30/10/2021

RS Ophiuchi: la estrella zombie

Aprovechando que mañana es Halloween vamos a hablar de una estrella zombie que regresa una y otra vez del más allá estelar. 

Se trata de RS Ophiuchi, un sistema formado por dos estrellas cerca de la región más gruesa de la Vía Láctea (pero en una de las franjas oscuras que la cruzan). Una de las estrellas es una gigante roja (como Arturo, o como Gamma Crucis), y la otra es una enana blanca, es decir una estrella muerta. Estrictamente, una enana blanca no es una estrella, ya que no produce fusión; brilla sólo porque está muy caliente. Están tan cerca una de la otra que parte de la atmósfera de la gigante se extiende hacia la enana y cae sobre ella. Este flujo le aporta hidrógeno, que se acumula en la superficie. Cuando la densidad y la temperatura son suficientes se desata una reacción termonuclear que llamamos nova. Esto le pasó a RS Oph en agosto pasado.

RS Oph está bastante lejos. El valor canónico es 4500 años luz de nosotros, pero en Gaia EDR3 ¡aparece como a 7800! Su luz viene viajando desde el final del Neolítico, algo antes de la Edad de Bronce... La nova alcanzó una magnitud entre 4 y 5, suficiente para verla a simple vista desde un lugar oscuro. Yo no alcancé a identificarla desde Bariloche (sí con binoculares), pero mi visión ya no es la de antes. El evento fue detectado de manera muy temprana por uno de los observadores de la AAVSO, como vemos en esta curva de luz:


La explosión es tremenda, con una subida casi vertical del brillo en el transcurso de pocas horas. Una vez consumido el hidrógeno, la estrella vuelve a enfriarse de manera exponencial. Hoy ya está casi de nuevo en la magnitud 11 de base. 

Lo curioso es que no es la primera vez que RS Oph hace esto. Es una nova recurrente, de las cuales se conocen sólo diez en toda la Vía Láctea. La erupción anterior de RS Oph fue en 2006, y reincide de manera irregular cada 20 años más o menos. Los astrónomos creen que casi todas las novas deben ser recurrentes, mientras dure el aporte de material de la estrella compañera. Sólo que en algunos casos la recurrencia es relativamente rápida, de algunos años, mientras que en otros podría ser de cientos o miles de años, y las hemos visto explotar sólo una vez. El tiempo de recurrencia parece estar relacionado con la masa de la enana blanca. Las más rápidas, como RS Oph, son las más pesadas. De hecho, la enana blanca de RS Oph es muy pesada, casi tan pesada como puede llegar a ser uno de estos rescoldos estelares. Como ya contamos, están compuestas casi enteramente de carbono y oxígeno muy densos, cuyo peso está sostenido por un fenómeno cuántico llamado degeneración electrónica. A falta de una fuente central de radiación que la sostenga, si la masa supera lo que esta fuerza cuántica puede soportar, la enana colapsa, se recalienta, los electrones se meten en los núcleos, y todo vuela por el aire en forma de supernova de tipo Ia. Todo parece indicar que esto le pasará a RS Oph: es una precursora de supernova Ia, y explotará de una buena vez y para siempre dentro de... entre 10 mil y 10 millones de años. 


La explosión de 2006 produjo una correspondiente explosión de papers sobre esta peculiar estrella. Es de esperar que en los próximos años veamos algo similar, y seguramente mejorarán las estimaciones de su masa, de su aumento y de su destino final.



La primera foto es una animación que compara una imagen mía, obtenida con una lente de 270 mm en el cielo urbano de Bariloche (escala de grises), con una imagen de referencia del survey DSS (banda R). Marqué una de las estrellas cercanas de magnitud similar para referencia.

La curva de luz es de la AAVSO.

La imagen final muestra el caótico disco de acreción de materia alrededor de la enana blanca, en una simulación hidrodinámica: Walder et al., Recurrent Novae: Progenitors of SN Ia? Proceedings of ASTRONUM-2008,  ASP Conference Series, Vol. 406 (2009). Es muuuy distinto de los que muestran las ilustraciones artísticas.

Observaciones de Swift en 2006 muestran una emisión de 3E-5 masas solares a 4000 km/s, lo cual da una energía cinética de 4.8E38 J, equivalente a 3.6 millonésimos de supernova, o 40 veces la energía emitida por el Sol en un milenio. Guau.

Nota para argentinos: se pronuncia jalouín, acentuado en la última sílaba. ¡No en la primera!

23/10/2021

150 años del Observatorio de Córdoba

Esta semana cumple 150 años el Observatorio Astronómico de Córdoba, una de las instituciones científicas más antiguas de la Argentina, y que fue durante muchos años uno de los más importantes del hemisferio sur. Su primer director fue el astrónomo norteamericano Benjamin Gould, quien se acercó a Sarmiento cuando éste era embajador en Estados Unidos con su propuesta. Gould era un astrónomo muy bien formado en los mejores observatorios europeos, particularmente interesado en uno de los programas importantes de la astronomía mundial de la segunda mitad del siglo XIX: poner la astronomía del cielo sur al nivel que se encontraba la del boreal, ya que la inmensa mayoría de los observatorios se encontraban en el norte. Cuando Sarmiento llegó a la presidencia, el observatorio astronómico fue una de las muchísimas iniciativas de desarrollo educativo y cultural que llevó a cabo.


Gould y su equipo llegaron a Córdoba cuando la infraestructura del Observatorio todavía estaba en construcción. Como desde siempre en la Argentina, los trabajos tardaron mucho en terminarse, y ni hablar de la instalación de los instrumentos. Pero Gould no iba a quedarse de brazos cruzados: inmediatamente comenzó el trabajo científico usando instrumentos portátiles, muchos de ellos prestados. Su primer resultado fue sensacional: la Uranometría Argentina, que venía a complementar la Uranometria Nova publicada por Argelander en Berlín (ambas herederas de la primera Uranometria, la de Bayer). Se trata de un catálogo y mapas de casi 8000 estrellas hasta magnitud 7, y hasta 100 grados del polo sur celeste. Es en esta obra, en una larga discusión al final sobre la estructura de la Vía Láctea, que Gould describe lo que hoy llamamos el Cinturón de Gould, del que ya hemos hablado. El trabajo fue aclamado por la comunidad astronómica internacional, y recibió una medalla de oro de la Royal Society en 1883 y otros premios académicos en los años que siguieron. Cuando la Unión Astronómica Internacional estableció formalmente los límites de las constelaciones en 1930, se basó en los límites de los mapas de Gould para todo el hemisferio austral. En la Uranometría Argentina, y a regañadientes, Gould liquidó definitivamente la constelación de Argo: "The total abandonment of the venerable constellation Argo has caused me much regret".

En años sucesivos, a medida que se instalaron los nuevos instrumentos (como este exquisito círculo meridiano Repsold de 12 cm), se completaron nuevas obras: el Catálogo de Zonas, el Gran Catálogo Argentino, las Fotografías Cordobesas, el monumental Cordoba Durchmusterung, más la participación en el ambicioso (y nunca terminado) proyecto internacional de la Carte du Ciel.

Gould regresó a Estados Unidos en 1885 y lo sucedieron otros dos norteamericanos: primero John Thome y luego Charles Perrine en 1909. Entre ambos fue director interino Eleodoro Sarmiento, el primer argentino en ocupar el cargo. Y después de Perrine, en 1936, fue designado Félix Aguilar, uno de los máximos impulsores de la astronomía argentina en la primera mitad del siglo XX. Lo sucedió Juan Nissen, y luego nuestros conocidos (en el Balseiro) Enrique Gaviola y Ricardo Platzek, años en los cuales se redireccionó el observatorio hacia la astrofísica. Con el paso de las décadas el observatorio, que estaba en los suburbios de una pequeña ciudad en 1870, quedo casi en el centro de una ciudad grande. Por esta razón se creó el Estación Astrofísica de Bosque Alegre, algunos kilómetros al sur. Allí se formaron Mario Bunge, Ernesto Sábato y José Balseiro, entre otros pioneros de la física argentina. Hoy en día éste también ha quedado en medio del aire húmedo por las represas y brillante por las luces urbanas, pero sigue siendo un instrumento valioso para el trabajo científico. Cuando visiten Bosque Alegre, no dejen de parar en la Despensa Quito, a comerse un sandwich de jamón crudo y queso, con manteca. Un clásico de los (g)astrónomos cordobeses.

Hoy en día, el Observatorio es el centro alrededor del cual se organiza la carrera de astronomía de la Universidad de Córdoba (¡fundada en 1613, cuando Galileo todavía estaba observando el cielo!) y de buena parte de la actividad astronómica de la Argentina. ¡Que cumpla muchos más!

 


Recomiendo el libro Enrique Gaviola y el Observatorio Astronómico de Córdoba, de Omar Bernaola. Gaviola, como Gould, también estudió en Götingen y en Berlin. Pero curiosamente, mientras Gould prefirió irse de Berlin a Götingen porque le pareció mejor universidad, Gaviola hizo lo contrario. Cuando le pregunté a Oscar Bressan, viejo discípulo y amigo de Gaviola (¡y que imita bien su voz!) por qué Gaviola había hecho esto, me contestó que fue porque en Berlin había más chicas. ¿Será verdad?

El tema de las fronteras de las constelaciones está contado en: Paolantonio et al., Uranometria Argentina and the constellation boundaries, IAU Symposium No. 349 (2019). Paolantonio ha escrito mucho sobre la historia del Observatorio, sus astrónomos y sus trabajos, en su blog Historia de la Astronomía.

Norma Morandini es autora de una linda nota con motivo del 140o aniversario (Declaración S-2438/11 del Senado de la Nación).  

Agradezco a Mario Abadi, astrónomo del Observatorio, quien fue mi anfitrión en mi más reciente visita, y que me mostró muchas cosas que desconocía.

16/10/2021

El agujero de NGC 7213

Cuando observé el transitorio misterioso en NGC 7213, que conté hace poco, busqué toda la información que pude sobre la galaxia. Entre la masa de papers que leí en diagonal encontré algo rarísimo:

¿Qué? Eso: los autores dicen que en el centro de algunas galaxias activas (galaxias cuyos núcleos son compactos e inusualmente luminosos) podría haber agujeros de gusano. La interpretación estándar de los núcleos de las galaxias activas es que alojan agujeros negros supermasivos (con masas millones de veces mayores que las estrellas), cuya interacción con la materia que orbita a su alrededor produce la radiación inusual. Hemos hablado aquí de un tipo de estos, los quasars (por favor, digan cuéisar, no cuásar). Incluso les mostré que con mi telescopio de 20 cm, desde el centro de Bariloche, es posible fotografiar el chorro de materia y energía que surge de uno de los más famosos, el que se encuentra en el centro de la galaxia M87 en Virgo

Resulta que una cantidad de astrofísicos (mayormente rusos) viene diciendo que, en lugar de agujeros negros, podría haber agujeros de gusano en el núcleo de estas galaxias. Piotrovich y sus colegas analizan las consecuencias físicas de esto, en particular para diferenciarlos de los agujeros negros supermasivos. Y concluyen con una lista de posibles galaxias candidatas, basados precisamente en características de la radiación que emiten, específicamente en la eficiencia para emitirla, que parece exceder la máxima posible para agujeros negros normales en rotación. ¡Y una de las galaxias candidatas es nada menos que mi amiga NGC 7213! 

¿Será posible? Tanto los agujeros negros como los agujeros de gusano son geometrías posibles, en el sentido de que son soluciones de las ecuaciones de la Relatividad General. La solución que hoy llamamos agujero negro fue descubierta rápidamente, en 1916. Existe amplia evidencia observacional de que realmente existen como objetos en nuestro universo. Sobre los agujeros de gusano se sabe mucho menos. Popularmente se los visualiza conectando regiones lejanas del universo (como en la película Interestelar), pero hay que recordar que esos "puentes" son en realidad en un espacio-tiempo 4D. Se creía que no podían ser objetos estables, pero recientemente se han descripto posibles agujeros de gusano estables, y hasta atravesables, sin necesidad de apelar a formas extrañas de la materia (de las que no tenemos ninguna evidencia que existan). Nuestro amigo Juan Martín Maldacena, sin ir más lejos, ha discutido este tipo de agujeros de gusano recientemente. Pero sobre estos contaré más en otro momento.

La verdad que no estoy en condiciones de juzgar si estas hipótesis son disparatadas o si tienen alguna verosimilitud. Los trabajos están publicados en revistas respetables, pero no sé. En todo caso, me resultó fascinante haber estado mirando directamente, tal vez, quizás, en una de esas, a la garganta de un agujero de gusano. Guau.



Algunos papers relevantes son:

Piotrovich et al., Possible wormhole candidates in active galactic nuclei, Universe 6:120 (2020). 

Kardashev et al., Astrophysics of wormholes, International Journal of Modern Physics D 16:909–926 (2007).

Tripathi et al., Search for traversable wormholes in active galactic nuclei using x-ray data, Physical Review D 101:064030 (2020).

La foto de alta resolución de NGC 7213 es del Carnegie-Irvine Galaxy Survey. Las otras fotos son mías, qué embromar.

09/10/2021

Las aguas de Clavius

El cráter Clavius es uno de los más grandes de la Luna. Su pared exterior escalonada encierra una planicie marcada por muchísimos cráteres menores, entre los cuales se encuentran cinco principales, formando un arco de mayor a menor. Es un lugar bien conocido por los aficionados a la observación de la Luna, y también por los aficionados a la ciencia ficción, ya que en Clavius está la base lunar de 2001 A Space Odyssey. En esta foto lo vemos hacia la izquierda, a mitad de camino entre el otro cráter notable, Tycho, y el borde de la Luna (versión anotada más abajo). 


Hace un año Clavius estuvo en las noticias porque la NASA anunció, con bombos y platillos, que habían descubierto la existencia de agua, por primera vez en la superficie iluminada de la Luna (ya se había detectado agua en el fondo de cráteres polares que están siempre en sombras). En medio de la nueva carrera hacia la Luna, me dio la impresión de que el anuncio alentó la expectativa de que haya agua disponible para las futuras bases lunares, lo cual sería un golazo. La nota de prensa decía "El agua es un recurso precioso en el espacio profundo y un ingrediente clave de la vida tal como la conocemos". El descubrimiento, sin embargo, deja mucho que desear desde ese punto de vista. 

Las observaciones se hicieron con un instrumento notable: SOFIA. Es un Boeing 747 que tiene una gran ventana abierta en un costado, donde se asoma un enorme telescopio infrarrojo de 2.5 m de diámetro. Las observaciones se hacen a 14 km de altura,  40% más alto que un vuelo normal, para estar por encima de la parte húmeda de la atmósfera que absorbe el infrarrojo. ¡Con la ventana abierta, todas las vibraciones propias del vuelo, y los astrónomos a bordo! Es de locos, busquen videos en YouTube para verlo. SOFIA observó una franja de tierras australes que cruza Clavius, como se ve en la siguiente imagen. El panel derecho está coloreado con un mapa de composición mineralógica de Clementine, y muestra que la observación cruza las bandas de material eyectado por la formación de Tycho (que aparece cerca del borde superior.)

En realidad, lo que SOFIA observó es un espectro compatible con la existencia de minerales hidratados. Es decir, que el agua se encontraría en forma de moléculas individuales metidas dentro de la estructura microscópica de las rocas. ¿Cuánta agua? La intensidad de las bandas infrarrojas observadas les permite calcular unos 200 microgramos por gramo, es decir del orden de partes por millón. Además de poquita, es agua muy difícil de usar: habría que procesar varias (¿5?) toneladas de roca para extraer (ni sé cómo) un litro de agua líquida. La verdad que, desde el punto de vista de su posible uso por los astronautas, es más bien inútil. La nota de prensa de la NASA también lo decía: "que el agua detectada por SOFIA sea fácilmente accesible para ser usada como recurso queda por determinarse", pero con el sensacionalismo de la noticia, esa parte ¿quién la leyó?

En contraste con estos minerales hidratados, hay razonable evidencia de que, en el fondo de los cráteres polares, hay grandes glaciares de agua pura, que sí serán un recurso valioso para las bases lunares que se vienen en pocos años. El robot VIPER, dentro de un par de años, irá a explorar precisamente esto. En la serie distópica For all mankind se muestra su explotación en una interesante línea temporal alternativa, con muy buena ciencia y muy buena ficción.

Clavius es un cráter muy antiguo, de un período llamado Nectariano, hace 4000 millones de años, y está relativamente bien conservado para su antigüedad. Casi del mismo tamaño es Deslandres, también cerca de Tycho pero hacia el norte, en el borde del mare Nubium. Deslandres, en contraste con Clavius, es casi imposible de identificar, de tan erosionado que está. El único cráter más grande que Clavius en la cara visible de la Luna es Bailly, y está tan en el borde que también es muy difícil de ver. Contar los cráteres visibles en el piso plano de Clavius es una buena manera de estimar la calidad de la observación (instrumento/seeing/ojo). El mejor momento para observarlo es el día después del cuarto creciente, o antes del menguante (por ejemplo, en la segunda mitad de esta semana).

 


El paper es: Honnibal et al., Molecular water detected on the sunlit Moon by SOFIA, Nature Astronomy 5:121-127 (2021). La segunda imagen es de allí. La primera es una foto mía. La figura final está hecha con Virtual Moon Atlas, el mejor amigo del lunático.

02/10/2021

Tránsito de Venus 1882

Los tránsitos de Venus delante del Sol son los más raros de los eclipses. Sólo Mercurio y Venus, cuyas órbitas son interiores a la de la Tierra, pueden pasar entre la Tierra y el Sol. Mercurio lo hace cada 7 años más o menos. Venus, en cambio, lo hace sólo cada 125 años, en dos ocasiones separadas por 8 años. Hace poco conté sobre el tránsito de 1874, cuando Jules Janssen inventó una máquina para tomar fotografías en secuencia. Los resultados no fueron valiosos astronómicamente pero sí culturalmente, ya que acabó produciendo la película cinematográfica más antigua (registrada en la Internet Movie Data Base). Ocho años después, en 1882, ocurrió el segundo tránsito del siglo XIX, que fue el primero fotografiado con éxito. Cuando estaba preparando la nota sobre Janssen me encontré con un paper que rescataba las fotos y las mostraba en forma de película. Aquí está, reanimado, un evento que ninguna persona viva ha visto:

Son 141 placas tomadas en el Observatorio Lick, en Monte Hamilton, California, redescubiertas no hace mucho. David Todd, astrónomo de Amherst College en Massachusetts, fue convocado para observar desde Monte Hamilton, a 5000 km de su casa. Aceptó encantado, aunque el observatorio estaba recién construido, apenas equipado y sin personal. Había un telescopio de 12 pulgadas, uno de 4.1, y un fotoheliógrafo, instrumento ideal para el evento. ¿Lograrían resolver con las fotos las dificultades históricas, arrastradas desde siglos, de observar exactamente los tiempos de contacto del tránsito, y así determinar la unidad astronómica como había propuesto Halley? El viaje de Todd debe haber sido toda una aventura. En esta foto parece un personaje de un western, ¿no?

El fotoheliógrafo era un telescopio de tubo horizontal, con un espejo en un extremo que desviaba la luz solar de manera constante y automática (un helióstato). Era uno de 9 instrumentos idénticos construidos a propósito para el tránsito, para compatibilizar lo mejor posible las observaciones de las expediciones americanas. En esta foto hecha algunos años después se ven el tubo y la caseta fotográfica del instrumento. El gran domo detrás alberga un telescopio de 91 cm (que no estaba en 1882), uno de los refactores más grandes jamás construidos.

Cuando el Sol salió en Mt. Hamilton el tránsito ya estaba en curso, y por eso en la película no vemos los primeros dos contactos. Los tiempos exactos de exposición fueron registrados automáticamente por un mecanismo eléctrico acoplado al obturador, y también a mano por las esposas de algunos astrónomos. Se hicieron dos copias de las 147 placas expuestas. Una fue enviada a las oficinas de Lick en San Francisco y la otra a Amherst. A pesar de tantos cuidados, un siglo y medio después todos estos registros están perdidos, pero los negativos originales fueron descubiertos en Mt. Hamilton recientemente. Sólo 11 placas adicionales se conservan de las otras ocho expediciones. 

No está del todo claro si los esfuerzos de los americanos cumplieron con el objetivo buscado de determinar la unidad astronómica. Todd se desinteresó del asunto, tal vez porque cuando regresó a Amherst se encontró con que su esposa Mabel se había convertido en amante de su vecino Austin Dickinson, hermano de la poeta Emily Dickinson (de quien acabaría siendo su primera editora). William Harkness, director del Observatorio Naval y del Almanaque Náutico, se pasó 20 años reduciendo los datos (que es como los astrónomos llaman a analizarlos). Su resultado jamás alcanzó la precisión deseada, pero ya no tenía mayor importancia. El descubrimiento de los asteroides cercanos a la Tierra (Eros, en particular) proveyó un método más fácil y mejor para determinar la constante astronómica fundamental. Y ya en el siglo XX (que no tuvo ningún tránsito de Venus) el radar permitió medir directamente la distancia a Venus y calcular la unidad astronómica mejor todavía. La mejor medición que tenemos hoy en día, curiosamente, fue obtenida con tránsitos de Mercurio.

Quise hacer mi propia película del tránsito de 2012, pero me dio bastante trabajo alinear las imágenes, ya que fueron tomadas con un trípode común de fotografía. No sé si alguna vez terminaré de hacerlo. Así que repito una vez más esta secuencia del ingreso de la silueta del planeta, que me gusta tanto. 

Una cosita más. En el año 1879, James Clerk Maxwell le mandó una carta a Todd, preguntándole si le parecía que la observación de los eclipses de las lunas de Júpiter era suficientemente precisa para detectar el movimiento de la Tierra a través del éter, comentando acerca de la imposibilidad de hacerlo con mediciones terrestres. La carta llegó a conocimiento de un colega de Todd, Albert Michelson, que ya había inventado un dispositivo para medir la velocidad de la luz con enorme precisión, demostrando de paso la inexistencia del éter y pavimentando el camino para la teoría de la Relatividad. Michelson también había vivido su propia aventura Western, y por eso aparece en un episodio de Bonanza, como hemos contado



El paper es:

A Misch and W Sheehan, A movie of the 1882 Transit of Venus assembled from plates taken at Lick Observatory by David P. Todd, The Journal of Astronomical Data 10:4 (2004). Agradezco al editor, Christiaan Sterken, quien me dio acceso a la película y muchas fotos, cuyos links estaban rotos en la página web de la revista.

A pesar de que los autores dicen que no existen fotos del tránsito de 1874, recientemente encontré una. No es de Janssen, sino de la expedición mexicana a Yokohama: C Allen, The Mexican expedition to observe the 8 December 1874 transit of Venus in Japan, Proceedings IAU Colloquium No. 196 (2004). Dicen allí que obtuvieron 14 fotos, a modo de prueba del equipo fotográfico, y muestran una, bastante mala.