26/02/2022

Parecidos pero diferentes

Esta es la mejor época del año para observar, a simple vista, dos pares de estrellas que parecen reflejarse uno al otro (vistos desde nuestras latitudes). Estoy seguro de que los aficionados a observar el cielo a ojo desnudo las conocen, pero quiero aprovechar para comentar algunos detalles simpáticos. Se trata de los Punteros de la Cruz y los Gemelos. Había planeado hacer buenas fotos pero no pude hacerlo este año. De todos modos hice algo. Para ubicarnos, veamos primero un par de mapas, donde los rectángulos son las fotos que mostraré más abajo. Primero, mirando hacia el sur, una vista de 60 grados de ancho:

El Centauro se eleva apenas sobre el horizonte en esta época. Dominan la escena los Punteros, dos estrellas muy brillantes separadas por 4 grados y medio (la Cruz del Sur se encuentra justo arriba). Ahora giramos 180 grados y miramos hacia el norte:

A la misma altura sobre el horizonte que del otro lado del cielo vimos los Punteros, aquí vemos otras dos estrellas brillantes, Castor y Pollux, los Gemelos.

Estas son las fotos que hice con el zoom a 85 mm, abarcando 15 grados de ancho. Las dos igualitas, misma exposición. 


No sé a ustedes, pero a mí me encanta el parecido de los dos asterismos: ambos a la misma altura en extremos opuestos del cielo, ambos formados por dos estrellas brillantes separadas por 4 grados y medio, ambos con una de las estrellas un poquito más brillante que la otra, ambos con la estrella brillante más blanco-amarillenta y la otra más azulada (esto no se aprecia en las fotos, pero es algo que se ve a simple vista). Ambos están acompañados, además, por sendos pares de estrellas parecidas, apenas más juntitas, que están justo arriba en esta época: Acrux y Mimosa sobre los Punteros, y el Can Menor sobre los Gemelos, que son como reflejos distorsionados adicionales.

Por supuesto, el parecido es superficial y hay un montón de diferencias, lo cual las vuelve todavía más interesantes. Los Punteros, Alpha y Beta Centauri, son bastante más brillantes. Alpha Centauri es la tercera estrella más brillante del cielo, y Beta es la décimoprimera. La diferencia de magnitud es 0.88, un factor 2 de brillo, y se nota. Pollux (Beta Geminorum) es la más brillante de los Gemelos, pero ni de lejos es tan brillante como Alpha Cen, y ni siquiera como Beta: es apenas la decimoséptima del cielo. Castor es Alpha Gem, pero es la segunda estrella más brillante de la constelación, y la vigésimocuarta del cielo. Son mucho más parecidas entre sí que los Punteros. La diferencia entre ambas es de apenas 0.42 magnitudes, un factor 1.5 de brillo. Por otro lado, mientras Alpha Cen es la más baja en el cielo, Pollux es la de arriba (en esta época, y desde nuestra latitud mediana austral, y al comienzo de la noche).

Hay más cosas intresantes. Tanto Alpha Centauri como Alpha Geminorum son estrellas múltiples. En un pequeño telescopio ambas se ven como estrellas dobles, de las más lindas del cielo. Las dos de Alpha Centauri son parecidas al Sol. La componente A se llama Rigil Kentaurus y la B, Toliman (ambos nombres antiguos de Alpha Cen). Las componentes A y B de Castor son, además, binarias espectroscópicas (sus compañeras son muy próximas y no se distinguen telescópicamente). La estrella principal, Aa, es estrictamente la que lleva el nombre de Castor (o también Astor, como Piazzolla, un nombre relacionado con aster, estrella). Pero hay una tercera estrella, Alpha Geminorum C, que es una enana roja lejos de las estrellas principales (a más de 1 minuto de arco), ¡y también ella es una binaria espectroscópica! Así que Alpha Geminorum es una estrella séxtuple, formada de manera jerárquica por dos pares cercanos, acompañados de lejos por otro par.

Alpha Centauri no es tan numerosa, pero también hay una tercera compañera lejana, que también es una enana roja: Proxima. En el cielo está mucho más lejos, porque la cercanía del sistema a nosotros hace que su órbita, en el plano del cielo, sea enorme. Se encuentra a más de dos grados de Alpha. Es una estrella de magnitud 11, muy tenue, pero visible en mi foto si forzamos un poco los tonos (y si la descargan, porque comprimida acá no la van a ver):

Ya que estamos en la zona, quiero mostrar un precioso asterismo que no he encontrado recomendado en ningún lado, a pesar de que es muy evidente en binoculares. Yo lo llamo el Arpón. Desde Alpha Cen hay que pasar un poco más allá de la otra estrella relativamente brillante, Alpha Circini:

El Arpón está formado por cinco estrellitas muy bien alineadas, cada vez más juntas hacia el extremo donde está la más brillante, que es una triple y forma el gancho de la punta del arpón. La estrella principal, HD 129954, es una rara estrella de clase B con líneas espectrales de emisión, no sólo de absorción. El amontonamiento en esa dirección contribuye a dar la impresión de arma arrojadiza. Incluso, una serie de estrellas en forma de arco circular parece formar la soga del arpón (rodeando la etiqueta, en la foto). Si no lo conocían, se los regalo.

Volviendo a los gemelos, vale la pena recordar algo del mito. El tema de dioses gemelos es recurrente en muchas culturas indoeuropeas. Piénsese en Rómulo y Remo, en los Ashuins del hinduísmo, o incluso en Cosme y Damián del santoral cristiano. Castor y Pollux, hijos de la reina Leda de Esparta y hermanos de Helena (luego de Troya) no tienen un mito único. Según algunos son ambos hijos de Zeus, quien sedujo a Leda en forma de cisne. Según otros, Castor es en cambio hijo del rey Tíndaro (de Laconia, para deleite de los fans de The Expanse, imagino), con quien Leda estuvo la misma noche. Incluso no está claro si ambos son inmortales, o sólo uno de ellos (en cuyo caso, siempre es Pollux). En un mito, al resultar Castor herido de muerte, Zeus le ofrece a Pollux cederle a su hermano la mitad de su inmortalidad, cosa que acepta, alternando desde allí la vida de ambos tanto en el Olimpo como en el Hades. Luego ambos fueron elevados al cielo en recompensa por su amor fraternal. Poseidón les regaló unos magníficos caballos marinos para que ayudaran a los navegantes y a los náufragos en las tormentas. Si visitan Roma y van a la plaza del Quirinal (donde está el palacio del gobierno nacional), hay una hermoso grupo escultórico de Castor y Pollux. En el camino (o pasando, si suben desde la Fontana di Trevi), visiten la Basílica de San Andrés en el Quirinal, una magnífica obra de Bernini, llena de elipses, como conté en mi charla sobre las manía barroca con los óvalos.



Las imágenes son mías, salvo la de la Fontana dei Dioscuri. No tenía a mano mi foto, así que puse la de Google Street View.

El link que puse en Proxima manda a la nota sobre el planeta a su alrededor descubierto en 2016. Al día de hoy se conocen ya 3 planetas a su alrededor, el tercero anunciado esta misma semana.

19/02/2022

El horror al vacío

En el siglo XVII el científico e intendente de Magdeburgo, Otto von Guericke, hizo la siguiente demostración pública. Tomó dos grandes hemisferios de cobre, con sus bordes bien lisitos, engrasados y en contacto, y evacuó con una bomba de su invención el aire del interior de la esfera así formada. Ató a cada hemisferio un equipo de 15 caballos, que tirando en direcciones opuestas no pudieron separarlos. Fue el nacimiento de la ciencia del vacío, que hasta entonces había sido un concepto filosófico y que como tantos, a partir de la Revolución Científica, se sometió a la investigación empírica. 


El interior de los hemisferios de Magdeburgo no estaba vacío vacío, por supuesto. La bomba de von Guericke había logrado evacuar una parte del aire interior, y eso fue suficiente para que la diferencia de presión entre el exterior y el interior los mantuviese apretadísimos como por arte de magia. Las bombas modernas pueden evacuar muchísimo más aire de un recipiente cerrado. Muchos experimentos requieren un ambiente vacío, tan vacío como se pueda, y todos los estudiantes de física aprendemos a usar esas bombas en los cursos de Laboratorio. Existe el vacío, el alto vacío, el ultra alto vacío... cada vez más difíciles de lograr y mantener. 

Pero incluso en el ultra alto vacío de los aceleradores de partículas o los detectores de ondas gravitacionales quedan algunas moléculas rezagadas, decenas de miles en cada centímetro cúbico. ¡El espacio exterior está mucho más vacío! En el espacio interestelar hay (en promedio, porque es muy heterogéneo) apenas un átomo por centímetro cúbico. Ni siquiera los vastos abismos intergalácticos están vacíos: ahí podés encontrar un átomo ¡por metro cúbico! La nada misma, uno podría decir, pero son regiones tan inmensas que, de todos modos, deben pesar bastante. ¿Cuánto? Se me ocurrió hacer el cálculo. La distancia característica entre dos galaxias es de algunos millones de años luz. Tomemos por ejemplo un cubo de 2.5 millones de años luz de lado, como el que podemos dibujar entre nuestra galaxia y la de Andrómeda. 


¿Qué volumen tiene este cubo? Un año luz son 1016 metros, o sea 10000000000000000 metros (cuenten 16 ceros). Así que el volumen del cubo es:

V = (2.5×106×1016 m)3 = 1.5×1067 m3.

Es un número inmenso, ¡una potencia 67! Así que aunque en cada uno de esos metros cúbicos encontremos un solo átomo, algo debe pesar, ¿no? Supongamos que en cada metro cúbico hay un átomo de hidrógeno (¿de qué otra cosa, si no?; casi toda la materia del universo es hidrógeno). La masa de cada átomo es:

MH = 1.67×10-27 kg.

Así que la masa del inmeso cubo es el producto de ambos números:

M = 1.5×1067×1.67×10-27 kg = 2.6×1040 kg.

Otro número inmenso, difícil de asimilar. ¿Cuánto son 10 a la 40 kilos? Qué sé yo. Pongámoslo en masas solares, usando los 2×1030 kg que pesa el Sol. Nos da:

M = 1.3×1010 masas solares.

Esto es más entendible. ¡Son 13 mil millones de masas solares! A la pucha, estamos hablando de algo tan masivo como una pequeña galaxia. Es la masa de la Nube Mayor de Magallanes, por ejemplo. 

La Vía Láctea y la galaxia de Andrómeda están bastante juntitas, y son las únicas galaxias grandes de nuestro grupo local de galaxias. Los dos grupos más cercanos, el de Sculptor y el de IC342, están a unos 10 millones de años luz del Grupo Local. Un cubo de 10 millones de años luz de lado de "vacío" intergaláctico pesa... 8×1011 masas solares, ¡tanto como toda la Vía Láctea!

O sea: el híper tenue gas entre las galaxias pesa tanto como las galaxias. 

¿Qué pasará con el espacio interestelar? En nuestra región de la galaxia, la distancia típica entre estrellas es de 10 años luz. Si construímos un cubo de 10 años luz de lado, y ponemos un átomo de hidrógeno en cada centímetro cúbico, la masa nos da 1.7×1030 kg, comparable con la masa del Sol. Así que el resultado es, coincidentemente, que el medio interestelar (un millón de veces más denso que el intergaláctico) también pesa tanto como los objetos que separa, las estrellas. 

 


La ilustración de los hemisferios de Magdeburgo es de un grabado de Gaspar Schott, quien describió el experimento en su libro Mechanica Hydraulico-Pneumatica (1657). Yo lo leí hace tanto tiempo que ya ni me acuerdo, tal vez en un libro de Monteiro Lobato.

Las ilustraciones de las galaxias están basadas en una de Andrew Z. Colvin, en Wikipedia (CC BY-SA). La segunda dice incorrectamente IC 341 (que es una nebulosa tenue junto a las Pléyades), debería decir IC 342.

12/02/2022

El polvo zodiacal

En órbita alrededor del Sol, además de los planetas, sus satélites y los enjambres de cuerpos menores, hay una nube de polvo. Podemos verla como una luz fantasmagórica a lo largo del zodíaco, después del anochecer y antes del alba, desde un sitio oscuro como la playa de los Troncos en Bariloche.

Su composición, su origen y su dinámica son todavía un poco misteriosa. Debe haber una fuente de este polvo, ya que de otra manera el viento y la luz solar lo disiparían. El propio Sol es una de las fuentes, ya que la naturaleza eruptiva de su superficie constantemente está inyectando materia en el medio interplanetario. La sonda Parker lo está caracterizando en el sistema solar interior a la órbita de la Tierra. Por fuera, uno puede imaginar algunos infrecuentes choques en el cinturón de asteroides (que ocasionalmente se han visto). Se conocen "bandas" de polvo zodiacal a distintas elevaciones por encima o por debajo de la eclíptica, lo cual apuntaría a un origen múltiple. Pero evidencia sólida no hay mucha.

Algunas naves de exploración interplanetaria han llevado sensores para detectar los impactos con estos granos de polvo (la mayoría mucho menores que lo que llamamos polvo en la Tierra). Una de las observaciones que más me ha llamado la atención en los últimos tiempos es la realizada por el robot Juno, en su larga e intrincada trayectoria hacia el planeta Júpiter. Juno detectó una suficiente cantidad de impactos con granos de polvo interplanetario como para caracterizar la nube de polvo zodiacal entre 1 y 5 unidades astronómicas de distancia solar. La detección fue indirecta: es la primera nave en llevar paneles solares a las regiones exteriores del sistema, y los impactos contra ellos pudieron ser detectados por la cámara de navegación, que observa las estrellas. La nave entera, de este modo, ha funcionado como un detector de polvo de 60 metros cuadrados de apertura, barriendo un volumen enorme de espacio, logrando así una eficiencia incluso mayor que la de los detectores de polvo dedicados en misiones anteriores. 

Se ha publicado recientemente los resultados de estas mediciones, y la sorpresa que reveló es que el planeta Marte parece ser una de las fuentes significativas del polvo zodiacal, formando una nube en su plano orbital entre la órbita de la Tierra y la resonancia 4:1 con Júpiter. Los datos crudos requirieron un cuidadoso análisis, poque la nave fue husmeando a distintas distancias, distintas inclinaciones y distintas velocidades a medida que progresaba en su ruta a Júpiter. Uno de los gráficos de los datos es el siguiente:

La curva negra muestra los impactos diarios cuando Juno ya estaba fuera de la eclíptica. Los astrónomos logran explicar esta distribución de polvo como originada en Marte (la parte principal, que está casi en la eclíptica) más una parte dispersada por acción de Júpiter sobre ella, con inclinación de algo menos de 10 grados. Queda una cosa así:

El resultado del modelo produce una luz zodiacal en el plano del cielo que es compatible con las mediciones infrarrojas de los observatorios espaciales COBE e IRAS, entre otros. También logran explicar por qué el polvo desaparece más allá de las resonancias 4:1 y 5:1, una indicación de que los granos se encuentran en órbitas casi circulares. Esa evidencia es incompatible con un origen del polvo en las colas de los cometas, por ejemplo.

Lo que permanece misterioso es la fuente del polvo. ¿Será el propio planeta Marte, con sus periódicas tormentas globales? ¿Qué fuerza podría darle a parte de ese polvo la necesaria velocidad de escape (unos 5 km/s)? ¿O serán Fobos y Deimos, de donde el polvo formado por micrometeoritos podría salir eyectado con mayor facilidad? Por ahora, esto no se sabe.

 


El interesante paper es:

Jorgensen et al., Distribution of Interplanetary Dust Detected by the Juno Spacecraft and Its Contribution to the Zodiacal Light, Journal of Geophysical Research: Planets, 126:e2020JE006509 (2021). De allí tomé las imágenes. Salvo la foto, que es mía.

05/02/2022

Verdura cometaria

Por diversas razones no pude hacer observaciones telescópicas del lindo cometa que adornó los cielos australes durante las fiestas de fin de año 2021, C/2021 A1 Leonard. Sólo alcancé a hacer unas pocas fotos con el objetivo fotográfico, nada comparable a las detalladísimas fotos que pudimos ver en las redes sociales. Desde playas al este de Bariloche hice esta linda toma con el cometa descendiendo sobre el cerro Catedral y la ciudad.

Ese día Leonard estaba en el Terebellum, es decir el cuadrilátero, un asterismo con forma parecida a la Cruz del Sur que forma la grupa, o la cola, de la parte equina de Sagitario

Estrictamente, desde hace unos años Terebellum designa solamente a la estrella de abajo en esta foto, Omega Sgr, de magnitud 3.9. La colorada de arriba es c Sgr, de magnitud 2.2. El cometa, como se ve, tenía una magnitud comparable a la de estas estrellas, y se lo veía a simple vista. En la foto, si bien enrojecida por la proximidad del horizonte y las luces urbanas, se distingue que la coma (la nubecita que rodea el núcleo) es de color verde, como vimos en muchas mejores fotos. Por ejemplo, esta es una de las que hizo Javo Fabris el mismo día.


Podemos ver que la coma es verde, pero la cola no. ¿A qué se debe esto? La cola es blanca porque es de polvo y refleja la luz del Sol. Hemos visto en otros cometas, como el Hale-Bopp por ejemplo, que una segunda cola de los cometas es generalmente azul, formada por un plasma fluorescente de monóxido de carbono que brilla excitado por la radiación UV del Sol. Tiene una dinámica distinta de la cola de polvo, y por eso las vemos separadas al alejarse del núcleo.

El color verde de la coma también es una fluorescencia, pero de una sustancia inusual: el carbono diatómico C2. A diferencia de los familiares gases atmosféricos N2 y O2, el dicarbono sólo existe en ambientes de muy baja densidad, o muy energéticos, debido a que es muy reactivo y desaparece rápidamente. El genial espectroscopista Gerhard Herzberg (premio Nobel 1971) conjeturó, en 1930, el mecanismo por el cual el dicarbono que pinta de verde la tenue atmósfera de los cometas era destruído por la radiación antes de alcanzar la cola. Por su parte, los astrónomos calculaban que la delicada molécula no persistía más de 100000 segundos (poco más de un día) a una distancia de 1 unidad astronómica del Sol. Pero jamás se lo había podido estudiar en el laboratorio, e incluso su descripción teórica es complicada, y no libre de controversias. 

Coincidentemente con la visita de Leonard con su verde cabellera, se publicó el primer estudio del C2 en condiciones controladas de laboratorio, analizando su color, sus interacción con la radiación electromagnética, sus transiciones electrónicas y su duración. El principal resultado confirma la observación empírica de los astrónomos: el C2 dura 160000 segundos (dos días) a 1 unidad astronómica del Sol. También se observa que es destruída de una manera complicada, absorbiendo dos fotones y sufriendo dos transiciones "prohibidas". El mecanismo es exactamente el que predijo Herzberg hace 90 años. El color verde de la coma de los cometas está explicado. Check. 


El trabajo es: Jasmin Borsovszkya et al., Photodissociation of dicarbon: How nature breaks an unusual multiple bond. PNAS (2021) 118:e2113315118.