Omega Centauri, o el canibalismo galáctico

Las galaxias parecen tan lejanas unas de otras, tan metida cada una en su propia dinámica, que no fue sino hasta décadas recientes cuando reconocimos que, a diferencia de las estrellas, las galaxias se pasan la vida chocando y devorándose entre sí. Claro, sus vidas son tan leeeentas que no vemos estas cosas ocurriendo ante nuestros ojos. Más bien, lo que vemos son instantes de estos megachoques, congelados en el tiempo desde nuestra perspectiva humana. Como si fueran los fotogramas de una misma película desparramados al azar por todo el universo.

En nuestra propia galaxia hay varios de estos fotogramas. Tenemos uno del inicio de la película, con la Galaxia de Andrómeda empezando a caer sobre la Vía Láctea. La colisión ocurrirá en un futuro lejanísimo, tan lejano que uno no puede imaginarse qué habrá sido de la Humanidad.

Y tenemos varios fotogramas del final: galaxias que han sido devoradas por la Vía Láctea, sus estrellas formando tenues colas a medida que se mezclan con las de la nuestra. Ninguna de esas galaxias era muy grande, así que esas colas, ese efecto de mareas que ya hemos comentado, no es notorio para el aficionado con un telescopio modesto.

Lo que sí podemos ver son los restos compactos de algunas de esas galaxias, sus núcleos que han sobrevivido a la colisión. El cúmulo globular más grande de la Vía Láctea, y que además es el más grande y brillante en el cielo, Omega Centauri, es con buena chance el núcleo de una de esas galaxias fagocitadas por la nuestra. Es posible que varios de los cúmulos más grandes de la Vía Láctea también lo sean. Y, quién sabe, tal vez todos los cúmulos globulares de las grandes galaxias vengan de un proceso jerárquico de fusión de galaxias pequeñas y medianas a lo largo de la larga historia del universo.

Durante todo el otoño y el invierno estará magníficamente ubicado para su observación desde casi cualquier sitio del hemisferio sur. Se ve a simple vista, pero el instrumento ideal es un telescopio mediano de 15 o 20 cm. En un instrumento más chico no llegan a distinguirse sus lejanísimas estrellas. En uno más grande el gigante excede el campo visual y no se aprecia toda su gloria. Esta foto la tomé desde el balcón en febrero, y me quedó bastante linda.

Pueden compararlo con el tercer cúmulo más brillante, NGC 6752, que comentamos el mes pasado a propósito de su gran población de estrellas azules rezagadas. Omega Cen no tiene tantas azules, o no son tan notorias en medio del denso enjambre de estrellas blancas, doradas y antiquísimas. Es una belleza.

Omega Centauri es inmenso: 4 millones de masas solares, 10 millones de estrellas, cifras que aumentan con cada medición que se hace con métodos más y más precisos. Se encuentra a casi 16 mil años luz de nosotros, y por completo fuera del plano del disco de la Vía Láctea donde vive la inmensa mayoría de las estrellas como el Sol. Todos los cúmulos globulares tienen ciertas características similares a las de Omega Cen: decenas de miles o hasta millones de estrellas de Población II, antiguas, con pocos elementos más pesados que el hidrógeno y el helio, formando un enjambre globular y compacto orbitando la galaxia de manera inclinada.

Al observarlo a través del telescopio se aprecia de manera muy distinta a la que produce una foto, aunque sea una muy buena foto. El rango dinámico de la visión humana supera largamente al papel o el monitor de la computadora. Pero algunos detalles que valen la pena destacarse de la observación visual se ven en mi foto. El primero es que la region central no es del todo homogénea: se ven regiones menos densas en estrellas. Yo veo como un par de ojos más oscuros. Esfumando un poco la foto se aprecia que es un hecho real: dos partes más oscuras cerca del centro del glóbulo.

La segunda característica que yo siempre observo son cadenas de estrellas, formando una especie de red alejándose del centro hasta terminar en unas patas de araña en la periferia. Me han escarnizado diciéndome que era una ilusión, pero si uno busca en la web encontrará muchas referencias sobre el tema. Aparentemente la dinámica del enjambre naturalmente produciría estos trenes de astros. En la foto, si uno resta la versión esfumada de la original parece destacarse un poco lo que digo. Observen con cuidado.

La tercera y última característica que quiero mencionar es que, a pesar de la primera impresión que produce, Omega Centauri no es redondo sino ligeramente achatado. En la foto, la mejor manera de verlo es duplicando la imagen y rotando una de las copias 90 grados. Quedan así, y se destaca la asimetría.

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Los siguientes trabajos argumentan a favor del origen extragaláctico de los cúmulos globulares, empezando por uno de colegas de la Universidad de La Plata.

Are globular clusters the nuclei of cannibalized dwarf galaxies? LP Bassino et al., The Astrophysical Journal 431:634-639 (1994).

Are globular clusters the remnant nuclei of progenitor disk galaxies? T Böker, The Astrophysical Journal 672: L111–L114 (2008).

Contribution of stripped nuclear clusters to globular cluster and ultra-compact dwarf galaxy populations, J Pfeffer et al., Mon. Not. R. Astron. Soc. 444:3670-3683 (2014).

Omega Centauri hasta parece tener un agujero negro de masa intermedia en su centro: Gemini and Hubble Space Telescope evidence for an intermediate mass black hole in Omega Centauri, E Noyola et al., arXiv:0801.2782v1 (2008).

Sobre la lenta mezcla de las estrellas de estas colisones (en particular las de ω Cen) puede verse: Exploring halo substructure with giant stars: Substructure in the local halo as seen in the grid giant star survey including extended tidal debris from ω Centauri, SR Majewski, arXiv:1202.1832v1 (2012).

Sobre la lejanía de las galaxias: si las estrellas fueran como granos de arena, serían granos de arena a kilómetros unos de otros. Y la siquiente galaxia estaría varias veces más lejos que la Luna...

Orión vs Calbuco, o la eterna lucha entre el astrónomo barilochense y las erupciones volcánicas

¡Fueeeeera de programa!

El volcán Calbuco, a 100 km al sudoeste de Bariloche, hizo erupción hoy a las 6 de la tarde. Me había llevado la cámara al Centro Atómico para ir al ocaso a fotografiar la puesta de Orión sobre la cordillera. Cuando iba manejando hacia el Llao Llao escuché la noticia en la radio. Miré hacia el oeste y vi el borde de la pluma de tefra a contraluz sobre los cerros. Estaba claro que no iba a poder fotografiar nada de noche. Pero me fui igual hasta Llao Llao a fotografiar el evento. Aquí hay una selección de fotos. En la primera (que es la que hice más tarde) vemos a Orión tratando de atajar la pluma del Calbuco. No lo logró. Ya la delgada creciente de la Luna estaba desapareciendo. La capilla es la preciosa San Eduardo, obra de Alejandro Bustillo, en cuyo interior hay un friso de Soldi representando la vida del santo. Imperdible.

Cuando llegué, poco antes de las 19 horas, el borde vertical de la columna eruptiva se veía al fondo del valle, detrás del cerro Tronador. El Sol todavía estaba sobre el horizonte.

La siguientes imágenes dan una idea de la rapidez con la que avanzó el frente del hongo de ceniza. A las 19 horas se formaron enormes rayos crepusculares.

A las 19:13 el Sol poniente iluminaba desde abajo parte de la pluma. Púrpuras a lo loco.

A las 19:50 ya se veían estrellas. Tuve que poner la cámara de costado porque el avance de la pluma ya no me permitía encuadrar el hotel y el cielo. Ya era bien de noche, aunque en la exposición de 10 segundos se disimula. Me fui al coche y a último momento hice la foto de Orión que puse arriba.

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Las fotos son mías. Pueden usarlas si me las piden. Tengo versiones de mucha mayor resolución.

El tamaño no importa

Ochenta y ocho constelaciones cubren prolijamente el cielo, sin superponerse y sin dejar resquicios. Albergan ochenta y ocho figuras caprichosas, algunas de las cuales hemos recibido de la noche de los tiempos. Hace rato que no cumplen absolutamente ningún rol en la astronomía como ciencia: las estrellas que las integran se ven próximas desde nuestra perspectiva terrestre, pero generalmente no tienen relación entre sí. Los catálogos estelares modernos, preparados por diligentes robots informáticos, ignoran las constelaciones y usan cadenas de letras y números como TYC 8534-2277-1. Pero los seres humanos nos resistimos a abandonar las viejas constelaciones y los nombres propios: esa estrella es Alfa Carinae, o sea Canopus.

Para los aficionados y para el público en general las constelaciones son imprescindibles. Lo que pasa es que son inevitables: uno sale a mirar el cielo nocturno y ve figuras. Nuestro cerebro primate se resiste a funcionar de otra manera. Por algo la Unión Astronómica Internacional, cuando definió los polígonos que forman las constelaciones modernas, no dividió el cielo en 88 rectángulos iguales numerados del Uno al Ochenta y Ocho, sino que respetó mayormente las formas y los nombres tradicionales. Si no, se armaba una que reíte de lo que pasó con Plutón. A propósito: las constelaciones son los polígonos, no las figuras. No existen figuras estándar para las constelaciones. Pero lo que uno ve, por supuesto, son figuras: líneas conectando estrellas.

Así que las constelaciones que tenemos son las de siempre, las de los mitos y de los navegantes. Y son desiguales. Enormemente desiguales: en tamaño, en cantidad de estrellas, en brillo. Esta diversidad debe ser en parte la razón por la cual hay constelaciones más populares que otras. ¿Cuáles son las que todo el mundo sabe reconocer en el cielo? ¿Las más grandes? ¿Las más brillantes? ¿Las que tienen más estrellas?

Tomé el Bright Star Catalogue, que abarca las casi 10 mil estrellas visibles a simple vista, y lo revisé de cabo a rabo, calculando el área y el brillo total de las constelaciones. Al mirar el ranking de tamaño uno se lleva la primera sorpresa. Ordenadas de mayor a menor las constelaciones son:

1. Hydra
2. Virgo
3. Ursa Major
4. Cetus
5. Hercules
...
84. Scutum
85. Circinus
86. Sagita
87. Equuleus
88. Crux

¡A la pucha! ¿Ninguna de las fáciles? ¿Dónde están Orión, Escorpio, Can Mayor? ¡Y la Cruz del Sur es la más chiquita! Al final entendí. Lo mejor es mostrar alguno de los gráficos que hice, por ejemplo éste:

Cada estrellita es una constelación. El tamaño del símbolo corresponde a la densidad de estrellas: cuántas estrellas por pedacito de cielo. El eje horizontal es la declinación, que viene a ser como la latitud en el cielo. El eje vertical es el brillo superficial de la constelación (en magnitudes por grado cuadrado). Está obtenido a partir de la magnitud de todas sus estrellas y del tamaño que ocupa en el cielo cada constelación.

Lo que más se destaca en el gráfico es que la constelación más chiquita, la Cruz del Sur, es la más brillante de todas, ¡y además es la más densa! La siguen en brillo superficial las sospechosas de siempre: Can Mayor, Carina, Orión, Escorpio...

Otra observación inmediata es la asimetría entre los dos hemisferios: el cielo del sur concentra constelaciones más brillantes y más densas en estrellas. Y esto, sin tener en cuenta cúmulos de estrellas ni nebulosas... El cielo del sur es mejor que el del norte, algo que todo aficionado sabe.

Otro día contaré cómo se calcula el brillo superficial, que es particularmente útil cuando uno considera objetos extendidos como nebulosas, galaxias, etc.

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Notas. Me esperaba que la constelación más grande fuera Erídano, pero está recién en sexto lugar. La menos brillante es Sextans, señalada por esa estrellita ínfima ahí en el gráfico, casi en el ecuador. Pero no es la de menor densidad de estrellas: le ganan Crater y Sculptor. Esta última aparecerá pronto por acá porque la falta de estrellas la compensa ampliamente con abundancia de galaxias... El gráfico es mío, pero lo presto si me lo piden amablemente.

El brillo de una constelación no es simplemente la suma de las magnitudes porque las magnitudes estelares no se pueden sumar así nomás. El sistema de magnitudes es otro fósil de la Antigüedad que no nos sacamos de encima simplemente porque así funciona nuestra visión. Otro día lo explico.

Hipergigante hiperlejana

La tercera estrella rara de las que comenté la semana pasada, en la nota sobre la estrella más lejana visible a simple vista, es una variable en la constelación del Centauro: V766 Centauri. Está mucho más lejos: 12 mil años luz, de acuerdo a mediciones indirectas. Con una magnitud máxima de 6.1 está apenas rozando el rango de visibilidad a ojo desnudo. Es posible que desde un sitio extremadamente oscuro un niño pueda verla, si uno pudiera indicarle dónde está.

V766 Cen es una estrella superlativa. Tal como comentamos la semana pasada, junto a x Carinae y Rho Cassiopeiae forma parte de una categoría rarísima: las hipergigantes amarillas, de las cuales se conocen apenas una docenita en toda la galaxia. Se conjetura que son una etapa intermedia y fugaz de ciertas estrellas de gran masa, antes de convertirse en variables luminosas azules (la categoría de Eta Carinae) para finalmente explotar como supernovas y sembrar el espacio interestelar con elementos químicos pesados.

Este mamut estelar es fácil de fotografiar con un teleobjetivo mediano, ya que se la encuadra con Alfa y Beta Centauri, los Punteros de la Cruz. Un par de cumulitos de sexta magnitud, y otra estrella similar, sirven para encontrarla. Es una región densa de la Vía Láctea, así que es fácil perderse. Curiosamente, en la misma foto aparece otra estrella notable, pero no por ser gigante o lejana, sino todo lo contrario: Proxima, la estrella más cercana al Sol, una enana de magnitud 11 a apenas 4 añitos luz de distancia.

Aquí está V766 recortada de la misma foto, en máxima resolución:

La peculiaridad de V766 Cen no se acaba con su raro tipo espectral. Es una rara entre las raras. Se le calcula una enorme masa inicial, la mitad de la cual ya ha perdido en una serie de paroxismos explosivos cuyos restos pueden verse en la delicada foto tomada por el Observatorio Europeo Austral al pie de esta nota. Además es binaria, con una compañera muy cercana. La interacción ha producido una enorme expansión de la estrella primaria, ¡y las estrellas se tocan! Con un radio 1300 veces mayor que el del Sol, si la pusiéramos en el centro de nuestro sistema solar ¡se extendería hasta más allá de la órbita de Júpiter! No me digan que no es una cosa rara. Hice la visualización en Celestia usando los parámetros conocidos, y me sigue pareciendo rara. Eso sí: habría que usar anteojos bien oscuros para verla a esta distancia, porque sus 39 masas solares brillan con la fuerza de más de 800 mil soles.

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V766 Centauri es casi tan grande como la estrella más grande conocida, VY Canis Majoris, que ya ha aparecido por aquí. El paper que leí sobre esta rara estrella, que condensa 60 años de observaciones, es The yellow hypergiant HR 5171 A: Resolving a massive interacting binary in the common envelope phase, de O Chesneau et al. (2014) Astronomy & Astrophysics 563:A71. La simulación está hecha con Celestia. La foto del ESO/Digitized Sky Survey 2 puede encontrarse aquí en varias resoluciones.

La estrella más lejana (reloaded)

La nota sobre La Estrella más Lejana se ha convertido en una de las más visitadas del blog. Vale la pena una actualización, ya que en los meses transcurridos hice unas observaciones interesantes.

En aquella nota usé los datos del telescopio espacial Hipparcos, y resultaba que la estrella más lejana visible a simple vista era Rho Cassiopeiae. Es una estrella muy septentrional, invisible desde Bariloche, de un tipo muy raro. Buscando alternativas en el cielo austral me encontré con dos buenas candidatas: x Carinae y V766 Centauri. Ambas del mismo tipo que Rho Cas y, aparentemente, también muy lejanas. ¿Pero cuánto?

Hipparcos usó el método de la paralaje estelar para calcular con gran precisión la distancia a muchísimas estrellas que se encuentran hasta algunos cientos de años luz de nosotros. La paralaje estelar es un ángulo muy muy pequeño, medido a lo largo del año observando la cambiante perspectiva de la estrella a medida que la Tierra avanza en su órbita. Para las más lejanas observadas por el satélite el ángulo es tan pequeño que la medición tiene una enorme imprecisión. Suficiente para invalidar todo el extremo derecho del gráfico de aquella nota, diría yo.

¿Cómo zanjar la cuestión? Existen métodos mucho más indirectos para medir la distancia estelar. Son más imprecisos que la paralaje (que es un método geométrico directo), pero son mejores que la paralaje para estrellas que están a miles de años luz. Encontré mediciones razonables de las tres estrellas, y con ellas corregí el gráfico tal como aparece aquí (símbolos amarillos). Marqué con flechas las correcciones que sufrieron Rho Cas y x Car. V766 Cen ni siquiera aparecía en el original.

Miren bien... ¡A celebrar! ¡x Carinae está más lejos que Rho Cassiopeiae! Las distancias son 8900 y 8200 años luz respectivamente. Además x Car es bastante brillante: es una estrella de cuarta magnitud, desde casa en el centro de Bariloche la veo hasta sin anteojos.

x Carinae es una estrella muy fácil de observar. Es más, los aficionados seguramente la han observado más de una vez: es la estrella brillante junto al cúmulo abierto NGC 3532, que es uno de los más grandes y brillantes del cielo, y que es uno de los que flanquean la Gran Nebulosa de Carina. El cúmulo se encuentra a 1300 años luz, mucho más cerca que la hipergigante. Imaginen el brillo descomunal de esta estrella, que desde tan lejos se ve así. Las observaciones indican una masa de 20 masas solares y un brillo equivalente a 300 mil soles. Es una estrella inestable, variable (designación V382 Car), y se conjetura que estas hipergigantes amarillas son una etapa fugaz antes de convertirse en variable luminosa azul (LBV), como Eta Carinae. Inclusive se sugiere el nombre LYV, variable luminosa amarilla, para su categoría.

La fotografié en una serie de 10 exposiciones de 1 minuto y me quedó así. Uno se pregunta por qué hipergigante amarilla. Pero los colores están calibrados con las bases de datos estelares así que les tengo razonable confianza.

Ya me extendí bastante, así que dejo V766 para otro día...

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Notas. Las paralajes medidas por Hipparcos son las siguientes: Rho Cassiopeiae, entre 0.49 mas (miliarcosegundos) y 0.07 mas, correspondientes a entre 6000 y 45 mil años luz. x Carinae, entre 0.69 mas y 0.35 mas, correspondientes a 5000 a 9000 años luz. ¡Como se ve, cualquiera de las dos podría ser la más lejana! Las paralajes de estrellas ubicadas a miles de años luz son muy imprecisas, al menos por ahora, hasta que Gaia, el sucesor de Hipparcos, complete su observación dentro de algunos años. 

A photometric study of the G0-4Ia+ hypergiant HD96918 (V382 Carinae), de L Achmad et al. (1992), Astron. Astrophys. 159:600-606.

The probable dust formation episode around Rho Cassiopeiae, de M Jura y SG Kleinmann (1990), The Astrophysical Journal 351:583-587.

Sepan disculpar la equis minúscula al comienzo de varias oraciones. Resulta que hay otra estrella cuyo nombre es X Carinae, con equis mayúscula. Quelevachaché.