M73: Esto no es un objeto

Todos los catálogos astronómicos tienen errores. Hace poco señalé que un cúmulo globular de la Nube Menor de Magallanes aparece como galaxia en el catálogo LEDA. ¿Y si se equivocan los robots que hacen los catálogos modernos, cómo no se iban a equivocar los astrónomos humanos que hicieron los primeros? El año pasado conté que la galaxia NGC 2903 estaba increíblemente ausente del catálogo de Charles Messier, del siglo XVIII. Si bien no es exactamente un error, el que voy a contar hoy sí lo es.

Recordemos que Messier era un cazador de cometas, y que compiló "con el mayor cuidado" (como dice ahí en la presentación) su Catálogo de Nebulosas y Cúmulos Estelares para tener una lista de objetos que podían confundirse fácilmente con cometas, para no equivocarse. Casi todos ellos son nebulosas, galaxias, cúmulos abiertos y globulares que, efectivamente, se ven como un cometa a través de un telescopio pequeño. Casi todos. Porque además está Messier 73:

¿Qué estabas pensando, Messier? ¡Son cuatro estrellas! Efectivamente, en el catálogo original aparece descripto así:

«Cúmulo de tres o cuatro estrellitas, que parece una nebulosa a primera vista, contiene un poco de nebulosidad; este cúmulo se sitúa sobre el paralelo de la nebulosa anterior; la posición fue determinada por la misma estrella Nu Aquarii.»

En sus Unpublished Observations of Messier's Nebulae and Clusters (1783), William Herschel señala sobre M73: «Consiste en unas pocas estrellas dispuestas en forma triangular. Ninguna nebulosidad entre ellas.» Su hijo John incorporó M73 a su General Catalogue, con el número GC 4617, y vemos que le resultó sospechoso porque codificó su aspecto como: Cl??; eP; vlC; no neb (que significa: Cúmulo??; extremadamente pobre; muy poco aplastado; sin nebulosidad). El trabajo de los Herschel fue completado por John Dreyer, autor del New General Catalogue. Y allí aparece M73 con el número NGC 6994, que por alguna razón perdió los signos de interrogación que delataban la duda de Herschel: Cl, eP, vlC, no neb; = M73.

Cualquier otro asterismo como éste no habría llamado la atención de nadie. Pero como estaba en los catálogos, los astrónomos siguieron preguntándose si sería un cúmulo o no hasta tiempos muy recientes. Hace algunos años salieron dos papers, con pocos meses de diferencia, acerca de la naturaleza de M73. Adivinen. ¡Uno de ellos decía que claro que sí, y el otro decía que obvio que no! Usando las ediciones recientes del catálogo de Gaia es fácil comprobar que no: M73 no es un cúmulo, sus estrellas están a distancias muy distintas de nosotros:

Esta es una buena época para observar M73. No es gran cosa, tiene sólo un valor histórico. La siguiente carta muestra su ubicación entre Acuario y Capricornio (el rectangulito gris es la foto que mostré al principio, que mide un poquito más que 1 grado de ancho. 

En esta carta, que está orientada con el Norte hacia arriba y el Este a la izquierda, se ve que M73 está muy cerquita y justo al Este de M72 (que sí es un lindo cúmulo globular), tal como lo dejó descripto Messier en el catálogo. Es decir, si uno apunta a M72 y se distrae, y deja pasar 5 minutos (porque fue a sacar la pava del fuego, ponele) y vuelve a mirar, se encuentra con M73 en el ocular. Tal vez eso es lo que le pasó a Monsieur Messier, y cuando vio el grupito de estrellas dijo "¡apa! ¿y esto?", y sin pensarlo dos veces, lo anotó, y M73, que no es un objeto, quedó inmortalizado. 

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Los papers que mencioné sobre M73 son:

CCD photometry in the region of NGC 6994: the remains of an old open cluster, de Bassino, Waldhausen y Martínez (todos ellos de la UNLP) (arxiv del 13/1/2000).

NGC 6994: an open cluster which is not an open cluster, Carraro (de Padova) (arxiv del 24/3/2000).

La foto del campo de M73 es del Sloan Digital Sky Survey (descargada en Cartes du Ciel, donde hice el mapita).

La captura de pantalla del final es del servicio Simbad del CDS, cuya escueta descripción: NGC 6994 - Not an object, me recordó los cuadros de Magritte "Esto no es una pipa".

Los recortes del catálogo de Messier son de la Connoissance des temps para el año 1784, que se consigue online.

Vindicación de Couch Adams

Cuando conté el descubrimiento de Neptuno, había un héroe y un pobre tipo. El héroe era Urbain Le Verrier, astrónomo del Observatorio de París, que le mandó a Johann Galle, de Berlín, la posición calculada del planeta conjetural. Galle lo encontró la misma noche que recibió la carta, gloria y loor honra sin par. Y el pobre tipo era John Couch Adams, del Observatorio de Cambridge, que también lo predijo, pero nadie le dio pelota. Leí recientemente más detalles sobre su vida, que quiero compartir aquí.

Resumo mínimamente la situación: después del descubrimiento casual de Urano en 1781, los astrónomos lo observaron minuciosamente para conocer su órbita. Para sorpresa de todos, durante 20 años se movió más rápido que lo que la ley de gravitación de Newton predecía. Luego se fue frenando, y durante otros 20 años se movió a la velocidad "correcta". Pero después, hacia 1820, ¡siguió frenándose cada vez más! ¿Qué pasaba con el séptimo planeta, primero descubierto en tiempos modernos? ¿Había algo mal con la gravedad de Newton? No: lo más razonable era que existiese otro planeta, más lejano, que tironeando de Urano lo hiciese acelerar a veces, y otras veces frenar. John Couch Adams, empezó a trabajar en el problema en 1841, cuando todavía era estudiante de la Universidad de Cambridge. Pretendía, dadas las posiciones de Urano, encontrar la masa y la posición del planeta ignoto. Es lo que se llama un problema inverso: dadas las consecuencias, encontrar las causas, y es algo generalmente muy difícil. A Couch Adams le llevó años de trabajo. Finalmente, en 1845-46, escribió seis cartas en rápida sucesión, enviadas al director del Observatorio de Cambridge, James Challis, y al Astrónomo Real, George Airy. Lamentablemente las cartas se contradecían unas a otras, porque Couch Adams fue descubriendo errores en sus cálculos y trató de corregir sus predicciones. Pero no eran taaaan distintas, y de hecho una de ellas era muy acertada, prediciendo la posición de Neptuno con un error de menos de 1 grado de la realidad (comparable a la famosa predicción de Le Verrier). Lamentablemente Challis era un incompetente, y parece que aunque observó el planeta en el telescopio, ¡lo confundió con una estrella! Airy ni siquiera observó.

Y finalmente llegó el día que es la pesadilla de cualquier científico: ¡el problema en el que había trabajado durante toda su carrera había sido resuelto por otro! El 31 de agosto de 1846 Le Verrier anunció al mundo que había calculado la posición del nuevo planeta, y el 23 de septiembre Galle confirmó que el planeta existía y estaba exactamente donde Le Verrier había predicho. Le Verrier se cubrió de gloria, y Couch Adams... de humildad. Los ingleses trataron de asignarle el co-descubrimiento, pero en noviembre mandó una carta a la Royal Astronomical Society:

«Mis resultados fueron independientes y previos a la publicación de Monsieur Le Verrier, pero no tengo intención de interferir con sus justos reclamos del honor del descubrimiento; no hay duda de que su publicación fue anterior, y que condujo al descubrimiento del planeta por el Dr. Galle. [Las fechas de mis trabajos no publicados] no pueden disminuir, ni en el mínimo grado, el crédito de M. Le Verrier.»

La carrera de Couch Adams no se acabó allí. Hizo importantes contribuciones en la comprensión de las irregularidades de la órbita de la Luna. Pero lo mejor fue desencadenado por una casualidad: la tormenta de meteoros Leónidas de 1866. Couch Adams había visto una en 1833, cuando tenía 14 años, y había disparado su interés por la astronomía. Durante décadas la lluvia de Leónidas había sido normal. ¿Por qué el número de meteoros volvió a explotar en 1866? Se puso a pensar y dio con la explicación correcta. Propuso que los meteoros (las "estrellas fugaces") eran granos de polvo que entran a la atmósfera terrestre a gran velocidad y arden al chocar con el aire. Y que las conocidas "lluvias" ocurrían todos los años en el mismo lugar del cielo porque había nubecitas de polvo en órbita solar, que la Tierra encontraba periódicamente cada año en el mismo lugar de su propia órbita. Estas nubecitas estarían en órbitas elípticas, como los planetas, pero tendrían regiones más densas, responsables de las espectaculares "tormentas" que cada tanto ocurrían en lugar de las "lluvias", cuando la Tierra se las encontraba en el espacio. 

Su experiencia en calcular órbitas le vino al pelo, y Couch Adams pudo calcular que debía existir un rastro de polvo en órbita elíptica con un período de 33.25 años, llegando más allá de Urano. ¡Una órbita como de un cometa! La órbita calculada resultaba idéntica a la del cometa Tempel-Tuttle, descubierto independientemente en 1866, el año de la gran tormenta. Fue el gran legado de la carrera de Couch Adams, ya que efectivamente explicó el mecanismo de las lluvias y las ocasionales tormentas de meteoros, que hoy en día se pueden calcular y predecir con enorme precisión. 

En 1870 fue designado director del Observatorio de Cambridge, reemplazando a Challis. En 1881 le ofrecieron el más prestigioso cargo astronómico del imperio: Astrónomo Real, en reemplazo de Airy. Si hubiese aceptado, habría desplazado a los dos tipos responsables de que se le escapara por un pelo el descubrimiento de Neptuno. Pero prefirió quedarse en Cambridge, donde había vivido toda su vida, y donde siguió trabajando y cuidando de su barba hasta su muerte en 1892.

Le Verrier, mientras tanto, siguió calculando planetas imaginados con menos éxito que la primera vez, como ya hemos contado en el caso del fallido Vulcano. 

 

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Leí esta reivindicación de Couch Adams en el blog de Ethan Siegel, que reviso regularmente aunque no me cae muy simpático. De allí tomé algunas de las imágenes.

El agujero negro ω Cen*

El cúmulo globular Omega Centauri es extraordinario, y aparece seguido acá en el blog. No sólo es el más grande de la Vía Láctea, sino que se encuentra relativamente cerca nuestro, de manera que es enorme en el cielo. Tiene una población de estrellas muy rica y compleja, lo cual hace sospechar que se trata del cúmulo central de alguna de las muchas galaxias pequeñas que fueron incorporadas a la Vía Láctea, cosa que también hemos contado. Ahora bien, si es el residuo de una galaxia, ¿no debería tener en el centro un agujero negro? No te digo uno gigante, de millones de masas solares, como el de la Vía Láctea. Sino más bien uno medianito, adecuado para una galaxia enana. Durante años se lo buscó, y hasta hubo varios anuncios de su descubrimiento, que resultaron apresurados y falsos. Pero ahora parece que lo descubrieron. Los agujeros negros centrales de la Vía Láctea y de M87 se designan con un asterisco: Sgr A* (sagitario-a-estrella) y M87* (eme-ochenta-y-siete-estrella). Así que este debería llamarse ω Cen* (omega-centauri-estrella), aunque todavía no vi a nadie llamarlo así.

Un grupo de astrónomos muy internacional han revisado más de 20 años de fotos tomadas con el telescopio Hubble, las han complementado con cientos de miles de observaciones hechas con el VLT del Observatorio Europeo Austral, y han compilado un catálogo del movimiento de casi un millón y medio de estrellas individuales del cúmulo. Es un trabajo impresionante, considerando que las estrellas están tan apretadas en Omega Centauri. Ya han publicado varios trabajos con sus resultados, y uno de ellos precisamente se trata del agujero negro central. Se han concentrado en el movimiento de un puñado de estrellas especialmente veloces de su catálogo, muy cerca del centro. Son las que están marcadas en esta imagen, fíjense la resolución:

Como se ve en la figura, las velocidades son enormes, del orden de 100 km/s. De hecho, son velocidades tan grandes que podrían directamente escapar del cúmulo. La única alternativa es que están retenidas por un objeto en el centro que no emite luz (en el centro del círculo celeste), pero que ejerce su atracción gravitatoria: el tan buscado agujero negro "de masa intermedia". 

Voy a mostrar el movimiento de la más rápida de estas estrellas, la que se mueve a 113 km/s (tres segundos de acá a Neuquén, ponele), para que se vea la exquisita resolución de estas mediciones:

Las fotos de la derecha muestran fotogramas del movimiento de la estrella, marcada con un símbolo rosa. Entre 2002 y 2023 la vemos moverse varios pixels hacia arriba y la izquierda, a lo largo de la rayita rosa. ¡Pero vean la escala! El ancho total del recorte es 0.8 segundos de arco (un pelo a 25 metros). Con estas mediciones está construido el gráfico de la izquierda, que es la posición en el cielo, desde el extremo azul hasta el amarillo a medida que pasa el tiempo. Es una línea recta de 100 milisegundos de arco. A 17700 años luz de distancia, es fácil calcular cuánto se movió, usando trigonometría. Me da 600 unidades astronómicas. ¡En 20 años! Es decir, esta estrella se movió 20 veces más que la distancia del Sol a Neptuno, en el tiempo en que Neptuno recorrió apenas un octavo de su órbita.

¿Cuánto pesa el agujero negro central? No es fácil decirlo. Las trayectorias observadas, tal como se ve en el caso que mostré, son rectas, sin atisbo de aceleración, que permitiría calcular la masa central. Se conjetura que son órbitas elípticas muy elongadas, y que eventualmente, en las próximas décadas, se podrá medir directamente la curvatura, y calcular la aceleración y luego la masa. Mientras tanto, hay bastante incerteza. Pero vean lo siguiente. Es una comparación entre el movimiento de las siete estrellas de este trabajo, con el de las estrellas que están en órbita de Sagitario A*, el agujero negro gigante del centro de la Vía Láctea:

Los desplazamientos son parecidos, ¿no? Son 20 años en Omega Centauri, y 2 años en Sgr A*, diez veces menos. Como el período y el desplazamiento al cuadrado deben corresponder a la masa central, la de Omega Centauri debe ser 100 veces menor que la de Sgr A*, que es de 4.3 millones de masas solares. Así que el agujero negro de ω Cen debe ser de unas 40 mil masas solares. Estudios de la década pasada, basados en la dinámica del cúmulo, apuntaban a una masa precisamente en este rango. Los autores del actual trabajo calculan un límite inferior de 8200 masas solares, de manera que la única explicación es la de un agujero negro. La masa exacta sigue siendo una incógnita, pero no tengo dudas de que habrá cálculos más precisos basados en estas observaciones. 

¿Y cuál será la galaxita de la cual Omega Centauri era el núcleo? Acá me llevé otra sorpresa, porque los autores apuntan nada menos que a la galaxia de Gaia-Enceladus, la conocida Salchicha de Gaia que comenté recientemente. En aquella nota mencionaba que el núcleo de esa galaxia podría ser el cúmulo NGC 5286, también gigante. Efectivamente, estuve revisando, y hay bastante evidencia también a favor de que Omega Centauri sea el núcleo de la Salchicha. Tal como comenté, estas identificaciones son inciertas. La "arqueología galáctica" está todavía en pañales. El único que parece firme es M 54, como núcleo de la galaxia llamada Enana de Sagitario.

Los dejo con un zoom al centro (aparentemente vacío) de Omega Centauri:

Hay otro trabajo reciente, teórico éste, que muesta cómo se podrían formar agujeros negros en el centro de globulares verdaderos, por fusión de estrellas en la primera etapa de formación del cúmulo (un mecanismo que evita que salga despedido por interacción de muchos cuerpos). A lo mejor empiezan a detectarlos en todos los globulares.

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El paper es Häberle et al., Fast-moving stars around an intermediate-mass black hole in ω Centauri, Nature 631:285 (2024). De allí, o de notas de prensa relacionadas, son las imágenes.

El paper comienza de una manera que me llamó mucho la atención, porque yo trato de evitarlo en el blog. Empieza con una letra griega:

Yo, en estos casos, tiendo a usar el nombre de la letra, en lugar del símbolo, para poder ponerlo en mayúscula, Omega. Más que nada, porque no todo el mundo está familiarizado con las letras griegas. Si uno deja el símbolo griego, ¿habrá que convertirlo a mayúscula, Ω? Pero en astronomía (y en todas las ciencias), el símbolo en minúscula no es intercambiable con el mismo en mayúscula. Qué lío. Estuve revisando, y cada revista tiene su propio criterio para esto. 

Sobre la filiación de Omega Centauri, ver por ejemplo: Pfeffer et al., The accreted nuclear clusters of the Milky Way, MNRAS 500:2514–2524 (2021).

El paper sobre formación de agujeros negros en cúmulos globulares es Fujii et al., Simulations predict intermediate-mass black hole formation in globular clusters, Science 384:1488-1492 (2024).

La explosión de Orión

Hace unos meses se publicó una notable imagen de la región central de la Nebulosa de Orión, vista por el telescopio Webb. Es una imagen familiar, pero también distinta. Webb, usando el poder de la radiación infrarroja, es capaz de ver dentro del polvo que llena la nebulosa, y también ver la filigrana de polvo que delata el pasado caótico y dinámico de esta enorme región de formación estelar. Hice una combinación de las dos bandas infrarrojas, usando las longitudes de onda más largas como capa de luminosidad sobre la del infrarrojo cercano. Es una imagen gigantesca, 100 veces más grande que la que voy a mostrar acá:

Cerca del centro vemos el Trapecio, y lo vemos como lo que en realidad es y raramente vemos: un cúmulo muy rico de muchas estrellas jóvenes. La gruesa franja diagonal es el frente de ionización que ya hemos comentado en otra oportunidad. Pero lo más notable, y que me llamó la atención inmediatamente porque no la conocía, es una estructura en forma de explosión, un poco arriba y a la derecha del Trapecio:

Los dedos de la explosión parecen surgir de una estrella excepcionalmente brillante, que en el infrarrojo lejano que el Webb puede ver, supera a las luminarias del Trapecio, vean:

Esa fuente infrarroja tiene la luminosidad de unos 20 mil soles, y se llama objeto BN (Becklin-Neugebauer). Es invisible en luz visible por estar embebida en una parte densa de la nebulosidad, y parece ser una estrella joven expulsada del Trapecio hace unos 4000 años, por interacciones gravitatorias en su componente más grande y brillante, Theta 1 Orionis C, una gigantesca estrella de 40 masas solares. Hay junto a él otro objeto muy oscurecido, sólo visible en radio, llamado Source I (parece ser una estrella de 22 masas solares), que habría sido expulsado por BN hace apenas 500 años. Son todas estrellas enormes las que hay en esta región, y todas ellas parecen haber contribuído al intenso flujo de gas que vemos en infrarrojo como una explosión, llamada región KL (Kleinmann-Low). Así la ve Alma en radio de longitud de onda milimétrica, un poco más allá del infrarrojo lejano de Webb:

Toda la región está siendo intensamente estudiada en los últimos años, gracias a los nuevos instrumentos que ven más allá del rojo, y encontré muchos trabajos publicados sobre este fenómeno poco conocido en el medio de una región tan familiar del cielo, tan visitada por aficionados y astrofotógrafos. 

Los dedos, en la imagen de Webb, se ven magníficos, así que pongo una imagen en más resolución para mostrar un detalle (imagen rotada respecto de la original):

Estos dedos son el resultado de una explosión descomunal, con la energía de un milésimo de supernova. Sabemos mucho de explosiones al final de la vida de las estrellas, pero prácticamente nada de las que, como ésta, ocurren durante su nacimiento. Se trata de un fenómeno poco entendido que ocurre durante la formación estelar, en particular en regiones de nacimiento de muchas estrellas simultáneamente. Los dedos son ondas de choque en el medio interestelar, pero incluso su propia dinámica sólo recientemente ha sido modelada físicamente, gracias a los avances de instrumentación que permiten la visualización detallada. Todavía no vi trabajos detallados con los resultados del Webb, pero seguramente será una contribución importante a la comprensión del fenómeno.

Para comparación, hice un recorte de la misma región vista por el telescopio Hubble en luz visible. Vean qué pocas estrellas se ven, a diferencia de la imagen del Webb, y nada de la explosión KL.

 

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Las imágenes del Webb son de NASA/ESA/CSA. La imagen de radio es de ALMA, similar a la del paper: Bally et al., The ALMA view of the OMC1 explosion in Orion, arXiv:1701.01906v3 (pero la descargué de Wikipedia porque estaba en colores).