sábado, 28 de septiembre de 2013

La estrella más lejana

Ésta es una de las notas más visitadas de este blog. Si te gusta la astronomía, no dejes de seguir leyendo el resto de En el Cielo las Estrellas... ¡No te vas a arrepentir! Publico una nota nueva cada sábado. Podés subscribirte para recibirlas por email aquí a la derecha...

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La lejanía de la Nova Delphini 2013, estrella visible a simple vista a 11 mil años luz de nosotros, me dejó pensando. ¿Cuál será la estrella más lejana visible a simple vista? Eta Carinae es una buena candidata, me dice la intuición... Pero seamos rigurosos.

El satélite Hipparcos, de la ESA, se pasó cuatro años midiendo las posiciones de las estrellas con extraordinaria precisión. Mucha más precisión que la que puede lograrse desde la superficie terrestre. Gracias a observaciones repetidas a lo largo del año se pudo calcular la distancia a unas cien mil estrellas por el método de la paralaje. Es nuestro mejor catálogo de posiciones estelares en 3D hasta ahora, y no llega muy lejos. Su trabajo va a ser continuado por GAIA dentro de un par de años. Por ahora, es lo que hay.

Usando el catálogo de Hipparcos hice el siguiente gráfico, donde cada estrella está representada por una ídem. En el eje horizontal está la distancia, y en el eje vertical está la magnitud, o sea el brillo. Ojo que las estrellas más brillantes tienen magnitud más baja (por eso dibujé estrellas más grandes abajo y más chicas arriba). Usualmente se toma la magnitud 6 como límite de lo que puede observarse a simple vista desde un sitio oscuro, así que dibujé una raya horizontal. Todas las estrellas por encima de la raya son invisibles a nuestros ojos desnudos (excepto tal vez desde una montaña alta cuando éramos más jóvenes). Todas las de abajo de la raya son visibles.


El gráfico no deja lugar a dudas: la estrella más lejana visible a simple vista es Rho Cassiopeiae. Es una hipergigante amarilla (algo rarísimo, se conoce apenas una docenita en la Vía Láctea), y una de las estrellas más luminosas conocidas. Su diámetro es 450 veces mayor que el del Sol. ¡Puesta en nuestro sistema solar llegaría más allá de la órbita de Marte! Se encuentra a 11600 años luz de nosotros (casi lo mismo que la nova). Con magnitud 4.5 es claramente visible a simple vista, si bien no desde una ciudad. Y no desde el hemisferio sur: la constelación de Casiopea no se levanta sobre el horizonte de Bariloche, y apenas lo hace desde lugares más al norte.

¿Qué alternativa tenemos en el Sur? Bueno, aparte de un grupito de estrellas más tenues (otro día las revisaré), hay otras dos que se destacan. Una de ellas es efectivamente Eta Carinae, como sospechaba. También magnitud 4.5, está a unos lejanos 7500 años luz, y es claramente visible en nuestros cielos. (Eta Car no está en el catálogo Hipparcos, la agregué a mano; su distancia se estima en 7500 a.l. pero no está medida con certeza).

La otra alternativa, con magnitud similar (4.8) y a unos vertiginosos 10000 años luz de nosotros, es (surprise!) otra nova: P Cygni, también conocida como Nova Cygni 1600 (pintada amarilla en el gráfico). Es otra hipergigante, similar a Eta Carinae, que apareció inesperadamente en el año 1600, y tras varias desapariciones y reapariciones, se estabilizó en 1715 en la magnitud que tiene actualmente. La distancia de 10000 años luz corresponde a la paralaje medida por Hipparcos, y es la reportada en la base de datos astronómicos Simbad (una referencia mundial, en la Universidad de Estrasburgo). En otras fuentes la dan mucho más cerca, pero no investigué por qué razón. P Cyg, en la constelación del Cisne, tampoco está bien ubicada para los observadores australes (si bien la tenemos sobre el horizonte ahora, a medianoche).

En el gráfico marqué otras estrellas notables, así que las comento. Pero para que no se amontonen todas a la izquierda (¡el gráfico tiene muchas más estrellas cercanas que lejanas!) voy a cambiar el eje horizontal, así:

Ahora las distancias aumentan de a potencias de 10, y se ve mejor. Se llama escala logarítmica.

La primera que me interesó es Omicron 2 Canis Majoris, una estrella de magnitud 3, bien brillante, mucho más que las de magnitud 4 y pico que venía mostrando. A 2764 años luz de nosotros, es la más lejana de todas las visibles desde una ciudad. Y es muy fácil de encontrar en el lomo del Can Mayor. Búsquenla.

Otra estrella notable por su brillo y su distancia es Rigel, la conocida luminaria azul de la pierna de Orión, a casi 900 años luz. Pero la estrella más lejana de primera magnitud no es ésta, es Deneb, también en el Cisne: está a 1400 años luz de nosotros.

En el extremo izquierdo del gráfico están las estrellas más cercanas: las tres componentes de Alfa Centauri: A, B y Proxima, claramente destacadas por su cercanía. A y B son muy brillantes, pero Proxima sólo puede verse con telescopio (o en fotos, como en esta notable secuencia de Enzo de Bernardini). Pero en brillo ninguna le gana a Sirio, la estrella más brillante del cielo: a apenas 8.6 años luz, es también una de las más cercanas.

Quienes quieran ver con sus propios ojos estos milenarios fotones no tienen más que buscar estas estrellas en el cielo. Pueden usar Stellarium o cualquier otro planetario fácil de usar. Todas estas estrellas están allí, buscables por su nombre.

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sábado, 21 de septiembre de 2013

Me mareo con la marea

En el verano, antes de viajar a Las Grutas, busqué en la Web una tabla de mareas del balneario. Las mareas son todo un tema en Las Grutas, si alguna vez fueron lo saben. Son de las más grandes del mundo, con amplitudes que sobrepasan los 9 metros entre la bajamar y la pleamar. Sí, 9 metros de altura, lo que representa cientos de metros a lo ancho de la playa. Las palabras clave "mareas" y "las grutas" me llevaron a varios foros donde la gente preguntaba si conocían el balneario, cómo era, etc. Como en cualquier foro. Me llamó la atención que unas cuantas personas hacían una observación sobre las mareas totalmente incorrecta. Algo del estilo:
"Las Grutas es así: a la mañana tenés una playa enorme; a la tarde sube la marea y la playa desaparece."
¿Qué es lo que está mal en esa observación? Evidentemente esa persona estuvo apenas unos días en Las Grutas. Y además no tiene ni idea del fenómeno de las mareas.

Inclusive algunos habitantes de Las Grutas, con experiencia más cercana, parecen ignorar los hechos básicos sobre las mareas. Escuché a un conductor de un programa de radio, mientras daba la información de las mareas del día siguiente, decirle a su compañera: "Vio que raro, la marea alta no llega todos los días a la misma hora, se va atrasando. Qué loco, ¿no?"

Esta observación, a diferencia de las que había leído en los foros, es correcta: las mareas no llegan todos los días a la misma hora, se van atrasando.

Yo creo que todo el mundo debería conocer estos fenómenos básicos sobre el mundo en que vivimos, aún cuando no sepa por qué ocurren. Así que lo voy a explicar brevemente.

Las mareas se producen por acción gravitatoria de la Luna (y, en bastante menor medida, del Sol). La gravedad de la Luna produce dos bultos de agua en los océanos, uno apuntando hacia ella y otro hacia el lado opuesto. ¿Por qué dos, y no uno solo apuntando hacia la Luna? Eso lo explicaré otro día, hoy me limitaré a la descripción.

Estos bultos existen todo el tiempo, siempre apuntando en la dirección de la Luna que lentamente describe su órbita alrededor de la Tierra en un mes. Mientras tanto, la Tierra rota sobre sí misma, bastante más rápido, en un día. Así que, sentados en nuestra reposera en la playa, vemos pasar estos bultos de agua dos veces por día. Son las mareas altas, las pleamares. Entre una y la siguiente están las mareas bajas o bajamares. Dos pleamares y dos bajamares por día.

¿Y si apuntan siempre hacia la Luna, por qué no ocurren siempre a la misma hora del día? Bueno, porque la Luna no está todos los días a la misma hora sobre nuestras cabezas. Alguna ver habrán notado que la Luna se atrasa cada día. Por ejemplo la hora de la salida de la luna llena, que a todo el mundo le gusta ver: un día sale cuando queda un resto de luz diurna, al día siguiente en medio del crepúsculo, al día siguiente cuando sale ya es de noche. La Luna completa una órbita alrededor de la Tierra en 27.3 días. Así que cada día la Luna se atrasa 24 horas dividido 27.3, unos 50 minutos. Y con ella se atrasa el bulto, y se atrasan las mareas. Si miramos una de las dos pleamares vemos algo así (Las Grutas, octubre 2013):

DíaHora más tarde 
 1/10  09:01 
2/1009:5655 min
3/1010:4347 min
4/1011:2643 min
5/1012:0741 min
6/1012:4639 min
7/1013:2438 min

El intervalo es irregular, porque además del efecto de la Luna el agua tiene que moverse, y el movimiento resulta afectado por la profundidad del mar, la forma de las costas, las corrientes, la acción del Sol, más la órbita de la Luna que no es circular y la mar en coche. Si la Tierra fuera un sólido elástico simplemente se deformaría siempre igual. ¡Ah, pero la corteza rocosa de la Tierra es un sólido elástico! Efectivamente, hay mareas de la corteza terrestre, de mucha menor amplitud, apenas centímetros. En los pozos de petróleo alcanzan a medir la diferencia de presión a medida que la roca se comprime y se expande dos veces por día. El manto, el núcleo, el aire, todo resulta afectado por el fenómeno.

Hay un fascinante detalle adicional. Dije que, en su rotación diurna, la Tierra se adelanta a los bultos de las mareas. Entonces, ¿no arrastrará un poco el agua, de manera que el bulto no apunte directamente a la Luna sino que forme un ángulo? (en el dibujo está exagerado). Efectivamente es así, y esto tiene una consecuencia sorprendente. El bulto de agua del lado de la Luna queda adelantado con respecto al centro de la Tierra. Así que el bulto tironea de la Luna, y la Luna tironea del bulto. No mucho, pero un poquito sí. Fíjense que el tironeo de la Luna se opone a la rotación de la Tierra, así que tiende a frenarla. Al mismo tiempo, el bulto tira de la Luna acelerándola, lo cual, como está en órbita, hace que se aleje.

El resultado neto es que la rotación de la Tierra se frena y la Luna se aleja. Eventualmente la Tierra se frenaría tanto que mostraría siempre la misma cara hacia la Luna. ¿Les resulta familiar? ¡Es lo que hace la Luna! Las mareas de la Tierra sobre la Luna ya produjeron este efecto hace muchísimo tiempo. En el sistema de Plutón y su luna Caronte (que son más parecidos en tamaño entre sí que la Tierra y la Luna) el proceso entero ya se completó, y cada uno mira al otro siempre con la misma cara. Pero la Tierra no alcanzará a frenarse lo suficientemente rápido, llevaría miles de millones de años y otras cosas ocurrirán antes.

Al mismo tiempo, dijimos, la Luna se aleja. ¡Esto se puede medir! Usando los espejos retroreflectores dejados por los astronautas en la Luna en la década de 1970 se puede medir la distancia a la Luna con increíble precisión. La luna se aleja de nosotros 38.247 mm por año, medido con precisión de ¡micrones por año!

Hay una frutilla en el postre. Si la Tierra se frena, ¿a dónde va la energía de su rotación? Una parte va a la órbita de la Luna que se aleja. Pero no toda. De hecho, una parte muy pequeña va a la Luna. ¡El resto se pierde! El arrastre del bulto de la pleamar no es gratis. Es un montón de agua, y al arrastrarlo se produce mucha fricción y turbulencia. La energía se disipa en forma de calor. Así se pierden la friolera de 3 TW, 3 Terawatts, 3 millones de Megawatts. Todo el tiempo. Es más que el consumo de energía eléctrica de toda la humanidad, es 7 veces el consumo de los Estados Unidos, es 8 veces la potencia eléctrica de todas las centrales nucleares del mundo... Es impresionante. La mayor parte de esta disipación ocurre en las plataformas continentales de poca profundidad, que no son muchas en el mundo: el Mar del Norte, el Mar de Bering... y el Mar Argentino, junto a la Patagonia, donde mojamos los piecitos cuando vamos a Las Grutas...


Nota para detallistas: El período orbital de la Luna alrededor de la Tierra es 27.3 días, pero el tiempo de una luna nueva a la siguiente es un poquito más largo (29.5 días), porque la Tierra se movió en su propia órbita durante ese mes, y la Luna tiene que pasarse un poquito para volver a alinearse con el Sol.

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sábado, 14 de septiembre de 2013

¿Dónde están las supernovas?

La reciente explosión de Nova Delphini 2013 me hizo contener el aliento. ¿Era posible que, después de siglos de espera, estuviésemos viendo una supernova dentro de nuestra galaxia? Pero no. Era una nova clásica como conté en aquella nota, y no la muerte cataclísmica de una estrella brillando fugazmente tanto como toda la galaxia.

¿Cuánto más tendremos que esperar? En una galaxia como la Vía Láctea explotan 2 o 3 supernovas por siglo. La última fue la supernova de Kepler, en 1604. Alcanzó magnitud -2.5, visible de día durante semanas. Era la segunda en una generación, ya que en 1572 estalló la que descubrió Tycho Brahe. Y después... ¡nada!

La galaxia es inmensa. Es tan grande que la luz se comporta de una manera poco familiar. En casa apretamos un botón y la luz llena de inmediato toda la habitación. En la Vía Láctea no es así. Cuando se "prende" una supernova, su luz tarda mil siglos en "llenarla". Durante todo ese tiempo las supernovas siguen explotando, 2 o 3 por siglo. Así que la luz de un par de miles de supernovas viaja por la galaxia, ¡todo el tiempo! En este mismo momento sus fotones vuelan hacia nosotros desde miles de direcciones diferentes. ¿Cuál llegará primero?

De pronto tuve una visión, que intentaré compartir aquí. Las explosiones son muy breves, así que la luz de una supernova forma una especie de burbuja de luz, cuyo radio va creciendo a 300 mil kilómetros por segundo, la velocidad de la luz. ¿Se imaginan dos mil burbujas de luz expandiéndose en la galaxia? ¿Y nuestro sistema solar ahí en medio, esquivándolas durante siglos? Así fue mi visión, y quise representarlo gráficamente. Éste es el resultado. Puse apenas un par de docenas de burbujas. Imagínense lo mismo con 2000...


La mayor parte de las explosiones ocurren en el disco de la galaxia, porque allí están la mayoría de las estellas. Pero algunas están por encima, y otras por debajo. Cada burbuja tiene un tamaño distinto, correspondiente al tiempo que lleva expandiéndose. Las burbujas más grandes son explosiones más antiguas. Vemos una que ocupa media galaxia: ésa explotó hace 25 mil años. Las más chiquitas son más recientes, apenas comienzan su viaje interestelar. Las de Tycho y Kepler están allí, para quien quiera buscarlas. ¿Y nuestro Sol, ahí en medio, cómo hace para esquivar semejante maraña? No sé, tenemos muy mala suerte.

Pero es inevitable. A menos que las estrellas de nuestra galaxia hayan declarado una huelga de supernovas (y no hay ninguna razón para imaginar algo por el estilo), uno de esos frentes de luz está a punto de pasar por encima nuestro. Es cuestión de esperar. Tal vez podamos compartirlo aquí.


Las ilustraciones están basada en la imagen de la Vía Láctea de Nick Risinger, mi favorita. La ilustración de las burbujas de supernovas usa además el Hubble Ultra Deep Field para el fondo, y parte de una foto de M104 (ambas NASA/ESA/STScI). La ilustración está disponible en alta resolución para quien la solicite.

No sé si valge la pena decirlo, pero no se podría ver lo que he representado. La única manera de ver la luz de una supernova es que la luz llegue a nuestros ojos: no se puede ver una burbuja de luz "de costado".

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sábado, 7 de septiembre de 2013

Nova Velorum 1999 y una luz del Paleolítico

La reciente explosión de la Nova del Delfín necesariamente me trajo recuerdos de Nova Velorum 1999. Fue una nova extraordinaria, muy brillante (alcanzó magnitud 2.5, frente a 4.3 de la del Delfín). Y para mí fue especial porque fue mi segunda astrofoto.

Yo tenía mi primer telescopio y quería iniciarme en la fotografía del cielo. Imaginaba (como tal vez imagina todo el mundo) que había que apuntar con la cámara por el ocular del telescopio. Mi amigo Damián me mostró que no era necesario, que se podía poner la cámara sobre el telescopio, con su propia lente, esencialmente usando el telescopio como una plataforma móvil. Mi primer telescopio no tenía motor para seguir el movimiento del cielo. Pero mirando por el ocular se podía mantener una estrella centrada usando los tornillos de movimiento fino. Es facilísimo, y súper satisfactorio. Quien sueñe con iniciarse en la fotografía astronómica de larga exposición debería intentarlo.

Nuestra primera foto fue en marzo de 1999. Fotografiamos la región de la Vía Láctea alrededor de la Nebulosa de Carina. Y al poco tiempo, en mayo, explotó Nova Velorum en el mismo campo estelar. Así que la fotografiamos en nuestra segunda salida (hay que recordar que fotografiar con película era mucho más complicado, largo y caro que hoy en día con las cámaras digitales). Aquí están las dos fotos (escaneadas hace años), superpuestas de la mejor manera que pude. La nova está señalada, y se la distingue fácilmente. Astrofoto número 1 y astrofoto número 2.

Fíjense que la nova se ve roja. Sé que la película fotográfica es mucho más sensible al color rojo que el sensor de mi cámara digital (basta notar el glorioso rojo hidrógeno de la nebulosa). De todos modos, me decepcionó que Nova Delphini no fuera tan roja en esta foto. Entonces me fijé en las curvas de luz en función del tiempo que los aficionados a las estrellas variables ya han archivado en la AAVSO. Los primeros 15 días muestran ésto:


Los puntos negros son observaciones visuales. Los rojos y los azules son mediciones fotográficas con filtros rojo y azul. Y claramente se ve que el rojo es más brillante que el azul, así que Nova Delphini también es más bien roja. (¿Hay un segundo pico el día 18? Nadie lo comentó, pero a mí me parece que sí.)

Ya que estaba, usé estos datos para hacer una estimación de la distancia de la estrella. Resulta que todas las novas explotan más o menos con la misma intensidad. Como conté hace poco, la explosión se produce cuando se acumula en su superficie la cantidad suficiente de hidrógeno para iniciar la reacción de fusión nuclear. Esta cantidad no depende de la estrella, así que siempre da más o menos el mismo brillo. En particular, los astrónomos han observado que es mejor usar el brillo de la estrella 15 días después del máximo. En ese momento todas las novas "lentas" (como ésta) brillan con magnitud absoluta de -5.9. Claro que, como las vemos a distintas distancias, las vemos con distintos brillos en nuestro cielo. Distintas magnitudes aparentes. Pero es muy fácil relacionar las tres cantidades: magnitud aparente, magnitud absoluta y distancia:

M = m - 5 (log d -1)

donde M es la magnitud absoluta, m la aparente y d la distancia en parsecs. Poniendo M = -5.9 y m = 6.75 se obtiene d = 3400 parsecs = 11000 años luz.

¡Once mil años luz! La gran mayoría de las estrellas que vemos en el cielo están a algunos cientos de años luz. Algunas están a pocos miles de años luz. Las estrellas más lejanas en general no son suficientemente brillantes para verlas a simple vista individualmente. Pero una nova sí. Nova Delphini 2013 explotó durante el Paleolítico tardío, al tiempo que los primeros argentinos pintaban la Cueva de las Manos. Que lo tiró.

¡Qué pena que no pude ver a Nova Delphini a simple vista! Desde mi balcón en el centro de Bariloche no pude verla cuando brillaba a magnitud 4. Pero conozco gente que sí la vio. Eric González, por ejemplo, me contó que la vio cuando tomó esta foto a pedido mío con el telescopio de La Punta (de uso público por la web, lo recomiendo).

Según este artículo, la distancia a V382 Vel (que es otro nombre de Nova Vel 1999) es 1700 parsecs. La fórmula de arriba y la curva de luz correspondiente dan 1900 parsecs, así que mi estimación debe estar más o menos bien.


(Para los curiosos: La fórmula en el caso de Nova Velorum 1999 es -5.5 = 6 - 5 (log d -1), con -5.5 en lugar de -5.9 porque se trata de una "nova rápida".)

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