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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sábado, 24 de marzo de 2018

Heisenberg y el proyecto nuclear alemán

Mi amigo Daniel Farías, físico de la Universidad Autónoma de Madrid, ha publicado un interesantísimo artículo sobre Heisenberg y el proyecto nuclear alemán. Pueden leerlo completo en el sitio de divulgación español Naukas. Está en dos partes, porque es un poco largo, pero vale la pena.

La nota de Daniel trata de un asunto que siempre me interesó: la responsabilidad de los científicos durante las guerras, y en particular la de los físicos alemanes durante el régimen nazi y la Segunda Guerra Mundial. Ya se sabe: en esos años (en 1938, justo antes del comienzo de la guerra) se descubrió que se podía desencadenar una explosión nuclear en una masa de uranio (o plutonio, en 1941), y convertirla en un arma sin igual. Los dos bandos lo supieron y lo intentaron. Uno lo logró y el otro no.

Durante los meses finales de la guerra, a medida que los Aliados tomaban control de la Europa ocupada por los nazis, una misión especializada de inteligencia militar recorrió las instalaciones nucleares en Francia y Alemania para ver en qué grado de avance estaban y, especialmente, secuestrar a los científicos antes de que los capturaran los soviéticos. La mayor parte de lo que sabemos sobre el proyecto nuclear alemán fue producto de este raid. ¿Por qué fracasó el proyecto nuclear alemán? ¿Qué responsabilidad tuvieron sus físicos, y en particular su director, el famosísimo Werner Heisenberg?

Heisenberg es una figura admirada universalmente por sus contribuciones fundamentales en el desarrollo inicial de la mecánica cuántica. Pero su participación en el proyecto nuclear alemán, a pesar de no haber sido un nazi declarado, despiertan sentimientos encontrados. Es una historia fascinante, que ha encontrado su lugar incluso en la cultura popular a través de la existosa obra teatral Copenhagen (también llevada al cine).

No diré más. Sólo reitero mi recomendación del artículo de Daniel, parte 1 y parte 2.

Sobre la relación entre los físicos y el nefasto régiman nazi ya he escrito en otras notas del blog. Una de ellas es la curiosa historia de la medalla nobel de von Laue (que fue uno de los físicos alemanes secuestrados al final de la guerra). También están los esfuerzos para sacar a las apuradas a colegas perseguidos por el régimen antisemita, en campañas organizadas por Einstein, Born y otros, y que contaron con el apoyo de nuestro Enrique Gaviola, amigo y discípulo de muchos de ellos. Así llegó a la Argentina, por ejemplo, Guido Beck, conocido como Don Guido en el Balseiro, figura crucial en el desarrollo de la física argentina y brasileña en el siglo XX. Tengo que escribir más sobre Gaviola y Beck, me parece.


La foto muestra a Heisenberg y Bohr en un congreso en 1934. Están tomando cerveza y té. Es casi como en los congresos de ahora, sólo que no tomamos té. Y no usamos corbata.

Me viene a la memoria un tema relacionado: la posición antibélica declarada de dos científicos destacados en bandos opuestos durante la Primera Guerra Mundial, Einstein (en Alemania) y Eddington (en Inglaterra), hermosamente expuesta en una peli difícil de conseguir: Einstein y Eddington. (Hace de Eddington David Tennant, mejor conocido como el décimo Doctor Who.)

La imagen de la fisión del uranio es de Wikipedia.

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sábado, 17 de marzo de 2018

Las inesperadamente volubles hijas de Atlas

Son el cúmulo estelar más famoso del cielo: las Pléyades, en la constelación de Tauro. Forman un grupo tan notable que todas las civilizaciones les reservaron un rol prominente en los mitos celestes. Para los griegos eran las hijas de Pleione y Atlas, protagonista de una historia buenísima que ya conté. Estérope, Mérope, Electra, Maia, Taygete, Celeno y Alcyone fueron puestas en el cielo para acompañar a su padre, abrumado por el peso de la bóveda celeste.

Son conocidas incluso entre observadores casuales del cielo, en particular porque desde nuestro hemisferio son estrellas de verano, cuando pasamos más noches al aire libre. Desde Bariloche son difíciles de fotografiar porque están siempre muy bajitas y la atmósfera densa se interpone. Este año finalmente pude hacer una foto, no muy lograda, que permite ver la nebulosidad que las envuelve. A simple vista este velo es completamente invisible. Se trata de una nebulosidad casual, que refleja simplemente la luz de las estrellas. No es (como en cúmulos más jóvenes aún) gas fluorescente de la nebulosa de la cual nacieron, como vemos en el jovencísimo Trapecio, en las nebulosas de Orión o de la Laguna.

Las Pléyades son uno de los cúmulos más estudiados, en particular por su cercanía. Son un millar de estrellas, de las cuales un puñado son muy brillantes, astros de clase espectral B como en todos los cúmulos jóvenes (como el cúmulo de Theta Carinae, las "Pléyades australes" que comenté hace poco). Hay también estrellas grandes y calientes de clase A, y muchísimas enanas rojas y oscuras. Pero ninguna supergigante roja: se trata de un cúmulo relativamente joven (100 Ma), y si bien las estrellas B están bastante evolucionadas, la mayor parte de sus estrellas están todavía en la secuencia principal.


Recientemente unos astrónomos usaron de manera ingeniosa el telescopio espacial Kepler, y su extraordinaria precisión fotométrica, para estudiar la sutilísima variación de brillo de las siete Pléyades principales. El resultado es el de aquí al lado. Es sorprendente que estrellas de edad y composición similar (por haber nacido de la misma nebulosa), y estado de evolución similar (todas B de la misma edad), tengan comportamientos tan distintos. El más notable es el de Maia, que tiene un período de unos 10 días, mucho mayor que los demás, y una gran regularidad. Los autores dicen que se debe a la rotación de la estrella, que tendría una enorme mancha en su superficie.

También me llamó la atención Mérope, que tiene una oscilación amortiguada. No encontré ninguna explicación al respecto en el artículo.

Y la de Atlas (Atlas y Pleione son Pléyades, para horror de los clasicistas), que tiene tres frecuencias bien visibles. Período tres implica caos, probaron Li y Yorke, pero tampoco encontré referencia a esto en el paper. Deben ser astrónomos con poco background en sistemas dinámicos.

¿Por qué oscilan estas estrellas? En general las estrellas pulsan cuando se empiezan a quedar sin combustible. La situación de equilibrio entre la radiación que las infla y la gravedad que las comprime se vuelve inestable, y empiezan a oscilar en tamaño: se comprimen y calientan, gana la radiación y entonces se inflan y enfrían, y entonces gana la gravedad... y así siguiendo. Es algo que hacen típicamente las gigantes rojas. La verdad que no tenía idea de que las estrellas de tipo B hicieran esto, pero parece que sí, aunque como se ve en el eje vertical se trata de un efecto pequeñísimo, no como en estrellas ancianas pulsantes como las cefeidas, o las de tipo Mira, que pueden fluctuar en más de 2 magnitudes.

Las Pléyades aparecieron también recientemente en una foto notable, tomada por el robot OSIRIS-REx en camino al asteroide Bennu, a donde llegará en agosto de este año, regresando en 2023 con un pedacito. Es una foto de la Tierra y la Luna vistas desde muy lejos (en el centro), y arriba a la izquierda se colaron las famosas Pléyades, imposible no reconocerlas.



La imagen de la variación de brillo de las Pléyades es de TR White et al., Beyond the Kepler/K2 bright limit: variability in the seven brightest members of the Pleiades (arXiv:1708.07462v1).

La foto de la Tierra y la Luna es de NASA/JPL/OSIRIS-REx.

Mis fotos de las Pléyades fueron hechas en compañia de Noam Abadi y otros alumnos del Balseiro, que me dieron charla durante una sesión que de otro modo hubiera sido muy aburrida.

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sábado, 10 de marzo de 2018

La galaxia y el molino

En octubre, en el bonito hotel donde el Instituto Copérnico y Miradas al Cielo organizaron el 8o Encuentro de Jóvenes Astrónomos, pude disfrutar un par de noches del claro y calmo cielo mendocino. Había un fotogénico molino de viento, así que era irresistible hacer una foto como ésta, aprovechando la Vía Láctea bajita sobre el Oeste:


Hice también una panorámica ensamblando varias tomas, que me quedó ideal para hacer un señalador:


Cuando vi esta imagen, que muestra la Vía Láctea casi recta (sin el habitual arco), tan densa en el centro y plena de filamentos oscuros, no pude evitar la comparación con un panorama famoso hecho por el Observatorio Europeo Austral con la cámara infrarroja VISTA en uno de los Telescopios Muy Grandes. Recorto un pedacito con las proporciones de la mía (pero recomiendo fuertemente ir a explorar on line la imagen gigapixélica original):


Como dije, se trata de una imagen infrarroja. Así que la asignación de colores es arbitraria, y nada me impide usar la magia de Photoshop para recolorearla con los tonos de mi foto (Image > Adjustments > Match color):


Y finalmente, por qué no, imaginar que vemos en infrarrojo desde el valle del río Atuel:



Con las dos fotos juntas se ve el parecido, y por qué una me hizo recordar la otra.

Un poco más tarde me acerqué más al molino y pude fotografiar hacia arriba, donde se lucía la Nube Mayor de Magallanes. Una preciosidad:


Como puede verse, enfoqué el cielo y el molino quedó un poco desenfocado, a pesar de que estaba bastante lejos. Es un efecto de usar la apertura máxima de la lente para reducir el tiempo de exposición y que no salgan movidas las estrellas. Pero tal vez convenga reducir un poco el diafragma y enfocar en el objeto cercano. En abril se realizará en el mismo sitio la Star Party Valle Grande, así que puedo volver a intentarlo.


La imagen de la Vía Láctea en infrarrojo es un recorte de la imagen original, de ESO/VVV Survey/D. Minniti.

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sábado, 3 de marzo de 2018

Captura interestelar

Hace pocos meses se nos reveló un hecho extraordinario: está pasando a través del sistema solar un objeto, una especie de asteroide, que viene de otra estrella. Fue descubierto de manera absolutamente casual, durante el monitoreo sistemático que los robots telescópicos realizan en busca de asteroides potencialmente peligrosos. Fue bautizado 'Oumuamua, y es una lástima que no podamos visitarlo. Hoy se encuentra como a la distancia de Júpiter, muy lejos del plano de la eclíptica y alejándose rápidamente.

Nos preguntamos en aquella ocasión si, a pesar de la sorpresa, era realmente taaaaan raro. La física de la formación de los sistemas estelares y planetarios nos dice que muchos objetos deberían salir despedidos a gran velocidad de sus sistemas originales, como resultado de la propia dinámica gravitatoria. Hemos hablado de las estrellas "rápidas" que podemos identificar como originadas en sistemas múltiples que las expulsaron; las vemos aunque estén muy lejos porque las estrellas son brillantes. Pero claro, el espacio interestelar es tan grande que la sorpresa fue encontrar un objeto oscuro como éste pasándonos tan cerca, por el sistema solar interior. Y la sorpresa (al menos la mía) se multiplicó cuando un cálculo (muuuuuy aproximado) indicó que debería haber objetos de este tipo todo el tiempo pasando a través del sistema solar. 'Oumuamua podría ser, aparentemente, sólo el primero, pero con los surveys actuales y futuros deberían aparecer más y más. The more, the merrier, como se dice.

Ahora bien, ya que nos pasan por al lado, ¿no será posible que alguno venga con la velocidad justa, la dirección exacta, y que se encuentre a los planetas en la configuración correcta, para quedar atrapado gravitacionalmente en nuestro sistema? No parece en principio imposible. Un buen alumno de Mecánica me diría que habría que calcular la sección eficaz de captura, y que si el potencial efectivo tiene un mínimo local, debería ser posible.

Un par de astrónomos han hecho el cálculo, planteando como escenarios tanto nuestro sistema planetario como el sistema estelar binario de Alpha Centauri. Encuentran que el sistema Sol-Júpiter podría capturar objetos de algunas decenas de kilómetros de diámetro, mientras que Alpha Centauri podría capturar planetas del tamaño de la Tierra. Más aun, calculando la frecuencia a la cual estas capturas ocurrirían, encuentran que a lo largo de su historia el sistema solar podría haber capturado varias decenas de millones. Guau. Guau. No todos estarían todavía aquí, aclaran, ya que las órbitas podrían no ser completamente estables, así que habría un balance entre capturas y eyecciones que, estiman, da varios miles de objetos interestelares en órbita solar todo el tiempo. Reguau. ¿Dónde están? ¡Hay que encontrarlos! Deberían tener relaciones isotópicas del oxígeno, o del carbono, distintas de las que tienen los planetas y las lunas del sistema solar. Un buan análisis espectral debería revelarlos.

Siempre que leí sobre la panspermia (la hipótesis de que la vida podría migrar de un planeta a otro, o de un sistema solar a otro, llevada por objetos de este tipo), me pareció un disparate. Tal vez no lo es tanto.


El paper es:

M Lingam and A Loeb, Implications of captured interstellar objects for panspermia and
extraterrestrial life, (preprint arxiv.org/abs/1801.10254v1).

La ilustración de la panspermia es de Silver Spoon Sokpop (CC BY-SA 3.0, Wikimedia). Las demás son de un servidor.

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sábado, 24 de febrero de 2018

El nacimiento de una supernova

Hace unos meses conté acerca de mis observaciones de la supernova SN 2017cbv, que fue descubierta apenas 2 semanas después de explotar, cuando todavía estaba aumentando de brillo. Hoy quiero comentar un caso más extraordinario aún, el de la supernova SN 2016gkg. El jueves pasado fue publicado en la más prestigiosa de las revistas científicas, Nature, la historia de su descubrimiento y un interesantísimo análisis de la explosión, que fue registrada casi desde el inicio mismo de la detonación por un astrónomo... aficionado... argentino...


Resulta que el 20 de septiembre de 2016 Víctor Buso, cerrajero de Rosario y apasionado astrónomo, instaló una nueva cámara en su telescopio de 40 cm montado en la terraza de su casa. Para probarla eligió, esa noche, la galaxia NGC 613, una hermosa espiral barrada en Sculptor, que estaba bien alta en el difícil cielo luminoso de Rosario. Hizo una serie de 40 exposiciones cortas, las combinó y le gustó el resultado. Habían pasado 45 minutos y decidió hacer otra serie. Miró el resultado y notó una estrella adicional, que no estaba presente en la primera serie. Se la veía en uno de los brazos de la espiral, justo donde suelen aparecer las supernovas de tipo II. Uno se imagina que se le aceleró el corazón y le temblaban las manos cuando mandó una tercera serie, a ver si no habría sido una molesta mota de polvo en su cámara recién estrenada o tal vez un asteroide muy rápido. En la tercera serie estaba también la nueva estrella... todavía más brillante. ¡Estaba fotografiando la explosión de una supernova en tiempo real!

La detección tan temprana de la explosión, así como la gran cantidad de imágenes tomadas por Buso en ese par de horas afortunado, son un tesoro sin precedentes. Los autores nos muestran que la supernova duplicó su brillo en apenas 25 minutos, y que puede extrapolarse una tasa de ¡43 magnitudes por día! 43 magnitudes es un factor de cientos de miles de millones en el brillo, que ni me atrevo a calcular. La estrella habría explotado apenas una horita antes de la primera detección, tal vez menos.

El resultado que más me interesó del paper es la interpretación de las observaciones en términos de un modelo hidrodinámico, es decir del mecanismo físico de la explosión, que es capaz de explicar el fenómeno en escalas de tiempo muy distintas: minutos, días y semanas. En la imagen de aquí al lado se ve lo que digo: noten la escala de tiempo en el eje horizontal, que no es uniforme (logarítmica se dice), y muestra la existencia de tres picos de brillo. Estos tres picos corresponden a fenómenos físicos distintos: el shock breakout es la ruptura de la superficie de la estrella cuando la onda de choque de la explosión sale de adentro. Esto jamás había sido observado. Las observaciones de Buso (rombos azules) son la primera evidencia incontrastable de la violencia del shock breakout, hasta ahora solo vislumbrado en los modelos teóricos. El segundo pico se debe al primer enfriamiento de la explosión y el tercero es el recalentamiento debido al níquel radiactivo que ya comentamos en ocasión de las supernovas de tipo Ia.

Hay gran cantidad de cosas interesantes en éste y en algunos artículos anteriores sobre SN 2016gkg, que escapan un poco al tono de este blog. Pero vale la pena mencionar que se trata de una supernova del raro tipo IIb: explosiones debidas al colapso del núcleo de una estrella pesada (pero no tanto), probablemente ayudada por otra estrella compañera en órbita que le ha robado las capas exteriores de hidrógeno. Cuando se apaguen las ascuas de SN 2016gkg el Telescopio Espacial Hubble podrá, tal vez, intentar detectar a la compañera, que debería haber sobrevivido a la explosión. Imágenes de archivo del Hubble, se ha verificado, permiten identificar la extrella que explotó.

El artículo en Nature, de Melina Bersten (del Instituto Astrofísico de La Plata) y otros, cuenta entre sus autores a Victor Buso, por supuesto, a su amigo José Luis Sánchez, quien lo ayudó a complementar sus observaciones la noche siguiente con su propio equipo, idéntico al de Víctor, y a nuestra amiga Mariana Orellana, de la Universidad Nacional de Río Negro en Bariloche. También de La Plata son Federico García (actualmente en el Observatorio de París), Gastón Follatelli y Omar Benvenuto.


La imagen del descubrimiento de SN 2016gkg es de Víctor Buso. La preciosa foto en colores de NGC 613 con la supernova es de Rolando Ligustri. La de la progenitora es de Kilpatrick et al. (preprint, 2017). El resto de las imágenes son del artículo:

MA Bersten et al., A surge of light at the birth of a supernova, Nature 554:497-499 (2018). (doi:10.1038/nature25151)

(El gif animado lo hice con imágenes de los Extended Data del paper.)

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sábado, 17 de febrero de 2018

El (otro) error de Einstein

Hace un par de años la Beca IB para alumnos secundarios les pedía a los candidatos que escribieran sobre los errores en la ciencia. Varios de los chicos escribieron sobre la constante cosmológica, que Einstein habría llamado su mayor equivocación. En mi charla para los ganadores durante la semana que pasaron en el Balseiro incluí esta historia, sobre "otro" error de Einstein. Vale la pena contarlo como ejemplo de que, como dice Pablo Kreimer, el científico también es un ser humano. No pretendo destronar a Einstein, que era genial y ya contaré algo más sobre él. Por otro lado, se trata de las ondas gravitacionales, cuya observación directa mereció el Premio Nobel de Física en 2017. Lean con cuidado que hay un montón de personajes poco conocidos y, para que no sea muy largo, está súper resumido.

1915: Einstein publica su Teoría de la Relatividad General.
1916: Einstein propone la existencia de ondas gravitacionales.
1930s: Aun sin ninguna evidencia, los argumentos eran tan razonables que los físicos están convencidos de su existencia.
1936: Einstein le escribe a su colega y amigo Max Born que “las ondas gravitacionales no deben de existir. Aparecieron al haber hecho aproximaciones en las ecuaciones no lineales del campo gravitatorio.”

¿Está Einstein a punto de admitir un (nuevo) error?

1 de junio: Einstein y su colaborador Rosen envían su manuscrito a una prestigiosa revista, el Physical Review: Do gravitational waves exist? Con su nuevo resultado: No!
6 de julio: ¡Más de un mes después! El Editor envía el manuscrito a un réferi. Parece que no se decidía a mandar a referear un manuscrito de Einstein.
14 de julio: El réferi envía sus comentarios al Editor:

“¡Qué laburo! Si Einstein y Rosen tienen razón, se trata de una crítica muy importante a la Relatividad General. Pero he revisado todo con peine fino (para tranquilidad de mi alma) y no puedo, por mi vida, ver que tengan razón. Tal como yo lo veo sus objeciones son inválidas. Recomiendo que les mande mis críticas para su consideración. O si no, publíquelo como está, seguro habrá un montón de trabajos sobre ondas gravitacionales, lo cual tal vez sea bueno.”

O sea: Einstein dice que se equivocó con las ondas gravitacionales y trata de corregirse, pero el réferi dice que se está equivocando en la corrección.

23 de julio: El Editor devuelve el manuscrito a Einstein, diciendo que le encantaría que le dé una revisadita a los comentarios del réferi…

¡Para qué!


27 de julio: Einstein responde furioso al Editor:

“El manuscrito que le mandamos Rosen y yo era para su publicación, sin autorización para que se lo mostrara antes a un especialista. No veo ninguna razón para responder ninguno de los (erróneos, de todos modos) comentarios de su experto anónimo. Prefiero publicarlo en otro lado.”

¡Tomá! Einstein envía el manuscrito a una revista de medio pelo, el Journal of the Franklin Institute, que se lo acepta sin chistar: un paper de Einstein, papita p'al loro…

Mientras tanto...

El réferi se encuentra en un congreso con Infeld, otro amigo y colaborador de Einstein. Le cuenta a Infeld que había refereado el manuscrito de sus amigos y que no se lo cree. Se ponen a calcular juntos y descubren el error de Einstein+Rosen.

Cuando regresa a Princeton, Infeld le explica a Einstein que había conocido al réferi y lo que discutieron y descubrieron…

¿Cómo reacciona Einstein?
¿Eh?

Einstein le dice a Infeld…

“¡Justo justo descubrí ese mismo error anoche!”

(Mmmmm…)

13 de noviembre: Einstein escribe al JFI: Hay que hacer algunos cambios “fundamentales” porque había conclusiones que eran incorrectas… Sí, claro: todo. Empezando por el título, que cambia de la pregunta sugiriendo respuesta negativa a un inocente On gravitational waves. En el resumen ahora dice: "Resulta que existen soluciones rigurosas". Ah, mirá qué bien.

40 años después…

1974: Russell Hulse y Joseph Taylor descubren el decaimiento de la órbita del púlsar doble PSR B1913+16, por radiación gravitacional. El fenómeno medido (puntos rojos) coincide exactamente con la predicción de la Relatividad General (línea azul). Se trata de la primera evidencia (indirecta) de la existencia de las ondas gravitacionales. Reciben el Premio Nobel de Física en 1993.

40 años más…

14 de septiembre de 2015: El observatorio LIGO detecta directamente una onda gravitacional, emitida por el colapso de un agujero negro binario. También en acuerdo perfecto con los cálculos relativistas. Premio Nobel de Física 2017 para Kip Thorne, Reiner Weiss y Barry Barish.


Toda esta historia, documentada y atestiguada, salió a la luz durante el centenario del "año maravilloso" de Einstein, en el artículo Einstein versus The Physical Review, de D. Kennefick, Physics Today 58:43-48 (2005).

El editor del paper en Phys. Rev. fue John Tate, y el réferi que descubrió el error del erróneo error fue Howard Robertson, un experto en Relatividad General si los había en los años 30.

Hay abundantes errores en la obra de Einstein (como en la de cualquiera de nosotros). Infeld contó que una vez le dijo a Einstein que cuando publicaban juntos revisaba todo con especial cuidado, por terror a que se colara un error. Y que Einstein le dijo que no se preocupara tanto, ¡que había cada error publicado con su nombre! Si les interesa la figura y la obra de Einstein, no se pierdan Einstein para perplejos, de José Edelstein y Andrés Gomberoff.

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sábado, 10 de febrero de 2018

Eclipsito solar

Este jueves se alinean los patitos... Digo, la Luna y el Sol: habrá un eclipse solar. (Sí: estamos en temporada de eclipses.) La alineación no es exacta, así que se trata de un eclipse parcial. No es un eclipse muy notable, pero nuestro país se encuentra relativamente bien ubicado para disfrutarlo, especialmente en regiones australes. En Bariloche tendremos un eclipse de un 20% del Sol. En Ushuaia será del 40%, un mordisco apreciable.  Las líneas azules indican el porcentaje en distintos lugares. La hora exacta también depende del lugar, pero será más o menos entre las 18:30 y las 19:30, con el máximo eclipse alrededor de las 19 hora argentina. En timeanddate.com hay una buena página sobre el eclipse, con un mapa interactivo donde puede clickearse para saber las circunstancias exactas.

Una simulación del evento en Stellarium, con el paisaje de Bariloche, se ve así (aunque la silueta de la Luna no será tan manifiesta en el resplandor del Sol).


El máximo será de este tipo en Bariloche, con un 20% del diámetro del Sol cubierto por la silueta de la Luna. Como se ve, no es un graaaaan eclipse, pero como este año no hay ningún eclipse total de Sol, lo vamos a aprovechar igual. De paso, nos vamos preparando para el Gran Eclipse Solar sudamericano en julio de 2019. Ése sí: ¡a no perdérselo!

ADVERTENCIA IMPORTANTE 

No hay que mirar directamente al Sol nunca, ni con eclipse ni sin eclipse. Mucho menos con telescopio o binoculares. NUNCA JAMÁS. 

Sí se puede mirar a través de un filtro adecuado: anteojos de eclipse de origen confiable, filtros especiales para la astronomía solar, y filtros de máscara de soldar de número 12 o superior. Ni lentes de sol, ni radiografías, ni negativos de fotos, ni vidrios aumados, son seguros.

También se puede observar de manera indirecta, proyectando la imagen del Sol con binoculares, o a través de un agujerito hecho en un cartón, o simplemente mirando la sombra del follaje de alguna planta en una superficie blanca y lisa.



Crédito del mapa: Fernando de Gorocica - Own work based on Didactalia - Mapa de provincias de Argentina. Freemap, CC BY-SA 4.0.

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sábado, 3 de febrero de 2018

Clase B

Hace poco, desde la playa Los Troncos de Bariloche, hice esta linda foto del cielo sobre la cima norte del cerro López. La Nube Mayor de Magallanes está en lo alto. La estrella brillante a la izquierda es Canopus. La Gran Nebulosa de Carina está a punto de desaparecer tras el cerro, a la derecha de los cipreses.


Dos cúmulos de estrellas son evidentes en la foto. Uno de ellos es NGC 2516, cerca de la punta de uno de los cipreses. El otro, más grande, es IC 2602, el cúmulo de Theta Carinae, las famosas Pléyades del Sur. Acá está más grande, en una foto tomada minutos después con un teleobjetivo más largo. Es el grupito de estrellas un poco a la izquierda del centro. Abarca algo más que la Luna en el cielo.


IC 2602 es uno de los cúmulos más notables del cielo. Es el tercero más brillante, después de las Pléyades y las Híades. Como estos, es uno de los más cercanos a nosotros (490 años luz) y se aprecian a simple vista varias de sus estrellas brillantes. Es una de las regiones del cielo con mayor concentración de estrellas del escaso tipo espectral B, enormes y brillantes astros azules y jóvenes que nacieron todas juntas hace 36 millones de años. La más brillante de éstas es Theta Carinae, que forma el vértice de una figura como de diamante, completada por un arco de tres estrellas juntitas y una cuarta más separada, que en la foto se ven abajo y a la derecha de Theta. También parece una manito con el pulgar hacia abajo (o hacia arriba si observan a otra hora o época del año).

Valía la pena hacer un primer plano, así que en enero fotografié las Pléyades australes desde el balcón de casa, esta vez usando mi pequeño acromático de 80 mm F/5 como teleobjetivo. Aquí está.


El mejor instrumento para explorar este cúmulo es un par de binoculares 10x50 o un pequeño telescopio. Mide casi un grado de ancho, así que se necesita poco aumento para disfrutarlo. Está formado por unas 150 estrellas, todas ellas muy jóvenes. En esta imagen señalé con un círculo las estrellas de tipo B. Revisando el catálogo Hipparcos identifiqué 18 estrellas del cúmulo de magnitud superior a 7, con tipo espectral establecido, de las cuales 12 son de tipo B. Considerando que apenas el 0.13% de todas las estrellas son de tipo B, se trata de una concentración inusual. Las estrellas relativamente brillantes que quedan sin marcar son casi todas de tipo A (también raras en la población estelar general, 0.6%). Unas poquitas son de los tipos F y G (como el Sol). Así son los cúmulos jóvenes: plenos de estrellas masivas, brillantes y azules. En poco tiempo se convertirán en supergigantes y luego explotarán como supernovas, dejando tras de sí a los miembros más livianos y longevos, alguna se convertirá en supergigante roja, y se dispersarán lentamente en la población estelar de la galaxia.

El movimiento propio (el lentísimo movimiento con respecto a estrellas lejanísimas) indica que las estrellas de IC 2602 forman parte de una sistema de estrellas brillantes llamado Asociación de Escorpio-Centauro, sobre la que hablaremos en otra ocasión.


Los datos de distancia y edad de IC 2603 son de esta publicación:

Silaj J & Landstreet JD, Accurate age determinations of several nearby open clusters containing magnetic Ap stars,  Astronomy and Astrophysics 566:A132 (2014).

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