sábado, 15 de septiembre de 2018

Misterios de las Pléyades

Mi amigo Phil Plait (alias BadAstronomer) me escribió con motivo de mis artículos sobre la distancia a las Pléyades (lo que conté en julio aquí), que alcanzaron cierta notoriedad. Me dijo que le llamaba la atención que las estrellas más brillantes estuvieran alineadas y apuntando hacia nosotros. ¿What are the chances?, dice Phil.

Es ciertamente una rareza. Justamente lo estábamos analizando con Dennis Stello, un astrónomo australiano que también se interesó en el cálculo porque un trabajo suyo anterior le sugería que el cúmulo era muy "alargado". Los datos de Gaia DR2 efectivamente muestran un alargamiento. Mi gráfico tridimensional era engañoso porque mostraba en dos direcciones la ascención recta y la declinación, y pársecs en la otra dirección. Convirtiendo todo a pársecs tenemos una mejor impresón de la forma espacial del cúmulo.

De todos modos, está la cuestión de las estrellas brillantes, que son además las peso pesado del cúmulo. What are the chances, insiste Phil. Si miramos la distribución de paralajes (el histograma que ya mostré), la gran mayoría de las estrellas están en el pico de la campana. Si ponemos las Siete Hermanas con sus paralajes vemos que casi todas ellas tienen paralajes muy grandes. Cuatro de ellas están a más de 3 sigmas del valor medio, tres a más de 4 sigmas, y las dos más extremas, Maia y Merope, ¡están casi a 5 sigmas! ¿What are the chances? Si las estrellas estuvieran dispuestas al azar, la probabilidad de estar a más de 3 sigmas sería 3%, a más de 4 sigmas apenas 1 en 16 mil, y a más de 5 sigmas un despreciable 1 en más de un millón y medio. ¿Y justo las más brillantes? Mmmm.

Si se fijan bien, las paralajes de estas estrellas brillantes están afectadas de errores de medición más bien grandes, del orden de los miliarcosegundos. Las barras horizontales que les puse muestran que bien podrían estar más cerca del centro del cúmulo. Resulta que estos errores son anormalmente grandes, porque los instrumentos de Gaia están bien afinados para funcionar con precisión óptima entre magnitudes 6 y 15. En un gráfico de magnitud vs distancia, donde usamos el tamaño de los símbolos para indicar el error de la paralaje, vemos que las Siete Hermanas se separan del resto allá arriba a la izquierda: las más brillantes, muy cercanas, con errores grandes.

Acá pueden estar pasando tres cosas. O bien las paralajes de estas estrellas brillantes están sistemáticamente mal de una manera especial (puede ser, los errores sistemáticos son notoriamente difíciles de evaluar, y la opción "recomendada" por Gaia de sumar 0.3 miliarcosegundos mueve a todas las estrellas a la vez). O bien las Siete Hermanas forman realmente una cola (¿una marea?) del cúmulo, que justo justo apunta hacia nosotros. (¿WHAT ARE THE CHANCES?, grita Phil desde Boulder, CO). O bieeeeennnn... al menos algunas de las Siete Hermanas no forman parte del cúmulo. Después de todo, el cúmulo está justo atravesando una nebulosa ajena, bien podría haber estrellas también en su camino. ¿Hay algún indicio en los demás datos de Gaia DR2? Este gráfico muestra el movimiento propio en el cielo en función de la distancia (el tamaño y el color de los símbolos es ahora el brillo). El movimiento en el cielo es una velocidad angular, que debería ser proporcional a la distancia si el cúmulo se moviera como un cuerpo rígido en el espacio. Vemos que las inmensa mayoría de las estrellas efectivamente se amontona en una línea recta. Y de nuevo vemos estrellas brillantes (notoriamente Merope y Maia) muy lejos de esta tendencia general.

¿Entonces? No lo sabemos. No lo sé. Así es la ciencia.

Las figuras de hoy me quedaron todas un poco técnicas, así que para terminar, una imagen estereoscópica de las Pléyades, para ver cruzando los ojos. Cuidado con las Siete Hermanas, que se te vienen encima.




Thank you Phil for your comments!

D Stello and PE Nissen, The problem of the Pleiades distance: Constraints from Strömgren photometry of nearby field stars, A&A 374:105-115 (2001).

G Abramson, Around the PleiadesarXiv:1808.02968v2.

G Abramson, The distance to the Pleiades according to Gaia DR2, Res. Notes AAS, 2:150 (2018). (Este artículo llegó rápidamente a ser el más leído de la revista apenas publicado a mediados de agosto, y todavía se mantiene allí un mes después.)

This work has made use of data from the European Space Agency (ESA) mission Gaia (https://www.cosmos.esa.int/gaia), processed by the Gaia Data Processing and Analysis Consortium (DPAC, https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/dpac/consortium). Funding for the DPAC has been provided by national institutions, in particular the institutions participating in the Gaia Multilateral Agreement.

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sábado, 8 de septiembre de 2018

Trazas de otoño

La más sencilla de las fotos astronómicas es hoy en día todavía más fácil. Se trata de las trazas estelares, obtenidas haciendo una exposición muy larga con una cámara fija, de manera que el movimiento del cielo hace que las estrellas formen trazas de luz. Como en esta foto, que tomé el pasado otoño desde el balcón.


Es más fácil porque ni siquiera es una exposición larga. Son muchas exposiciones cortas, luego combinadas en un programa facilísimo de usar, StarStaX, de Markus Enzweiler. Hacer exposiciones largas de media hora o una hora de duración para obtener trazas bonitas requería una cámara réflex en la era analógica. Las imágenes digitales, en cambio, como pueden ser directamente manipuladas en la computadora, permiten combinar una multitud de fotos de exposición corta tomadas a lo largo de esa hora y producir las trazas. Lo único que hace falta es que las estrellas aparezcan en cada foto, naturalmente. Pero cualquier cámara compacta de hoy en día puede hacer exposiciones de hasta 15 segundos en las que saldrán las estrellas. Lo que sí es importante es dejar la cámara bien quieta, preferentemente en un trípode.

El bonito efecto de "cometa" que tienen las trazas en la foto de arriba también es posible gracias al software. StarStaX también es capaz de producir trazas "normales", así:


¿Reconocen las constelaciones en la foto movida? Arriba a la derecha se identifica la Cruz del Sur, acostada. Cerca del horizonte los más conocedores verán la inequívoca forma del Escorpión. La "estrella" fuera de lugar es el planeta Júpiter. Aquí va una versión anotada:


Las estrellas, en su movimiento, parecen girar en sentido horario alrededor de un punto arriba a la derecha: el polo sur celeste. Lo vemos vacío de estrellas brillantes. En el hemisferio norte, en cambio, está Polaris, alrededor de la cual giran las estrellas en sentido antihorario. Por supuesto, esto es así porque la Tierra es redonda. Si fuera plana no hay manera de que esto ocurra, no importa lo que inventen los increíbles terraplanistas de la era moderna. Piénsenlo. No hay manera.

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sábado, 1 de septiembre de 2018

Parábola de la materia oscura

Leí esto en algún lado (creo que en Starts with a Bang) y quería contarlo. No porque sea posible ni mucho menos, sino porque evoca una imagen fascinante, ya verán.

La idea es la siguiente: supongamos que por acción de un maleficio, o de un experimento fallido, o de un arma de un supervillano (¡mua-ha-ha!), de golpe toda tu materia, tus átomos, tus protonesneutroneselectrones, se convierten en materia oscura. ¡Ah!, ¿y qué es la materia oscura? La verdad que no lo sabemos muy bien. No sabemos casi nada, mejor dicho. Para la parábola de hoy bastará lo poco que sabemos: es muy distinta de la materia ordinaria. Entre otras cosas, no la afectan ni la fuerza electromagnética ni las fuerzas "débil" y "fuerte" que mantienen el orden en el universo subatómico. Así que en el instante en que tus partículas subatómicas se convierten en ¿partículas? de materia oscura, tus átomos se desarman. Ah, y te morís.

¿Y qué pasa luego? Cada partícula de nuestro cuerpo se está moviendo por agitación térmica, así que libradas a su nueva identidad oscura, nuestras  (¿nuestras?) partículas ahora oscuras siguen moviéndose con la velocidad que tenían. Lo único que siente la materia oscura es la fuerza de la gravedad. Así que siguen sintiendo la presencia de la Tierra. ¿Escaparán al espacio? ¿Al infinito y más allá? La física de la materia oscura será misteriosa, pero la Mecánica Estadística es implacable: nos enseña que sus velocidades estarán dadas por la distribución de Maxwell-Boltzmann. Su velocidad típica (térmica) será de un par de kilómetros por segundo, apuntando para todos lados. La velocidad de escape de la Tierra es de 11 km/s, así que no, las partículas de materia oscura no escapan de la gravedad terrestre. Siguen simplemente trayectorias parabólicas como en los problemas de tiro oblicuo que resolvíamos en el Colegio, en Física I o en Angry Birds.

Cualquier tiro oblicuo a velocidad inicial menor que la de escape, cuando llega al piso se detiene. Pero la materia oscura es como la Selección: nada detiene su caída. No "siente" la presencia de la materia ordinaria, así que pasa de largo piso, paredes, lo que sea. Lo que nos pareció al principio una parábola de un tiro oblicuo es en realidad un pedacito de una trayectoria elíptica, ya que cada partícula oscura queda en órbita alrededor del centro de la Tierra. Como en la famosa ilustración de Newton, pero atravesando la Tierra. ¡Ja!

Pero lo más interesante viene ahora: esas órbitas son órbitas terrestres bajas. Bueno, casi, pero me da fiaca calcularlas mejor. Es muy sencillo encontrar su período. Lo hicimos ayer en el curso de Mecánica clásica: son unos 85 minutos (es casi lo que tarda la Estación Espacial Internacional en dar una vuelta al mundo). Así que 85 minutos después... todas las partículas, todas ellas, billionsandbillions, volverán a encontrarse exactamente donde salieron. No en el mismo lugar del planeta, porque la Tierra mientras tanto gira, sino unos 20 grados más al oeste. Pero fugazmente tu cuerpo enterito se reconstruirá, una y otra vez, cada horita y media. Si hay una oportunidad para traerte de vuelta al mundo de la materia ordinaria, hay que hacerlo en ese momento; en cualquier otro tus partículas subatómicas estarán desparramadas por todo el planeta (¡incluso en la parte de adentro!). No hay que demorarse mucho, eso sí, porque la materia oscura siente también la gravedad de la Luna, y su fuerza de marea (imperceptible cuando tenías tamaño humano, pero significativa ahora que abarcás el mundo) terminará espaguetizando su configuración hasta que sea imposible recuperarte del mundo oscuro.

¿No es una idea buenísima para un cuento, o una película de Marvel? Ahí tenés.

Bueno, ¿pero qué es la materia oscura? Quedará para otro día.

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sábado, 25 de agosto de 2018

El Delfín y el Cazador

Corre el año 1814. El mundo arde en guerras interminables. El Almirante Brown sitia Montevideo y logra la rendición del último Virrey del Río de la Plata. Los británicos se baten con los norteamericanos hasta en Valparaíso. Génova cae en manos británicas. Los ejércitos de Napoleón son derrotados una y otra vez, hasta que el Emperador es forzado a abdicar y exiliarse en la isla de Elba. El Papa Pío VII restaura la Orden de los Jesuitas. Stephenson prueba su primera locomotora. Gervasio Posadas se convierte en primer Director Supremo del Río de la Plata. Mientras tanto, en Sicilia...


En la Specola de Palermo, el observatorio astronómico fundado por el Padre Piazzi, su colaborador Niccolò Cacciatore se apresta a publicar la revisión del catálogo estelar cuya primera edición, en 1803, habían preparado juntos. Piazzi figurará como autor, pero desde hace años el presbítero, uno de los astrónomos más prestigiosos de Europa al cambiar el siglo, está ciego, y el proyecto ha estado a cargo de Cacciatore. El nuevo catálogo será una obra maestra. A diferencia de catálogos anteriores, en los cuales se tabulan las posiciones observadas de las estrellas, Niccolò ha procesado matemáticamente las mediciones tomadas con el magnífico telescopio Ramsden del observatorio, reduciéndolas para eliminar los errores de medición e instrumentales.

El catálogo de 1814 (no así el de 1803) tiene los nombres de muchas estrellas. En la mayoría de los casos son ancestrales, consagrados por siglos o hasta milenios de uso. Muchos son nombres árabes, de significado oscuro. Palabras fonéticamente raras para un europeo: Alnitak, Unukahai, Zubenelgenubi... Por supuesto, no todas las estrellas tienen nombres propios: los telescopios han revelado una inmensidad de estrellas anónimas, que los astrónomos identifican meramente por sus designaciones en los catálogos. Pero también algunas estrellas relativamente brillantes han quedado sin nombre. No súper brillantes, no en constelaciones glamorosas como Orión o Sagitario. Pero sí en constelaciones de segunda: el Delfín, ponele. Niccolò observa un par de estrellas en el Delfín sin nombres tradicionales y decide bautizarlas. ¿Por qué lo hizo? ¿Una broma, un scherzo? ¿Un capricho de la canícula siciliana? ¿Un mensaje secreto de la Cosa Nostra? Alpha y Beta Delphini aparecen en el catálogo como Svalocin y Rotanev.

La publicación fue un éxito: recibió unánimes elogios de la comunidad astronómica, y hasta una medalla del Instituto Real de Francia. Pasaron los años, Piazzi murió en 1826 y Cacciatore se convirtió en director del Observatorio; en 1838 Bessel midió la distancia a la "estrella voladora" de Piazzi; el propio Cacciatore murió en 1841... En 1844 el Almirante William Smyth, en preparación de su famoso Catálogo Benford, tomó nota:

"Alpha Delphini aparece con el cacofónico y barbárico epíteto Svalocin en el Catálogo de Palermo. Revisando textos del Almagesto, El Battani, Ibn Yunis y otras autoridades, no logro hacer ninguna conjetura racional del posible error de lectura, escritura o aplicación que haya dado lugar a tan extraña metamorfosis."

Recién en 1859 el Reverendo Thomas Webb descubrió el misterio. En su Celestial Objects for Common Telescopes explica que el nombre de Niccolò Cacciatore, latinizado, sería Nicolavs Venator. Invirtiendo el orden de las letras: Svalocin Rotanev. El tipo vio una oportunidad: en la tapa del catálogo figura el nombre de Giuseppe Piazzi, pero el verdadero autor se las arregló para esconder su propio nombre entre las estrellas. ¡Chan!

La Unión Astronómica Internacional reconoce los nombres de 330 estrellas. Entre ellas están Sualocin (con u) y Rotanev, pero no están las estrellas del Apollo, Regor, Navi y Dnoces, también nombres invertidos de uso tradicional más reciente.

Mark Hurn, bibliotecario del Instituto de Astronomía de Cambridge, ha identificado en el catálogo de Palermo otras estrellas con nombres sospechosos: Asmidiske e Iclarkrau. ¿Qué historia esconden estos nombres? Tal vez nunca lo sabremos.
 

Agradezco a Daniel Chiesa, de la Asociación de Aficionados a la Astronomía Bariloche, que descubrió esta fascinante avivada siciliana y nos la contó.

El Catálogo de Palermo, Praecipuarum stellarum inerrantium positiones mediae, puede obtenerse en la web por gentileza del ETH Zürich, de donde tomé la imagen.

El trabajo de Mark Hurn, Secrets of the 1814 Palermo Star Catalogue, fue presentado en la reunión de 2003 de la Society for the History of Astronomy. Hurn encuentra también sospechosos los nombres Sceptrum (53 Eridani) y Zavijava (β Virginis), ambos aceptados actualmente por la IAU. Sceptrum es un zombie de una constelación desaparecida, el Cetro de Brandeburgo, inventada por el astrónomo Gottfried Kirch en el siglo XVII y en uso a principios del XIX. Zavijava es un nombre tradicional árabe, apócope de "esquina del perro ladrador" (debe ser la esquina de mi casa). Asmidiske podría ser Ksi Puppis, o un error por Aspidiske (Iota Car, que está en otro lugar y es de otra magnitud). Iclarkrau, que parece ser Delta Scorpii, tiene un nombre mucho más conocido: Dschubba, una estrella notable que ya hemos comentado.

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