Tu propio paisaje en Stellarium

Me han preguntado cómo hago para crear imágenes de Stellarium con el paisaje de Bariloche. Es relativamente fácil y bastante entretenido, así que lo explicaré aquí. Primero, necesitás un lindo paisaje. Ponele que fuiste a la Laguna Azul en pleno verano, y en el solsticio invernal decís "Mmm, este lugar está bueno para ponerlo en Stellarium."

En Stellarium, el paisaje es una imagen panorámica de 360 grados, que podemos hacer con una cámara normal sacando muchas fotos todo alrededor. Hay que quedarse en un solo lugar, donde sea cómodo dar una vuelta completa sacando fotos que se superpongan un poco. Unas 12 fotos son suficientes si usamos una cámara con el zoom en modo ancho. Cuando terminamos de dar la vuelta con la cámara apuntando horizontalmente, puede ser necesario dar otra vuelta apuntando un poco hacia arriba si algún objeto salió recortado (árboles, edificios, cerros). Y después una apuntando hacia abajo, para que salga un poco de suelo. Inclusive se puede dar una vuelta sacando fotos directamente hacia abajo, le dan más realismo al paisaje final.

En Laguna azul saqué todas estas fotos, que aquí puse alineadas por filas según la altura hacia donde estaba apuntando, para que se entienda la idea.

Fíjense que la línea de arriba no tiene ningún cerro recortado, y que en la de abajo hay algunas donde se ve mi propia sombra. Conviene que no haya objetos muy cerca, ya que al girar pueden aparecer desplazados con respecto al fondo en distintas fotos, y el defecto se notará al final. Pero si es inevitable, no es tan grave. También conviene hacer un par de juegos completos, porque a veces uno anda y el otro no, andá a saber por qué.

A continuación necesitamos un programa capaz de armar un panorama con esta colección. El proceso es casi completamente automático hoy en día, usando Autopano o Hugin (gratis) o algún otro. (Con la cámara de Android se puede hacer directamente en el dispositivo, en tablets y algunos teléfonos.) Cada uno tiene sus propias características pero en general funcionarán bien con las opciones default. Si se puede elegir, la proyección tiene que ser esférica, pero puede ser cilíndrica si preferimos exagerar la escala vertical de la imagen. El horizonte tiene que quedar bien horizontal, por supuesto. Con mis fotos de Laguna Azul quedó así:

Ahora hay que eliminar el cielo para que Stellarium pueda poner el suyo. Cargamos el panorama en Photoshop, o Gimp, o Paint.NET, o cualquier programa razonable de edición de imágenes. Probablemente es una imagen gigante, de decenas de miles de pixels de ancho, lo cual es innecesario. Primero la achicamos de manera que tenga 4096 pixels de ancho (u 8192, tiene que ser una potencia de 2). Y a continuación extendemos el canvas de la imagen agregando espacio arriba hasta que tenga una altura igual a la mitad del ancho. Una guía en la mitad sirve para verificar que el horizonte quede en el medio:

Ahora seleccionamos el cielo y lo recortamos. Yo lo hago con la herramienta Quick Selection, mirando la imagen bien ampliada y pintando cerca del borde inferior del cielo, todo a lo largo del panorama. Pueden quedar algunas imperfecciones fáciles de eliminar a mano con la goma de borrar o con el Lazo. Suele quedar un bordecito celeste pegado al paisaje, de uno o dos pixels de ancho. En tal caso podemos seleccionar todo lo borrado con la Varita Mágica, agrandar la selección uno o dos pixels, y borrar. Es casi inevitable que quede un bordecito, pero no es muy grave en Stellarium. Lo más complicado de recortar es si hay cielo a través de algún follaje. En tal caso hay que armarse de paciencia, o de resignación. A mí me quedó asi:

Fíjense que estas operaciones las voy haciendo en una capa con una copia de la imagen, por si me equivoco y borro de más, así puedo recuperar fácilmente lo borrado. También me gusta poner una capa negra detrás de todo, ya que el cuadriculado gris que estos programas dejan cuando borrás parte la imagen a veces ayuda y a veces no. Una vez satisfechos eliminamos la capa negra y guardamos la imagen con formato png, que preserva la transparencia del cielo que hemos recortado.

Necesitamos orientar el paisaje correctamente en Stellarium. Usando Google Earth buscamos el punto donde nos paramos y algún punto identificable del panorama. Yo usé el extremo derecho de ese bosquecito que se ve del otro lado de la laguna, que se ve bien en la foto y en Earth. Con la herramienta de medir distancias trazamos una línea desde nuestra posición y nos da un ángulo. Lo anotamos, así como la latitud y longitud de nuestra posición.

Además de la imagen con el panorama, el paisaje de Stellarium requiere un pequeño archivo de texto con unas pocas especificaciones. Lo creamos con el nombre landscape.ini, y adentro escribimos:

[landscape]
name = El nombre del paisaje para la lista de Stellarium
author = El autor del paisaje
description = Una descripción
type = spherical
maptex = Nombre del archivo png donde salvamos el panorama (incluyendo la extensión .png).
angle_rotatez = Ángulo para orientar el paisaje

[location]
planet = Earth
latitude = La latitud que medimos en Google Earth
longitude = La longitud
altitude = La elevación del sitio de observación

Los valores de estos campos cada uno los tiene que llenar con los datos del paisaje que está creando. Fíjense en mi paisaje de la Laguna Azul para tener un ejemplo. Lo más complicado es el ángulo de rotación, que calculamos de la siguiente manera:

angle_rotatez = 270 + b - (360*x/y) 

donde b es el ángulo que nos dio Google Earth para una referencia en el paisaje, x es la posición de la misma referencia, en pixels desde el borde izquierdo de la imagen (legible con la posición del cursor en todos los programas de imágenes), e y es el ancho en pixels de la imagen.

Finalmente ponemos la imagen y el archivo landscape.ini en un subdirectorio con un nombre adecuado en el directorio de los paisajes de usuario de Stellarium. En Windows, es el directorio [username]\AppData\Roaming\Stellarium\landscapes (que, si no existe, hay que crear). El directorio AppData está normalmente oculto, pero puede navegarse sin problema hasta él escribiendo en la barra de direcciones del navegador de archivos. También podemos copiar el paisaje al directorio landscapes dentro del directorio de instalación de Stellarium (pero ésto requiere privilegios de administrador). Y listo, ya podemos usar el paisaje en Stellarium...

Subí el paisaje de la Laguna Azul a mi Drive, así podés descargarlo si te gustó, o si querés usarlo de ejemplo para crear tu propio paisaje. Podés descargarlo aquí: Laguna Azul.zip. 

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Las imágenes son mías, mías, mías. Salvo la de Google Earth que es de Google. Y el cielo de Stellarium, que es de Stellarium.

La supernova radiactiva

Las supernovas de tipo Ia (uno-a) son distintas de las que he comentado, por ejemplo, en mi charla en TEDxBariloche. No ocurren en estrellas superpesadas sino en estrellas apagadas llamadas enanas blancas. La explosión es lisa y llanamente una explosión termonuclear* que se produce cuando la enana blanca se vuelve demasiado pesada, ya sea por contribución de materia de una estrella compañera, o por chocar con otra enana blanca.

* Las supernovas de tipo II no son explosiones termonucleares. Son explosiones gravitatorias bombeadas por los neutrinos de un decaimiento beta inverso.

Las enanas blancas son residuos, muy calientes pero ya sin fusionar núcleos atómicos, que quedan cuando se extinguen las estrellas como el Sol. Su materia es  inusual: puro carbono y oxígeno, pero tan compactados por su propio peso que todos los electrones están libres de sus núcleos, formando lo que se llama un mar de Fermi. Una presión de origen cuántico (llamada degeneración, sin ofender), impide que la enana blanca colapse. Cuando la masa excede 1.4 masas solares la temperatura en el centro alcanza miles de millones de grados y se produce la fusión del carbono, liberando energía. Las estrellas normales tienen un mecanismo de autorregulación para estos casos. Al recalentarse se hinchan, con lo cual la presión baja, la temperatura disminuye y la reacción nuclear merma. Incluso pueden producirse las oscilaciones que caracterizan muchas estrellas variables. Pero la materia degenerada no funciona así. No puede expandirse, así que la presión no disminuye. La reacción termonuclear se desencadena y consume todo el carbono. Como una bomba de hidrógeno, pero de carbono en lugar de hidrógeno. Según parece se propaga como una llama, y no como una detonación. Es decir como la llama de la nafta en un motor a explosión que carbura bien, en lugar de como uno que pistonea. Pero no hay que imaginarse algo lento. La siguiente imagen muestra la propagación de esta deflagración en una enana blanca (la esfera azul) a medida que la fusión la consume. La secuencia dura un segundo y medio, y consume un objeto del tamaño de la Tierra y el peso de un Sol y medio. 

Se ve un "hongo" (una inestabilidad de Rayleigh-Taylor, como una lámpara de lava) creciendo desde el centro porque los autores pusieron el inicio de la explosión un poquito hacia un lado. La temperatura de esta bola de fuego es de miles de millones de grados. A esa temperatura el espectro está concentrado en los rayox X, no hay casi nada de luz visible. El satélite SWIFT, que tiene varios telescopios de rayos gamma, X, UV y óptico, y puede reorientarse muy rápido, ha visto estos flashes. Fíjense que el pulso alcanza el máximo un minuto después de la explosión. Rápidamente se enfría, y en 10 minutos ya no queda nada en rayos X. En algún momento el máximo del espectro pasa por la luz visible y en seguida está en el infrarrojo. El flash en luz visible es fugaz. Entonces, ¿por qué las vemos?

Resulta que la mayor parte del carbono y el oxígeno acaban fusionados en níquel-56 y cobalto-56, ambos radiactivos, que producen muchísimos rayos gamma. Los rayos gamma también son invisibles, pero tienen que salir desde adentro de la explosión. La "ceniza" de la explosión termonuclear ya se está expandiendo, pero es todavía muy densa, y los rayos gamma son absorbidos y reemitidos muchas veces, perdiendo energía, y cuando llegan a la superficie ya son fotones visibles. Es similar a lo que ocurre con la radiación que se produce en el centro del Sol, que ya comenté: nosotros la vemos recién cuando llega a la superficie donde la temperatura es de 6000 grados, no millones.

Así que, cuando se la descubre visualmente, la supernova ya explotó y está brillando calentada por su propia radiactividad (excepto ésa de SWIFT, que la agarraron justito). El níquel-56 decae radiactivamente en cobalto-56, y éste en hierro-56, hierro común y corriente que irá a parar a los núcleos de los planetas de la siguiente generación estelar y, eventualmente, a las herramientas de sus Edades del Hierro. La figura (cada color corresponde a una longitud de onda visible o ultravioleta) muestra que el calientamiento inicial (el primer hombro de las curvas) empieza a desaparecer después de dos días de la explosión. Pero de inmediato se recalienta radiactivamente por el decaimiento del níquel y el cobalto, alcanzando el máximo brillo unos 20 días después.

Otro día cuento cómo se produce este enfriamiento radiactivo y muestro cómo la está pasando la SN 2017cbv.

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La imagen de la simulación es del Flash Center donde hay, además, preciosos videos.

Las imágenes del telescopio SWIFT son de: An extremely luminous X-ray outburst at the birth of a supernova, Soderberg et al., Nature 453:469 (2008).

En el espacio nadie te escucha gritar

En el espacio nadie te escucha gritar. Estaba en el póster de la original, la primera, Alien de Ridley Scott. Es una frase poderosa que evoca el ambiente terrorífico de la película. Algo de aquel horror reaparece en la nueva Alien: Covenant, que vi recientemente. Pero aparte del "ambiente", y de la idea buenísima del androide de Prometheus convertido en una especie de Dr. Moreau, la película no me gustó mucho. No diré más por si no la vieron, pero está llena de clichés.

Bueno, pero ¿es cierto? Uno está tentado a decir que sí, que en el espacio nadie te escucha gritar porque no hay sonido, y no hay sonido porque el sonido no se propaga en el vacío.

Todo esto es cierto, y nadie te puede escuchar gritando en el espacio. Pero hay algo que no es cierto: el espacio no está vacío. ¡Cómo va a estar vacío! Está lleno de cosas de las que hablamos todo el tiempo: las nubes de gas y polvo interestelares, cuna de las estrellas y producto de su destrucción.

El espacio entre las estrellas está lleno de lo que los astrónomos llaman el medio interestelar. Por ejemplo la Montaña Mística, en la Gran Nebulosa de Carina. Estas grandes y frías nubes moleculares son alrededor del 1% del total. Una parte mucho mayor está formada por hidrógeno neutro mucho más caliente y tenue. Y hay también una buena cantidad de gas ionizado por la radiación de las estrellas.

¿Entonces? ¡Si el espacio no está vacío, podría haber sonido! Sí. 

De todos modos, por más densas que parezcan estas estructuras, son extraordinariamente tenues, con unos pocos átomos por centímetro cúbico como mucho. Muchos menos que en un buen vacío de laboratorio. Cualquier perturbación se encuentra con que las moléculas viajan muchísimo antes de chocar unas con otras y propagar las ondas. La consecuencia de esto es que sólo ondas muuuuuy largas pueden propagarse. Inclusive en nubes densas como ésta, la longitud de onda debe ser de millones de kilómetros, con frecuencias de millonésimos de hertz. No precisamente un grito de ayuda.

Aun así, el sonido en el espacio es algo tan real como importante. Cualquier libro sobre los fenómenos del medio interestelar les mostrará que un parámetro fundamental es precisamente la velocidad del sonido. Igual que con el sonido común y corriente, la velocidad del sonido en el medio interestelar depende de la temperatura y de la densidad del medio. Para las frías nubes moleculares es de unos 13 km/s. Pero para el "hidrógeno tibio" que forma buena parte de la Vía Láctea es de unos 500 m/s, casi lo mismo que el sonido que escuchamos en el aire.

La velocidad del sonido en el medio interestelar es importante fundamentalmente porque hay cosas que se mueven muy rápido a través de él. Igual que en el aire, esto da lugar a ondas de choque (shocks). En la Montaña Mística vemos uno de estos shocks propagándose desde el extremo de uno de los jets que salen de la cabeza del "monstruo" (que tiene un aire a los de la película). La colisión entre nubes moleculares, la colisión de galaxias, los vientos estelares, la emisión de la materia de las supernovas, los jets en las galaxias activas, son todos fenómenos supersónicos. Los shocks calientan y comprimen el medio interestelar, y eventualmente desatan los procesos de formación de nuevas estrellas y planetas. 

Debemos nuestra propia existencia a gritos supersónicos que nadie escucha en el espacio.

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El recorte del póster de Alien es de Twentieth Century Fox. La imagen de la Montaña Mística es de NASA/ESA/Hubble/STScI. El comic está fotografiado de What if?, el excelente libro de Randall Munroe. 

Espectros del espacio exterior

No es el título de una película de terror clase B. Estos son verdaderos espectros: arcoiris obtenidos con un espectroscopio y graficados como una curva de intensidad para cada color. El espectroscopio es el segundo instrumento favorito del astrónomo, ya que permite medir composiciones químicas, temperatura, movimiento, campos magnéticos, clasificar estrellas, descubrir planetas, escudriñar el Big Bang... todo a distancia, sin tocar el objeto que se estudia. Entre todas estas cosas, los espectros se usan para identificar el tipo de las supernovas.

Todo esto viene a propósito de, una vez más, la reciente supernova SN2017cbv. De acuerdo al Transient Name Server (TNS), la supernova fue descubierta por Valenti, Sand y Tartaglia el 10 de marzo a las 4:06, y archivada a las 4:10 como "posible supernova". Ni lerdos ni perezosos, Hosseinzadeh y otros midieron su espectro a las 20:17 del mismo día. El espectro de aquí a la derecha es el que archivaron en el TNS, anotado por mí como explicaré más abajo.

Éste es un esquema de libro de texto de los espectros de supernovas de distintos tipos. Como puede verse, el espectro que obtuvieron para SN2017cbv es parecido al de una de tipo Ia (se dice "uno-a") pero no exactamente igual. A mí me confundió un poco al principio identificar lo que marqué como "silicio", que me parecía que era la W del azufre. Es difícil identificar estas cosas a ojo, particularmente porque los espectros de las supernovas cambian mucho a lo largo de la explosión, y los que aparecen en esta figura son ejemplos cercanos al máximo de brillo.

Entonces los astrónomos usan un programa que compara ("fittea") el espectro con supernovas conocidas, llamado por supuesto Superfit. Los astrónomos informan en su reporte que la que más se parece a SN2017cbv es la SN1999aa, observada 11 días antes del máximo. Ésta es la comparación, que también está en el TNS. Así que concluyen que es también de tipo Ia, posiblemente más temprana aún. Y señalan que tiene un fuerte viento de silicio a 23 mil km/h, lo cual es una velocidad enorme aun en términos astronómicos. En el TNS se pueden graficar las líneas de los elementos a distintas velocidades, y así identifiqué como silicio lo que al principio creí que era azufre.

La principal característica espectroscópica de las supernovas de tipo Ia es que carecen por completo de hidrógeno. Son explosiones termonucleares de puro carbón y oxígeno, cadáveres estelares donde todo el hidrógeno y el helio se han consumido y la estrella se apagó. Esto las diferencia de las supernovas de colapso del núcleo, en las cuales la explosión destroza una estrella que es todavía mayoritariamente hidrógeno. Pero más sobre esto otro día.

No he visto todavía más espectros de SN2017cbv, pero seguramente aparecerán publicados en algún momento. Recién en 2004 apareció un análisis de SN1999aa donde vi una linda secuencia de la evolución del espectro, desde su descubrimiento 11 días antes del máximo hasta dos meses después del máximo. Es una maraña, menos mal que existe Superfit. ¡No sé cómo hacían antes!

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El póster está hecho con esta aplicación on-line de la BBC.

La imagen de espectros de supernovas está en muchos sitios de la web, sin un autor u origen claro.

La figura con los espectros de SN1999aa está tomada de Garavini et al. (2004), Spectroscopic Observations and Analysis of the Peculiar SN 1999aa, The Astronomical Journal 128:387.

Espectros del espacio exterior es también el título de una de mis charlas de divulgación, que habitualmente doy para profes de ciencia o alumnos de secundaria o primaria. El año pasado me filmaron, y puede verse en YouTube. Es una charla larga, pero a alguien le puede servir.