaba a 8.4° al Este del Norte, así que puse una flechita indicándolo.

Pues bien, las tres estrellas más brillantes de la foto son la cola del perro, aquí las marqué para destacarlas. La línea que va del anca a Sirio pasa por una estrella de tercera magnitud que no mencioné antes, Ómicron 2 Canis Majoris, en el lomo del Perro. Ya volveré a hablar de ella más abajo. Pero la estrella que me interesaba principalmente es más tenue aún. Está cerca del centro de la imagen, pero si no la marco no la van a distinguir, porque es una de los centenares de estrellas de octava magnitud que tapizan el campo. Acá está, es una de las estrellas más notables del cielo:


Esa estrellita rojita, perdida entre el resto, completamente invisible a simple vista. Es una estrella variable, y por eso tiene una denominación con letras latinas mayúsculas. La nomenclatura de las estrellas de brillo variable es medio de locos. Empieza con las letras R a Z por orden de descubrimiento en cada constelación. Las sucesivas se denominan RR a RZ, SS a SZ, etc, hasta ZZ. Por ahí cerca del final de esta serie cae nuestra VY. Uno se pregunta, ¿y después de ZZ qué sigue? Sigue AA a AZ, BB a BZ, etc, hasta QZ. Son 334 combinaciones en total (si alguien hace la cuenta y no le da, puede dejar un comentario...). Cuando se acaban, se empieza con un sistema mucho más sensato, la letra V de "variable" seguida de un número (que arranca en 335, naturalmente). Bueno, pero me fui por las ramas.

¿Qué tiene de extraordinario VY Canis majoris? Varias cosas, pero la más notable de todas es que es la estrella más grande que conocemos: 1420 veces más grande que el Sol. Tiene un diámetro de 13 unidades astronómicas, dos mil millones de kilómetros. El doble que Betelgeuse, la conocida supergigante roja en el hombro de Orión. Puesta en el lugar del Sol llegaría hasta más allá de la órbita de Júpiter, tal vez inclusive hasta la de Saturno. Está a 3900 años luz de nosotros, y a ese pixelito rojo queda empequeñecida su gloria.

Otro día me dedicaré a VY CMa. Hoy, para terminar, tengo una segunda superestrella en la misma foto. Es la ya mencionada Ómicron 2 (o2) CMa, una estrella visible a simple vista inclusive desde la ciudad. Es una supergigante azul que, con pocos millones de años de edad, ya ha agotado todo el hidrógeno que tenía para fusionar y ha empezado a quemar helio. Carbono, nitrógeno y oxígeno empiezan a acumularse en su núcleo, un stock que se esparcirá por la Vía Láctea cuando Ómicron 2 explote como supernova dentro de un par de millones de años. Bueno, pero conocemos muchas estrellas de este tipo. ¿Qué tiene de peculiar ésta? Su superficie, a más de 15000°C, radia con la ferocidad de doscientos mil soles! Es una de las estrellas más luminosas conocidas. Hace algún tiempo ya había aparecido por acá, en la nota sobre la estrella más lejana (una nota que me gusta mucho, debo decir), ya que a 2800 años luz y brillando con magnitud 3 es la estrella más lejana visible desde una ciudad.

Las fotos que puse arriba están reducidas a 1200 pixels de ancho para incluirlas en el blog. Pero la imagen original tiene casi el triple de resolución. Así que hice una versión con VY y Ómicron 2 destacadas en resolución completa, más otras estrellas y objetos interesantes. Son puntitos luminosos en la distancia. Pero sabemos lo que son, y la imaginación se encarga de achicar la distancia. Lleven anteojos oscuros y protector solar factor 50 millones.




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sábado, 9 de agosto de 2014

La piedra de Rosetta

Diez años de viaje, más de seis mil millones de kilómetros en una intrincadísima órbita. El robot europeo Rosetta llegó esta semana a su destino. No es exactamente una piedra. Es un cometa, el cometa Churyumov-Gerasimenko (se pronuncia churúmov-guerasimenko). Hubo un puñado de sobrevuelos rapidísimos de núcleos de cometas en el pasado, pero Rosetta está por primera vez en la historia humana en órbita de un cometa (bueno, una cuasi-órbita), y se quedará allí un año estudiándolo. Un año que incluirá el descenso de un pequeño robotito hasta la superficie y el paso del cometa por su punto más cercano al Sol, con máxima actividad cometaria. Aunque lo bueno recién empieza, los diarios y los noticieros se van a olvidar en seguida de Rosetta y de Churyumov-Gerasimenko. Pero los lectores de En el Cielo las Estrellas no. Se viene una explosión de lo que sabemos sobre los cometas, que es bastante poco.

Las imágenes que fue enviando Rosetta a medida que se acercaba al cometa son extraordinarias. Nunca habíamos visto un cometa con tanto detalle. Voy a tener que cambiar algunas transparencias de mis charlas, porque definitivamente los cometas son rarísimos. He aquí un puñado, tomadas con propósitos de navegación. Imaginen cuando la veintena de instrumentos científicos de Rosetta empiecen a escudriñar el paisaje.

Me costó seleccionar estas pocas fotos. En los próximos días, semanas y meses habrá una avalancha de imágenes. Mientras tanto, Phil Plait escribió una columna con una linda selección que incluye fotos que no son del cometa, tomadas durante el viaje interplanetario. Están buenísimas. 

¿Dónde están Rosetta y el cometa en el cielo? Casualmente tomé una foto de la región del centro de la Vía Láctea hace un par de semanas. Fue una noche increíblemente calma, clara y helada, justo antes de una gran nevada. La foto está tomada desde el fondo del Centro Atómico Bariloche, así que había algo de contaminación luminosa, pero la Galaxia se veía magnífica. La foto muestra la constelación de Escorpio y la Tetera de Sagitario. Vean.

Hice una versión anotada, como de costumbre. El asterisco marca, naturalmente, el centro de la Vía Láctea, donde se encuentra el monstruoso objeto llamado Sagitario A* (pronunciado en inglés sagitarius eystar, en castellano no tengo idea, tal vez sagitario a asterisco). El cometa se mueve rápido. Puse una marca en la posición, bajo el asa de la Tetera, donde estaba el día de la foto, y otra donde se encontraba el día de la llegada de Rosetta, el martes 6 de agosto. En los próximos días seguirá adentrándose en la Tetera, hasta que en octubre haga un rulo y salga por el lado del asa. Pueden mirar en esa dirección todas las noches. No abriguen esperanzas de ver el cometa, que es muy chiquito. Pero con la Vía Láctea hay para entretenerse.


Las imágenes son de ESA/Rosetta/MPS y sus equipos. Mis fotos se ven perfectas en algunos de mis monitores, y horriblemente rosadas en otros. No consigo calibrarlos. ¿Alguien más ve halos magenta alrededor de las estrellas más brillantes? Avisen en los comentarios, o escríbanme. Igual, no sé qué hacer.

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sábado, 2 de agosto de 2014

La conexión cósmica

La semana pasada participé de PechaKucha Night BARILOCHE. Los eventos PechaKucha son charlas informales muy cortas, basadas en 20 imágenes proyectadas 20 segundos cada una. La sesión fue en un ambiente muy relajado en una cervecería, y hubo 12 presentaciones de temas muy variados. Los 6 minutos 40 me pasaron volando, y me quedé con la impresión de que había dicho la mitad de lo que quería decir. Así que aquí está todo, para los que estuvieron y para los que no pudieron venir (¡o entrar!).

Yo podría hablar toda la noche sobre lo que vemos, y sobre lo que no vemos, en imágenes como ésta. Sobre las estrellas, las nebulosas, el gas fluorescente, el polvo frío. Las estrellas jóvenes y las estrellas viejas. Sobre las noches oscuras pasadas bajo el cielo estrellado, sobre la fotografía, sobre lo que se ve por el telescopio…

Pero voy a intentar limitarme a una única cuestión.

A todo el mundo le fascina la astronomía. Por experiencia propia,  creo que la razón es que la astronomía, para la gente de la calle pero también para los científicos, es algo más que una ciencia. Es una manera de sentirnos parte del universo y una oportunidad de comprender nuestro lugar y nuestro rol.

Y lo que quiero transmitirles hoy es algo en particular sobre esta conexión cósmica. Algo que nos dio una nueva perspectiva sobre este asunto.

Se trata de uno de los descubrimientos fundamentales de la ciencia moderna, y para mí es un descubrimiento tan extraordinario como el descubrimiento de que cada uno de nosotros está genéticamente conectado con cada uno de todos los otros seres vivos que viven o vivieron en el planeta.

Es algo sobre lo que vale la pena reflexionar, algo que debería formar parte del núcleo de nuestra cultura y que creo que todo el mundo debería conocer.

Nadie recibió un premio Nobel por este descubrimiento, o mejor dicho: no hubo un único premio, porque fue el resultado de un esfuerzo colectivo a mediados del siglo XX. De todos modos se puede identificar en 1957 este trabajo fundamental que no recibió la cobertura mediática que vemos hoy en día con cada asteroide que pasa cerca de la Tierra. A lo largo de casi 40 años, empezando con Eddington y culminando con el trabajo de estos Cuatro Fantásticos (Fowler recibió medio Nobel muchos años después) aprendimos esto que les voy a contar.

Tiene que ver con las estrellas, naturalmente. Durante el siglo XX se desarrolló la ciencia del funcionamiento de las estrellas, que es un logro científico y cultural extraordinario. Es realmente algo de lo que uno puede sentirse orgulloso aún sin haber participado, algo central a nuestra cultura, como la música de Beethoven, o las obras de Miguel Ángel, o el teatro de Shakespeare. Algo para decir “pechakucha, qué bueno que está esto”.



Es increíble lo que los astrónomos saben sobre las estrellas, siendo que están tan extraordinariamente lejos y que viven unas existencias tan lejos de la escala humana en tamaño y en tiempo.

Claro, los astrónomos no pueden ir a una estrella y tomar muestras para analizarlas en el laboratorio. Todo lo que sabemos sobre ellas lo sabemos mirando de lejos con tres instrumentos fundamentales: el instrumento favorito de los astrónomos, el telescopio, y el que podríamos llamar segundo favorito, el espectroscopio.

Y naturalmente el cerebro. El mejor instrumento que tenemos, que nos permite ver, tocar, escuchar y oler las estrellas, inclusive el interior las estrellas, con el poder de la física y de la matemática, aunque no podamos tocarlas con nuestras manos.
Y lo que saben los astrónomos hoy en día sobre las estrellas es extraordinario. Saben de qué están hechas, por qué brillan, cómo nacen, cómo viven sus vidas, cómo se extinguen... Todo mirándolas de lejos, y gracias a la física y la matemática que nos dan todos los mecanismos para todos los procesos que ocurren en el interior de las estrellas.

Y una parte de esta extraordinaria teoría es el descubrimiento que quiero contarles.

¿De qué estamos hechos? Durante milenios fue una pregunta filosófica o religiosa. ¿De barro inspirado por el aliento divino? ¿De maíz, como dice el Popol Vuh? Cada cultura tuvo su mito favorito de creación, sin mayor sustento que la tradición. Hoy parece un poco raro, pero aún hasta el siglo XIX se creía que los seres vivos, y los seres humanos en particular, estábamos hechos de una materia distinta de la inanimada.

Claro, hoy sabemos que estamos hechos del mismo material que todas las demás cosas: de elementos químicos, la misma materia del resto de los seres vivos y los minerales, y también la misma materia de las estrellas.

Si uno quiere saber qué es: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno son más del 99% de nuestros átomos, más una pizca de sal y pimienta. Pero esta no es una charla de bioquímica.

La cuestión no es sólo la composición elemental de los seres vivos, de la Tierra, de las estrellas. Sino: ¿De dónde salieron? ¿Cuál es el MECANISMO que produjo esos elementos? A más de uno le sorprenderá inclusive la pregunta. Espero que a todos les fascine la respuesta.

Los astrónomos descubrieron en las primeras décadas del siglo XX que en sus orígenes el universo tenía apenas hidrógeno y helio. Nada más, o prácticamente nada más.

Hidrógeno, fenómeno, es más de la mitad de nuestros átomos y el universo lo provee en abundancia.

El helio es químicamente neutral. Lo usamos para inflar globos y para hablar finito.

¿Y el resto? Si no fue creado con el universo, ¿de dónde salió?

El propio universo lo produjo. Resulta que el Sol y todas las estrellas cumplen el sueño de los alquimistas. Brillan gracias a que transmutan unos elementos en otros. Durante millones de años, inclusive miles de millones de años, convierten hidrógeno en helio mediante una reacción nuclear. La energía de esta reacción es la que hace brillar el Sol, y todas las estrellas que vemos en el cielo.

Pero bueno, helio ya teníamos. Nos sigue faltando el resto de la tabla periódica.

¿Cuando se les acaba el hidrógeno qué pasa? Ningún problema, dice la estrella, ¡tengo un montón de helio! Ajusto el cinturón y empiezo a convertir helio en carbono, oxígeno y nitrógeno. Son reacciones mucho más raras, más difíciles de producir, y ocurren durante tiempos más breves, pero las estrellas se las arreglan y acaban produciendo suficiente carbono, nitrógeno y oxígeno.

La inmensa mayoría de las estrellas, las estrellas como el Sol, no pasan del carbono, oxígeno y nitrógeno. No pesan lo suficiente para seguir ajustándose a la sucesiva falta de combustibles. Al final de sus vidas se hinchan prodigiosamente, se vuelven gigantes. Y finalmente todo el material que forjaron se disipa formando una nube como la de esta imagen. Material que regresa reciclado a la nube de gas y polvo de la galaxia, para formar nuevas estrellas y planetas. Carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno: la materia de la que estamos hechos en un 99%.

Las estrellas más pesadas hacen el trabajo pesado. En una sucesión de ajustes, cada vez más rápidos y cada vez más frenéticos, a medida que se acaba un combustible se vuelven a comprimir y pasan a otro.

¡Pam pam pam! van llenando la tabla periódica en un universo que apenas tenía hidrógeno y helio…

Ajusto el cinturón un poco más, uso lo que tengo, y empiezo a convertirlo en sílice, neón, magnesio, azufre... elementos cada vez más pesados. Inclusive el material del que están hechos los sueños: cloro, sodio y potasio, que necesitamos para el funcionamiento de nuestro sistema nervioso central…

Pero tampoco alcanzan a llenar toda la tabla periódica. Cuando llegan al hierro no hay ajuste que valga.

Ni la estrella más pesada puede sacar energía del hierro. En el centro se termina formando una inmensa esfera de hierro puro, rodeada por capas como de cebolla de elementos ordenados según su peso. De golpe, en un santiamén, todo se detiene. Todos los combustibles nucleares se agotaron. El horno nuclear se apaga. La energía que mantenía inflada la esfera de gas hirviente deja de fluir. Es como cuando el Coyote queda suspendido en el aire por un instante: nada lo sostiene, y sólo le queda caer.

La estrella cae sobre sí misma con tremenda violencia. En el centro hay una bola de hierro que se niega a fusionarse. Las capas exteriores sólo pueden rebotar contra el núcleo. Y en el santiamén siguiente la estrella se destroza a sí misma en una explosión descomunal, una supernova.

Una explosión descomunal en la que se producen todo el resto de los elementos de la tabla periódica. Apenas en el violento instante final de la existencia de una estrella superpesada.

Ese es el mecanismo. Está buenísimo, pero para mí lo extraordinario es el hecho.

Cada uno de nuestros átomos (salvo el hidrógeno): el oxígeno que respiramos, el carbono de nuestros azúcares, el nitrógeno de nuestras proteínas, el hierro de nuestra sangre y de nuestras herramientas, el aluminio de nuestras cacerolas, el fluor de nuestros dientes, el calcio de nuestros huesos, el magnesio de la clorofila, el oro de los anillos, todo, todo

Cada uno, CADA UNO de esos átomos, fueron forjados en los núcleos supercalientes de estrellas de generaciones anteriores al Sol.

Las estrellas nacen del gas y el polvo interestelar sembrado por generaciones anteriores. Y al final de sus vidas lo devuelven al medio interestelar.

Somos, literalmente, descendientes de las estrellas. Y, con el tiempo, seremos antepasados de futuras estrellas y planetas.

¿No es extraordinario?

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sábado, 26 de julio de 2014

El mejor telescopio

En estos días comenzó en Chile la construcción del primer telescopio de una nueva generación. Con su espejo primario de 40 metros de diámetro empequeñece a los actuales gigantes, que tienen espejos de 8 a 10 metros. El nuevo gigante pertenece al Observatorio Europeo Austral, que ya opera el fantástico Telescopio Muy Grande (VLT, con cuatro telescopios de 8 metros). No se hicieron problemas para bautizar al nuevo instrumento. Le pusieron simplemente Telescopio Extremadamente Grande (ELT en inglés, recientemente convertido a E-ELT, pero ELT sonaba mejor). En la imagen lo vemos agigantarse al lado de los ya enormes edificios del VLT. (No estará en el mismo sitio, sino en un cerro cercano.)


El espejo secundario del ELT tendrá 4 metros de diámetro, casi tan grande como el legendario de Monte Palomar. El primario estará formado por un millar de segmentos, cada uno de un metro y medio (¡el segundo telescopio más grande de la Argentina es un espejo de un metro y medio!). Un espejo adicional, de más de dos metros, tendrá 8 mil accionadores eletromecánicos que corregirán mil veces por segundo el efecto fluctuante de la atmósfera terrestre. Sus imágenes tendrán mayor nitidez que las tomadas desde la órbita terrestre por los telescopios actuales, y con sus 400 metros cuadrados permitirá ver objetos extraordinariamente tenues y lejanos.

El ELT no es el único telescopio de estas características que se construirá en las próximas décadas. Los Estados Unidos tienen planeado el Telescopio de 30 Metros (parece que se ponen de moda los nombres descriptivos para estos instrumentos). Y un consorcio internacional ya está construyendo el Telescopio Magallanes Gigante. Todos empezarán a observar en la próxima década. Serán los telescopios más grandes que veremos en nuestras vidas. La generación siguiente, con espejos de 100 metros, pertenecen todavía a un futuro lejano. El Telescopio Abrumadoramente Grande, también del ESO, lamentablemente fue cancelado. Habría sido lindo de ver...

De todos modos, para el aficionado todas estas cuestiones son irrelevantes. Hay una única regla válida:

EL MEJOR TELESCOPIO ES EL QUE MÁS SE USA
 

La ilustración del ELT junto al VLT es del ESO. La comparación del tamaño de los espejos es del usuario Cmglee, de Wikipedia (CC BY-SA).

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