sábado, 16 de junio de 2018

Los cúmulos de la Daga

Vamos a hacer un último rebote del ping-pong de cúmulos estelares que nos llevó de IC 2602 en el cielo del sur, a las Pléyades en el cielo del norte, y nuevamente al sur con NGC 2516. Ahora, justo cuando el gigante Orión se escabulle tras la cordillera para comenzar su hibernación anual, regresamos la cielo del norte para visitar su Gran Nebulosa. ¿Cómo, no era un ping-pong de cúmulos? ¿Qué tiene que ver una nebulosa? Bueno, es que los cúmulos nacen de las nebulosas, y dentro de M42 hay un cúmulo recién nacido. Además, en esta foto tomada a través del telescopio acromático Orion ST80 cabe la Daga de Orión casi entera, 1.85 grados de ancho ricos en cúmulos:


Ésta es la Daga, que a simple vista vemos como 3 estrellitas pendiendo de las Tres Marías. Como vemos, no son tres estrellitas. La estrellita central, que a simple vista se aprecia difusa, es naturalmente el complejo dominado por la gran nebulosa M42 y las brillantes estrellas del Trapecio. Me encanta el color con que salió en esta foto. El rosado es característico de la fluorescencia del hidrógeno, excitado por la intensa radiación ultravioleta de las estrellas jóvenes del Trapecio. En la parte central, alrededor de éste, la radiación es tan fuerte que hasta el oxígeno, menos abundante, brilla con su característico verde azulado. Pliegues de polvo y gases más fríos y oscuros parecen envolver la nebulosa desde afuera, particularmente donde se encuentra M43. No es una ilusión: M42 es realmente una burbuja esculpida en el medio interestelar por la radiación del Trapecio.

A la derecha de la Gran Nebulosa está el cúmulo NGC 1980, que sería notable en regiones menos abigarradas del cielo. Su estrella más brillante es Iota Orionis, Nair al Saif: "la más brillante de la espada". Es una estrella binaria. La principal, Iota Orionis A, de tercera magnitud, es una estrella de la escasísima (una cada tres millones) clase espectral O, una gigante azul 14 mil veces más brillante que el Sol. La segunda del sistema (Iota Orionis B) era la compañera original de Mu Columbae cuando juntas chocaron de frente con el par Iota Orionis A y AE Aurigae, resultando en el actual matrimonio Iota Orionis A y B y la fuga a toda velocidad de las otras dos. Ya lo hemos contado aquí. Las acompaña una doble fácil que se distingue en mi foto (arriba del 9), Struve 747, y una decena de estrellas más.

Del otro lado de la nebulosa (hacia las Tres Marías) hay un complejo de cúmulos y nebulosas que tiene varias designaciones: NGC 1973, 1975 y 1977. La región entera está catalogada también Sh2-279 (Sh de Stewart Sharpless, que compiló un catálogo exhaustivo de regiones H II, hidrógeno atómico ionizado). La nebulosa es compleja y no fácil de ver, incluyendo partes de emisión, de reflexión y nubes oscuras. Se la llama popularmente el Corredor (Running Man), una forma que con ganas se aprecia también en mi foto.


Las fotos son mías. El gráfico del scattering que dio origen a Mu Columbae, AE Aurigae y Iota Orionis está basado en uno de N-body simulations of stars escaping from the Orion nebula, de Gualandris et al., Mon. Not. R. Astron. Soc. 350, 615–626 (2004).

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sábado, 9 de junio de 2018

El Mundial, el Barroco, San Pedro y los planetas

Hace once mundiales (¡once!) el profesor de Historia entró al aula, saludó a los alumnos que lo esperábamos de pie junto a los pupitres ingleses de roble y fundición, miró el pizarrón y preguntó: "¿El profesor de Latín también está con lo del Mundial?" El profesor de Latín había dibujado con tiza esto:


Se parecía, claro, al popular logo del Mundial '78, que en esos días estaba por todos lados. Pero el profesor de Latín no había dicho nada de la Copa del Mundo. Imagino que le interesaba el fútbol, aunque fuera superficialmente: el profesor Abilio Bassets era un hombre culto y se interesaba por todo. Ese día nos había estado explicando el geométrico plan de la Plaza San Pedro, en Roma. Delante de la imponente basílica diseñada por Miguel Ángel, Gian Lorenzo Bernini había construido una magnífica plaza seca, ceñida por una cuádruple columnata monumental con esta forma. El año pasado así la fotografié desde la cima de la cúpula:


Bassets nos explicó que Bernini, genial arquitecto barroco, heredero del Renacimiento, había querido representar a la Iglesia recibiendo con los brazos abiertos a los fieles. La misma idea del artista que creó el logo del Mundial 78, por supuesto: abrazar a los visitantes. Y festejar los goles.

Dos detalles de la explicación me fascinaron: la parte ovalada de la plaza era una elipse, y si uno se paraba en los focos las cuatro filas de columnas resultaban alineadas, quedando visible sólo la más interior. ¿Sería posible? A los 13 años, yo acababa de aprender que las elipses eran las curvas que seguían los planetas en sus caminos alrededor del Sol, y sabía dibujarlas. Entendí, con los años, que las elipses se habían vuelto muy populares en la arquitectura post-renacimiento, seguramente por el rol prominente que jugaban en la astronomía. Y que moverse por una plaza donde lo que parece una muralla inexpugnable se vuelve transparente cuando uno llega al foco, el lugar del Sol, encajaba perfectamente con la teatralidad del Barroco. Así que el año pasado me pasé un buen rato disfrutando del efecto:


Ahora bien, resulta que lo que nos contó Bassets sólo es aproximadamente cierto. Los puntos especiales de la plaza no son los focos (que estarían donde están las fuentes), sino que están más cerca del obelisco central, marcados con adoquines especiales de mármol blanco y pórfido, donde dice "centro del colonnato ~".

Lo comprobé tratando de verificar la definición geométrica de la elipse: que la suma de las distancias de cada foco a cualquier punto de la curva es la misma. No era. Lo hice caminando, esquivando turistas y vallados, pero no daba. Desde las fuentes, que parecían mejor posicionadas, daba un poco mejor, pero tampoco. Me pregunté si sería porque no podía caminar desde el centro de la fuente, así que intenté hacerlo en Google Earth:


Me fui sin saber lo que pasaba. Pasó un año, y me acordé de googlearlo. No me costó descubrir la verdad: la plaza no es elíptica. Hay un uso informal de las palabras óvalo y elipse como si fueran lo mismo, pero los óvalos en realidad son curvas trazadas con arcos de círculos, con distintos centros y radios, parecidas a elipses pero más fáciles de dibujar. Encontré un trabajo presentado en una conferencia de matemática que discute precisamente el caso de la Plaza San Pedro. Una elipse y un óvalo con las mismas proporciones que la plaza son casi idénticos:


La elipse es la curva azul y el óvalo, trazado con cuatro círculos, es la negra. Bernini eligió el óvalo, y puso las fuentes en los lugares donde hubieran estado los focos de la elipse:


El plano de la izquierda (A) muestra los cuatro círculos usados para trazar el óvalo. Uno de los grandes, además, abarca hasta la escalinata de San Pedro (seguro que a propósito). Las columnatas recorren algo más que la curva de los círculos más pequeños. Además, sus centros están en los puntos marcados con los adoquines de pórfido, centros de las columnatas. Ésta es la clave. Resulta que, siendo la curva circular, sus perpendiculares son radios y permiten alinear las cuatro columnatas de manera que todas las filas se crucen en un punto, el centro del círculo (izquierda en la figura de abajo). Si la curva fuera una verdadera elipse, ¡las perpendiculares no se cruzarían en un punto! Dibujarían, en cambio, esta complicada envolvente:


Es decir, al caminar por la plaza uno vería que la columna interior oculta las otras tres sólo en una dirección, cambiante al movernos alrededor del obelisco. No tendría el efecto realmente sorprendente de desmaterialización que produce la conjunción simultánea de toda la columnata, cuando el bosque de columnas parece desaparecer. Bernini sacrificó la geometría y la astronomía por el arte.


La construcción de la plaza terminó en 1667. Al mismo tiempo, en la campiña inglesa, el joven Isaac Newton se tomaba un año sabático en casa de su madre a causa de la peste, durante el cual inventó el cálculo infinitesimal, descubrió la ley de la gravitación, y demostró que las órbitas de los planetas tenían que ser las elipses que había descubierto Kepler. ¿Cómo se compara la "elipse" de Bernini con las órbitas de los planetas? Salta a la vista que es demasiado excéntrica: midiendo en Google Earth el cociente entre la distancia entre las fuentes y el eje mayor me da una excentricidad de 2/3. El planeta más excéntrico conocido en tiempos de Bernini era Mercurio, con una excentricidad apenas mayor que 1/5. Plutón no llega a 1/4. Dibujadas, la órbita de Mercurio (naranja), la columnata (azul) y un círculo (verde) se comparan así:


Al comenzar un nuevo Mundial en condiciones precarias, nos encomendamos a Messi...


El artículo citado, de donde tomé algunas de las figuras, es:

Carlini & Magrone, Ellipses and ovals in the physical space of St. Peters Square in Rome, Proceedings of the 16th Conference of Applied Mathematics APLIMAT 2017, Bratislava.

Las fotos son mías.

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sábado, 2 de junio de 2018

El cumpleaños de la ciencia (o dos eclipses que cambiaron su historia)

El 28 de mayo de 585 A.C. se produjo un eclipse solar total que cruzó el Caribe, el Atlántico, Europa meridional y la meseta de Anatolia, en la actual Turquía. ¿Qué tiene de especial? Según Heródoto, Tales de Mileto lo predijo. Sería no sólo la primera predicción de un eclipse, sino probablemente de un fenómeno físico de cualquier tipo. Como los griegos inventaron la ciencia, y como Tales fue probablemente el padre fundador de la cultura científica, el 28 de mayo viene a ser el cumpleaños de la Ciencia, o al menos de la Astronomía.

El eclipse es también notable por otra cosa. Había una guerra entre medos y lidios, que llevaba ya 5 años. Se libraba una batalla a orillas del río Halis cuando se produjo el eclipse y se hizo de noche en pleno día. El combate se detuvo, se reunieron los generales y los dos estados firmaron un armisticio. ¡Qué imagen poderosa, la de dos naciones que se masacran durante años y ante el misterio de la naturaleza que los abruma deciden zanjar sus diferencias!

Dos mil quinientos tres años (más un día) después, el 29 de mayo de 1919, otro eclipse solar total cruzó el Atlántico, desde las costas de Brasil hasta el África ecuatorial. Arthur Eddington y el Astrónomo Real Frank Dyson organizaron dos expediciones astronómicas para observarlo desde Sobral en Brasil y desde la isla Príncipe en Africa. Tenían el propósito de fotografiar unas estrellas del cúmulo de las Híades que serían visibles junto al Sol durante la totalidad, para comprobar una de las predicciones de la teoría de la Relatividad General, la flamante teoría de la gravitación recientemente publicada por Einstein en 1917. Lo lograron: la desviación de la luz estelar resultó ser compatible con la predicción de Einstein y no con la de la gravitación newtoniana. (Sí: la gravitación newtoniana también predice una desviación de la luz, pero la mitad de la einsteniana.)

Fue la segunda verificación de la Relatividad General: el propio Einstein había mostrado que lograba explicar la precesión anómala de la órbita de Mercurio. Para la Relatividad General fue un punto de quiebre: aunque la matemática de la teoría era todavía difícil de tragar, había un resultado palpable: la luz se dobla. La noticia recibió amplia cobertura en los medios públicos. El New York Times lo tituló de manera sensacional, y Einstein se convirtió de la noche a la mañana en una celebridad mundial. El texto de la nota es interesante de leer, y el título es bastante gracioso:

LAS LUCES TODAS TORCIDAS EN EL CIELO
Los hombres de ciencia más o menos boquiabiertos por los resultados de las observaciones del eclipse.
LA TEORÍA DE EINSTEIN TRIUNFA
Las estrellas no están donde parecía o se calculaba que estaban, pero nadie debe preocuparse.

(PS: Nos contó Jorge Pullin en su excelente charla La telenovela de las ondas gravitacionales que el corresponsal del NYT era un periodista deportivo que cubría el torneo abierto británico de golf.)

Poco después la Relatividad General nos daría el universo en expansión, y finalmente el Big Bang, las ondas gravitacionales y toda la cosmología moderna.


Por supuesto, no estamos completamente seguros de la predicción de Tales. El relato está en uno de los libros de Heródoto y algunos más. Aparentemente, es al menos plausible. Un trabajo más o menos reciente que argumenta a favor de la predicción es: Panchenko, Thales's prediction of a solar eclipse, JHA XXV:275 (1994).

El resultado de las observaciones de Eddington y Dyson no fue universalmente aceptado inicialmente. La revisión moderna de sus datos, sin embargo, les da la razón. El fenómeno de desviación de la luz estelar durante un eclipse fue repetido varias veces a lo largo del siglo XX. El año que viene se cumplen 100 años del experimento crucial, y sería buenísimo poder repetirlo durante el eclipse que cruzará Chile y Argentina el 2 de julio.

La foto del eclipse y este gráfico son del paper de Eddington en el que reporta los resultados. El grabado de la batalla del río Halis aparece en Astronomía para aficionados, de Flammarion, atribuído a Rochegrosse.

Para detallistas: entre 585  A.C. y 1919 hay 2503 años, aunque 1919-(-585) = 2504, porque nuestro calendario no tiene año 0. Qué se le va a hacer.

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sábado, 26 de mayo de 2018

Luna llena en technicolor

El día 1 de marzo salió la Luna llena a las 20:30 en Bariloche. A las 21:51 alcanzó exactamente el plenilunio, una luna notable, reíte de la Tierra plana: a través del telescopio se veía completamente chata (un efecto que ya hemos comentado). Estaba todavía un poco baja para fotografiarla, así que esperé casi hasta las 11 y media. Hice 200 exposiciones de 1 milisegundo para apilarlas y mejorar la imagen. Porque sólo una buena imagen de la Luna permite apreciar la poco conocida variedad de sus colores naturales, que también hemos comentado hace tiempo. En esta ocasión hice un montaje de tres versiones: en colores naturales (izquierda), una saturada y una vibrante:


Los colores obedecen, naturalmente, a distintos minerales presentes en el suelo lunar. En general, en esta imagen los colores anaranjados son basaltos pobres en metales (hierro y titanio), mientras que los azules son ricos en metales. Como tuve que reducir drásticamente la imagen para ponerla aquí, hice también un montaje con ocho detalles al 100% de resolución.


La composición destaca algunos de los highlights de la Luna llena:

Messier 1 y 2. Notable par de cráteres muy elongados, con rayos bien marcados en una sola dirección. Formados por un impacto muy rasante en tiempos recientes. Se destacan en medio del Mar de la Fecundidad.

Tycho. Excepcional cráter, muy moderno (100 millones de años). Su borde circular mide 86 km de diámetro, pero durante la Luna llena se aprecia a su alrededor un enorme faldón de material eyectado y un sistema de rayos de más de mil kilómetros de largo. Creo que es la formación más pequeña visible a ojo desnudo en la superficie lunar.

Grimaldi. Un círculo de más de 200 km de diámetro, tan cerca del borde del disco lunar que se ve muy ovalado. Es muy oscuro: su fondo plano delata una inundación de lava que lo convierte casi en un pequeño mar.

Statio Tranquillitatis. Casi en el ecuador lunar, cerca de la "orilla" del Mar de la Tranquilidad, muy cerca del cráter Moltke (que se ve como un punto brillante en medio de una "bahía" bien azul en la foto). Es la primera estación humana en otro cuerpo celeste. Establecida el 20 de julio de 1969, permanece abandonada desde el 21 de julio de 1969.

Copernicus. Otro de los cráteres extraodinarios de la Luna: apenas mayor que Tycho, también tiene un enorme faldón de eyección que forma una extensa filigrana de rayos que sólo se aprecia durante la Luna llena. Fíjense qué distintos que son uno del otro.

Mare Crisium. Claramente visible a ojo desnudo, parece ovalado de norte a sur pero en realidad está ligeramente estirado de este a oeste: 620 por 570 km. El fondo es muy plano y justo fuera de su borde occidental se destaca el sistema de rayos de Proclus, asimétrico por un impacto rasante.

Plato. Muy circular, muy oscuro, de fondo muy plano. Está justo al norte del Mar de las Lluvias, en la región alta que separa a éste del Mar del Frío (ambos se ven en el detalle). Mide 100 km de diámetro. Justo al este (a la izquierda en mi foto) están los Montes Alpes y el notable valle del mismo nombre.

Aristarchus. Uno de los cráteres más raros: se destaca el color celeste en la imagen saturada, correspondiente a material volcánico encontrado en pocos otros lugares de la Luna. Lo rodea un faldón que parece un cuadrado en perspectiva, y varios ríos serpenteantes, el Valle de Schröter y las Rimas de Aristarco (probablemente tubos de lava colapsados).

¿Te gusta la Luna? No te pierdas este video que simula un sobrevuelo, hecho con imágenes y datos del Lunar Reconnaissance Orbiter. En 4K, quien pueda.

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sábado, 19 de mayo de 2018

Into the void

Past the stars in fields of ancient void
Through the shields of darkness where they find
Love upon a land a world unknown.
Black Sabbath, Into the void

La semana pasada comentábamos el Gran Debate de la astronomía de principios del siglo XX: la cuestión de si las "nebulosas espirales" estaban dentro o fuera de la Vía Láctea. Edwin Hubble demostró poco después que eran, como decía Heber Curtis, sistemas lejanos similares a la Vía Láctea. El simple hecho de poder observar estas galaxias fue la clave para averiguar mucho de lo que sabemos del universo: que es inmenso, más inmenso que la vastedad interestelar, que se expande, que tuvo un origen y una evolución a partir de un estado caliente y denso muy distinto de lo que vemos ahora.

En años recientes los surveys de galaxias nos han mostrado que su distribución es extremadamente heterogénea, formando una especie de espuma con grandes burbujas vacías y filamentos donde se amontonan las galaxias formando cúmulos. Los modelos físicos de evolución del universo permiten explicar cómo se formó esta espuma, en la que juega un rol crucial la materia oscura, que observamos de manera indirecta pero cuya naturaleza nos resulta todavía esquiva.


¿Cómo habría sido la astronomía del siglo XX si no hubiésemos podido ver galaxias más allá de la Vía Láctea? Si estuviéramos en medio de una de las burbujas vacías, los telescopios de principios del siglo XX no habrían mostrado nada más allá de la Vía Lácta. Sólo oscuridad. Ni universo en expansión ni nada. ¿Qué hubiera pasado con la Teoría de la Relatividad General, sin el territorio fértil del cosmos en expansión de Hubble?

Curiosamente existen tales void galaxies. Una de ellas es ésta, la galaxia más solitaria que conocemos:


Esta preciosidad espiral, MCG+01-02-015, parece estar rodeada de galaxias, pero es un engaño producto de la perspectiva. Todas esas galaxias del fondo están muchísimo más lejos. La galaxia más solitaria que conocemos flota en total aislamiento en medio de un vacío de 100 millones de años luz. Para poner en perspectiva lo que esto significa, observen algunas de las galaxias que hay alrededor nuestro hasta 100 millones de años luz:


Todo el inmenso cúmulo de galaxias de Virgo, más los cúmulos de Fornax y Erídano y una multitud de grupos menores llenan este espacio. Tenemos que alejarnos a 200 millones de años luz para empezar a ver las grandes burbujas, los voids, como el que ocupa la Galaxia Solitaria:


MCG+01-02-015 se encuentra en la dirección de Piscis, a más de 300 millones de años luz de nosotros. Si la Vía Láctea estuviera en su lugar, no habríamos sabido acerca de la existencia de otras galaxias hasta la década de 1960, siempre y cuando la técnica astronómica hubiese seguido el mismo camino. ¡Qué sorpresa la del astrónomo que primero observase pequeñísimas nebulosas de naturaleza desconocida en sus fotos! ¡Qué material para un Gran Debate!


El video muestra un vuelo a través de cientos de miles de galaxias del SLOAN survey, preparado por Berkeley Lab. La imagen de MCG+01-02-015 es de NASA/ESA/Hubble Space Telescope. Las ilustraciones de la distribución de galaxias son del Atlas of the Universe.

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sábado, 12 de mayo de 2018

El Gran Debate y el Agua Negra

Cualquier telescopio mediano permite ver, desde un lugar razonablemente oscuro, pequeñas nebulosas más o menos ovaladas y de aspecto espiral que, a principios del siglo XX, estuvieron en el centro de un misterio científico: ¿qué eran? En 1920 se desarrolló en el Museo Smithsoniano un Gran Debate, en el cual expusieron sus argumentos los dos principales defensores de posibles soluciones del misterio. El asunto era más profundo que la mera naturaleza de las nebulosas. Harlow Shapley sostenía que el Sol ocupaba un lugar periférico en el inmenso sistema estelar de la Vía Láctea, y que las "nebulosas espirales", similares a las muchas nebulosas que observamos en el plano de la Vía Láctea, formaban parte de este sistema estelar. Heber Curtis argumentaba que el Sol estaba en el centro del sistema de estrellas, y que las nebulosas eran en sí mismas sistemas gigantes similares a la Vía Láctea entera, y que estaban por lo tanto lejísimos.


Si Shapley hubiera tenido razón, la Vía Láctea sería el universo todo. Si, en cambio, las nebulosas del debate eran extragalácticas el universo era inmensamente mayor que lo que se había explorado durante el siglo XIX. La cuestión se zanjó cuando Edwin Hubble pudo medir la distancia a la "nebulosa" de Andrómeda y a otras similares. Resultó, como aprendemos hoy desde chiquitos, que eran galaxias, inmensas y lejanísimas.

Curiosamente, los dos campeones del Gran Debate tenían razón en parte y se equivocaban en parte. ¿Hay alguna enseñanza en esto? Dentro de un siglo, ¿verán nuestros esfuerzos por comprender la naturaleza misteriosa de la materia oscura con la simpatía con la que nosotros vemos el Gran Debate? ¿Habrá algo de razón en cada posición: que son partículas muy poco interactuantes, axiones, neutrinos, agujeros negros primordiales, o que hay que modificar la gravitación? Creo que la mayoría de los físicos y astrofísicos estamos razonablemente convencidos de que se trata de partículas. Después de todo, sabemos que el modelo estándar, con todos sus éxitos, no está completo (falta la masa de los neutrinos, entre otas cosas). Pero pasan los años y los experimentos que bucan detectar directamente las partículas de materia oscura siguen sin dar resultados (salvo la oscilación anual del experimento DAMA/Libra, que muchos sospechan es un error sistemático).

Me encantaría que la materia oscura se descubra en la Argentina. Todavía el gran público no lo conoce, pero desde hace años tenemos un proyecto de un laboratorio de partículas subatómicas a gran profundidad, una condición necesaria para aislarse de la radiación cósmica y poder estudiar fenómenos sutiles como la materia oscura. El laboratorio ANDES se construirá a mitad de camino del nuevo túnel carretero debajo de la cordillera, en el Paso de Agua Negra, en San Juan. El líder del proyecto es nuestro colega Xavier Bertou, del grupo de Partículas y Campos del Centro Atómico Bariloche. El túnel es importantísimo para la economía del cono sur, y el laboratorio es una oportunidad sensacional para la ciencia básica sudamericana. Espero que los dos se lleven a cabo, y que Xavier descubra la materia oscura allá por el 2028.


Las imágenes de las galaxias espirales M101 y M104 son de NASA/ESA/Hubble Space Telescope. El plano del laboratorio es del proyecto Agua Negra Deep Experiment Site y del Consorcio Sudamericano de Experimentos Subterráneos. Lean el folleto de ANDES aquí.

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sábado, 5 de mayo de 2018

Pesebre Austral

Sigamos con el ping-pong de cúmulos estelares, que nos llevó de IC 2602 en el cielo del sur, a las Pléyades en el horizonte norte. Volvemos al sur, para visitar un hermoso cúmulo estelar que ya se había colado en la foto con la que introduje a Theta Carinae. Es el cumulito que se ve casi justo arriba de la punta del ciprés en esta foto:


Se trata de NGC 2516, una más de las joyas de la constelación de Carina. Así como IC 2602 tiene un sobrenombre por su parecido con un cúmulo del norte (las Pléyades del Sur), a NGC 2516 le dicen el Pesebre Austral, por un somero recuerdo de M44, el Pesebre (Praesepe, en latín, también llamado la Colmena) en Cáncer. Ambos cúmulos son fácilmente visibles a simple vista como nubecitas de magnitud 3.7, y cualquier instrumento óptico de poca potencia los revela en toda su gloria:


El Pesebre Austral tiene, como su homónimo, varias estrellas rojas (gigantes) que se destacan junto a las blancas y azules. Las dos más brillantes son de quinta magnitud. Una tercera estrella del mismo brillo forma un triángulo con ellas (el vértice más al norte, abajo). Aunque en mi foto se ve algo rosadita, es un estrella blancoamarillenta de clase espectral F (si no me equivoco no forma parte del cúmulo, encontrándose bastante más cerca). La estrella bien azul a su derecha es de clase B, naturalmente (y parece estar a la distancia correcta como para ser parte de NGC 2516). En el núcleo del cúmulo vemos también variedad de colores.

A propósito, ¿les parece que hay un núcleo denso y muchas más estrellas dispersas alrededor? Efectivamente, NGC 2516 ha sufrido una segregación por masa, es decir que las estrellas más masivas han "caído" al centro, mientras que casi todas las pequeñitas forman un halo exterior. Según los autores del trabajo donde lo leí, la masa total del cúmulo sería de 1400 masas solares, ¡el doble que las Pléyades!

NGC 2516 es un cúmulo joven, de unos 150 millones de años (similar a las Pléyades, y bastante menos que el Pesebre M44). Se encuentra a 1100 años luz de nosotros (más lejos que los 436 de las Pléyades y los 577 de M44). Es fácil encontrarlo guiándose por la Falsa Cuz, como podemos leer en Sur Astronómico. En esta foto nos hace photobombing otro cúmulo estelar, ESO 123-26. Está algo más lejos, a 1800 años luz. Más allá de esto, la Humanidad no sabe gran cosa sobre él.

¡Habrá más rondas del ping-pong de cúmulos estelares!


El trabajo de referencia es:

Jeffries et al., The mass function and mass segregation in NGC 2516, en The Future of Cool-Star Astrophysics, eds. Brown et al. (University of Colorado), 2003, p. 793-798.

En la foto puse que NGC 2516 está a 1300 años luz, pero según Simbad son 1127.

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sábado, 28 de abril de 2018

Pronóstico: despejado, con nevadas

El video es tan hipnótico y extraordinario que es difícil dejar de verlo. El twittero @landru79 publicó esta semana un montaje de una treintena de fotos tomadas por el robot Rosetta el 1 de junio de 2016, cerca del final de sus dos años de órbita alrededor del cometa 67P/Churymov-Gerasimenko. La nave estaba a apenas 10 km de la superficie de hielo y polvo, donde hay una escarpada barranca, a cuyos pies vemos un suelo liso con algunas rocas. Basta de introducción, miren esto:


¿Qué estamos viendo? ¡Es una nevada, bajo las estrellas... en un cometa! ¡EN! ¡UN! ¡CO ME TA!

Al principio tuve dudas. Era posible, por supuesto. Rosetta estaba muy cerca del núcleo del cometa, y el perihelio había pasado hacía poco con lo cual había mucha actividad de hielo y polvo formando la coma y la cola. Pero, ¿era tan densa como para darle aspecto de precipitación?

Además, se ven trazas y manchas pasando en distintas direcciones. ¿No serían rayos cósmicos que habían dejado sus marcas al azar en el detector de la cámara? Descargué un par de imágenes consecutivas del repositorio de la ESA para verlo por mí mismo. Las dos imágenes mostraban sin lugar a dudas que las trazas correspondían a partículas que se movían entre la tomas. Entre cada fotograma transcurren varios minutos, así que no podían ser rayos cósmicos. Además, cada exposición dura 12 segundos, así que era razonable que fueran trazas de partículas de la cabellera del cometa. Me quedaba la duda de los "copos" que se ven moviéndose de arriba hacia abajo, que parecen diferentes de las trazas caprichosas de "adelante". Minutos después @landru79 publicó esta secuencia, mostrando que eran estrellas, fijas de foto en foto, y moviéndose con respecto al paisaje debido al cambio de posición de Rosetta.

¿Sería posible identificar estas estrellas? En algunos de los fotogramas del medio se ve lo que parece un cúmulo estelar, apareciendo por el borde superior y ocultándose tras el acantilado. Y hay varias estrellas brillantes cerca del borde derecho. Subí una de las imágenes a Astrometry.net para que el robot astrógrafo las identificara, pero falló. Seguro que se confundió con la nevada. A ningún astrónomo se le ocurre sacar fotos con nieve, después de todo. Entonces cargué dos fotos consecutivas en capas de Photoshop. Puse la superior  en "substract" y la acomodé para alinear las estrellas (la substracción permite alinear las estrellas porque cuando coinciden, desaparecen). Esto me dejó sólo el paisaje y la nevada, sin estrellas. Finalmente puse una nueva copia de la imagen inferior y la puse como "difference". Esto eliminó la nevada y rescató las estrellas. Se distingue perfectamente el cumulito y el campo estelar. El paisaje, como se mueve de toma a toma, no desapareció. Pero subí la imagen a Astrometry y la identificó (está girada 90 grados):


Según Astrometry el campo mide 2.21 grados. A 10 km de distancia, esto nos dice que el acantilado mide más de 300 metros (10×tan(2.21)). La estrella brillante es 27 Canis Majoris, el cumulito es NGC 2362 y hay otro cúmulo, menos conspicuo, NGC 2354. Astrometry te devuelve además una versión calibrada que puede cargarse en un programa como Cartes du Ciel:


Allí está nuestro paisaje en contexto, cerca del anca del Can Mayor, que visitamos hace años y donde ya habíamos encontrado a NGC 2362. Pueden ver el paisaje estelar por Uds. mismos, cúmulos incluídos, cualquiera de estas noches, mirando al Oeste, arriba de Orión (si están a una latitud mediana austral, y si no nieva).

Rescaté otro video de @landru79, que muestra el cometa desde bastante más lejos, y la cabellera vista de otra manera: se aprecian los geisers que son la fuente de las partículas de hielo y polvo que forman la "nevada". En esa tenue atmósfera se metió Rosetta durante la etapa final de su exploración, y nos permitió ver de cerca la nevada del cometa.


@landru79 es hispanoparlante (no sé de qué origen) y está procesando imágenes públicas de los robots que exploran el sistema solar con magníficos resultados. Recomiendo seguirlo.


Las imágenes de 67P son de ESA/Rosetta, procesadas por el usuario de Twitter @landru79. El mapa está hecho con Cartes du Ciel. La captura de pantalla muestra el plate solving de Astrometry.net.

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sábado, 21 de abril de 2018

Gaia ve la Nube Mayor de Magallanes

Gaia es un telescopio espacial de diseño inusual (parece un sombrero, ¡y los espejos son rectangulares!), ya que está dedicado a un propósito muy específico: medir con precisión sin precedentes la posición y el movimiento de más de ¡mil quinientos millones de estrellas! Será una revolución en nuestro conocimiento de la estructura y la dinámica de la Vía Láctea. Y mucho más.


Gaia está observando sus millones y millones de estrellas desde hace ya cuatro años. En 2015, en base al primer año de observaciones, se publicó el primer catálogo de resultados. La imagen de aquí arriba no es una foto del cielo, sino una representación gráfica de aquel catálogo (notar las bandas que muestran cómo se iba cubriendo todo el cielo).

Sabiendo que faltaba poco para la publicación del segundo catálogo revisé el sitio de Gaia: será esta semana, el 25 de abril. Más de 1300 millones de estrellas entre las magnitudes 3 y 21 tendrán su posición determinada en 3D con precisión asombrosa, de algunos microarcosegundos. Un microarcosegundo es la millonésima parte de un segundo de arco. La Luna mide en el cielo 1600 segundos. Reguau. 10 microarcosegundos es como ver un pelo a 2000 kilómetros. Es como ver una estampilla en la Luna.

Millones de estas estrellas tendrán además determinada su velocidad en el espacio, con precisión de un par de cientos de metros por segundo. Más de mil millones de estrellas tendrán, además, su brillo y su color determinado con precisión de milésimos de magnitud, al estilo del telescopio Kepler. Nunca la Humanidad tuvo semejante cantidad de datos astronómicos de tanta precisión. Será una mina de oro.

Aparte de estrellas, por supuesto, habrá decenas de miles de asteroides, estrellas variables, supernovas y la mar en coche. Cualquier cosa que brille en el cielo habrá sido observada por Gaia en estos años. Habrá un tercero y un cuarto catálogos rellenando los huecos que queden y mejorando las mediciones, en 2020 y 2022.

No todas las estrellas de Gaia son de la Vía Láctea: en la imagen se distinguen perfectamente las Nubes de Magallanes. Husmeando en la web de la European Space Agency encontré esta extraordinaria imagen de la Nube Mayor, tal vez mi galaxia favorita. No es una foto: es el catálogo de Gaia, versión 1. Nunca había visto la estructura de la barra y la espiral de la Nube de Magallanes con tanta claridad. En la página de Gaia hay una versión mucho más grande que ésta.


Esperamos ansiosos el Gaia Data Release 2 dentro de pocos días.

Update: Los datos de Gaia fueron publicados, y habrá pasta para años. Esta preciosa visualización en 360 grados (usen el mouse para mover la imagen) es la versión actualizada del mapa de arriba. No es una foto, es un mapa de los datos medidos por Gaia.




Las imágenes son de ESA/GAIA. Bueno, la de la Luna es mía, Gaia no observa la Luna.

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sábado, 14 de abril de 2018

El mundo al revés

En noviembre estuve en el Planetario de Buenos Aires, visitando a mi amigo Diego Hernández. Aprovechando que no había funciones por ser lunes, me llevó a la sala de proyección para mostrarme el nuevo sistema de control y operación del modernísimo proyector que ha reemplazado al viejo Zeiss de nuestra infancia.

En un momento me acerqué al instrumento, que es como una cruza entre R2-D2 y BB-8, un cilindro redondeado recubierto de lentes por todos lados. Cuando uno se acerca a una de ellas se ve así:


A la pucha, qué brillante. Parece que uno se estuviera acercando al ojo de buey de una nave espacial cerca de una estrella. "Asomate", me dice Diego, "es una experiencia única". Así que me asomé. Lástima que no hay efectos de sonido para acompañar la imagen:

¡Oooooohhhhh! ¡Aaaaaahhhhhh! La foto no alcanza a transmitir la experiencia. ¿Qué estoy viendo? Son las estrellas, pero es tan distinto del cielo estrellado... Cuando uno se mueve un poco a los lados ve como una esfera plagada de estrellas, pero vista desde afuera. Un cielo estrellado visto desde afuera. Como si uno estuviera fuera del universo, y mirando hacia adentro. Como una versión astronómica del Aleph borgiano. Esa parte más densa debe ser la Vía Láctea. Y esa estrella brillante ¿podría ser Sirio? Andá a saber. ¿Se podrían reconocer las constelaciones, al revés?

Me pareció reconocer la Cruz del Sur en esta lente, pero no a los Punteros. Es confuso, y sobrecogedor. Miré hacia la cúpula buscando algo identificable, y encontré la Nube Mayor de Magallanes. Miré de nuevo el R2-D2 tratando de identificar la lente correspondiente, y me asomé, como se asomaría Dios a ver qué onda el universo...


My God, it's full of stars, diría Dave Bowman hace 50 años. No recuerdo más. Me fui, muy impresionado. Diego me debe haber dado un montón de Si Muoves para repartir en Bariloche, porque me encontré la mochila llena de revistas.



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sábado, 7 de abril de 2018

La cosa más grande

La Tierra es tan grande que hasta el día de hoy hay gente que cree que es plana. El Sol es mucho más grande: en él cabrían un millón de Tierras. Aun así, una estrella es una mota de polvo en la galaxia. Y si bien la Vía Láctea es una galaxia grande, las hay mayores. Los cúmulos de galaxias, naturalmente, son todavía más grandes que las galaxias mismas. ¿Cuál será la cosa más grande? ¿La más grande de todas? ¡Sin decir "el universo", eh!

Bueno, depende un poco de qué se entienda por "cosa", por supuesto. En la reciente conferencia Distant Galaxies from the Far South, George Becker, de la Universidad de California, nos mostró su observación de lo que podría ser la cosa más grande:


Este gráfico muestra un espectro, obtenido con el telescopio VLT, del lejano quasar (se pronuncia cuéisar, otro día cuento lo que son) con el raro nombre ULAS J0148+0600. Está tan lejos (z = 5.98, dice ahí) que su luz fue emitida hace 12800 millones de años, en un universo "infantil" muy distinto del actual. Estos quasars lejanísimos resultan ser una herramienta ideal para los astrónomos que investigan el espacio entre las galaxias, ya que su radiación tuvo que atravesar tooooooodo ese espacio intermedio hasta llegar hasta nosotros. Y, en el camino, esa luz sufre transformaciones según lo que va encontrando. Esta ilustración permite entenderlo mejor:


La idea es que, a medida que viaja por el espacio, la luz emitida por el quasar va encontrando hidrógeno a distintas distancias. El hidrógeno es un buen emisor y absorbedor de una radiación ultravioleta bien conocida: la línea alpha de Lyman, correspondiente a la transición entre el nivel más bajo de energía de su electrón y el inmediato superior. Es un color ultravioleta de 121 nm (nanómetros, la luz visible está entre 400 y 700 nm).

Pero claro: esos 121 nm son medidos en el laboratorio. Las galaxias y los quasars muy lejanos, debido a la expansión del universo, tienen su radiación muy corrida hacia el rojo, hacia las longitudes de onda larga. Es un efecto similar a cuando escuchamos un auto que se aleja, que se escucha más grave: iiiiiiiiiiuuuuuúmmm... Grave, en luz, es rojo. Por eso en la ilustración vemos la línea de emisión Ly-α del quasar a casi 500 nm (5000 Angtroms, en el verde). A propósito: esas líneas fueron un misterio cuando se descubrieron los quasars, hasta que los astrónomos se convencieron de que eran líneas ultravioletas extremadamente corridas hacia el rojo, lo cual indicaba enormes distancias.

Si llegaron hasta acá, no aflojen. ¿Qué es esa parte toda peluda a la izquierda del pico de emisión del quasar? Son líneas de absorción también de Ly-α ¡Pero están a longitudes de onda diferentes! Claro, porque el gas que las produce (absorbiendo otra radiación del quasar, esa línea quebrada roja), ya sea en forma de galaxias o gas intergaláctico, está más cerca nuestro, y por lo tanto su corrimiento al rojo no es tan extremo. Esa luz viaja y viaja y viaja, y en cada parte de su viaje pierde un cachito de intensidad a longitudes de onda que se van acercando al ultravioleta. El resultado es ese bosque de rayas verticales que, apropiadamente, se llama la Lyman forest. En la ilustración se muestra cómo una galaxia, que es un objeto grande, produce un "claro" en esta selva, correspondiente a su tamaño. En este sitio hay una versión animada de esta figura, que lo explica todavía mejor.

Pongo de nuevo la figura de Becker, esta vez donde muestra una selva de Lyman típica (negra, otro quasar a la misma distancia, pero cuya luz evidentemente corre otra suerte) además de la que atraviesa la cosa más grande (roja):


El claro en el bosque se produce entre redshift (z) casi 5.9 hasta 5.5. Esto permite calcular el tamaño del objeto responsable de la absorción de la luz quasárica: 160 megaparsecs. ¡La luz ultravioleta del quasar tardó 500 millones de años en atravesarla! La Vía Láctea mide 0.03 megaparsecs. Un cúmulo de galaxias mide entre 2 y 10 megaparsecs. 160 megaparsecs es, probablemente, la cosa más grande. De todas.

¿Y qué es? No lo sabemos. De hecho, la charla de Becker fue precisamente acerca de sus esfuerzos para entender este objeto, no simplemente para mostrarnos su existencia. Ojo: "No lo sabemos", para un científico, no quiere decir que no tiene una explicación sino todo lo contrario: tiene muchas. Y no sabe cuál, o cuáles, son correctas. Becker ha descartado algunas, y tiene su candidata prometedora: que se trata de una enorme fluctuación de densidad de hidrógeno intergaláctico, que en esa edad del universo está siendo ionizado por las primeras galaxias de manera muy heterogénea. Y ha mostrado sus observaciones de la distribución de galaxias a su alrededor, que supone sirve para trazar la densidad del gas. Es una explicación posible, pero no definitiva. Lo que sí es cierto es que ese objeto inmenso, impensable, escalofriante, existe.


Las tres figuras de Becker están tomadas de su charla en Distant Galaxies from the Far South (disponibles en la web de la conferencia). La ilustración de la selva de Lyman es de Barnes et al. Ly-a and Mg II as probes of galaxies and their environment, Pub. Astr. Soc. Pacific, 126:969-1009 (2014).

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sábado, 31 de marzo de 2018

Sobre Stephen Hawking

Mañana 1 de abril se cumplen 30 años de la primera edición de A brief history of time, de Stephen Hawking, el libro de divulgación científica más vendido de la Historia. Debo confesar que cuando lo leí (hace 30 años), no me gustó. Cuando supe de la muerte de Hawking decidí releerlo. El libro es el mismo pero yo no: tal vez me guste más, tal vez menos; ya se verá. Pero quiero aprovechar la ocasión para decir algo sobre Stephen Hawking.

Hawking era una celebridad mundial. Apareció en Los Simpson, en The Big Bang Theory, en Star Trek y quién sabe en cuántos programas de televisión y medios populares. Sus conferencias arrastraban multitudes de curiosos, no siempre interesados en la física de los agujeros negros. A brief history of time vendió tantos millones de ejemplares que es difícil de creer que toda esa gente lo haya leído. No sólo el título es buenísimo, sino que el autor era simpático, tenía muy buen humor, se interesaba por todo y no rehuía de la fama. El tipo era tan famoso que, naturalmente, le preguntaban sobre cualquier cosa: sobre los extraterrestres, sobre Dios, sobre la inteligencia artificial, sobre el cambio climático...

¿Por qué era tan famoso? Hay dos vertientes en la respuesta a esta pregunta. Por un lado, su trabajo científico fue realmente importante, y voy a contar un poco sobre él, ya que me parece que no mucha gente lo tiene claro, y que no ha sido bien explicado. Por ejemplo, en la existosa película sobre su vida, The theory of everything, no queda del todo claro qué había hecho Hawking y por qué era importante. Lo que sí queda claro es lo que a nadie se le escapa: vivir 50 años con esa terrible enfermedad, y hacer simultáneamente una contribución positiva a la sociedad, sólo es posible con una extraordinaria fuerza de voluntad. Y, en el fondo, ése es su principal legado, la admiración que despierta su vida desde un punto de vista humano. El extraordinario poder de la mente sobre la materia.

En cuanto a su trabajo científico, sus principales contribuciones fueron en el campo de los agujeros negros, de los que ya hemos hablado en el blog. También nos hemos ocupado de la Teoría de la Relatividad General de Einstein, que nos brinda una explicación de la fuerza gravitatoria muy distinta de la familiar "acción a distancia" entre masas. Las ecuaciones de la relatividad general no involucran velocidades y aceleraciones, como en la mecánica newtoniana que aprendemos en la escuela, sino la geometría misma del espacio-tiempo, un ente geométrico de 4 dimensiones que combina el espacio y el tiempo. Por consiguiente sus soluciones son geometrías, no trayectorias, espacios curvados caprichosamente según la distribución de energía en donde hagamos el cálculo.


Estas ecuaciones son extremadamente difíciles de resolver. Hoy en día podemos usar computadoras, pero hace 100 años encontrar una solución de las ecuaciones de Einstein era algo notable. El propio Einstein sólo encontró dos al principio, bastante triviales. La primera solución interesante la encontró Karl Schwarzschild, pocos meses después de la presentación en sociedad de la teoría. La solución de Schwarzschild (la métrica de Schwarzschild) describe la geometría alrededor de una masa puntual. Es, sabemos hoy, la geometría de un agujero negro.

Se trataba de objetos extremadamente sencillos: en el caso de Schwarzschild, tenían apenas masa. Luego se supo que podían tener carga eléctrica o rotar, pero nada más. Parecían no estar sujetos a otras leyes de la física: no tenían ni temperatura, ni entropía. Esto era un desastre: uno podría tirar dentro de un agujero negro el Quijote, o una  nube informe de hidrógeno, y daba igual: desaparecían y pelito pa' la vieja. Parecía violar la Segunda Ley de la Termodinámica, ofreciendo una manera de reducir la entropía del universo.

La solución la propuso Jacob Bekenstein (estadounidense pero nacido en México), quien conjeturó que los agujeros negros debían tener una entropía relacionada con la superficie de su horizonte, esa región inmaterial de donde ni siquiera la luz puede salir. Hawking logró demostrarlo con rigor, pero fue más allá: si el agujero negro tenía una entropía, entonces debía tener también una temperatura, porque ése es el negocio de la termodinámica, el juego entre temperatura y entropía. Y si tenía una temperatura, entonces no podía ser tan "negro", tenía que emitir alguna radiación electromagnética, como cualquier cuerpo caliente. ¿Cómo calcularla?

Entonces Hawking, treintañero y ya cargando con 10 años de ELA, hizo un cálculo extraordinario, algo que nadie había podido hacer antes que él: pudo combinar la relatividad general con la electrodinámica cuántica, que es la teoría cuántica del campo electromagnético. Desde hacía décadas ambas teorías parecían irreconciliables, lo cual era un rompedero de cabeza para lograr una teoría cuántica de la gravedad. Hawking no formuló una teoría cuántica de la gravedad, pero sí logró hacer un cálculo de electrodinámica cuántica en un espacio-tiempo fuertemente curvado. Y encontró que el propio espacio vacío se comporta de manera muy diferente que cuando es plano. Resultó que, visto de lejos, el agujero negro se veía como un cuerpo normal a cierta temperatura. Esa temperatura dependía de la masa del agujero negro: cuanto más liviano, más caliente. Al emitir radiación se emite energía, naturalmente, y de acuerdo a E = mc2, el agujero negro va perdiendo masa. Al perder masa aumenta su temperatura, con lo cual se incrementa la radiación, se pierde más masa, y el agujero negro entra en una espiral indetenible: termina evaporándose, desapareciendo en un ¡pop! de radiación electromagnética. Lo publicó en 1974 con el sugestivo título Black holes explosions?

El trabajo de Hawking abrió una puerta que estaba cerrada, y permitió vislumbrar por dónde podría venir la reconciliación entre la gravedad y la mecánica cuántica. La clave bien podía estar en los agujeros negros. Tal vez no se trata sólo de curiosidades astrofísicas: su naturaleza puede ser crucial para entender la unificación total de las leyes de la física. El trabajo de Hawking, tras medio siglo de incertidumbre, había reunido las tres grandes ramas de la física del siglo XX: la relatividad general, la mecánica cuántica y la termodinámica. La fórmula de la entropía, hoy llamada de Bekenstein-Hawking, es particularmente fascinante porque reúne precisamente las constantes universales de las ciencias involucradas: la k de Boltzmann, la G de Newton, la h de Planck y c, la velocidad de la luz:
\[S_{BH} = \frac{\pi kc^3 A}{2Gh}\](A es el área del horizonte de eventos del agujero negro: cuatro pi por el radio de Schwarzschild al cuadrado). A Hawking le encantaba esta fórmula y la quería para su epitafio. Imagino que se la grabarán en la lápida.

Otro día contaré más sobre Schwarzschild y su solución de las ecuaciones de Einstein. Y también sobre las explosiones de los agujeros negros.


La ilustración de la curvatura del espacio es de Mysid (CC BY-SA, Wikipedia). La ilustración del agujero negro es de Alain r (CC BY-SA, Wikipedia).

El 1 de abril es, en los países anglosajones, April Fools' Day, el día de las bromas que nosotros asociamos con el 28 de diciembre. La publicación de su libro en April Fools' Day le hacía mucha gracia a Hawking, por supuesto.

El paper Hawking es Black holes explosions?, Nature, 248:30 (1974), y puede descargarse libremente del sitio de la revista.

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