sábado, 24 de octubre de 2020

El descubrimiento de Marte

¿Cómo "el descubrimiento de Marte"? El planeta Marte, visible a simple vista, es una de las "estrellas vagabundas" conocidas desde la Antigüedad. No tenemos idea, ni podemos tenerla, de quién fue el primero que se dio cuenta de que no era una de las estrellas fijas

¿O sí?

No, no. Pero resulta que, así como cada tanto alguien descubre algo y no se da cuenta (como Galileo, que fue el primero en observar el planeta Neptuno siglos antes de su descubrimiento oficial), a veces alguien cree descubrir algo ¡que ya estaba descubierto! 

Hace poco publicaron en un grupo que frecuento la siguiente publicación, que apareció en 2018 en The Astronomer's Telegram:

Optical transient es la expresión técnica para referirse a cualquier luz fuera de lugar en el cielo, típicamente de corta duración: desde segundos hasta algunos días, o meses, o incluso unos pocos años. Puede ser un meteoro, o algo más interesante como una nova, una supernova u otro evento cataclísmico. Como son transitorios vale la pena anunciarlos rápido para que se los pueda observar antes de que desaparezcan. Peter Dunsby describió su transitorio como muy brillante (primera magnitud), visible durante horas, inmóvil, y ausente 12 días antes o en los archivos del Digital Sky Survey. Así que Dunsby, físico teórico y astrónomo aficionado (un poco como yo), recomendaba fuertemente que su observación, para establecer de qué se trataba. ¿Sería la famosa supernova cercana que todos estamos esperando? ¡Aaahhh!

No era. El propio Dunsby, apenas 40 minutos después, publicó un segundo telegrama:

¡Ah, jaja! ¡Era Marte! ¡Chan! Al pobre Dunsby lo escarnizaron de lo lindo en la web: "Astrónomo anuncia que ha descubierto... Marte", dijo Science News. "Resultó que era Marte", tituló Newsweek, y cosas por el estilo. Googléenlo. The Astronomer's Telegram le otorgó este certificado, que hicieron público en el Twitter oficial de la organización. ¡Descubridor de Marte! 

A mí me hubiera encantado el honor. Y lo digo porque pudo pasarme a mí. El 15 de mayo de 2010 estuve un par de horas haciendo fotos de unos cúmulos estelares que están entre mis favoritos: NGC 2451 y NGC 2477 (ya mostré las fotos aquí). Estaba completamente solo, en el fondo del Centro Atómico Bariloche. Como a las 21:30 había terminado (ventajas del invierno, terminás temprano). Estaba cansado, porque había hecho el guiado manual del telescopio (mi robotito es del 2012), hacía frío, tenía ganas de volver a casa. Mientras juntaba todo vi, hacia el norte, la inconfundible constelación de Leo... ¡con una estrella fuera de lugar! Primera magnitud, roja, tal cual me imagino que veremos la famosa supernova cercana. Me corrió un escalofrío. No tenía celular, si no le habría ganado a Dunsby por 8 años. Por supuesto, ya saben lo que pasó cuando volví a casa y revisé en la computadora. Era Marte, claro. Fue un prescubrimiento del descubrimiento de Dunsby, así como el de Galileo fue un prescubrimiento del descubrimiento de Le Verrier y Galle.

Aprovechen a observar Marte ahora, que está en una oposición favorable. Marte es tan chiquito que suele decepcionar a los aficionados principiantes, así que conviene observarlo durante las oposiciones, que ocurren cada dos años, y que no son todas iguales: todas las próximas serán peores, hasta 2035.


The Astronomer's Telegram es un servicio moderno para reportar astronomical transients. No son telegramas en el sentido antiguo de la palabra, sino que toma su nombre del servicio original de descubrimientos astronómicos, que todavía existe y que sí usaba telegramas en otros tiempos, llamado Central Bureau for Astronomical Telegrams, una oficina de la Unión Astronómica Internacional que hoy en día funciona en la universidad de Harvard.

sábado, 17 de octubre de 2020

Preludio a la Gran Conjunción

En este blog somos fans de las conjunciones, ya se sabe. Así que no podemos dejar pasar las preciosuras que están ocurriendo en la segunda mitad de este año. Coincidiendo con un Marte extraordinariamente brillante hemos visto varias escenas como ésta:

Marte es la estrella increíblemente roja junto a la Luna. Ese día en septiembre, y también un mes más tarde en octubre, desde algunos lugares de la Tierra incluso vieron a la Luna ocultar el planeta. En mi foto, tomada con una lente de fotografía, claramente se ve que Marte no es una estrella: está resuelto. En la foto original mide unos 5 o 6 pixels de diámetro, mientras que la Luna mide 500. Dado que la Luna mide medio grado, o sea 1800 segundos de arco, Marte tendría 19.8 segundos. Una verificación en Cartes du Ciel me dice que el planeta medía 19.7 segundos de arco ese día. Así que sí: es un planeta. En Bariloche no pude observar la extraordinaria conjunción del 2 de octubre, pero vean esta preciosidad fotografiada a través de un pequeño telescopio por mi amiga Andrea Anfossi, por ejemplo. Noten los sutiles colores de los mares de la Luna, de paso, producto de su diversa geología. 

A propósito, si tienen un telescopio aprovechen a observar Marte este mes, hace mucho que no lo teníamos tan cerca, y no se repetirá hasta dentro de muchos años.

También tenemos en estos meses a Saturno muy cerca de Júpiter, que en esta foto reciben también la visita de la Luna:

Las conjunciones de Júpiter con la Luna siempre son encantadoras, especialmente cuando hay algunas nubecitas que se pongan coloridas.

Júpiter y Saturno están transitando la constelación de Sagitario en estos meses, y en realidad en estas fotos tenemos que mencionar también al pequeño Plutón, completamente invisible a simple vista, y difícil de distinguir en un telescopio en medio de la multitud de estrellas del medio de la Vía Lactea. Yo no pude identificarlo en estas fotos tomadas con una lente de fotografía. Está por ahí cerca del circulito de los 8 grados en la foto de abajo. Pero sí se ven tres de los grandes satélites de Júpiter (Io está perdido en el resplandor del planeta).

Si buscan a los dos planetas gigantes esta semana en el cielo los van a encontrar más cercanos, a unos 6 grados. Y van a seguir acercándose, hasta alcanzar el 21 de diciembre una proximidad extraordinaria: ¡un décimo de grado! Las órbitas de Júpiter y Saturno hacen que estos encuentros, llamados Gran Conjunción, se produzcan cada 20 años más o menos, pero rara vez son tan cercanos. El único comparable en tiempos recientes fue en 1961, con los planetas separados por el doble, dos décimas de grado. Y no volverá a ocurrir en mucho, mucho tiempo. 

La Gran Conjunción es tan extraordinaria que volveremos a ocuparnos de ella.


Las fotos son mías. Salvo la de Andrea, que es de Andrea.

sábado, 10 de octubre de 2020

El futuro está en el centro

Este año, el Premio Nobel de Física ha sido otorgado de manera compartida a tres científicos que contribuyeron enormemente a lo que sabemos sobre los objetos más enigmáticos del mundo natural, los agujeros negros. Una mitad del premio es para Roger Penrose, por un trabajo crucial publicado en enero de 1965 (un mes antes de mi nacimiento). La otra mitad la comparten Reinhard Genzel y Andrea Ghez, líderes de equipos de astronomía en Alemania y en Estado Unidos, respectivamente, que han escudriñado el centro de la Vía Láctea con telescopios gigantes para estudiar el agujero negro que allí se encuentra.

Roger Penrose es un matemático y físico genial, uno de los más brillantes del siglo XX, y a sus 89 años debe estar súper contento. El tipo de agujero negro que Penrose estudió en su famoso paper de 1965 había sido descubierto por Schwarzchild inmediatamente después de que Einstein publicara su teoría de la gravedad, la Relatividad General. La solución de Schwarzchild parecía al principio una curiosidad matemática, y de hecho las singularidades que presentaba hacían sospechar que había algo que no se entendía, y hasta se llegó a sugerir que la Relatividad General estaba directamente mal. Esas singularidades eran valores infinitos físicamente imposibles, y si bien una de ellas fue removida en los años 20 (no era una singularidad física, sino que dependía del sistema de coordenadas), la otra se resistía a irse. 

Llevó décadas hasta que en los años post Segunda Guerra Mundial los físicos se interesaron en la posibilidad de que los agujeros negros realmente existieran en la naturaleza, por colapso gravitatorio de estrellas masivas. Se formaron bandos, como suele ocurrir, integrados por quienes sostenían que la implosión de una estrella producía una singularidad, y quienes decían que no. Estos bandos no estaban fundados en opiniones ni ideología, por supuesto, sino en cálculos matemáticos. Pero la Relatividad General es complicada (es no lineal), y los cálculos requieren aproximaciones que, así como convencían a unos, dejaban escépticos a otros. Esto, sumado a las dificultades conceptuales que incluso hasta hoy en día tiene la naturaleza del espacio-tiempo. Por ejemplo: visto desde afuera el colapso de la estrella queda como congelado antes de llegar al centro, pero parados en la estrella se colapsa hasta el centro sin problema (¿qué tul? más sobre esto otro día). En este contexto Penrose demostró que, si la gravedad está correctamente descripta por Einstein, las condiciones de la estrella en implosión eran irrelevantes y se formaba necesariamente un agujero negro, con su horizonte de eventos y su singularidad en el medio. En la justificación del premio dicen que es "una predicción robusta", pero es más: es inevitable. El paper es cortito, y es un teorema en el sentido matemático, sin aproximaciones ni nada. Usó técnicas novedosas, y la conclusión más fácil de describir en palabras es que, dentro del horizonte, todas las trayectorias apuntan hacia el centro. Esto es tremendo. Si estás adentro, ¡no podés salir, porque todas tus trayectorias posibles apuntan hacia el centro! Esto es, por supuesto, lo que le da al agujero su negrura: la luz no puede salir, porque necesariamente tiene que viajar hacia el centro. Alejarse del centro es tan imposible como viajar al pasado. ¿Por qué? Porque dentro del horizonte de eventos, el futuro está en el centro, donde apuntan todas las trayectorias.

Penrose publicó muchos más resultados sobre los agujeros negros. Demostró que no hay singularidades desnudas, sino que siempre están envueltas en estos horizontes de eventos. Inspiró a Stephen Hawking en sus años de estudiante, y juntos demostraron que la singularidad también existía a escala cosmológica: el Big Bang es inevitable en un universo gobernado por la gravedad de Einstein (estoy segurísimo de que el premio hubiera sido compartido con Hawking si no hubiese fallecido). También demostró que si el agujero negro rota (la métrica de Kerr), la rotación acumula energía en el espacio-tiempo afuera del horizonte. Y por estar afuera, esa energía puede salir, puede hacer trabajo, y puede explicar la intensa radiación de los misteriosos quasars que se estaban descubriendo en esos años. Además, inventó un embaldosado aperiódico que es una preciosidad, y que tiene cierta relevancia astronómica así que ya aparecerá por acá. Penrose, como muchos genios, es un personaje controversial, y tiene ideas sobre la conciencia, sobre la inteligencia artificial, sobre la mecánica cuántica, que nos han hecho pensar y nos han dejado un poco incrédulos. Pero el premio por los agujeros negros, merecidísimo.

Afuera del horizonte no ocurre lo mismo que adentro: se puede estar en órbita de un agujero negro, sin ningún problema, porque las trayectorias pueden apuntar "de costado" (como la línea de rayas de la figura de arriba). Puede haber gas y polvo en órbita, restos de la materia que formaba la estrella que colapsó, por ejemplo. Y también puede haber estrellas en órbita. Cuando en la década de 1990 se empezó a sospechar que las galaxias albergaban en sus centros agujeros negros gigantes (como es el caso de M87, que vimos fotografiado el año pasado), Reinhard Genzel y Andrea Ghez usaron los telescopios más grandes del mundo para empezar a observar sistemáticamente el movimiento de las estrellas que se acumulan en el centro de la Vía Láctea. Nuestro Sol tarda 250 millones de años en completar una órbita, pero las estrellas cercanas al centro se mueven mucho más rápido, así como Mercurio se mueve en su órbita más rápido que la Tierra. En apenas 16 años lograron observar una de esas estrellas completar una órbita, la de la imagen. Contado así parece fácil, pero lo que lograron es extraordinariamente difícil. Esto permitió calcular la masa del objeto central, que resultó ser millones de veces más pesado que el Sol. Pero en el foco de esa elipse orbital no se ve nada. No hay una estrella superpesada: hay solamente oscuridad, ondas de radio (la fuente Sagitario A*), y millones de masas solares, en un espacio mucho más pequeño que el sistema solar. El comité Nobel dice que se trata de "un objeto compacto supermasivo". Dejame de embromar: es un agujero negro. Bien por Genzel, Ghenz (que no había nacido cuando Penrose publicó su paper) y sus equipos del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (usando el Very Large Telescope) y de la Universidad de California Los Angeles (usando el telescopio Keck).

Si estas cosas te parecen irrelevantes, pensá que sin la Relatividad General el GPS de tu celu no funcionaría y no habrías podido llegar a ese bar para tomarte una cerveza con tus amigos, ni el wifi de tu casa existiría si un astrónomo no lo hubiera inventado para buscar agujeros negros. Además de ayudarnos a entender cómo cuernos funciona el universo en el que vivimos, claro.



Al que le interese el tema de los agujeros negros, le va a gustar el libro de Kip Thorne (premio Nobel 2017): Black holes and time warps, en español Agujeros negros y tiempo curvo. Es uno de los mejores libros de divulgación que he leído jamás.

Hay una muy linda nota sobre Andrea Ghez en Scientific American, aquí. Y tampoco se pierdan su energética charla TED. Ghez tenía ¡30 años! cuando empezó a hacer esto, lo cual incluyó convencer a sus colegas más senior, algo no siempre fácil de hacer.

La figura del futuro apuntando hacia el centro la hice yo. Es muy loco lo que pasa en el horizonte de eventos: se intercambian el espacio y el tiempo. En el espacio puedo ir y venir, mientras que en el tiempo sólo puedo ir. Pero no quiero hacer esta nota demasiado larga. Ah, en castellano hay gente que dice "horizonte de sucesos". Están disculpados.

La foto del trío premiado es de la BBC. La foto de Penrose parado sobre el embaldosado de Penrose es de Solarflare100, en Wikipedia.

El paper de Penrose es: Gravitational collapse and space-time singularities, Physical Review Letters 14:57-59 (1965). De aquí tomé la imagen del colapso gravitacional.

El artículo divulgativo del premio está aquí. Para los interesados en algo más técnico hay también un lindo documento aquí. De éste tomé la imagen de la órbita de la estrella S2.

sábado, 3 de octubre de 2020

La oposición verdadera

¡No huyan, no se trata de una columna política! Es astronomía posta: la rara oposición verdadera de Plutón.

Dos planos (que no sean paralelos) se cortan a lo largo de una recta. Si son los planos de dos órbitas esta recta se llama línea de nodos. La peculiar órbita de Plutón, tan inclinada y tan excéntrica, hace que Plutón cruce la línea de nodos con respecto a la Tierra de manera desigual. Tarda 87 años en viajar desde el nodo ascendente hasta el descendente, y luego 161 años en volver a cruzar el nodo ascendente.


Por otra parte, cuando la Tierra se interpone entre el Sol y otro astro la situación se llama de oposición. En estos casos puede verse, en muchos cuerpos celestes, un aumento considerable de brillo, llamado opposition surge (en castellano es efecto de oposición, menos descriptivo), cuya observación es muy valiosa para caracterizar la porosidad y otras propiedades de la superficie. Es el efecto que hemos comentado acerca de la luz de la Luna. Por ejemplo, durante la oposición de Saturno el efecto es muy impresionante en el brillo de los anillos con respecto al planeta:


Cuando pasan las dos cosas a la vez, oposición y línea de nodos, la configuración se llama oposición verdadera, y podemos observar el astro con el Sol casi exactamente a nuestras espaldas. Durante la oposición de Plutón el 12 de julio de 2018 la situación fue excepcional, con el Sol a menos de un centésimo de grado de la vertical sobre Plutón. Varios telescopios aprovecharon para caracterizar la curva de luz de Plutón y Caronte bajo esta iluminación. New Horizons no pudo observarlos así durante su sobrevuelo, de manera que estas observaciones, incluso desde tan lejos, son un valioso complemento a las imágenes de alta resolución de sus superficies hechas por el robot. Todavía no vi publicaciones definitivas de los resultados, pero hace poco vi un par de comunicaciones en congresos. Desde el telescopio espacial Hubble, por ejemplo, la intensidad de la luz reflejada por Plutón y Caronte se pudo observar como se ve en esta figura. El efecto es especialmente marcado en Caronte, cuyo brillo aumentó más de un 50%.

Durante la oposición verdadera de 2018 la alineación fue tan perfecta que, desde Plutón, hubiera podido verse la Tierra (¡y la Luna!) transitando delante del Sol, en un encantador mini-doble-eclipse no del todo anular. Así:


Plutón cruzó la línea de nodos en dirección ascendente en 1931. Clyde Tombaugh lo descubrió en 1930, a pocos meses de la oposición verdadera. Por un lado, la alineación seguro contribuyó al descubrimiento, ya que Tombaugh estaba haciendo una búsqueda sistemática en el plano de la eclíptica. Por otro lado, ¿acaso el aumento de brillo por el efecto de oposición habrá jugado algún rol?


La curva de luz está adaptada de Verbiscer et al., The Pluto System at True Opposition, EPSC Abstracts Vol. 13, EPSC-DPS2019-1261-1, (2019).

Las fotos de Saturno son de Calar Alto Observatory/NASA New Horizons blog. La ilustración de la línea de nodos está hecha con Celestia. La recreación del tránsito está hecha con Stellarium.