27/08/2022

Raras estrellas en Carina

Hace un par de semanas conté una simpática casualidad: a apenas 1.5 grados de Eta Carinae, una de las estrellas más raras de la Galaxia, hay otra estrella del mismo tipo de rareza, AG Carinae

Mientras revisaba la bibliografía sobre esta clase de estrellas, llamadas LBVs (variables luminosas azules), me empezaron a aparecer las otras poquitas que se conocen. Tenían nombres raros, de catálogos muy especializados. Me llamó la atención en primer lugar Hen 3-519, porque decían que era una gemela de AG Car. ¿Dónde estaría en el cielo? Me llevó un buen rato encontrarla, y resultó que estaba... ¡también en Carina! ¡A tan sólo 16 minutos (media luna) de AG Car! Es una estrella de décima magnitud, y sólo pude identificarla en el caos de estrellas de Carina gracias al catálogo Gaia cargado en Cartes du Ciel y mi foto registrada en Astrometry.net:

Hen 3-519 está a más de 20 mil años luz de nosotros, y tal como Eta Car y AG Car, también tiene una nebulosa alrededor, producto de una erupción anterior:

También está catalogada como WR 31a, donde las iniciales significan "Wolf-Rayet", que es una clase de estrellas gigantes que tienen espectros con líneas de emisión, además de las líneas de absorción comunes en todas las demás estrellas (como las líneas de Fraunhofer del Sol). Las estrellas LBV son parecidas a las WR, y si bien no está del todo clara la relación entre ambas, se cree que son etapas consecutivas, muy breves, en la evolución final de las estrellas muy masivas. 

En un artículo de revisión sobre LBVs encontré una tablita con las estrellas de esta clase que tienen "homúnculos" alrededor. Se conocen sólo 9 en la Vía Láctea y 5 en la Nube Mayor de Magallanes (LBVs, entre seguras y candidatas, se conocen unas 50 en todo el universo). En la lista estaban, obviamente, Eta Car, AG Car y Hen 3-519. Estaba también P Cygni, una estrella famosa que tuvo su erupción en el año 1600, cuando fue clasificada como "nova" (antes era invisible, en la era pretelescópica). ¿Y las otras? Atención a esto: estaba también HR Carinae. ¡Otra LBV en Carina! ¿Y las otras? ¿Sher 25? ¡En Carina! ¿Wra 751? ¡En Carina! De las nueve, seis están en Carina, muy cerca entre sí, y todas aparecen en mi foto de 2016:

La única que no se llega a distinguir individualmente (en esta foto hecha con un teleobjetivo de 100 mm) es Sher 25, que está en un pequeño cúmulo con nebulosidad designado NGC 3603:

Sher 25 es la estrella arriba y a la derecha del cúmulo, rodeada de unos filamentos de nebulosidad. Hace rato que tengo anotado este cumulito para fotografiarlo con el telescopio. Ahora que sé que alberga a esta estrella notable subrayo la anotación. A ver cuándo.

¿Por qué tantas de las variables luminosas azules están apretadas en 6 grados de cielo? No tengo ninguna explicación, salvo tal vez que la Gran Nebulosa de Carina es una de las regiones más grandes de formación estelar de la Vía Láctea. Me detengo aquí, con el asombro de la casualidad.



La foto de Hen 3-519 es de NASA/ESA/Hubble/Judy Schmidt. La de Sher 25 es de NASA/ESA/O'Connell/Paresce/Young/WFC3/STScI/AURA. Las otras son mías.

El interesante artículo sobre LBVs es un preprint de 2020 bastante mal escrito, espero que cuando salga publicado sea más legible: Weis & Bomans, Luminous Blue Variables, arXiv:2009.03144v1.

20/08/2022

El infinito universo

"La arena de los mares, las gotas de la lluvia,
los días de los siglos, ¿quién los contará?"
Eclesiástico, 1

Sigamos con el tema del infinito, ya que esta tarde estaré, junto a mi amigo Diego Galperin, conversando en público con Pablo Bernasconi, en su muestra El Infinito

Cuando era niño preguntaba cuántas estrellas había en el cielo. "Cincuenta", me decían, en un juego de palabras con "sin cuenta". Tantas que no se podían contar. Infinitas. Pero sí se pueden contar, no son tantas. En el cielo nocturno podemos ver un par de miles de estrellas a simple vista. Con cualquier telescopio uno en seguida se da cuenta de que hay muchas más que las que podemos ver. ¿Cuántas? William Herschel se propuso contar estrellas en todas direcciones, y descubrió que formaban un sistema achatado, que hoy sabemos que es nuestra galaxia, la Vía Láctea. Tiene unas 1012 estrellas. Un número inmenso, pero no son infinitas. ¿Cuántas estrellas habrá en todas las galaxias del universo? ¿Serán infinitas?


El universo visible es una esfera de 46 mil millones de años luz de diámetro. Es ciertamente inmenso pero, igual de ciertamente, finito. Contiene unas 1012 galaxias. Así que la cantidad aproximada de estrellas en el universo, multiplicando la cantidad de galaxias por la cantidad de estrellas de una galaxia, es 1012 ×1012 = 1024. Tremendo número. Si lo escribo sin la notación exponencial es intimidante:

1 000 000 000 000 000 000 000 000 estrellas.

Muchas de esas estrellas tienen planetas, lunas, cometas y quién sabe qué más. Una inmensidad de territorio, ¿no? Así de grande como es, el número de estrellas del universo es nada, al lado del infinito. La nada misma. 


Hace más de 2000 años Arquímedes escribió un librito mostrando cómo se podían escribir números tan grandes. "Infinito como los granos de arena de todas las playas de Sicilia", parece que decía un dicho de su época. Arquímedes mostró en El contador de arena, que no sólo era un número finito, que se podía escribir, y que incluso el número de granos de arena que cabrían en todo el universo también era finito. Nosotros podemos hacer algo parecido, usando átomos en lugar de granos de arena, y nuestro universo visible, que es más grande que el de Arquímedes. Una estrella pesa unos 1035 gramos, así que la masa del universo sería unos 1024 ×1035 = 1059 gramos. Cada gramo de materia equivale a unos 1024 protones, y como casi toda la materia es hidrógeno, podemos calcular unos 1024 ×1059 = 1083 átomos en el universo. (Si buscan por ahí tal vez encuentren números un poco distintos, pero del mismo orden.) Escrito con todos los ceros, ocupa más de un renglón:

100 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 átomos

De todos modos, sigue siendo la nada misma frente al infinito. ¿Qué podemos imaginar más grande que el número de átomos del universo? En La Biblioteca de Babel, Borges imagina un universo lleno de libros, todos volúmenes iguales, conteniendo todos los textos posibles que se obtienen combinando los caracteres usuales de todas las maneras posibles. Apenas uno se pone a visualizarlo se da cuenta de que hay una enorme cantidad de libros posibles. Pero, cuando uno lo calcula, es espeluznante: 2×102 000 000. ¿Un dos seguido de dos millones de ceros? A la pucha. El número de átomos que acabamos de calcular se queda chico con mucho. Mucho. MUCHO. En nuestro universo no hay tanta materia como para imprimir tantos libros. Ni siquiera una pequeña fracción de ellos.

El número de libros en la Biblioteca es tan grande que es inimaginable. Podemos visualizarlo enumerando algunos de los posibles textos que uno se encontraría. Y luego cerrar los ojos y dejarse ganar por el vértigo de lo que necesariamente queda sin enumerar. La Biblioteca contiene cada texto que conocemos. Las obras de Shakespeare, por ejemplo, así como sus traducciones a toda lengua con el mismo conjunto de caracteres, y aún la mejor traducción posible a toda lengua con un alfabeto ligeramente distinto, como el español o el portugués. Buenas y malas traducciones, por supuesto. En verso y en prosa. Y los comentarios, las críticas, las tesis escritas sobre cada uno de sus temas. Todas las Grandes Obras de la Humanidad, así como todas las novelas baratas que se venden en las estaciones de tren. 

Contiene, por supuesto, todos los libros perdidos de los Clásicos. ¡Las obras de Anaximandro, que decía que el universo era infinito! Contiene todo lo que es posible expresar en todos los lenguajes. Allí están todas las cartas de amor que escribiste, aun las que nunca mandaste y destruiste de inmediato. Inclusive todas las que soñaste escribir pero nunca llegaste a hacerlo. Contiene una detallada historia del universo. Y también las cosmologías de cada mitología. Y de mitologías posibles pero inexistentes. Y sus versiones con errores de ortografía en cada palabra posible. Contiene una biografía exacta de mi vida hasta la edad de 10 años. Hasta hoy. Hasta mi momento final. ¡Más, más! Contiene biografías alternativas, falsas, con distintas elecciones de carrera, de cada helado que me tomé, de cada pequeña o gran cosa que hice. Contiene biografías mías que son casi exactas, pero con pequeños errores. Contiene las biografías de los arcángeles y de gentes del futuro lejano.

¡La Biblioteca contiene el catálogo de la Biblioteca! ¡Ah, quién pudiera encontrarlo! Hay, por supuesto, millones y millones de falsos catálogos.

Todo está en la Biblioteca. Ese libro realmente bueno que me gustaría escribir. La buena traducción de Moby Dick que me gustaría leer. Este mismísimo post, y el del 21/4/2012 que es casi igual. Inclusive la nota del sábado que viene, que todavía no escribí. Y las malas versiones de todas las notas del blog, con errores de ortografía o peor sintaxis. ¡La adaptación de tu vida como comedia musical, qué te parece! Buenas y malas versiones, claro está. Y sus adaptaciones para la pantalla grande. En el estilo de Tarantino y en versión Marvel, donde sos un superhéroe. Y también donde sos un supervillano.

La vastedad de la Biblioteca es algo vertiginoso, ¿no? Pero recién empezamos.

Junto a todas las obras de sensatez y sentimientos, algunas verdaderas, algunas falsas, algunas posibles, está el sinsentido. Imaginen un libro conteniendo sólo la letra a. El narrador del cuento menciona uno que describe como un "laberinto de letras" pero que, en la penúltima página, dice "Oh tiempo tus pirámides". Para cada libro que se te ocurra, digamos Facundo, hay millones de libros que contienen un texto ininteligible, y apenas una oración de ese libro inmersa en el sinsentido. En distintos lugares. Al derecho y al revés. En tus propias palabras. En el estilo de Murakami (en romanji). Y así sucesivamente. ¿Ad infinitum? No. El número de libros es finito. El universo de la Biblioteca de Babel, tan inmensamente mayor que el nuestro, es finito. Frente al infinito, la Biblioteca es menos que una mota de polvo. Es nada.

Arriba dijimos "universo visible". ¿Qué hay más allá del horizonte del universo visible? ¿Monstruos marinos, hic sunt dracones, como en los mapas medievales? Claro que no. Hay más universo, sólo que no podemos verlo porque su luz no ha tenido tiempo de llegarnos en los 13 mil millones de años que transcurrieron desde el Big Bang. ¿Qué tan grande será? No lo sabemos con exactitud, pero sí sabemos que es muy grande. Podemos estimar su tamaño en base a la curvatura del espacio, o mejor dicho la falta de ella, medida por el satélite Planck. El espacio no se curva, medido esto con una precisión de un 0.2%. Es decir, si se curva, lo hace tan suavemente que para cerrarse sobre sí mismo debería tener un tamaño 1 sobre 0.2%, es decir un radio 500 veces mayor que el observado. 500 al cubo es 125 millones, así que el número de átomos sería de unos 1090. Pero esa estimación es, por cierto, una cota inferior. Podría ser mucho más grande, podría tener tantos átomos como libros la Biblioteca de Babel. Algún sucesor de Planck algún día nos lo dirá. Esta opción es la que me parece más digerible: un universo inmenso pero finito, curvado sobre sí mismo para no tener bordes. Difícil de imaginar en 3D, pero posible.

¿Podría ser infinito? No lo sabemos. Si es exactamente plano, podría ser infinito. (Siempre que no haga cosas raras como un hipertoro, en cuyo caso podría ser exactamente plano y finito.) Pero un universo infinito, si fuera tan homogéneo como el que vemos a nuestro alrededor (y postula la cosmología moderna), tendría infinita masa, infinita energía, infinitas estrellas y planetas. Me cuesta mucho creer que pueda existir algo semejante: si hubiera infinitos planetas, otra que la Biblioteca de Babel: habría infinitas Tierras, con nuestra exacta historia. Pero si la homogeneidad se perdiera a alguna escala inmensa, podría ser infinito el espacio, sin serlo la materia en él. Quién sabe. 



La primera imagen es el Primer Campo Profundo del Webb, de NASA/ESA/CSA/STScI.

La segunda es una representación artística de todo el universo observable, una esfera centrada en nuestro sistema solar, con el fondo cósmico de microondas cerca del borde, y el Big Bang en la circunferencia. Es de Pablo Carlos Budassi, en Wikipedia (CC BY-SA).

La representación del universo como un toro (de una dimensión menos que la que tendría el verdadero) es de ESO/J. Law.

La de los monstruos marinos, no sé.

13/08/2022

El futuro del Homúnculo

No se hagan los rulos: Betelgeuse no está a punto de explotar como supernova, como los medios sensacionalistas repitieron hasta el cansancio justo antes de la cuarentena covid en 2020 (y también en 2011). Le faltan como 100 mil años. Conocemos estrellas que están mucho más cerca de explotar. Una vieja conocida es Eta Carinae, una estrella descomunal que en el siglo XIX ya tuvo una explosión y sobrevivió. Durante esa erupción produjo la notable nebulosa Homúnculo, tal como la bautizó Enrique Gaviola. Eta Carinae está en medio de la Gran Nebulosa de Carina, rodeada por un diamante de grandes cúmulos estelares, en una de las regiones más hermosas de la Vía Láctea austral.

Hay pocas estrellas como Eta Carinae (hasta hace no mucho creíamos que era única). Yo no tenía mayor idea de cuáles eran, sólo había leído que eran apenas un puñado. El telescopio espacial Hubble me sorprendió con su foto aniversario 2021, precisamente con una estrella tan parecida a Eta Carinae que hasta tiene su propio "homúnculo" alrededor.


Esta es AG Carinae, y se calcula que la nebulosa fue producida en una erupción similar a la de Eta Carinae (la masa es similar a la del Homúnculo, unas 15 masas solares), pero hace 10000 años. Muy posiblemente así se verá el Homúnculo dentro de 100 siglos. AG Carinae tal vez esté un poco más cerca del final que nuestra vieja conocida Eta Car. ¡No hay que perderla de vista!

La nebulosa es preciosa y me dieron ganas de fotografiar la estrella, pero lo que me llamó la atención fue que AG Carinae, por supuesto, ¡también está en la constelación de Carina! ¿Acaso ya la tendría fotografiada? Resultó que sí, porque AG Car está apenas a un grado y medio de Eta. ¡Está en la foto que puse arriba! Por suerte AG Car es una estrella relativamente brillante y no me costó encontrarla:

AG Carinae es una estrella notable, casi tan extraordinaria como Eta Car. Es inmensa, con una masa inicial estimada en 100 masas solares como Eta, y una masa actual de más de 50 masas solares. También, como Eta, brilla con una luminosidad de casi un millón de veces la de nuestro solcito. El nombre, AG, delata que se trata de una estrella variable. Cuando hice la foto, en 2016, brillaba a magnitud 7, por debajo del umbral que permitiría verla a simple vista, pero en sus irregulares máximos ha alcanzado la magnitud 5.5:


Así que, oficialmente, AG Car califica como estrella visible a simple vista, al menos durante los máximos. ¿A qué distancia está? Hay una controversia sobre esto, pero me inclino a pensar que está muy lejos, realmente lejos. Es lo que indican los sucesivos catálogos de Gaia, cada vez más exactos y precisos. Según Gaia DR3 (recién publicado), AG Car se encuentra a 16000 años luz. ¡A la pucha! ¡Habrá que revisar la nota sobre la estrella más lejana! (En la foto señalé también a x Carinae, una de mis favoritas candidatas a estrella más lejana, que a magnitud 4 se encuentra a 15 mil años luz según DR3.)

Eta Car y AG Car pertenecen a una clase especial de estrellas, llamadas LBVs (iniciales de variables luminosas azules, en inglés). Son azules, son variables y son muy luminosas, pero no hay una caracterización completa de ellas, precisamente porque se conocen tan poquitas. En un par de semanas cuento algo más, porque hay otra sorpresa.



A propósito del Homúnculo, me contó recientemente Santiago Paolantonio durante su visita a Bariloche, que han identificado las placas de vidrio originales de fotos y espectros hechas por Gaviola a principios de los 1950s. Lo cuenta en una nota de su blog Historia de la Astronomía. Siendo una nebulosa tan joven, con una evolución tan rápida, seguramente son muy valiosos estos originales, que podrán ser estudiados con tecnología moderna.  

La curva de luz de AG Carinae está hecha en la AAVSO.

La foto de la nebulosa de AG Carinae es de NASA/ESA/STScI.

06/08/2022

El fin de la Edad Oscura

No nos ocuparemos del período histórico que va desde la caída de Roma hasta el Renacimiento. La Edad Oscura del título se refiere a una verdadera era de oscuridad cósmica. Tras el Big Bang caliente el universo entero fue, durante 380 mil años, un plasma ígneo, una substancia eléctrica en la cual protones y electrones andaban sueltos, sin formar átomos. En ese contexto la abundante luz que llenaba el universo no podía propagarse: el universo era opaco. Finalmente, tras 380 mil años de expansión, la temperatura fue lo suficientemente baja como para que cada electrón quedara ligado a un protón, formando átomos de hidrógeno. Este evento cósmico se llama recombinación, y a partir de allí la luz pudo viajar libremente. Esos mismos fotones siguen entre nosotros, y aunque eran en su mayor parte luz visible en aquel entonces, la irrefrenable dilatación del universo los estiró hasta convertirlos en las microondas que hoy observamos como fondo cósmico

Al terminar la recombinación del hidrógeno, el universo quedó lleno de, bueno, hidrógeno. Enfriándose. El universo quedó en total oscuridad. La noche más oscura duró cientos de millones de años. En algún momento, sin embargo, debió prenderse la primera estrella. Y después la segunda, y la tercera. Se formaron en grandes masas de hidrógeno que se fueron condensando a partir del hidrógeno neutro que llenaba el espacio. De a poco la radiación de estas estrellas, y la de los primeros quasars (se dice "cuéisar") que se encendieron en el centro de las galaxias, volvió a ionizar el hidrógeno neutro que llenaba el espacio. Este evento se llama reionización, y duró más o menos desde los 400 millones hasta los 1000 millones de años del universo temprano.

Todos estos eventos, que son cruciales para entender la evolución temprana del universo, e incluso para restringir las propiedades de la elusiva materia oscura, de la que tan poco sabemos, son en gran parte un misterio. El telescopio espacial Hubble nos ha mostrado pocos ejemplares de esa región, de los primeros cientos de millones de años del universo. La razón, como ya hemos comentado, es que la expansión del espacio dilató enormemente las luces que surgieron de aquellas estrellas, volviéndolas practicamente invisibles. Por esta razón el telescopio Webb se diseñó para ver la radiación infrarroja.  

Las primeras estrellas, las primeras galaxias. ¿Cómo eran? ¿De qué estaban hechas? ¿Ya tenían agujeros negros centrales? ¿Cómo se fueron organizando en el espacio, hasta formar la espuma filamentososas que vemos en el universo más reciente? ¿Cómo fueron creciendo, hasta convertirse en galaxias maduras con las morfologías que conocemos? ¿Tenían discos? ¿Tenían brazos espirales? ¿Había galaxias elípticas? Las primeras generaciones de estrellas, ¿cómo fueron enriqueciendo la química de las galaxias, produciendo finalmente las substancias que hace 7000 millones de años más tarde formarían nuestro planeta y la vida misma? El Webb revelará miles de estas galaxias, y en pocos años van a revolucionar lo que sabemos sobre la evolución del universo. 

 


La imagen de la evolución del universo es de Wikipedia, adaptada por mí. 

La imagen del detalle de la Edad Oscura es de Miralda-Escudé, The Dark Age of the Universe, Science 300:1904 (2003), también adaptada por mí.

Las cuatro galaxias de la Era de la Reionización son de Trussler et al., Seeing sharper and deeper: JWST’s first glimpse of the photometric and spectroscopic properties of galaxies in the epoch of reionisation (arXiv:2207.14265v1).