Doce cosas que (tal vez) no sabías sobre el Big Bang

Continuando con la serie de Doce cosas, aquí les traigo la posta sobre el Big Bang. Por ahora tenemos: Doce cosas que (tal vez) no sabías sobre el Sol, Doce cosas que (tal vez) no sabías sobre las constelaciones, y la nueva de hoy. 

1. El Big Bang no es una explosión. La expresión fue inventada por un opositor a la teoría para referirse al estado inicial del universo de manera despectiva. Pero un nombre marketinero nunca muere, por más inexacto que sea. El Big Bang no es una explosión, es el estado denso y caliente del universo primitivo.

2. El Big Bang ocurrió en todos lados. Siempre se lo representa como una explosión ocurriendo ahí, en algún lugar del espacio, tal vez con la silueta de Neil deGrasse de espaldas a nosotros como testigo privilegiado. Pero el Big Bang no fue una explosión, y no ocurrió en un lugar del espacio. Todo el universo era denso y caliente, y se expandía rápidamente. Todo. El Big Bang ocurrió aquí, entre la tecla F y la tecla H de mi teclado, por ejemplo.

3. Tres físicos entran a un bar... Un cura belga, un aviador soviético y un señor del país anteriormente llamado Holanda, fueron los pioneros de la teoría, que nació incluso antes de que Edwin Hubble encontrara la primera evidencia de que el universo se estaba expandiendo. Explorando las consecuencias de la teoría de la relatividad de Einstein, el padre Georges Lemaître llegó a la conclusión de que el universo tenía que estar expandiéndose, y en una reunión mundial de astronomía lo convenció a Hubble de que usara su recientemente descubierta técnica de medir la distancia a las galaxias para explorarlo. Jugó también un rol fundamental Willem de Sitter, que en la Holanda neutral durante la Primera Guerra Mundial hizo de nexo entre los físicos alemanes y los aliados. Se escribía con Einstein mediante postales, ya que habían descubierto que la censura bélica no las revisaba como hacían con las cartas. De Sitter fue un defensor de la constante cosmológica como causante de la expansión, una idea similar a la de la inflación cósmica y la energía oscura. Por su parte, Alexander Friedmann encontró la ecuación de movimiento del universo, es decir la manera en que el universo se expande. La solución de la ecuación de Friedmann, para el caso de una métrica plana (la que favorecen las observaciones actuales), se llama universo de Einstein-de Sitter. Volviendo de su luna de miel, en una estación de tren, Friedmann compró una pera, la comió sin lavarla, y se murió.

4. Si el universo se estaba expandiendo, como sugería el descubrimiento de la recesión de las galaxias y describía la teoría general de la relatividad, en el pasado tenía que haber sido más chico. Y en el pasado lejano, muy chico, y caliente (el Big Bang). Un objeto caliente, brilla. Y el brillo emitido por ese universo caliente primigenio todavía debería estar entre nosotros. Otro físico soviético, George Gamow, predijo su existencia en los años 30's y calculó en qué región del espectro electromagnético debía estar. Esa radiación, en la frecuencia de las microondas, recién fue observada tres décadas después, en los 60's, por Arno Penzias y Robert Wilson. El descubrimiento de este fondo cósmico de microondas fue casual, mientras calibraban una antena para probar las primeras comunicaciones vía satélite. Tenían una "estática" que no lograban eliminar, ni siquiera después de rasquetear lo que llamaron "material dieléctrico blanco" que las palomas depositaban en el interior de la antena. Era tal como lo habían predicho 30 años antes. A veces las cosas llevan tiempo.

5. El tamaño del  universo. Uno suele imaginar que el universo era súper chiquito en ese estado denso y caliente original. En algún momento, efectivamente, fue muy chiquito. Pero en el momento en que los fotones del fondo cósmico de microondas empezaron su viaje, un evento que los astrónomos llaman recombinación, no era tan chiquito. Medía unos 40 millones de años luz de radio, como de acá al cúmulo de Virgo. No había estrellas ni galaxias, sólo una inmensa masa (10⁸³ átomos) de hidrógeno y helio a unos 3000 grados, llenando todo el universo de manera pareja y uniforme. Esto fue cuando el universo tenía 380 mil años.

6. Antes sí, fue mucho más chiquito y más caliente. En algún momento la temperatura fue la adecuada para que ocurrieran reacciones nucleares, como en el centro de las estrellas. El mismo George Gamow, junto con su alumno Ralph Alpher, en la década del 40 calcularon la física nuclear en ese estado, y encontraron que cuando el universo tenía 3 minutos de edad se formaron los núcleos de los átomos primordiales: hidrógeno en un 75%, 25% de helio, y muy poquito deuterio, helio-3 y litio. Gamow, que era muy chistoso, incluyó entre los autores a Hans Bethe, sin decirle nada, para que la lista de autores fuera Alpher, Bethe, Gamow, que suenan como las primeras letras del alfabeto griego. El trabajo, publicado en 1948, quedó inmortalizado como el paper alfa-beta-gamma. 

7. ¿Quién mide la edad del universo? ¿Hay algún reloj cósmico donde se pueda leer el número? No. La edad del universo no se mide, se calcula, usando una teoría matemática que incorpora todo lo que sabemos sobre la evolución del universo: la relatividad general, que describe la dinámica del espacio-tiempo, y la teoría cuántica de campos, que describe lo que le pasa a la materia. Es un modelo complicado, no son cuatro ecuaciones como la teoría del campo electromagnético de Maxwell. Y tiene un montón de parámetros, que hay que obtener de mediciones. Usando todo junto, teoría y mediciones, se calculan los demás parámetros, entre ellos la edad del universo. Hacia mediados de la década de 1990 los cálculos llevaban semanas de cómputo. Y entonces un chico argentino genial, Matías Zaldarriaga, físico de la UBA, en su trabajo de doctorado inventó un nuevo método de cálculo, que redujo el tiempo a minutos. Hoy en día podés correr tu propio cálculo en segundos, online, en servidores de la NASA: CAMB.

8. La principal fuente de datos para parametrizar el modelo es el mencionado fondo cósmico de microondas. Como las microondas no penetran bien la atmósfera terrestre (las absorbe el vapor de agua), recién en la Era Espacial tuvimos buenos datos cubriendo todo el cielo. Hubo tres generaciones de satélites: COBE, WMAP y Planck, cuyos datos finales se publicaron en 2018, casi 100 años después de que Einstein publicó la teoría. Los datos medidos por Planck tienen enorme sensibilidad y resolución espacial, y muestran que las microondas cósmicas viene de todas direcciones con asombrosa uniformidad. Los astrónomos las caracterizan como una temperatura, que resulta ser de 2.725 K (270 grados Celsius bajo cero, reíte de la ola polar). La diferencia entre los puntos un poquito más calientes y los más fríos es de una parte en 100 mil. El satélite Planck logró que la cosmología, que era un ciencia en la que los errores de medición eran por ejemplo un factor 2, alcanzara una precisión comparable a cualquier ciencia de laboratorio.

9. La uniformidad de la temperatura del fondo cósmico de microondas planteaba varios problemas. Imaginen que medimos la temperatura de todos los mates que se están tomando en este momento en la Argentina, y que nos da que todos ellos están a 75.324 °C, con precisión de un milésimo de grado. ¡Sería rarísimo! ¿Cómo puede ser, si están lejos cada uno del otro, no están en contacto, los preparó distinta gente, calentando el agua de distintas maneras, etc? Bueno, era algo así con el fondo cósmico de microondas. Tenía que haber un mecanismo físico que lo explicara. En la década de 1980 se propuso una teoría para resolver este "problema del horizonte" y otros: la inflación cósmica. La inflación, además, hizo un puñado de predicciones, casi todas las cuales fueron verificadas mediante observaciones, en particular las de Planck. Así que hoy en día la inflación forma parte del modelo cosmológico, aunque todavía hay cosas que no terminan de definirse.

10. Si el universo se hubiera originado como imaginaron Lemaître, Friedmann, Gamow, etc, en el instante inicial habría tenido tamaño nulo, densidad infinita y temperatura infinita. Esa situación se llama singularidad, y es medio imposible de tragar. Una magnitud física no puede ser realmente infinita. Aunque mucha gente sigue creyendo que ese origen singular es parte de la "teoría del Big Bang", es una creencia que atrasa 40 años. La inflación es un mecanismo que probablemente permite evitar la singularidad, y los datos de Planck apoyan el hecho de que no la hubo: la temperatura no llegó ni cerca de la llamada "escala de Planck", y mucho menos de infinito. Hay que decir que, aparte de que hay detalles que no se entienden, la inflación no es la única teoría posible para describir ese estado inicial del universo. Otro físico argentino, Jorge Pullin (este es del Balseiro), es uno de los autores de una de las alternativas, llamada Loop Quantum Gravity, que los seguidores de la sitcom The Big Bang Theory recordarán como la teoría en que se puso a trabajar Sheldon cuando se desencantó de la Teoría de Cuerdas. 

11. Así como existe un fondo cósmico de microondas, debería haber un fondo cósmico de neutrinos, producidos en las reacciones nucleares de la nucleosíntesis primordial, a los 3 minutos de edad del universo. Los neutrinos son de por sí muy difíciles de observar, ya que interactúan muy poco con el resto de la materia. Estos neutrinos, además, debido a la expansión del universo, tendrían hoy en día una energía pequeñísima (del orden de 0.000001 a 0.0001 electronvolts, para los que saben). Pero bueno, tal vez en el futuro alguien descubra cómo observarlos. Por ahora, existen apenas algunos indicios indirectos de su existencia.

12. Después de la recombinación pasaron millones de años hasta que se formaron las primeras estrellas. Millones de años nos parece mucho a nosotros, pero para el universo no es tanto. Se formaron las primeras estrellas, de puro hidrógeno y helio, los primeros agujeros negros gigantes, y las galaxias, entre ellas la Vía Láctea. Sí, la Vía Láctea es casi tan antigua como el universo, si bien evolucionó fusionándose con otras galaxias, por supuesto. Los cúmulos globulares, en particular, tan lindos de ver en el telescopio (Omega Centauri, 47 Tucanae, etc), son tan antiguos como el universo. El Sol, el sistema solar y la Tierra no son tan antiguos. Ya habían pasado generaciones de estrellas, que enriquecieron la materia de la galaxia con elementos pesados, cuando se formó el Sol, y al mismo tiempo la Tierra, en la cual muy poquito después algunas moléculas desafiaron la segunda ley de la termodinámica y se organizaron para vivir y reproducirse. La vida comenzó en la Tierra hace tal vez 4000 millones de años. No es tan antigua como el universo, pero es una fracción significativa de su existencia. Así de insignificantes como somos en la inmensidad del espacio cósmico, no somos insignificantes en la historia del universo.

13. Yapa: en la "estática" que escuchamos entre dos estaciones de radio, o entre dos canales de televisión (modelos antiguos, donde se pueda sintonizar entre estaciones), más o menos un 0.5% son fotones de la época de la recombinación. Hacelo, escuchalo: es una reliquia del universo bebé. Lo conté una vez aquí, y hace poco hice la cuenta de otra manera en el curso de Astrofísica para físicos curiosos en el Balseiro. Tal vez lo vuelva a contar.  

Les recuerdo las otras dos notas con Doce cosas que (tal vez) no sabías:

Doce cosas que (tal vez) no sabías sobre el Sol.

Doce cosas que (tal vez) no sabías sobre las constelaciones. 

¡Ya van tres docenas!

---

En el gráfico final, las flechas horizontales están a escala, a diferencia de lo que ocurre en las representaciones más habituales de la historia del universo, como la de aquí abajo, que estudiaremos otro día. La dirección vertical, en cambio, no está en escala: entre el extremo izquierdo (la recombinación) y el derecho (el universo visible) hay un factor 1100 de escala. 

¿No te alcanza el tiempo?

Esta semana, si no te alcanza el tiempo, podés culpar al planeta. Si la Tierra fuera completamente sólida y rígida, y estuviera aislada en el universo, giraría de manera uniforme y constante, y todos los días durarían lo mismo. Pero no es así: la Tierra no es completamente rígida, ni está sola en el universo. Así que, a pesar de que seguimos usándola como un reloj, es un reloj imperfecto.

Durante la mayor parte de la historia humana esto no tuvo mayor importancia. Pero ahora no sólo tenemos relojes más precisos y estables que la Tierra, sino que tenemos sistemas (especialmente de comunicaciones y de navegación) que requieren medir el tiempo con gran precisión. Y para marcar el compás existe un organismo con uno de los nombres más copados posibles: es el International Earth Rotation and Reference Systems Service. Lo de "reference systems" es porque, además de saber a qué velocidad, hay que saber para dónde apunta el eje de la Tierra, que tampoco está fijo. 

Un día es un día, en la vida cotidiana. Pero cuando uno empieza a hurgar en los detalles, el día no es una sola cosa, igual que el año. Los dos principales son el día sideral, que es el tiempo que tarda la Tierra en dar una vuelta sobre sí misma, y el día solar, que es el tiempo que hay entre un mediodía y el siguiente. No son iguales porque, a lo largo del día, la Tierra avanza más o menos un grado en su órbita (tiene que completar 360 grados en 365 días). Entonces, para volver a tener el Sol en el meridiano, la Tierra tiene que girar un poquito más que un día sideral. La diferencia son unos 4 minutos, ya lo he contado.

El día solar dura exactamente 86400 segundos (24 por 60 por 60). Durante mucho tiempo, de hecho, así se definió el segundo, por medios astronómicos. Pero las fluctuaciones de la Tierra hicieron abandonar esa definición en la segunda mitad del siglo XX. Esas fluctuaciones son del orden de 1 milisegundo. Como 86400 es casi 100 mil, vemos que un día solar fluctúa 1 parte en 100 millones. Es bastante estable, pero no del todo. 

El número de milisegundos de más o de menos que tiene el día, con respecto a los 86400 segundos, se llama length of day (LOD). Desde que empezaron a usarse relojes atómicos en la década de 1950, hasta 2020, la LOD más corta registrada fue -1.05 ms. Pero desde 2020 la Tierra parece que se apuró, y ese récord se batió casi cada año. El siguiente gráfico muestra la LOD de años recientes, y se ve una tendencia a que sea cada vez más negativa.

Vemos que fluctúa fuertemente a lo largo del año, y que el día más corto siempre cae alrededor de julio. ¿Por qué? Nadie lo sabe. Hay muchos factores que afectan el movimiento de la Tierra: el movimiento del núcleo es el principal, pero también el reacomodamiento de la corteza, las corrientes oceánicas, y hasta la atmósfera. Por alguna razón han contrarrestado en años recientes el efecto de las mareas, que tienden a frenar la rotación.

La tendencia a la aceleración pareció revertirse en 2023, cuando no se batió un récord. La predicción era que en 2024 siguiera la tendencia de frenado. Pero el 2024, en cambio, pulverizó el récord nuevamente:

Año	Fecha	LOD
2020	19 de julio	-1.47 ms
2021	9 de julio	-1.46 ms
2022	30 de junio	-1.59 ms
2023	16 de julio	-1.31 ms
2024	5 de julio	-1.66 ms
2025	9 de julio	-1.30 ms (predicho)
2025	22 de julio	-1.38 ms (predicho)
2025	5 de agosto	-1.51 ms (predicho)

En la tabla hay tres posibles candidatos a día más corto en 2025, todos más largos que el récord de 2024. Pero puede fallar, como falló la predicción de 2024. ¿Y por qué en esas fechas? Es por la Luna. La principal fuente de fluctuaciones de la longitud del día es la posición de la Luna. Por acción de las mareas, la Tierra gira más rápido (y el día es más corto) cuando la Luna se encuentra más lejos hacia el sur o hacia el norte del ecuador, los llamados lunasticios. Este año, los lunasticios son el 9 de julio (imagen de abajo), el 22 de julio, y el 5 de agosto. 

Así que si en julio no te alcanza el día, ya sabés por qué. O, al menos, tenés una excusa.

 

---

La curva de LOD es de Time and Date, un sitio excelente, de donde además tomé la predicción de este año, y el mapa con las posiciones del Sol y la Luna el 9 de julio a las 12:00 UTC.

La Tierra con el reloj la hice con Copilot. 

Ese es mi pollo

En el cielo austral hay muchas maravillas. Hay tantas, de hecho, que algunos objetos que serían notables en otra parte del cielo, pasan casi desapercibidos. Es el caso de la nebulosidad que rodea Lambda Centauri, una estrella de tercera magnitud que se encuentra entre Acrux y la Nebulosa de Carina.

Lambda Cen es una estrella de clase B, pero fronteriza con las A, y se la ve casi blanca. Es bastante cercana (470 años luz), y su posición y movimiento la caracterizan como miembro del enorme Cinturón de Gould que rodea el sistema solar. La nebulosa que la rodea tiene varias partes y números de catálogo. La región alrededor de la estrella se designa IC 2944. La parte más brillante, que abraza un cúmulo de estrellas, es IC 2948. Todo el conjunto está mucho más lejos que Lambda Centauri, a 6500 años luz, en el brazo de Carina de la Vía Láctea, como su vecina nebulosa de Carina. 

El cúmulo de estrellas de IC 2948 se formó, hace pocos millones de años, a partir del material de la propia nebulosa. Hoy en día son estrellas jóvenes, que brillan intensamente en radiación ultravioleta, y producen la característica fluorescencia roja del hidrógeno de la nebulosa. Pero la formación estelar no se ha detenido. En la foto pueden verse varias regiones pequeñas y bien oscuras:

Estos glóbulos son las partes más densas del mismo material interestelar, que se encuentran colapsando, por su propia gravedad, y en su interior van a formar nuevas estrellas (si la radiación del cúmulo no los disipa antes). En esta imagen del Very Large Telescope son espectaculares:

Estos fragmentos compactos y oscuros de una nebulosa se llaman, en general, glóbulos de Bok. Pero estos, por su descubridor, se llaman glóbulos de Thackeray. David Thackeray fue un astrónomo de Cambridge que hizo casi toda su carrera en Sudáfrica. En la década de 1950 descubrió estos glóbulos, y también estudió la nebulosa que rodea la estrella Eta Carinae, menos de 10 grados hacia el oeste. En su forma identificó una barba, pero como sabemos, el nombre que se consagró fue el que le puso, en la misma época, nuestro Enrique Gaviola: el Homúnculo. 

Alguien vio una vez, no sé si en las estrellas del cúmulo o en la silueta de la nebulosa, la figura de un pollo corriendo, y a la nebulosa le quedó el nombre Running Chicken. Yo la verdad que no lo veo. Pero me hizo gracia que, en una inesperada vuelta de tuerca, descubrí en mi foto una nebulosa planetaria, que es el otro extremo de la vida de las estrellas, la fase final de estrellas como el Sol: 

Por supuesto, la descubrí para mí: ya estaba descubierta. Y resulta que su nombre de catálogo es Hen 2-78, y hen significa gallina. Relindo, la gallina y el pollo que se le escapa. 

 

---

La foto fue la primera luz de mi nuevo Seestar S50 operando en modo ecuatorial, y también la primera luz del modo mosaico. Qué maravilla, hace todo el stacking y la composición de manera interna. Hice la foto en el Centro Atómico Bariloche, con mi amigo Eduardo Andrés, una linda noche en que además vimos pasar un cohete chino recién lanzado, emitiendo una encantadora pluma de gases brillantes. Pollo, gallina, pluma...

La designación Hen 2-72 corresponde a un catálogo compilado por Karl Henize, astrónomo y astronauta americano. También se la designa PN Hf 69.

Eclipse de quasar

Cuando se los descubrió, en Cambridge en la década de 1960, los quasars causaron perplejidad. Eran fuentes de radio con una contraparte visible similar a una estrella. El más brillante era 3C 273, que se ve así en luz visible:

Brillaba como una estrella de magnitud 12.9 (visible en un telescopio de aficionado) pero su brillo en radio era inusual. Rápidamente le hicieron un espectro, y resultó que mostraba líneas atómicas también inusuales. Maarten Schmidt, del observatorio Mt. Wilson, se pasó un año mirando fijo el espectro, hasta que se dio cuenta de que las líneas eran la bien conocida "serie de Balmer" del hidrógeno, sólo que en longitudes de onda incorrectas:

Las líneas azules a ultravioletas estaban en el medio del visible, y la roja (la hache-alpha) estaba en el infrarrojo. Todas las longitudes de onda estaban estiradas un 16%. ¿Cómo podía ser? Por efecto Doppler, sería una estrella moviéndose al 16% de la velocidad de la luz, algo absurdo. La única explicación lógica era que el corrimiento al rojo fuese por la expansión del universo (algo no tan aceptado hace 60 años como ahora), y que por lo tanto estuviese a 2500 millones de años luz de nosotros, una distancia inmensa. 

A esa distancia, para brillar en el cielo con magnitud 12.9, el quasar debía tener una luminosidad 200 veces mayor que una galaxia entera como la Vía Láctea. ¿Cómo podía ser eso? Era tan luminoso, que si estuviese a 20 años luz del sistema solar, brillaría como el Sol. ¡En las noches de invierno austral el cielo sería celeste! ¡En primavera, con el Sol en Virgo, habría en el cielo como dos soles! Esto es de por sí impresionante, pero si les digo que las fluctuaciones de brillo que se observan indican que el objeto es del tamaño del sistema solar, se te vuela la cabeza.

Hoy sabemos que los quasars son los núcleos brillantes de ciertas galaxias, donde un agujero negro gigante está destruyendo materia a gran velocidad, lo que produce mucha radiación electromagnética en todo el espectro. ¿Cómo son esas galaxias? Son difíciles de ver, porque las abruma el brillo del quasar que tienen en el medio, como se ve en la foto de arriba. Recientemente, usando el Telescopio Espacial Hubble, lograron hacer una foto notable de 3C 273 eclipsando artificalmente el quasar:

Finalmente se puede ver la galaxia alrededor, con un montón de detalles. Los astrónomos distinguen lo que parecen ser galaxias satélites cayendo hacia el agujero negro central. Es la mejor imagen que tenemos de la galaxia que alberga un quasar. En las imágenes también se observa claramente el jet, el chorro de materia y energía que surge del quasar (similar al que hemos comentado recientemente en galaxias cercanas), con una parte brillante y visible incluso en la imagen del principio (sin el eclipse), y una parte más tenue y cercana al núcleo de la galaxia, antes invisible. Las observaciones del Hubble abarcan más de 20 años en este objeto, de manera que pudieron observar su movimiento, a esa enorme distancia. Las partes más lejanas del centro se mueven más rápido que las más cercanas, como si hubiera una aceleración. El jet brillante, vale la pena decir, es dos veces más largo que el diámetro de la Vía Láctea.

¿Cómo es el instrumento que permite hacer estas imágenes? Se llama Space Telescope Imaging Spectrograph, es decir, es un espectroscopio, no un coronógrafo. Pero delante de la cámara tiene una máscara, que es esencialmente una chapita con varias patitas, que permiten bloquear la luz selectivamente. En un apéndice del paper muestran algunas de las imágenes crudas, junto a un diagrama de la máscara:

Haciendo imágenes rotadas en varias direcciones lograron hacer la imagen con una resolución extraordiaria. Muy ingenioso. Espero que lo vuelvan a usar. 

---

El paper es Ren et al., 3C 273 host galaxy with Hubble Space Telescope Coronagraphy, A&A 683:L5 (2024). De allí son las imágenes de quasar eclipsado. La imagen del quasar sin eclipsar, también es de NASA/ESA/HST. El espectro viejo de 3C 273 (creo que es el original que hicieron Maarten Schmidt y Tom Matthews) viaja por la web; esta es una versión anotada.

Prendé el jet

Venimos hablando de los jets, esos chorros de materia y energía que surgen de los agujeros negros centrales en las galaxias activas. Se producen por la interacción entre el disco de materia supercaliente que hay alrededor del agujero negro, en una órbita precaria. Pero su origen y dinámica exactos tienen todavía muchos misterios, no por falta de teoría, sino porque son difíciles de observar. ¿Por qué la Vía Láctea no los tiene, y otras galaxias sí? ¿Se pueden prender y apagar? Parece que sí. La galaxia 1ES 1927+654, que aparece en la foto, prendió el suyo hace un par de años:

Es una galaxia activa, de las llamadas Seyfert 2, como la cercana NGC 4945 que venimos mencionando, pero esta está a 230 millones de años luz, en la constelación de Draco. Tiene un agujero negro central de 1.4 millones de masas solares (gigante, pero menor incluso que el de la Vía Láctea). En el 2017 su núcleo activo empezó a fluctuar en luminosidad, especialmente en rayos X. Esto puede ocurrir, por ejemplo, si la fuerza de marea del agujero negro destroza una estrella en órbita. El material de la estrella acaba incorporado al disco que orbita el agujero negro, produciendo variaciones de brillo. Pero en 2022 se produjo un enorme aumento del brillo en ondas de radio (nótese que el eje vertical está en escala logarítmica). 

Los observatorios formados por muchos radiotelescopios logran resoluciones espaciales increíbles, y en este caso pudieron ver, en tiempo real, cómo se formaban los dos chorros de un nuevo jet, surgiendo del centro de la galaxia:

No es un chorro gigante, como el de M87, que se extiende millones de años luz en el espacio, o los de los quasars. Es un chorrito, pero son cosas como estas las que finalmente permitirán dilucidar el mecanismo que produce estos misteriosos fenómenos.

 

---

El paper es  Meyer et al., Late-time Radio Brightening and Emergence of a Radio Jet in the Changing-look AGN 1ES1927+654, ApJ Let 979:L2 (2025). De allí tomé la curva de luz y los cuadros de la animación.

Concurso IALP 25 años

El Instituto de Astrofísica de La Plata cumple 25 años y organizó un concurso de fotografías astronómicas. Cuando me enteré, decidí mandar algunas de mis fotos. ¡Y gané! Estoy contentísimo de haber obtenido el 3er puesto en la categoría Astronomía y Sociedad, y una Mención Especial del Jurado en la categoría Objetos de Estudio Astronómicos. Todas las fotos de los ganadores pueden verse en el sitio web del IALP. Estoy, además, encantado de que el 2o puesto de la categoría Astronomía y Sociedad haya sido para mi amigo Martín Moliné, también de Bariloche. 

Allí podrán ver las fotos premiadas, pero aquí voy a compartir además todas las fotos que mandé, con una pequeña reseña de cada una, que nos pidieron para el envío. Creo que todas ya las he mostrado, pero acá van todas juntas, a ver qué les parecen.

Polvo en el viento (solar) (3er puesto, categoría Astronomía y Sociedad)

La luz zodiacal es la parte más brillante de una banda de luz que se extiende a lo largo de la eclíptica. Es luz solar reflejada por una infinidad de granos de polvo, que pueblan el plano de la eclíptica en todo el sistema solar. Su origen, su dinámica, su interacción con el viento y la corona solares, y su presencia en otros sistemas planetarios, son en buena parte desconocidos. Conviene tratar de observarla cerca del equinoccio de primavera, cuando la eclíptica se yergue más vertical sobre el horizonte del anochecer y esta luz se distingue mejor al alzarse por encima del cielo turbio del horizonte. En esta ocasión me sorprendió el fantasmal resplandor de la luz zodiacal, alzándose sobre el cerro Capilla, en Bariloche. La parte más brillante, más cercana al Sol, es una de las regiones de la atmósfera solar: la corona K. Poco antes había visto la corona solar con mis propios ojos durante un eclipse total, cuya extensión en el espacio interplanetario forma esta banda de luz. Fue una experiencia maravillosa, como estar en casa en el sistema solar, con la galaxia más allá.

Panorama compuesto por 10 tomas con la cámara en trípode, lente de 14 mm, exposiciones de 15 s f/2. RAWs compuestas en Autopano y procesadas en Photoshop. 

Vale la pena recordar que el gran Brian May hizo su tesis de doctorado en astrofísica sobre el polvo zodiacal. Lo cual me recuerda, además, que ésta no es la primera vez que gano algo en un contexto astronómico. También gané el concurso que organizaron Brian May y la revista Astronomy. Pueden leer la historia acá. 

Eclipse y eyección (Mención del Jurado, categoría Objetos de Estudio Astronómicos)

Esta imagen de gran rango dinámico de la corona solar durante el eclipse solar total del 14 de diciembre de 2020 muestra, además de las estructuras usuales en forma de filamentos, el frente, la cavidad y el núcleo de una gran eyección de masa coronal, que se había originado en una fulguración 90 minutos antes. La imagen es una combinación de 8 fotografías tomadas con la cámara en trípode, con lente de 270 mm, cubriendo un rango de 11 stops, justo después del segundo contacto. La imagen resultante fue procesada con un filtro de wavelets radiales para destacar la estructura de la corona. En la parte superior de la imagen puede verse (en la resolución completa) el cometa rasante C/2020 X3, que había sido descubierto el día antes, y que no sobrevivió al perihelio. 

Corte programado (enviada a la categoría Astronomía y Sociedad)

Un corte de electricidad programado para toda la ciudad a las 5:00 fue una oportunidad única para mostrar el efecto de la contaminación lumínica. Escorpio era apenas visible sobre la aguja de la Catedral de Bariloche antes del corte. Cuando se apagaron las luces, el efecto fue sorprendente: fue como si el cielo se hubiera "encendido", con la Vía Láctea brillando sobre la ciudad a oscuras. Las pocas luces que se ven son de autos y dispositivos de seguridad, y eran mucho menos notables a simple vista que en la fotografía. Estos cortes son frecuentes en Bariloche, donde se los hace para mejorar el servicio. Se entiende que, cuantos más cortan, mejor es el servicio. Ergo, el servicio óptimo debe ser el que está permanentemente cortado. 

Cámara en trípode, lente de 14 mm. Toma pre-corte: 8 s f/5.6; toma post-corte: 15 f/2. Procesado y composición de RAWs en Photoshop.

El brillo del aire (enviada a la categoría Objetos de Estudio Astronómicos)

Una excursión a un sitio oscuro de la estepa, a unos 30 km de Bariloche, me sorprendió con un inusual airglow, con un característico color verde, visible en esta foto de campo ancho de las Nubes de Magallanes. Este brillo del aire es una más de las razones por las cuales el cielo nocturno no es del todo negro. La radiación ultravioleta del Sol excita algunos átomos de la alta atmósfera (justo debajo de los 100 km de altura, en la mesósfera), que luego regresan a su estado de reposo emitiendo un fotón. Un fenómeno similar a la fluorescencia, que hemos comentado en más de una ocasión. El verde se debe a la emisión de un fotón de 557.7 nanómetros que producen los átomos de oxígeno. Es exactamente el mismo fotón, y por lo tanto el mismo color, que se observa en las auroras polares, si bien el mecanismo es distinto (en las auroras, la excitación del oxígeno es producida por partículas subatómicas del viento solar).

Cámara en trípode, lente de 14 mm, 15 s f/2. RAW procesado en Photoshop.

Plano galáctico (enviada a la categoría Astronomía y Sociedad)

La Vía Láctea es una galaxia de disco, espiral, que vemos desde dentro. Nuestra perspectiva habitual es verla arqueándose sobre el paisaje, muy distinta de las galaxias espirales vistas de lado que vemos más allá de la nuestra. En este panorama de campo muy ancho elegí poner el punto de fuga de la composición en el ecuador galáctico. Esto hace que el lago Nahuel Huapi aparezca imposiblemente curvado hacia arriba, y a la vez endereza la Vía Láctea, que así aparece como lo que realmente es: una galaxia espiral vista de lado. El halo de luz más prominente es el alumbrado público de Bariloche, mientras que en el extremo izquierdo de la foto se puede ver el de la vecina ciudad de Dina Huapi. Detrás de las luces se llega a ver la cordillera de los Andes.

Composición de 12 fotos con la cámara sobre el telescopio, con movimiento sideral, lente de 18 mm, exposiciones de 60 s f/3.5. RAWs compuestas en Autopano y procesadas en Photoshop.

Agradezco enormemente al IALP y al Jurado del concurso las distinciones, y si están cerca de La Plata, los invito a que vayan a ver la exposición de las fotografías, que siempre se ven mucho mejor que en la pantalla. 

Me mandaron una medalla preciosa junto con los diplomas, que llegaron justo para la penúltima clase de la materia de Astrofísica para Físicos Curiosos que dicté este cuatrimestre, así que me la colgué toda la clase, para compartir mi alegría con mis alumnos. 

 

 

Un disparo en la noche

En la noche de Centaurus A, la gran galaxia activa que vemos en el cielo austral en esta época del año. En una nota reciente comentamos que tiene un par de grandes chorros de materia y energía que surgen de su agujero negro central. Estos chorros son visibles en radiación infrarroja, como mostramos allí, pero también en rayos X. El telescopio espacial Chandra les hizo esta radiografía:

Esta imagen mide unos 2 minutos de arco en el cielo, y unos 7000 años luz en la galaxia. No deja de sorprenderme que los astrónomos logren construir estos telescopios de rayos X, que después de todo pasan a través de las cosas. ¿Cómo logran enfocarlos para hacer una imagen con una resolución comparable a la de los telescópios ópticos? Son increíbles.

En todo caso, uno se pregunta, ¿qué pasa si uno de estos chorros tan poderosos choca con algo? ¿Será como el chorro de energía de la Death Star, que puede destruir un planeta? La cuestión es que Centaurus A disparó sus rayos X y le pegó a algo. Algo que no se ve en la imagen, pero que dividió el rayo en dos, donde dice C4:

Esa estructura en forma de V parece ser una bifurcación en el chorro de Cen A, que nunca se había visto porque sólo Chandra tiene suficiente resolución en rayos X para verlo. Un trabajo reciente analiza el movimiento de varios "nudos" más densos en el chorro, entre 2000 y 2022. El que llamaron C4 es inusual en esta morfología. No está exactamente alineado con el jet, pero parece que igual sería parte del mismo. Las patas de la V muestran señales de turbulencia, como si realmente el chorro hubiese impactado contra algún objeto.

El estudio, de más de dos décadas, ha permitido medir el movimiento de estos nudos en los chorros de materia y energía que surgen del corazón de Cen A, algo que sólo ha podido hacerse para esta galaxia y para M 87. ¿Qué son? ¿Son emisión estacionaria producida por objetos en la trayectoria del chorro? ¿O son verdaderas "balas" disparadas como parte del mismo? Por lo menos, en algunos casos, parece ser esto último, ya que se mueven más rápido cerca del núcleo de la galaxia, que más lejos, como si fueran frenándose. Estas galaxias activas son medio aterradoras, menos mal que la nuestra es tranquilita.

---

El paper es: Bogensberger et al., Superluminal proper motion in the X-ray jet of Centaurus A, arXiv:2408.14078v1.

¿El fin de la Tierra?

El final de la vida del Sol va a ser digno de verse. No va a explotar como una supernova, eso le ocurre sólo a las poquísimas estrellas más pesadas. Tampoco se va a ir apagando lentamente, como hacen las abundantes enanas rojas. Las estrellas como el Sol, cuando se les acaba el hidrógeno que usan como combustible nuclear para mantenerse infladas, comprimen sus núcleos para quemar un poco de helio, pero ahí paran. Lo que queda es una enana blanca, de carbono y oxígeno, y a su alrededor las capas exteriores, expandiéndose lentamente, brillando intensamente con la radiación de la enana. Es una etapa breve y transitoria, llamada nebulosa planetaria, y las vemos a nuestro alrededor:

Esta es la nebulosa de la Hélice, y la estrellita del centro es la enana blanca WD 2226-210, el núcleo remanente de la estrella, brillando a 100 mil grados aunque ya no sostiene reacciones nucleares.

¿Qué pasará con la Tierra y los demás planetas? Antes de convertirse en enana blanca, el Sol pasará por una etapa de estrella gigante. Seguramente englobará a Mercurio y a Venus, que serán destruídos. La Tierra quizás sobreviva, así como todos los planetas exteriores. Alrededor de la enana blanca de la Hélice hay un planeta tipo Neptuno. Y además, desde hace décadas, se sabe que la estrella emite una cantidad inusual de rayos X, que se ven en esta foto hecha por el telescopio espacial Chandra:

El puntito del centro es la enana blanca. La radiación observada es compatible con un proceso llamado acreción, que es como la inversa de un viento estelar: materia cayendo sobre la estrella. La acreción es capaz de liberar enormes cantidades de energía, simplemente por convertir energía potencial gravitatoria en calor. En este caso, la acreción necesaria es bastante grande (más o menos 10 mil veces mayor que el viento solar). En general, este material lo suministra una estrella compañera, como en los sistemas que acaban produciendo una supernova de tipo Ia (uno-a). En este caso no hay ninguna estrella compañera distinguible. De todos modos, los autores consideraron la posibilidad de que hubiese una enana roja tenue, o una "estrella fallida" (llamadas enanas marrones), pero los datos observados se explican mejor si el material lo aporta un planeta tipo Júpiter, en el proceso de ser destrozado por la proximidad a la estrella.

¿Será este el destino de la Tierra? Aunque nuestro planeta sobreviva a la gigante roja, la expansión de la nebulosa planetaria seguramente modificará las órbitas de los planetas sobrevivientes. Habrá un caos en el orden kepleriano que disfrutamos hoy en día. Las órbitas de los planetas se estirarán, se harán alargadas como la del cometa Halley, y podrán acercarse mucho a la enana blanca central. En tal caso, serán destrozados, y su materia acabará espiralando hacia la enana blanca, donde podrán producir radiación X como la que vemos en la Hélice. 

Nadie debería preocuparse por esto, me apuro a agregar. Es algo que ocurrirá tantos miles de millones de años en el futuro, que más bien ocupémonos de no arruinar lo que queda de nuestro ecosistema a lo largo del próximo siglo.  

---

El paper es mayormente mexicano: Estrada-Dorado et al., Accretion onto WD 2226 −210, the central star of the Helix Nebula, MNRAS 536:2477–2484 (2025).

Temporada de galaxias

El otoño es temporada de galaxias en el hemisferio sur (y de hongos, y de membrillos, y de choclos, y de uvas...). ¿Por qué? Porque en el universo cercano (hasta unos 50 millones de años luz, ponele), hay una abundancia de galaxias que están en un plano, llamado plano supergaláctico (un nombre excelente, fijensé). Muchas de las galaxias preferidas de los aficionados, brillantes y grandes como para observar y fotografiar, están en este plano. Por supuesto, hay también galaxias en otras direcciones. Como las hojas de los árboles en esta época: hay todavía hojas en los árboles, pero la mayor parte están en el suelo, en un plano.

¿Por qué es así? No lo sé, y no sé si alguien lo sabe. Las galaxias de este plano forman parte del supercúmulo de Virgo*, una enorme estructura del universo que contiene a nuestro grupo local de galaxias, al gran cúmulo de Virgo (que le da el nombre), y a un centenar de otros cúmulos y grupos menores. A gran escala, la distribución de galaxias forma una especie de "espuma" con las galaxias distribuídas en las paredes de las burbujas, y con grandes vacíos en medio. Nuestro supercúmulo seguramente forma parte de una de estas paredes, y la vemos a nuestro alrededor como un plano (porque una esfera, de cerca, parece plana).  

El plano supergaláctico sirve para definir un sistema de coordenadas, que a veces se usa en estudios de la distribución de galaxias. Se llaman, naturalmente, coordenadas supergalácticas (todo lo que tiene "súper" en el nombre tiene garantía marketinera de sobrevivir). El plano supergaláctico define el "ecuador" de este sistema de coordenadas, y en Stellarium se lo puede graficar:

El plano supergaláctico aparece aquí como una línea más gruesita, marcado con el cero de latitud supergaláctica (obvio, es un "ecuador"). Fíjense que está inclinado casi 90 grados con respecto al plano de la Vía Láctea. Como se ve en la imagen, en esta época vemos la parte que contiene a muchas galaxias que hemos visitado en el blog: Centauro A, NGC 4945, Messier 83, la del Sombrero, las del cúmulo de Virgo, y el Triplete de Leo. 

Cuatro de estas galaxias están casi en una línea apenas zigzagueante a lo largo del plano supergaláctico. Son las principales de un grupo de galaxias cercano al nuestro, llamado Grupo de Centauro A/M83:

La línea va desde NGC 4945 hasta M83, abarcando unos 20 grados en el cielo. Es un gran pedazo de cielo, y parece mentira que las cuatro formen parte del mismo grupo, con sus destinos ligados gravitacionalmente como la Vía Láctea y la galaxia de Andrómeda. Están a unos 12 millones de años luz, y 20 grados a esa distancia son apenas 4 millones de años luz, un poco más que nuestra distancia a M31. Así que están realmente cerca entre sí. Desde cualquiera de ellas, nuestro Grupo Local se vería como nosotros las vemos a ellas en el cielo. 

Los astrónomos tienen la suerte de que varias de estas galaxias son notables. NGC 4945 tiene en su centro uno de los núcleos galácticos activos más cercanos (es una galaxia activa tipo Seyfert, una especie de quasar visto de costado). Centauro A es una maravilla: es la radiogalaxia más cercana (es una galaxia activa de tipo BL Lac, con dos chorros de materia y energía que emiten radio y rayos X que se extienden como un millón de años luz desde el centro), y tiene un aspecto peculiar: un halo de galaxia elíptica con una franja de polvo oscuro que la cruza (una especie de hamburguesa vista de costado). Messier 83 es la más cercana espiral barrada, que nos da una idea de cómo se vería la Vía Láctea desde afuera. NGC 5102 es la más normalita de todas, una galaxia lenticular vista de lado, con una pequeña franja de polvo que la resolución de mi foto no alcanza a capturar. Pero su proximidad casual a la estrella Iota Centauri (de nuestra galaxia, un millón de veces más cercana) la vuelve encantadora igual. 

Por supuesto, el ecuador supergaláctico tiene otra mitad, que desde nuestras latitudes podemos ver en primavera. No es tan intresante como la que vemos en otoño, pero la gran galaxia NGC 253, la galaxia de Sculptor, está allí, así como su vecina NGC 300:

 

---

* El supercúmulo de Virgo, o supercúmulo local, abarca un centenar de cúmulos y grupos (como nuestro Grupo Local). La estructura llamada Laniakea lo abarca, así como a varios supercúmulos vecinos. Pero, a diferencia de estos, no está ligada gravitacionalmente y se desarmará en el futuro. Estas estructuras, como se ve en el sondeo 2dF, no tienen bordes nítidos sino que forman un continuo de filamentos y burbujas. 

La otra galaxia del Centauro

Centaurus A, que comentamos hace poco, es la galaxia del Centauro. Pero hay otra: la galaxia NGC 4945. Está a la misma distancia del cúmulo globular Omega Centauri, 4 grados, pero en dirección casi opuesta, hacia el borde de la franja de la Vía Láctea. Es una belleza, inmersa en las estrellas de esa región del cielo austral:

NGC 4945 es una galaxia espiral que vemos casi de canto. Las dos estrellas que la enmarcan son Xi1,  Xi2 y f Centauri, y ayudan a encontrarla. Si se fijan bien, tiene cerquita otra galaxia, pequeñita, NGC 4976:

NGC 4945 es una galaxia muy interesante para los astrónomos: es la galaxia activa más cercana. Es una galaxia de tipo Seyfert, que aloja en su centro un agujero negro muy activo, de los llamados AGN ("active galactic nucleus''). En el universo lejano (antiguo), estos objetos constituyen los quasars, que hemos comentado más de una vez. En el universo cercano (reciente), los núcleos galácticos son mucho más tranquilos, como el de la Vía Láctea o la galaxia de Andrómeda, y no tienen a su alrededor el caótico disco de materia y radiación que hace tan luminosos a los quasars. El AGN de NGC 4945 está muy oculto porque la galaxia está casi de lado desde nuestro punto de vista, pero de todos modos se lo puede observar en luz infrarroja, y medir la velocidad de rotación a su alrededor. Esto permite calcular su masa, y resulta que es parecido al de la Vía Láctea, de unos 4 millones de masas solares. Pero una es una galaxia activa, y la otra no. Como siempre, la culpa no es del chancho: no es la masa lo que determina la actividad de estos gigantescos agujeros negros, sino lo que tienen alrededor y los alimenta.  Así se lo ve en infrarrojo:

En este recorte marqué la posición del AGN, y también se puede apreciar una gruesa franja de polvo oscuro y frío, típico de las espirales vistas de lado:

NGC 4945 es fácil de encontrar usando como referencia a Omega Centauri y las estrellas del Centauro:

Y si tenés un telescopio computarizado, como mi amigo Diego Galperin, del Grupo Astronómico Osiris, es más fácil todavía. Sólo hay que acordarse de buscarla. Así la fotografió con apenas 11 minutos de exposición con el Seestar S50, cuando se la pedí para compararla con la mía:

 

---

El paper de donde tomé la imagen del núcleo es: Gaspar et al., An Infrared View of the Obscured AGN Environment in NGC 4945, The Astronomical Journal 163:230 (2022).

Mi foto es un stack de  21x30 s, con la Canon T7i y lente Canon 200 L a f/2.8, hecha en el Anfiteatro del río Limay el 26 de enero de 2025. Hace años mostré una foto de la misma galaxia, hecha con el telescopio. Yo también me compré un Seestar S50 y aproveché la época para hacer una foto de esta galaxia. Aparecerá en breve.

Se viene Dschubba

En estas fechas empieza a alzarse, al comienzo de la noche, el amenazante Escorpión, por el horizonte del sudeste. Es una de las constelaciones más fáciles de identificar, y una de las pocas que se parece (someramente) al personaje que representa.  

Las tres estrellas brillantes que representan la cabeza y las garras del celeste arácnido se llaman Dschubba (Delta Scorpii, la del medio, que es la cabeza), Acrab (Beta Scorpii, la garra izquierda, también llamada Graffias, pero hay otras estrellas de ese nombre, así que es mejor no usarlo), y Fang (Pi Scorpii, la garra derecha, raro nombre chino oficializado en años recientes por la IAU). Dschubba es la más brillante de las tres. Parece raro, porque en la nomenclatura de Bayer es Delta, mientra que su vecina Acrab es Beta. ¿No debería ser al revés?

Si nos fijamos en un atlas antiguo, como el original de Johann Bayer de 1603 (arriba), efectivamente vemos que Beta es más brillante que Delta. Pasaron los siglos, y en la primera mitad del siglo XIX, Beta seguía siendo más brillante que Delta (aunque tal vez un poco menos), como muestra este mapa de Charles Dien, de 1831:

Ya a fines del siglo XIX, en la Uranometría Argentina de Benjamin Gould, la cosa está empatada:

En esta época ya estaba cuantificada la escala de magnitudes, y vemos a Dshubba con magnitud 2.4 y Beta con magnitud 2.5. Es decir, Dshubba se había convertido en la estrella más brillante de la cabeza del Escorpión, por 0.1 magnitudes.

Pero el cambio no se detuvo allí. En junio del año 2000, el gran observador de estrellas variables argentino, Sebastián Otero, estaba observando Dschubba regularmente, y descubrió que había aumentado todavía más de brillo, reportando una magnitud de 2.32. Evidentemente, la estrella estaba sufriendo alguna transformación, y en 2003 llegó a una magnitud de 1.59. En su nota sobre la estrella en la AAVSO, Otero muestra un par de imágenes en las que simula el aspecto de Escorpio antes y después de su descubrimiento, y podemos entender por qué le sorprendió. Escorpio es una constelación muy antigua, y esta estrella le estaba cambiando su aspecto milenario:

El siguiente gráfico muestra la evolución de la magnitud (banda V), desde el año 2000 hasta el año pasado:

Algo le volvió a pasar entre 2005 y 2006, donde parece que se arrepintió de su protagonismo, aunque pronto se recuperó y se estabilizó alrededor de V = 1.7.

¿Qué le pasa a Dschubba? Sabemos que es una estrella binaria, formada por dos grandes estrellas de clase B. La primaria es una subgigante, que recientemente ha abandonado la secuencia prinicipal donde las estrellas pasan la mayor parte de sus vidas transformando hidrógeno en helio en el núcleo. Además, es una estrella que rota muy rápidamente, y ha formado a su alrededor un disco de material expulsado desde el ecuador. La segunda estrella también es clase B, pero es todavía una estrella normal, de la secuencia principal, que se encuentra en una órbita muy elongada, con un período de 10.5 años. La interacción entre ambas estrellas, y el disco ecuatorial de la primaria, podría ser responsable de la variabilidad. En el año 2000, cuando Otero descubrió el aumento de brillo, las estrellas tuvieron uno de sus periódicos encuentros cercanos. El siguiente fue en 2011, cuando también se produjo un evento notable. Pero en 2023 no pasó nada, me parece. ¿Que está pasando con Dschubba? Definitivamente, vale la pena mirarla, aunque sea de reojo, durante esta temporada en que la tenemos en el cielo nocturno.

 

---

La curva de luz está hecha con las herramientas de la AAVSO. 

Las fotos son las que mostró Sebastián Otero en su nota, basadas en fotos de Christopher J. Picking. Allí encontrarán un análisis más técnico de la variabilidad de Dschubba y su posible origen.