sábado, 27 de febrero de 2021

El fantasma de Júpiter

¿De dónde salen las enanas blancas como 40 Eridani, que mostramos recientemente, con su rara materia degenerada, que también contamos

Las estrellas de masa como el Sol, o un poco más livianas, o un poco más pesadas, son las que se convierten en enanas blancas*. Cuando se acaba el hidrógeno en el núcleo se comprimen, lo cual agrega nuevo hidrógeno al núcleo y dispara una nueva etapa de fusión. La estrella se recalienta y se infla, convirtiéndose temporariamente en una gigante roja mientras empieza a fusionar helio. Finalmente pasa con el helio lo mismo que con el hidrógeno, el núcleo vuelve a comprimirse y la estrella rejuvenece. Durante esta etapa la estrella acumula carbono y oxígeno en el núcleo. A medida que el helio se acaba el núcleo vuelve a contraerse. Si la estrella tiene menos de 8 masas solares nunca llega a tener temperaturas suficientes para fusionar el carbono ni el oxígeno. La contracción aporta helio e hidrógeno remanentes como para recalentar y expulsar las capas exteriores de la estrella. Detrás queda el núcleo pelado, carbono y oxígeno principalmente, contrayéndose y calentándose, hasta que los electrones están tan apretados que se degeneran, con perdón de la expresión, y nace una enana blanca como 40 Eridani. 

* Las enanas rojas también se convierten en enanas blancas, pero lo contaremos otro día.

Las capas exteriores, muy expandidas, calentadas e iluminadas por la violenta radiación de la enana caliente recién nacida, brillan magníficamente. Forman una nebulosa efímera que, por razones históricas del aspecto que tenían en los telescopios antiguos, se llama nebulosa planetaria. Hace poco fotografié una de las más bonitas desde el balcón de casa, la nebulosa NGC 3242, alias el Fantasma de Júpiter, en la constelación de la Hydra:

Aquí la vemos con su color verde azulado característico, en medio de un campo de hermosas estrellas muy tenues y de colores variados. Señalé una de décima magnitud, índice de color B-V 1.7, que corresponde a una temperatura de 3500 K (se dice kelvins, no grados kelvin) y un color anaranjadito típico. Es una estrella muy lejana (gracias, Gaia), a más de 4000 años luz, así que su brillo intrínseco es en realidad grande (magnitud absoluta 0) y debe ser una gigante roja cerca del final de su vida. Marqué también una un poco más tenue, con B-V negativo y color azul, lejanísima, a más de 20000 años luz: ésta debe ser una estrella joven pesada o una gigante azul.

El campo de esa foto es de tres cuartos de grado, y la nebulosa mide menos de un minuto, pero llegan a distinguirse detalles en su interior. Se ven mejor en un recorte más estrecho:

Aquí la vemos en primer plano. Tiene un halo externo casi circular, y en su interior una estructura oblonga más brillante, con un extremo un poco más brillante que el otro. En el centro mismo vemos la estrella que la creó, la enana blanca joven (tal vez de un par de miles de años), de magnitud 12.3 y color B-V muy negativo, indicando una enorme temperatura de unos 15000 K. Casi invisible, pero detectable, quedó en este recorte una estrella de ¡magnitud 15.4! que significa 36 mil veces más tenue que la estrella más tenue visible a simple vista en Bariloche. 

NGC 3242 está a 4376.6 años luz (distancia flamante de Gaia EDR3, si bien encontrarán valores dispares de fuentes anteriores). A esa distancia, los 45 segundos del halo corresponden a más o menos 1 año luz de diámetro. Estas nebulosas son mucho mayores que la gigante roja que les dio origen. De hecho, no se forman instantáneamente, sino que se van acumulando capas en expansión a medida que la estrella envejece. La rotación de la estrella, campos magnéticos, planetas y eventualmente estrellas compañeras, contribuyen a esculpirlas con formas fascinantes, que hoy en día podemos ver en exquisita resolución en fotos del telescopio Hubble y hasta modelar en 3D. Aquí se ve el detalle filamentario de la estructura interior, con  varias burbujas asimétricas (responsables de la asimetría que apenas vislumbramos en mi foto), y dos pequeños jets de otro color. 

Para terminar, dejo la versión a resolución completa y enderezada para que parezca un ojo, sin textos, para quien le guste.

Y una versión sin textos de la imagen ancha, también para quien quiera guardarla de recuerdo.



La foto de NGC 3242 del telescopio Hubble es de NASA/ESA/STScI. Las otras son mías. Los datos de magnitudes, colores y distancias son de ESA/Gaia EDR3.

La imagen es un stack (Sequator) de 10 fotos de 5 segundos a ISO 800, más otras 10 a ISO 1600, con darks, y los colores están calibrados con Regim. Telescopio Meade LX10 (SCT 20 cm F/10 x0.6). Cielo urbano con muy buena visibilidad.

Sobre las compañeras de la progenitora, que batieron las capas de la estrella para darle su forma peculiar: Soker, Zucker & Balick, The density profile of the elliptical planetary nebula NGC 3242, Astr. J. 104:2151-2160 (1992).

sábado, 20 de febrero de 2021

El colapso de Medusa

El 2 de julio de 1816 la incompetencia del capitán (un acomodado de la política) hizo encallar la fragata francesa Méduse en la bahía de Arguin, en Mauritania. El 5 de julio, a punto de hundirse el barco, algunos pasajeros (al menos 146) trataron de salvarse en una balsa improvisada, ya que los botes alcanzaban para menos de la mitad de los náufragos. Mientras la voz de Francisco Narciso de Laprida declaraba la libertad de estas crueles provincias, las cosas más espantosas ocurrían a bordo de la balsa. El 17 de julio fueron rescatados sólo 15 sobrevivientes.  

Uy, ¿me equivoqué de blog? 

No. No vamos a hablar del trágico y escandaloso naufragio, que dio lugar a uno de los cuadros más notables (y espeluznantes) del romanticismo francés, La balsa del Medusa, de Géricault. Vamos a hablar del cúmulo Medusa y su propio colapso. En pleno confinamiento, cuando en Bariloche no nos permitían salir de casa a pesar de que había 10 veces menos covid que ahora, observé desde el balcón el lindo cúmulo globular Messier 30 en Capricornio. La foto salió un poco desenfocada, pero igual está buena. Aquí lo tenemos, junto a la estrella de quinta magnitud 41 Cap, que sirve para encontrarlo en el cielo.

Los cúmulos globulares son sistemas gigantes de estrellas, mucho mayores que los cúmulos en los cuales nacen las estrellas (también llamados cúmulos abiertos, o cúmulos galácticos en libros viejos), que hemos comentado muchas veces. Los globulares están llenos de estrellas viejas, tan viejas como las galaxias. De hecho, muchos de ellos tal vez sean núcleos de otras galaxias, que han sido devoradas por la Vía Láctea.

Cuando revisé las fotos me pareció que las estrellas eran demasiado azules, algo anormal para un cúmulo globular, porque estrellas azules significa estrellas jóvenes. Así que cargué la foto en uno de mis programas de astrofotografía favoritos, Regim, que es capaz de identificar solito las estrellas y calibrar el color de la imagen accediendo a datos de catálogos on-line. El resultado en general es fantástico, da colores muy naturales incluso para fotos hechas en medio de la contaminación luminosa de la ciudad. Aquí está con el cúmulo más grande:

Podemos ver muchas estrellas del color cremita típico de las estrellas antiguas: las más brillantes forman dos patitas rectas y una curva, que le han ganado el sobrenombre de cúmulo Medusa. Pero también se ven estrellas mucho más pequeñas de tono azul. Así que ese tono que noté al principio es real. El núcleo de M 30 es muy compacto, a diferencia del de Omega Centauri, y más parecido al de 47 Tucanae. William Herschel, poco antes de la Revolución Francesa, lo describía así:

"The stars about the centre are so much compressed as to appear to run together. Towards the north, are two rows of bright stars 4 or 5 in a line. In this accumulation of stars, we plainly see the exertion of a central clustering power, which may reside in a central mass, or, what is more probable, in the compound energy of the stars about the centre."

Evidentemente este cúmulo ha sufrido un fenómeno típico de algunos globulares: el colapso gravitacional del núcleo. En estos casos es posible que algunas estrellas se fusionen y rejuvenezcan, formando las que se llaman blue stragglers, rezagadas azules, que también hemos observado en NGC 6752, el fantástico cúmulo del Pavo. APOD mostró el fenómeno la semana pasada en el cúmulo M53, que tiene una morfología completamente distinta. Es algo que no tiene una explicación completamente satisfactoria. Messier 30 es un caso extremo de colapso del núcleo. A pesar de que mide casi 100 años luz de diámetro, la mitad de su masa está apretujada en un espacio como el que hay entre nuestro sistema solar y Sirio, un milésimo del volumen total. El cielo nocturno en los planetas de esas estrellas debe ser una cosa de locos. 

Messier 30 se encuentra a 27 mil años luz de nosotros, la misma distancia que el centro galáctico, pero lo vemos a unos 45 grados del ecuador galáctico, y a más de 50 de éste. Así que sigue una órbita muy inclinada, que además gira de manera retrógrada con respecto a la rotación de la galaxia. Todas estas características dinámicas apuntan a que es un inmigrante, y que llegó a la Vía Láctea acompañando a otra galaxia, en algún remoto día cuando el universo era más joven y no había covid.



A propósito del tono azul de Messier 30: Howell, Guhathakurta and Tan, Radial color gradient and main sequence mass segregation in M30 (NGC 7099) (1999).

sábado, 13 de febrero de 2021

Fotobomba en la Gran Conjunción

Cada 20 años Júpiter y Saturno nos regalan una de las más raras conjunciones planetarias, la Gran Conjunción. Durante varios meses durante la cuarentena del covid-19 pudimos verlos acercándose en el cielo, hasta que el 21 de diciembre estuvieron extraordinariamente juntos (un décimo de grado), como no se veía hacía siglos. Así los vimos al caer la noche, desde la playa del Ñirihuau donde se juntó un grupito de curiosos y aficionados:

A pesar del viento y la turbulencia atmosférica no quería perderme la rara posibilidad de ver los dos planetas gigantes a la vez en el mismo campo ocular. Fue una cosa notable, con las ya conocidas exclamaciones de asombro de la gente que nunca había visto Saturno a través de un telescopio, esta vez un poco apagadas por los barbijos. La foto es mucho peor que otras, tomadas en condiciones más favorables, pero es linda igual:


Ganímedes no se ve, estaba superpuesto con el planeta. Sí se veían Titán y Japeto, que no salieron en la foto.

Esta conjunción fue extraordinaria por una razón adicional. ¡Entre Júpiter y Saturno estuvo Plutón! A veeeeer...

Esta es una foto del 22 de agosto (el 21 de diciembre Plutón estaba ya a casi 7 grados de los gigantes). Al principio no lo encontré, pero revisando la imagen con cuidado y usando el catálogo Gaia, pude identificarlo en Cartes du Ciel. He aquí un recorte (tienen que descargarlo para verlo a resolución completa):

Bien al límite, pero ahí está, colándose en medio del abrazo de los gigantes.

El pequeño Plutón era completamente invisible aquel día desde la playa. La que sí se veía sin problema era la Luna, que también se mereció algunas fotos (y las exclamaciones emocionadas de los primerizos, como con Saturno).


 La Luna fotobombeó a los gigantes más de una vez en 2020. He aquí una de agosto:

Y una junto a Júpiter el mismo día, con coloridas nubes:

Volviendo al día culminante de la Gran Conjunción, comparto también unas fotos con photobombing de las agujas del cerro Catedral...





Las fotos son mías, pero se las presto.

sábado, 6 de febrero de 2021

Más allá del horizonte

Vamos a demostrar la curvatura de la Tierra. No vamos a convencer a ningún terraplanista, por supuesto, ya que son gente cerrada a la argumentación lógica. Pero igual es una linda demostración. ¡Atención! El siguiente párrafo contiene escenas de matemática explicita. Si sufrís de matematicofobia salteátelo sin culpa hasta el párrafo siguiente, el que que está justo antes de las fotos.

Frente a Bariloche el lago Nahuel Huapi mide unos 8 kilómetros de ancho. Si la Tierra fuera plana no habría problema en ver la costa del otro lado, pero en una Tierra redonda es más difícil, porque no podemos ver más allá del horizonte. ¿A qué distancia está el horizonte? Depende de la altura desde la cual observamos. El cálculo es así. Como se ve en la figura, se puede usar el Teorema de Pitágoras (triángulo rectángulo azul) para calcular la distancia al horizonte (d) que se observa desde el punto O a una altura h. Despejando d se obtiene la fórmula:

\[ d = \sqrt{2Rh + h^2} \approx \sqrt{2Rh}, \]

donde la segunda expresión es una buena aproximación si la altura h es mucho menor que el radio de la Tierra, R. Si queremos números, \( d\approx 3.57\sqrt{h}\) da la distancia en kilómetros si ponemos la altura en metros. Si me agacho en la orilla, con h = 1 m, el horizonte está en medio del lago, a 3.57 km, y no debería poder ver la orilla opuesta. Si me paro, h = 1.6 m da un horizonte a 4.5 km, todavía más cerca que la orilla opuesta. Si subo a la Costanera, que está 16 m más arriba, el horizonte queda a 14 km y podría ver la costa.

Aprovechando un inusual día sin viento hice fotos para mostrarlo. Este es el paisaje desde la Costanera y desde la orilla del lago. Con una lente gran angular no se ve mayor diferencia en la orilla opuesta. Por supuesto, se pueden ver las montañas, la pampa de Jones y el bosque. Pero no se distingue si se ve o no la orilla del otro lado del lago.

Pero haciendo una foto con zoom... ¡chan! 

Desde la Costanera podemos ver una playa que desde el nivel del lago no se puede ver. Queda oculta detrás del propio lago, cuya superficie es curva... ¡porque la Tierra es redonda! Si la Tierra fuera plana no habría horizonte, y la playa debería verse igual desde las dos alturas.

Por supuesto, esto es una pavada. Los griegos, que eran un pueblo de navegantes, lo observaron hace miles de años, notando que si un barco estaba lejos se veía sólo la vela pero no el casco. Es un conocimiento que ha estado en nuestra cultura desde hace milenios. En el siglo XV, cuando Colón emprendió su viaje, la duda no era si la Tierra era redonda, sino cuánto tiempo le llevaría llegar a Oriente.

Una de las demostraciones más lindas que he visto de este efecto de curvatura de las grandes superficies de agua es esta foto del eclipse solar en febrero de 2018 sobre el Río de la Plata, hecha desde la costa uruguaya por Fefo Bouvier, en la que se ve sólo la parte de arriba de los edificios de Buenos Aires. Toda la parte baja de la ciudad está oculta detrás del propio río. La Tierra es redonda, tomá mate y avivate.


La foto del eclipse es del fotógrafo uruguayo Fefo Bouvier, y apareció en la APOD en aquella ocasión.

Los terraplanistas seguramente tendrán alguna explicación, porque tienen una explicación distinta para cada uno de los fenómenos relativos a la forma de la Tierra. Lo que no aceptan es que hay una explicación única para todos los fenómenos: que la Tierra es redonda. En particular, seguro que dirían algo sobre la refracción o algo por el estilo. La refracción de la luz en la atmósfera, sin embargo, juega en la dirección opuesta a la que podrían apelar. Los rayos se curvan de manera tal que revelan objetos que se encuentran un poco por debajo del horizonte geométrico. No ocultan los que están por arriba. Lo mismo pasa con el espejismo llamado Fata Morgana, que también tengo fotografiado en el lago, capaz que otro día lo muestro.