Un agujero en el cielo

«¡Hay un agujero en el cielo!»
William Herschel, a su hermana Caroline

En el cielo austral hay tres cruces, que el observador desatento puede confundir. Una es la Cruz del Sur, con forma de crucifijo. Con una forma parecida, pero un poco más grande, hay una Falsa Cruz formada por dos estrellas de Carina y dos de la Vela. ¡No la usen para orientarse porque no apunta al sur! Entre ambas hay otra cruz, con forma más de rombo que de crucifijo (así que no es tan común confundirla). 

Esta cruz, formada por cuatro estrellas de Carina que en la representación habitual forman la proa de un barco, tiene la forma de los diamantes de la baraja, y por eso a veces se le dice el Diamante, o la Cruz de Diamante. Y una de sus estrellas, más que una estrella, es un puñado de diamantes:

La estrella más brillante de este hermoso cúmulo es θ (theta) Carinae, y el cúmulo es IC 2602, o cúmulo de Theta Carinae, para los amigos.

Esta foto, que también hice la noche del airglow en la estepa patagónica, muestra el contexto alrededor del cúmulo. Para empezar, señalemos que el cúmulo se ve fácilmente a simple vista desde un sitio oscuro. Con binoculares (el mejor instrumento para observarlo) siempre me da impresión de ser una manito abierta, pero en fotos me llama más la atención un grupito de 5 estrellas que forman una M. El cúmulo es muy cercano (480 años luz), y por eso lo vemos relativamente grande (incluso la estrella p Car, que marqué en la foto, es parte del sistema, a pesar de verse apartada). Es el tercero más brillante del cielo, después de las Pléyades y las Híades. Es también muy joven (14.7 M años), y por eso todas sus estrellas son jóvenes y azules. 

Muy cerquita, a menos de un grado de Theta Car, vemos en la foto otro cúmulo: Melotte 101. Es también un cúmulo medianito y joven, pero está al cuádruple de distancia que IC 2602. Abajo y a la derecha marqué otro objeto del catálogo IC, que me llamó la atención porque se ve realmente como una estrella: IC 2621. Es una nebulosa planetaria, muy muy chiquita, de la cual hay muy poca información on line. No sé si es muy joven, o si está muy lejos. Encontré sólo una foto telescópica, y apenas se la distingue como nebulosa. 

Mucho más notables son unas pequeñas oscuridades, de las cuales marqué cuatro. La más llamativa es tan compacta que parece un verdadero "agujero en el cielo": BHR 58.

Según relata Caroline Herschel en una carta a su sobrino John, fue William Herschel quien bautizó así a estos objetos. Dice que una vez, observando Escorpio por el telescopio, exclamó «Hier ist wahrhaftig ein Loch im Himmel!» (¡Aquí hay realmente un agujero en el cielo!). Durante mucho tiempo se discutió si eran realmente vacíos de estrellas, o nubes oscuras. Hoy sabemos que son realmente nubes de polvo frío, muy frío: a 200 grados bajo cero, son las regiones más frías del universo fuera de los laboratorios de física de bajas temperaturas. Son tan densas que opacan completamente la luz de las estrellas que se encuentran detrás. Son pequeñas, de unas 100 masas solares (mucho más pequeñas que las grandes nubes oscuras como el Saco de Carbón). Algunas de ellas tienen en su interior núcleos compactos que están dando lugar a nuevas estrellas. Se las puede observar en radiación infrarroja y en radio, y son particularmente interesante para estudiar la formación estelar en situaciones mucho más simples que en el caos de la nebulosa de Orión, la de Carina o la de la Laguna. Hoy en día se las llama generalmente glóbulos de Bok, por Bart Bok, el astrónomo de Harvard que dijo «el cielo autral tiene todo lo bueno», y se mudó a Australia. 

Esta foto de Theta Carinae fue casual: estaba tratando de encuadrar, a ojo, el cúmulo NGC 3532 que mostré la semana pasada, y me di cuenta del error cuando ya había hecho varias fotos. Como estaban lindas las procesé igual. Los dos encuadres se superponen un poquito, así que las monté juntas para mostrar el contexto general, ya que Theta Car está muy cerca de Eta Car y NGC 3532. Así:

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Las fotos son mías, salvo la de IC 2621, como se indica. La ilustración del principio, con las tres cruces, está hecha con Stellarium, con pocas estrellas para simular lo que se ve a simple vista desde una ciudad.

La letra griega θ usualmente se transcribe theta, y se pronuncia zeta, con el sonido del español peninsular. Por favor, no digan "teta" ni "tita" ni "seta". Pongan la lengua entre los dientes y digan "zeta". El griego tiene dos zetas: ésta, que es la de las palabras que en inglés se escriben con th (como theater) y que en español escribimos sólo con t. La otra es la ζ, cuyo sonido no existe en castellano. Es la z del francés, y podemos simularla en español poniendo la lengua contra el paladar en lugar de entre los dientes, para que suene como "dseta". Es la letra de las palabras que en castellano terminamos escribiendo con z, como "zoología" (que los españoles acabaron pronunciando con la otra...).

El pronóstico espacial

La semana pasada el mundo vio, con asombro, un despliegue de auroras polares inusual, visibles desde latitudes medias e incluso tropicales. Así brillaba el cielo austral en Ushuaia, por ejemplo (foto de @polyabba en X):

¿Qué pasó? Las auroras son una de las manifestaciones de las tormentas geomagnéticas, que son perturbaciones violentas y breves del campo magnético terrestre. A su vez, estas perturbaciones son producidas por el campo magnético del Sol, especialmente cuando en su superficie ocurren fenómenos violentos: fulguraciones (de radiación electromagnética) y eyecciones de masa coronal (erupciones de materia). Partículas subatómicas expulsadas y aceleradas por el Sol en estos episodios son canalizadas por el campo magnético terrestre hacia la atmósfera superior sobre las regiones polares, donde hacen brillar el nitrógeno y el oxígeno. En los días previos a las auroras, en la superficie del Sol se formó una mancha oscura gigantesca: 

Estas manchas solares se producen en regiones donde el campo magnético es muy intenso, miles de veces más intenso que en el resto de la superficie del Sol (y un par de miles de grados más fría, por eso se ven oscuras). Esta mancha se hizo tan grande que, en la mañana anterior a las auroras, pude verla a simple vista (con anteojitos de eclipse, pero sin magnificación de ningún tipo). Era muchísimo más grande que la Tierra entera, como se ve en esta composición de Philip Smith:

Estas regiones activas, como se llaman, de la superfice solar, son las que producen tanto fulguraciones como eyecciones de masa coronal. En pocas horas previas a las auroras, esa región activa produjo seis fuertes eyecciones, todas ellas apuntando directamente a la Tierra, como se ve en esta peliculita que hice con imágenes del satélite Soho:

Fíjense: a eso de las 5:00 del día 11 aparece una intensa lluvia de rayitas al azar, que son las partículas del viento solar golpeando la cámara. Son el mejor indicio de que se venía una buena aurora. Las eyecciones de masa coronal ya han aparecido en el blog, porque pudimos ver una durante el eclipse solar del 2020, algo que sí es raro (ahora me doy cuenta de que tendría que contar algo más). Pero la actividad del Sol está llegando al máximo de su ciclo, que dura 11 años (en realidad, 22), así que no es una sorpresa. Eso sí, la tormenta fue una de las 20 más intensas de los útimos 500 años. Lo que ocurre es que 11 años es mucho tiempo, y la gente se olvida. Además, hace 11 años los medios sociales estaban en su infancia, y hace 22 ni siquiera existían, así que los testigos de auroras inusuales simplemente no compartieron su experiencia. Pero incluso desde Bariloche ya se habían visto. Esta vez, lamentablemente, estuvo muy nublado y me las perdí. Pero mi amigo Daniel Chiesa se fue hasta el aeropuerto, donde pudo fotografiar el resplandor detrás de las nubes:

En Las Grutas, mi amigo Denis Martinez hizo fotos preciosas:

Como dije, estas cosas están bastante bien entendidas. Y como, aparte de la belleza de las auroras, las tormentas geomagnéticas pueden producir inconvenientes con consecuencias económicas (inducción de corrientes continuas en las redes eléctricas, pérdida de altura de satélites artificiales, etc), existe toda una nueva área de la ciencia aplicada llamada space weather para pronosticarlas. Su pionero fue Eugene Parker, como comentamos en ocasión del robot con su nombre que está explorando el Sol. Casi todas las observaciones se hacen desde el espacio, monitoreando el Sol permanentemente en todas las longitudes de onda del espectro electromagnético, y usando las ecuaciones de la magnetohidrodinámica para predecir su evolución. Los pronosticadores son capaces de predecir lo que va a ocurrir en el campo magnético terrestre con muchas horas de anticipación, y avisar a las compañías eléctricas y aeroespaciales para que tomen medidas preventivas. (Aún así, en 2022 Space X perdió 38 satélites recién lanzados, por una tormenta geomagnética "menor".)

¿Cómo es posible que veamos auroras desde latitudes tan lejanas de las regiones polares, donde se producen todo el tiempo? La razón es que, durante las tormentas geomagnéticas intensas, los óvalos de auroras (uno boreal y uno austral) se expanden muchísimo, y alcanzan latitudes bastante menores que lo usual. De todos modos, quedan confinados a las regiones polares, no vayan a creer. Pero las auroras ocurren a muy gran altura. Por ejemplo, las "cortinas rojas", que son las que se vieron hasta en Santiago del Estero, ocurren a 200-400 km de altura. Si usamos la fórmula que calculamos en la nota sobre la distancia al horizonte y la curvatura de la Tierra, encontraremos que una aurora a 300 km de altura se puede ver desde 2000 km de distancia. Desde Bariloche, 2000 km al sur está el Pasaje de Drake, precisamente donde estaba el óvalo de auroras el 11 de mayo. Las auroras verdes se forman por debajo de las rojas, y por esa razón se vieron desde regiones más cercanas a las zonas polares, como Ushuahia (pero incluso así, cercanas al horizonte, no bailando en el zenit como en las fotos que vemos de Islandia o Noruega). 

¿Por qué son más comunes las auroras boreales que las australes? Hay auroras mucho más seguido que lo que parece. Pero no siempre son igualmente intensas o visibles. Se combinan tres razones. En primer lugar, los óvalos están centrados en los polos magnéticos de la Tierra. El polo magnético norte está en Canadá, mientras que el austral está en la Antártida del lado de Nueva Zelanda. Desde la Argentina, queda del otro lado del mundo, así que sólo podemos verlas cuando el óvalo austral se expande, lo cual ocurre durante las tormentas cercanas al máximo de actividad solar, cada 11 años. En el norte, la región desfavorecida es Siberia, donde hay muy poca gente. Por otro lado, toda la población del hemisferio norte está más cerca del polo que la del sur. Por ejemplo, la ciudad de Cambridge, donde estuve el semestre pasado, está a 51 grados de latitud, equivalente al extremo austral de la provincia de Santa Cruz. Finalmente, hay mucha más población en el hemisferio norte, así que hay simplemente más reportes de auroras. Los satélites meteorológicos, con cámaras que no fueron diseñadas para esto, pudieron fotografiar las auroras inusuales del 11 de mayo como muestra la siguiente composición, en la que se ven los dos óvalos:

El máximo de actividad solar durará probablemente hasta el año 2026, así que tal vez tengamos más episodios de auroras visibles desde latitudes medias.

 

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Se escucha a veces la expresión "tormentas solares", que no significa nada. Digan tormenta geomagnética (un fenómeno terrestre). En el Sol, hay eyecciones de masa coronal (son esas erupciones que se ven en el video, y que mostré en el eclipse de 2020), fulguraciones y protuberancias (no "llamaradas", otra cosa que no existe).

El paper que comenta la pérdida de los satélites es Dang et al., Unveiling the Space Weather During the Starlink Satellites Destruction Event on 4 February 2022, Space Weather 20:e2022SW003152 (2022). 

La fórmula para calcular de manera aproximada la distancia al horizonte es: poner la altura en metros, tomar la raíz cuadrada, y multiplicar por 3.5. Eso da la distancia en kilómetros.

Tanto Daniel Chiesa como Denis Martinez se dedican al astroturismo. Si están por Las Grutas o Bariloche, ¡contrátenlos!

La persistencia de la sombra

El Event Horizon Telescope nos mostró hace 5 años su primer resultado: el agujero negro que ocupa el centro de la galaxia gigante M87. Al año siguiente volvió a observarlo, y la resolución es ligeramente mejor, ya que se incorporó al sistema un radiotelescopio en Groenlandia, así como más frecuencias de radio en la observación. Recién ahora se dio a conocer el resutado, que es similar y distinto a la vez:

Recordemos que lo que muestran estas imágenes no es el agujero negro en sí mismo, sino la silueta que produce la distorsión de la luz (ondas de radio, que no deja de ser luz) que se produce a su alrededor, en un disco de materia supercaliente que lo orbita. Esta distorsión es incluso mayor que el más familar efecto de lente gravitacional, que afecta la imagen de las galaxias que vemos detrás de otras galaxias. La presencia del agujero negro, con su intensa gravedad, retuerce muchos de esos rayos de luz (algunos incluso llegan a dar varias vueltas) dejando en el medio una silueta oscura, una "sombra", la del título de esta nota y del paper recién publicado. 

La nueva imagen es similar a la tomada un año antes: misma forma de anillo asimétrico, mismo tamaño, misma relación de contraste entre la parte oscura y la brillante. Estas magnitudes son una propiedad del objeto observado (calculables con la Relatividad General), y su persistencia apunta a que el EHT está funcionando bien. Por otro lado, en la imagen de 2017 la luz es más intensa hacia el sur (abajo) del anillo, mientras que en la de 2018 el punto brillante parece haber girado unos 30 grados en sentido antihorario. En 2021 ya habían publicado un resultado de menor calidad (que comentamos aquí), usando imágenes de prueba tomadas antes de 2017, que mostraban que la asimetría parecía estar girando en este mismo sentido. En el paper actual comentan muy brevemente aquel resultado, y anticipan que un trabajo posterior va a discutir lo que significa desde el punto de vista del movimiento de la materia en el disco brillante. 

Voy a aprovechar para mostrar otra imagen del EHT que me sorprendió hace algún tiempo, y que me había quedado traspapelada. Ya sabemos que los agujeros negros de M87 y de la Vía Láctea son los que, en nuestro cielo, aparecen más grandes. Por ahora son los únicos que podemos ver con el EHT. ¡Pero no es lo único que se puede observar! La galaxia Centaurus A tiene un agujero negro muy activo, como M87, que produce grandes chorros de materia y energía, que son más grandes que la galaxia misma:

El chorro es la fina estructura rosada (en radio) superpuesta a esta imagen de luz visible. El EHT ha hecho una observación extraordinaria de la estructura central del chorro, donde surge del disco de materia alrededor del agujero negro:

¡Tiene cuatro patas! Por un momento pareciera que fuesen cuatro chorros. Pero no: son dos, uno hacia cada polo del disco de materia supercaliente donde se forma y se organiza, por acción de los campos magnéticos producidos tanto por el agujero negro como por el mismo plasma en órbita. Lo que muestra esta imagen es que en realidad el chorro es hueco, como si fuera un cono finito y medio transparente. En una imagen del chorro alrededor de M87, hecha con el también enorme VLBA, se ve algo similar (cuadro de la derecha, lo muestran rotado):

El EHT es el telescopio más grande del mundo. De hecho, es tan grande como el mundo. No hay dudas de que recién estamos viendo sus primeros pasos, y que la inevitable mejora de las técnicas en los próximos años van a permitir proezas de observación. 

 

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The Event Horizon Telescope Collaboration, The persistent shadow of the supermassive black hole of M 87 - I. Observations, calibration, imaging, and analysis, A&A, 681:A79 (2024). La imagen publicada en 2019 fue hecha con las observaciones de 2017. La publicada ahora corresponde a las observaciones de 2018. ¡El procesamiento de imágenes del EHT es más lento que el mío!

Janssen et al., Event Horizon Telescope observations of the jet launching and collimation in Centaurus A, Nature Astronomy 5:1017–1028 (2021).

Cúmulos y nebulosas de Carina

La semana pasada comentamos la lejanía de la estrella x Carinae, la más lejana visible a simple vista. La encontramos en el cielo junto a un famoso cúmulo abierto, NGC 3532, el Pozo de los deseos, vecino a la magnífica Gran Nebulosa de Carina. Mostré esta foto, que hice en enero desde la estepa patagónica, una noche de inusual airglow:

Es una región magnífica del cielo austral. La escena mide unos 6 grados de ancho, más o menos como los tres dedos medios con el brazo extendido. Está dominada por la Nebulosa de Carina (NGC 3372), una gran región de formación estelar a 7500 años luz de nosotros. Brilla con los colores característicos de la fluorescencia del hidrógeno (rojo) y del oxígeno (azulado). Sus átomos son irradiados por la radiación ultravioleta de cientos o miles de estrellas jóvenes, muchas de ellas monstruosamente grandes, como la extraordinaria Eta Carinae. Arriba y a la izquierda está el otro protagonista de la escena, el gran cúmulo abierto NGC 3532, un ejambre de centenares de estrellas a unos 1500 años luz de la Tierra. A alguien le parecieron las monedas que se tiran a una fuente para pedir deseos, y lo bautizó wishing well cluster, que en castellano se traduce en general "el pozo de los deseos", aunque tendría más sentido "la fuente de los deseos", ¿no? A su lado, pero mucho más lejos y sin relación física con él, está la coloradita cefeida x (equis) Carinae, que a 14 mil años luz es la estrella más lejana visible a simple vista. Las de 3532 son estrellas jóvenes, si bien no tanto como las que están embebidas en la nebulosa; tienen todas ellas unos 300 millones de años, y unas cuantas ya se ven de un color rojo que delata su madurez. Una de ellas me llamó la atención por ser mucho más colorada. Resultó ser una estrella de carbono. Acá la marqué en un recorte, además de x Carinae:

Un pedacito de NGC 3532 fue la primera imagen tomada por el telescopio espacial Hubble, la que dejó a todos diciendo "algo no está bien".

La gran nebulosa 3372 y el cúmulo 3532 se roban la escena, pero hay una cantidad de personajes secundarios que completan el encanto de esta densa región de la Vía Láctea. Hice una versión anotada para guiarnos:

NGC 3293 es otro de los cumulitos que rodean a la Nebulosa de Carina. Es más denso y más joven que 3532. Sus estrellas son casi todas gigantes azules, salvo una supergigante roja, que debe ser muy masiva para haber evolucionado tan rápido (el cúmulo tiene 12 millones de años apenas). Algo de nebulosidad se extiende hasta allí, y el cúmulo parece estar asociado al vecino NGC 3324, cuya propia nebulosidad está catalogada como IC 2599. Su forma redonda parece un perfil (mirando hacia la derecha en la foto), y a veces se la llama Nebulosa Gabriela Mistral, porque se le parece. Fue una de las primeras imágenes difundidas por el telescopio Webb, hace un par de años. 

Otros dos cúmulos embebidos en la nebulosidad de la cual nacieron están completamente desconectados de esta compleja región: NGC 3603, 3579 y 3576. Más chiquito aún, el 3572.

Y las estrellas brillantes de esta región son también hermosas, variadas y coloridas. Eta Carinae es la monstruosa estrella de 100 masas solares que hace 200 años explotó casi como una supernova, y sobrevivió. Su capullo de polvo caliente, llamado el Homúnculo, es lo que vemos brillando de color naranja. Cuando lo disipe (dentro de pocos años) seguramente la veremos de un azul rabioso. Brillando a magnitud 4, y a 7500 años luz de distancia, también es una estrella muy lejana visible a simple vista. 

Parecida en brillo y color es otra estrella gigante (variable tipo Mira), w Carinae. La vemos superpuesta a la nebulosa, pero es mucho más cercana, a 1400 años luz. Y otra estrella parecida en brillo, pero más blancuzca (es una subgigante amarilla), es u Carinae, todavía más cercana, a apenas 95 años luz. Con y Carinae se completa un arco de estrellas de cuarta magnitud w-η-u-x-y que es fácil de identificar en el cielo (hace poco una de las chicas de Osiris me decía que siempre le parece que forman una corona). 

Y ahora, algunos detalles técnicos. La foto fue hecha con mi Canon T7i (sin modificar) y un teleobjetivo Canon 200mm 1:2.8 L, diafragmado a f/3.2. Como era la primera vez que lo usaba hice exposiciones a 2.8, 3.2 y 4.0. La verdad que funciona muy bien incluso completamente abierto a f/2.8. Para esta imagen usé las de 3.2 porque tenía más exposiciones (son 20 de 30 segundos). 

Además de nueva cámara y lente, usé un nuevo software de procesamiento, Siril. ¡Es buenísimo! Es bastante fácil de aprender (hay tutoriales) y muy poderoso. Me resultó más fácil e intuitivo que PixInsight, por ejemplo, e igualmente versátil. El procesamiento que hice es bastante básico, y el resultado es buenísimo. Entre varias cosas que me gustaron:

• Convierte las imágenes raw a fits y hace todo el procesamiento en 32 bits, lo cual preserva el rango dinámico que requieren las fotos astronómicas aún mejor que los tif de 16 bits (como los que produce Sequator, que después hay que seguir procesando en Photoshop o Gimp).

• Permite calibrar el color usando fotometría online: con el nombre del objeto fotografiado, identifica las estrellas y corrige el color, lo cual es magnífico. 

• La identificación de estrellas, que en inglés se llama plate solving por razones históricas (en castellano se podría decir calibración astrométrica, pero se usa plate solving), permite superponer una grilla y un catálogo de objetos en la imagen:

• Puede usar StarNet para separar las estrellas de la nebulosidad, lo cual permite procesar ambas por separado, y después recombinarlas. Esto es buenísmo, porque algunas de las herramientas que usamos para aumentar el contraste en las nebulosas, por ejemplo, producen defectos en las estrellas, y viceversa. 
  

• Tiene una cantidad de herramientas de postprocesamiento que apenas empecé a explorar, pero las que usé son muy fáciles y útiles. Por ejemplo, se puede hacer zoom en el histograma y representarlo en escala logarítmica, para ajustar los tonos, cosa que en Photoshop es medio a ciegas. Y muchas cosas más: remoción interactiva del brillo del cielo, saturación protegiendo el fondo, descomposición en wavelets para un contraste selectivo por escalas, gran velocidad en todo lo que hace, en fin, me encantó.

Creo que me queda todavía una foto más de la sorprendentemente productiva noche en Los Juncos. Ya aparecerá.