¿El eclipse más largo?

El eclipse lunar más largo del siglo no fue el de la semana pasada. Pero aguanten un poquito, primero comparto las fotos. A las 5:23 el eclipse cubría la mitad de la luna llena. El cielo estaba razonablemente oscuro y logré capturar el precioso cúmulo de las Pléyades junto a la Luna:

Se ve bien lindo en esta foto el color rojo de la luna eclipsada, con la tenue luz de todos los amaneceres y los atardeceres de nuestro planeta, como hemos contado otras veces. La tenue franja oscura que cruza el cielo creo que es humo de algún incendio. Con un campo más angosto las vemos así (foto girada, que me gusta más cómo queda).

A medida que el eclipse fue avanzando la Luna se acercaba al horizonte y el cielo se aclaraba por la proximidad del amanecer. Estos eclipses me encantan para capturar tanto la Luna como el paisaje. Hay uno en el banner del blog, después de todo. Vean qué lindo se veía el centro de Bariloche, con la torre de la Catedral, el lago Nahuel Huapi y al fondo la cordillera de los Andes. Esto es a las 5:42, cuando faltaban 15 minutos para el máximo eclipse:

Cada vez se hacía más difícil ver la Luna eclipsada. Así que acerqué el cuadro para los últimos minutos, mientras la Luna bajaba sobre el cerro Millaqueo:

Finalmente, una luna fantasmagórica se ocultó tras los cerros todavía nevados de la primavera, escapándose del cinturón de Venus que la corría desde arriba:

Muy lindo eclipse. Hagan planes para ver el próximo, el 16 de mayo de 2022. Será un eclipse total en medio de la noche para nuestra longitud, con la Luna súper alta junto a Escorpio en nuestra latitud. Una preciosura va a ser. Mientras tanto, quédense con la foto que más les haya gustado.

Ahora quiero decir algo sobre la duración del eclipse. Pero dejemos esto en claro desde el principio: la cuestión es completamente irrelevante para disfrutar del fenómeno. Se lo anunció de manera sensacionalista como "El eclipse lunar más largo del siglo", o incluso "de los últimos 1000 años". Quisiera saber cuántos de los que escribieron esos titulares vieron aunque sea 5 minutos del eclipse. En muchos de esos anuncios (no en todos) se omitió un detalle clave: eclipse parcial. Por supuesto, los eclipses totales son generalmente más largos que los eclipses parciales, porque la trayectoria de la Luna por la sombra de la Tierra es más larga. Así (en rojo la sombra de la Tierra, en blanco la Luna llena):

El eclipse del 19 de noviembre fue casi total, así que fue casi tan largo como puede ser un eclipse lunar sin ser total. Desde el primer contacto con la umbra, hasta el último, duró 208.4 minutos. Es el décimosexto en duración entre todos los eclipses parciales que aparecen en el Canon de 5 milenios de eclipse lunares, compilados por el legendario Fred Espenak para el período -1999 hasta el año 3000. Me dio curiosidad revisar la duración de los 4207 eclipses parciales catalogados. Este es el resultado:

Cada barrita gris muestra la cantidad de eclipses parciales de cada duración, minuto por minuto. Hay poquitos muy cortos, de menos de una hora. La mayor parte están alrededor de las 3 horas. Nuestro eclipse de la semana pasada está señalado con una línea vertical roja. Se ve que casi todos los eclipses son más cortos, y que hay muy poquitos más largos. El más reciente más largo (24 segundos más largo) fue el del 18 de febrero de 1440, hace 581 años, que marqué con una línea azul casi pegada a la roja. Ése es el eclipse al que hacían referencia los titulares sensacionalistas. El próximo eclipse parcial más largo que el que acabamos de ver es el más largo de todo el Canon (210 minutos), y ocurrirá el 8 de febrero de 2669. Falta mucho, así que me interesé por el extremo opuesto: ¿Cuál será el eclipse parcial más corto? Estos eclipses pasan apenas raspando la umbra, y deben ser casi imperceptibles salvo que uno esté prestando atención. ¿Podremos ver un eclipse súper corto, ponele de 10 minutos? El más corto de todo el Canon es un eclipsito de morondanga que duró 2 minutos y medio en 1553. No hay nada por el estilo hasta el siglo que viene, pero sí tenemos uno cortito razonablemente pronto: el 28 de septiembre de 2034 (línea verde en el gráfico) habrá un eclipse parcial de 26.7 minutos. Será visible en su totalidad (¿en su parcialidad?) desde casi toda América, Europa y África, como muestra el mapa.

Eso en cuanto a los eclipses parciales. ¿Los totales, entonces, son más largos? No siempre. Dicho de otro modo: ¡hay eclipses totales que son más cortos que algunos parciales! Esto ocurre porque la Luna no tiene siempre el mismo tamaño en el cielo: las lunas en perigeo son más grandes, y tardan menos en atravesar la umbra. La umbra misma, en menor medida, también cambia de tamaño a la distancia de la Luna. La luna llena del eclipse pasado fue una miniluna, una luna en apogeo (la posición más distante en su órbita alrededor de la Tierra). Eso contribuyó a que el eclipse, además de ser casi total, fuese particularmente largo. Ya que estaba hice el mismo gráfico pero poniendo solamente los eclipses totales, para ver cómo quedaba nuestro eclipse parcial:

De inmediato vemos que los eclipses totales son ciertamente más largos en general: no hay ninguno siquiera de 3 horas de duración, que es donde estaba la duración media de los parciales. Nuestro eclipse parcial está nuevamente marcado con rojo, y está medio por la mitad. Duró unos minutos menos que la mayor parte de los eclipses totales, que están por los 210 minutos. Pero vemos también muchos eclipses totales más cortos. De hecho, el eclipse lunar total de mayo pasado (precioso) fue de este tipo: un eclipse total de apenas 187 minutos, porque ocurrió durante una superluna. Marqué con una línea verde otro ejemplo reciente: el eclipse del 21 de febrero de 2008 duró tres minutos menos. Lo vi entero, en la madrugada de mi cumpleaños. El eclipse total más largo presente en el Canon de cinco milenios fue el del 16 de julio del 2000, unos interminables 236 minutos. ¡No tengo registro de haberlo observado! ¿Alguien lo recuerda?

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El Five Millenium Canon of Lunar Eclipses: -1999 to +3000 y su complemento Five Millenium Catalog of Lunar Eclipses: -1999 to +3000, de Fred Espenak, son accesibles en la web.

Para hacer los histogramas usé la duración entre los contactos U1 y U4, tanto para los eclipses parciales como para los totales. El eclipse es total entre U2 y U3, pero esta duración no nos sirve para comparar con los eclipses parciales.

Pulgar para abajo

Que al mundo nada le importa,
Yira... yira...
Enrique Santos Discépolo

Todo gira. La Tierra, la Luna, los planetas rotan sobre sí mismos, y también se mueven en órbitas alrededor del Sol. El propio Sol gira sobre sí mismo una vez por mes. Nadie se salva: cometas, asteroides, partículas de polvo, anillos... todo gira, todo rota. Es evidente que cualquier rotación tiene un eje, y que se puede rotar de dos maneras: para un lado o para el otro, alrededor de ese eje. Los físicos tenemos una regla para identificarlas: la regla de la mano derecha. Si ponemos la mano derecha como en la figura, con los dedos en la dirección de la rotación, el pulgar apunta hacia lo que llamamos el norte. (Para los curiosos, es la dirección en la que apunta el vector velocidad angular, que es la magnitud física que caracteriza la rotación.)

La figura muestra como ejemplos las rotaciones del Sol, de la Tierra y de la Luna sobre sí mismos, y de la Tierra alrededor del Sol y la Luna alrededor de la Tierra. Como se ve, todas las rotaciones son parecidas: todos los ejes son parecidos, y los nortes apuntan en la misma dirección. Esto tiene que ver con la historia de la formación del sistema solar, de la que nos ocuparemos otro día. Hay excepciones: el eje de Urano está "acostado": el norte de Urano apunta casi en plano de su propia órbita, pero igual obedece a la mano derecha. En todos los casos, el norte es la dirección del pulgar de la mano derecha enroscada en la dirección del giro.

¡Salvo! Salvo la Vía Láctea. Chan.

Las estrellas de la Vía Láctea, entre ellas el Sol y todo el sistema solar incluido, giran alrededor del centro galáctico, casi todas ellas también en un plano muy finito, como los planetas, formando un disco. El eje de rotación de nuestras órbitas planetarias no está alineado con el de la rotación del disco, simplemente porque la galaxia y el sistema solar no se formaron a la vez. Vamos viajando por la galaxia medio inclinados. Pero lo más curioso es que el norte galáctico no está en la dirección que indica la regla de la mano derecha. ¡El pulgar de la mano derecha, enroscando los dedos en la dirección de la Vía Láctea, apunta al sur galáctico! Así:

Esto a mí me resulta extremadamente confuso cuando estoy mirando el cielo hacia la Vía Láctea y trato de imaginarme la rotación. ¿Por qué es así? No estoy completamente seguro, y es algo de lo cual rara vez se habla. Yo creo que la razón es histórica: el primero en hablar de los polos galácticos fue William Herschel, en el siglo XVIII. Herschel, contando estrellas en todas las direcciones del cielo, se dio cuenta de que formaban un sistema achatado, y conjeturó que esa era la forma de la Vía Láctea: un disco. Uno de los polos (el que él veía desde Inglaterra) apuntaba en la dirección de la constelación Coma Berenices, y como estaba en el hemisferio norte del cielo lo llamó polo norte galáctico. A lo largo de los siglos la determinación del polo norte galáctico fue cambiando, usando distintas técnicas:

Todo esto se fue haciendo incluso antes de que se observara y se midiera directamente de qué manera y en qué dirección estaba rotando el disco de la Vía Láctea. Y cuando finalmente se observó la rotación, el pulgar derecho apuntaba hacia el sur, qué vachaché. Finalmente, en 1958 la Unión Astronómica Internacional decidió fijar los polos y el ecuador galácticos, definiendo un sistema de coordenadas galáctico (como la latitud y la longitud de la Tierra), usando mediciones de hidrógeno neutro interestelar, que define mejor el disco y se podía detectar más lejos que las estrellas. Y quedó como dictaba la tradición, el norte galáctico en el lado norte del cielo, y el sur en el lado sur del cielo, muy cerquita de la famosa galaxia Moneda de Plata en la constelación del Escultor.

¿Cómo podemos visualizar esta rotación? La Vía Láctea no rota como un cuerpo rígido, por supuesto, porque está formada por millones de estrellas cada una en su propia órbita. Los aficionados a la materia oscura recordarán que en buena parte de la galaxia las estrellas se mueven a la misma velocidad, sin importar su distancia al centro galáctico. Pero las que están más cerca del centro tienen órbitas más cortas, así que giran más rápido, mientras que las que están más afuera giran más lento. Desde nuestro punto de vista, las que tenemos mirando hacia el centro galáctico, más o menos desde Carina/Crux hasta el Cisne, están hacia adentro y se nos van adelantando. Así que (con el sur hacia arriba, mirando desde el hemisferio sur) desde el lado de Crux, Centauro y Escorpio se mueven hacia nosotros, y del lado del Águila se alejan. Las de afuera (pasando por Cassiopea, Perseo, Auriga, Orión/Géminis, Monoceros, Can Mayor, Puppis hasta Vela), al revés. Usando el telescopio espacial Gaia los astrónomos han medido estos movimientos, que aparecen aquí representados en colores: azul hacia nosotros y rojo alejándose. Los puse en un panorama de la Vía Láctea que hice hace poco en Villa Tacul:

 Si prefieren, he aquí una versión animada:

Ya que estamos, les dejo también la foto del cielo solo porque está buena. Es un panorama en el que acomodé el punto de fuga hacia el centro galáctico (en lugar del horizonte, como es habitual) para que la galaxia aparezca con su forma chata como es en realidad.

Ésta es la mejor época para visualizar estas cosas bajo las verdaderas estrellas, y marearse un poco imaginando la vertiginosa rotación de la galaxia. Cuando lo vean, imaginen las dos direcciones: hacia el centro y hacia el sur galácticos, pongan el pulgar de la mano derecha apuntando hacia el polo sur galáctico (la "ventana" de la galaxia), y enroscando los dedos tendrán la dirección en la que las estrellas se están moviendo en sus órbitas. 

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Las fotos e ilustraciones son todas mías. Las podés usar si batís de dónde las rascaste. El mapa de los polos a lo largo del tiempo (entre 1851 y 1930) es de: Walkey, The true galactic pole, The Observatory 64:264-273 (1942).

La definición del sistema de coordenadas galácticas está pubicada en: Blaauw et al., The New I.A.U. System of Galactic Coordinates (1958 Revision), Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 121:123–131 (1960).

El mapa azulgrana de la rotación galáctica es de ESA/Gaia DR2.

Las ventanas de la Vía Láctea

La Vía Láctea es una galaxia espiral. La inmensa mayoría de sus estrellas, el Sol incluído, se encuentran en un disco muy chato. Chato como un CD. Cuando miramos hacia el centro galáctico tenemos ante nosotros casi toda la Vía Láctea, donde su franja es más gruesa y densa en el cielo. Todo alrededor, mirando en la dirección del disco, la galaxia nos oculta buena parte del universo más allá. Pero si miramos en la dirección perpendicular al disco, ya sea hacia el norte o hacia el sur, ¡ah, es como mirar por una ventana y asomarnos al universo lejano! 

El centro galáctico está en la constelación de Sagitario, como hemos contado muchas veces, y desde nuestra latitud lo vemos mejor en invierno, sobre nuestras cabezas. Las noches de verano nos traen la vista hacia afuera, hacia Auriga y Tauro, donde la franja de la Vía Láctea es más finita y rala en el cielo. Desde nuestras latitudes, el polo norte galáctico está siempre más bien bajito, en la constelación de Coma Berenices, visible en otoño. En la primavera austral podemos ver al mismo tiempo hacia el centro galáctico y hacia el polo sur galáctico, en la dirección de Sculptor. La diferencia es sobrecogedora:

Las dos fotos fueron tomadas el mismo día, con exactamente el mismo equipo. Ambas son exposiciones de 25 minutos, calibradas y procesadas exactamente de la misma manera. Abarcan 5 grados de ancho (10 lunas), y las dejé sin recortar los bordes, donde la aberración cromática es más fuerte, para la comparación. 

La primera foto muestra muchísimas estrellas (un cálculo aproximado me da 15 millones), tantas que hasta se confunden en un resplandor indefinido. Se destacan, además, las dos famosas nebulosas brillantes M8 (de la Laguna) y M20 (Trífida), junto con sus cúmulos estelares. Hay además una multitud de cumulitos pequeños, tanto abiertos como globulares, y la filigrana de polvo oscuro que caracteriza a las galaxias espirales como la nuestra. El centro galáctico está un poco fuera del campo, hacia la izquierda.

La otra foto tiene muchísimas menos estrellas. No es una ilusión: estamos viendo a través de apenas 500 años luz del disco delgado de la Vía Láctea, mientras hacia el centro está casi toda la galaxia, miles y miles y miles de años luz de estrellas, gas y polvo. El polo sur galáctico está cerca del ángulo superior derecho de la foto, marcado con una crucecita en la versión anotada de abajo. Se destaca la galaxia espiral NGC 253, la Moneda de Plata (que ya mostramos una vez en visión telescópica), y un pequeño cúmulo globular de nuestra propia galaxia cerca del borde derecho. Otro día comentaré más sobre esta foto, especialmente si logro rehacerla con estos dos objetos, tan contrastantes, más en el medio del campo.

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Las fotos son mías, y la ilustración también. Avisá si las vas a usar.

Materia oscura helada

Existe abundante evidencia, incluso proveniente de líneas observacionales que no tienen relación entre sí, de que en el universo existe, además de la materia ordinaria de la que estamos hechos, una substancia fantasmal que llamamos materia oscura. La primera sospecha de su existencia fue la manera en que rotan las galaxias y los cúmulos de galaxias. La materia visible que contienen no es suficiente para mantenerlos íntegros, es como que rotan demasiado rápido y deberían desarmarse. Salvo que tengan más materia, y por lo tanto más masa gravitatoria, que la que vemos brillar por todos lados. Ergo, materia oscura. A lo largo de las décadas se sumaron a estas rotaciones otras observaciones que también apuntaban a su existencia: lentes gravitacionales, cúmulos galácticos en colisión, propiedades de la radiación cósmica de microondas, y otras. Una tras otra fueron cayendo casi todas las hipótesis de su naturaleza: que eran los neutrinos, que era gas neutro y frío, que eran trillones de exoplanetas u otros cuerpos no brillantes, etc.

El exitoso modelo cosmológico moderno se llama ΛCDM (Lambda Cold Dark Matter: constante cosmológica y materia oscura fría). De acuerdo a él la materia oscura existe, es fría (lenta), es transparente (no interactúa con la luz; tal vez un nombre más adecuado sería materia transparente, pero oscura suena mejor), está formada por partículas que no son ni protones, ni electrones, ni neutrones, ni ninguna de las que aprendimos en la escuela, e interactúa con ellas de manera muy débil, tal vez sólo por gravedad. ¡Y es el 85% de toda la materia del universo!

Para diseminar lo que sabemos y lo que ignoramos sobre la materia oscura, y los intentos que los físicos estamos haciendo para detectarla en el laboratorio, se celebra desde hace unos años el Día de la Materia Oscura el 31 de octubre (apropiadamente, en Halloween). En Bariloche, donde el Laboratorio de Detección de Partículas y Radiación tiene un programa con varios proyectos para detectar materia oscura, hubo un evento buenísimo. Se asociaron con la heladería Rudolf para hacer ¡helado de materia oscura! Y el día 31 compartieron con quienes se acercaron a la heladería una charla sobre la materia oscura. Estuvo muy bueno, con muchos niños interesados y preguntones.

¿Qué es entonces? ¿De qué esta hecha? La materia oscura cósmica, digo, no el helado. No lo sabemos. Se conjeturan varias posibles partículas subatómicas, cuyas propiedades teóricas pueden anticiparse, ninguna de las cuales se ha detectado todavía. Es incluso posible que exista más de un tipo de partícula oscura, que haya todo un "lado oscuro" del universo (sector oscuro, lo llaman los especialistas, pero lado oscuro es mucho mejor, ¿no?), así como tenemos todas las partículas del modelo estándar que forman la materia ordinaria. Finalmente, hay que decirlo, es incluso posible que no sean partículas de materia, sino que sea una manifestación de que la gravedad no funciona como creemos que funciona (la Relatividad General), sino que haya que modificarla radicalmente y que eso resolvería el misterio. De todas estas cosas, insisto, hay abundante trabajo teórico y muchos experimentos en curso para zanjar las controversias que van quedando. Tal vez estemos a la vuelta de la esquina de su sensacional descubrimiento. A mí me encantaría que tengan éxito nuestros colegas de Bariloche y que su líder Xavier Bertou se gane el premio Nobel.

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La curva de rotación que aparece al lado de mi foto de la galaxia NGC 253 es de:

J. Hlavacek-Larrondo et al., Deep Ha observations of NGC 253: a very extended and possibly declining rotation curve?, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 411:71-84 (2011).