18/03/2023

El cúmulo solar

Las estrellas (la inmensa mayoría) nacen de a muchas, en grandes regiones de formación estelar, donde forman cúmulos estelares. Es el fenómenos que hemos contado recientemente, en relación a las nebulosas Tarántula y Orión. Nuestro Sol seguramente nació en un cúmulo, hace 4570 millones de años. No uno tan grande como el de la Nebulosa Tarántula, seguramente. Uno normalito. Incluso hay quien cree que el Sol nació en el cúmulo M 67, como conté hace algunos años.

Messier 67 tiene unas 500 estrellas, y una masa equivalente a unas 1000 veces la del Sol. Es un cúmulo antiguo, y muchas de sus estrellas originales lo han abandonado. Es posible que inicialmente haya tenido 10 veces más masa, y muchas más estrellas. Como conté en aquella nota, a pesar de la coincidencia de edades y de composición química, lo más probable es que nuestro sistema solar no se haya formado allí. 

¿Cómo habrá sido nuestro cúmulo natal? ¿Cuántas estrellas habrá tenido? Hace poco leí un argumento que me pareció muy ingenioso para calcularlo. Imaginen la siguiente línea temporal:

En el cúmulo se van formando continuamente estrellas tipo Sol (secuencia en azul, con el Sol en verde), durante varios millones de años. También se forman estrellas masivas (en rojo), que viven sus vidas mucho más rápido, algunas de las cuales terminan explotando como supernovas (de tipo II, dice CCSN) cuando todavía se están formando estrellas (esto también lo contamos en la nota sobre la Tarántula). Si alguna de estas supernovas ocurrió justo cuando se estaba formando el sistema solar, lo habría sembrado con elementos químicos exóticos en un momento particular. Y resulta que hoy en día podemos detectarlos y medirlos, en meteoritos como las condritas carbonáceas, o en granos de polvo interplanetario antiguos. Un tipo de partículas muy antiguas son las inclusiones ricas en calcio y aluminio (CAI en la figura). Existen CAIs ricas en 26Al (se lee "aluminio 26"; es un isótopo del aluminio con un neutrón de menos que el estable) y otras pobres en 26Al. La relación que se observa entre la cantidad de CAIs ricas y pobres en 26Al requiere que la inyección de isótopos se haya producido en una ventana muy estrecha (unos 100 mil años) en la prehistoria del sistema solar (en la figura, SLR significa radionucleídos de vida corta). Esto requiere que haya explotado al menos una supernova en ese momento, lo cual permite calcular la cantidad de estrellas en el cúmulo. Es un modelo matemático, por supuesto, pero basado en lo que sabemos sobre la evolución estelar y la composición isotópica de nuestro sistema solar. Es muy ingenioso.  

¿Y cuanto da? El resultado es que el cúmulo solar tuvo probablemente más de 2 mil estrellas, y hasta 20 mil estrellas si la duración de la fase de formación estelar fue muy breve (menos de 5 millones de años). Estos valores son al menos 10 veces mayores que estimaciones anteriores. Tal vez M 67 haya tenido 2000 estrellas cuando se formó. Pero un cúmulo de 20 mil de estrella es un cúmulo grande. Hoy en día tenemos unos pocos cúmulos jóvenes tan grandes. Uno de ellos apareció en la nota reciente sobre estrellas raras en Carina: el cúmulo NGC 3603, una versión miniatura de 30 Doradus:


¿Habrá sido así el cúmulo natal de nuestro sistema solar? Tengo que fotografiarlo con el telescopio...



El paper es:

Arakawa & Kokubo, Number of stars in the Sun's birth cluster revisited, Astronomy & Astrophysics (2023). Se lo puede descargar como preprint On the Number of Stars in the Sun’s Birth Cluster, arXiv:2212.13772v1. De allí es la figura de la formación estelar en el cúmulo.

La foto de NGC 3603 es de NASA/ESA/O'Connell/Paresce/Young/WFC3/STScI/AURA.

11/03/2023

El cúmulo de Orión

«The most remarkable of the nebulae are, that in the
sword-handle of Orion, and that in the girdle of Andromeda.
»
John Herschel, Account of Observations (1826)

¡Se me acaba el verano y no publiqué nada sobre la constelación estival favorita de los aficionados australes! Hice una foto de la Gran Nebulosa de Orión, una noche con bastantes dificultades técnicas, en el observatorio de mi amigo Daniel Chiesa, en Ñirihuau Arriba. Con mi propio telescopio, fui sólo de visita, eh, así que todo culpa mía. Pero unas exposiciones que hice de Orión salieron sorprendentemente buenas (debe haber sido mérito de Marcelo Álvarez, que me ayudó). Así que las procesé, y aquí está la foto:


Ya sé: guau, buenísima, ¿cómo la hiciste? ¿esos colores son reales? ¿es como la veríamos de cerca? etcétera etcétera. Me ocuparé de algunas de esas cuestiones otro día. Para hoy rescaté algunas estrellas individuales, que vemos siempre mezcladas en el ordenado caos nebular de Messier 42.

Hace poco, en una velada con amigos desde un lugar extremadamente oscuro, estuvimos observando la nebulosa a través del telescopio. Y lo que se ve con el telescopio es muy distinto de una foto. Tal vez lo más llamativo sea lo pequeñas que se ven las estrellas, apenas chispitas de luz azul, infinitesimales, sobre el terciopelo nebular. Las fotos son muy lindas y coloridas, pero son otra cosa. Y ninguna de las técnicas que conozco para "achicar las estrellas" en post-procesamiento se acerca siquiera a algo parecido, así que las dejé como estaban.

Las estrellas que vemos aquí (y muchas más) forman parte de un gigantesco racimo estelar que a veces se llama Cúmulo de la Nebulosa de Orión. Todas ellas nacieron en, y del, Complejo de Orión, una de las grandes regiones de formación de estrellas de la Vía Láctea, y la más cercana a nosotros (1400 años luz). La Nebulosa de Orión (M 42) es una especie de burbuja reventando en una de sus componentes, llamada Orión A (en Orión B están la Llama y la Cabeza de caballo, junto a la estrella Alnitak, y hay más nubes, abarcando toda la constelación de Orión).

Las responsables del reventón que nos permite ver dentro de Orión A son miembros de la notable estrella múltiple Theta 1 Orionis, conocida como el Trapecio. ¡Se ven tan bien en el telescopio! Aquí se las muestro en una foto anterior:

La más brillante, la C, es la responsable de casi todo el brillo de la Nebulosa de Orión. Pero no son siquiera las 4 que vemos en el telescopio, ni las 6 que se distinguen en esta foto. El Trapecio es un cumulito más que una estrella múltiple: una veintena son las más brillantes, pero hay un centenar más de estrellitas. Son las recién nacidas del Cúmulo de Orión, tienen menos de un millón de años, y su berrinche de viento estelar y ultravioleta está erosionando el gas y polvo del que nacieron. 

Junto a ellas, Theta 2 Orionis forma un triplete de estrellas alineadas, también de menos de un millón de años (la más brillante es de magnitud 5, comparable a Theta 1 Ori C). Cuando las vemos en el telescopio, inevitablemente todo el mundo cree que son las Tres Marías. ¡No son! Todas las estrellas (y la nebulosa) de mi foto de arriba, TODAS ellas, son lo que a simple vista vemos como una única estrellita de morondanga en medio de la Daga de Orión. Las Tres Marías están cerca, pero a otra escala. Lo que revela un telescopio es increíble, imagínense cómo se habrá caído sentado Galileo, si nos pasa a nosotros que ya sabemos todo sobre la vida, el universo y todo lo demás. Esta es la Daga entera, que a simple vista es tan poca cosa, apenas tres estrellitas:

La otra estrella bien brillante de la región es Nu Orionis, responsable del brillo de M 43 (que parece separada de M 42 por una nube fría y oscura que se interpone, pero forma parte de la misma nebulosa). Es una estrella de magnitud 4 (comparable al Trapecio entero), así que podríamos verla individualmente a ojo desnudo, si su luz no se mezclara con la de sus numerosas vecinas. Es también una estrella joven, pero no tan joven como las del Trapecio. En medio de la nube oscura se destaca solitaria una estrella muy roja: Brun 862, con un índice de color 2.37. Se trata de una supergigante roja (una estrella pesada al final de su vida, como Betelgeuse o Antares). Así de roja como se la ve, es una estrella de clase K, que debería verse más bien anaranjada (con B-V 1.5). Si quieren buscar una parecida, busquen Pi Puppis, a mitad de camino entre Sirio y Canopus. A Brun 862 la vemos mucho más roja porque está dentro de la nube de polvo, como cuando vemos el Sol a través del humo de un incendio. 

Para el otro lado que estas dos vemos, en medio de una región con menos estrellas, a V 372 Orionis. No sé si me gusta porque es miembro de una clase de estrellas jóvenes de brillo irregular llamadas "variables Orión", o porque vive en medio de una zona que combina los colores azul y rojo de la nebulosa de manera encantadora. Es algo irresistible para un cuervo:

Me da la impresión de que esta parte de la nebulosa podría estar brillando por reflexión de la luz estelar, y no por fluorescencia como casi todo el resto. Pero tal vez me equivoque. Si alguien lo sabe, que comente. 

La última estrella notable que marqué, T Orionis, también es una variable Orión, una estrella muy joven de brillo irregular. En este caso se trata incluso de una estrella pre-secuencia principal (clase Herbig Ae/Be). Es decir que está brillando por contracción, pero todavía sin fusionar hidrógeno en su núcleo, y que aún no terminó de separarse de la nebulosa en la cual se formó como proto-estrella. La Nebulosa de Orión tiene la más rica colección de estrellas pre-secuencia principal en un entorno de miles de años luz de nosotros, así que son particularmente importantes para estudiar la formación estelar.

De todos modos, así como vemos la nebulosa rebosante de estrellas bebé, se ha descubierto recientemente que la formación estelar ocurre de manera episódica (lo mencionamos en el caso de la Tarántula hace poco). Un estudio cuidadoso de colores y brillos (complicado, porque como vimos, la nebulosa distorsiona los colores), muestra que hay al menos tres episodios de formación estelar distinguibles en el cúmulo de Orión, que vienen ocurriendo cada millón y pico de años. El Trapecio y sus vecinas (y otras que no vemos, dentro de la nebulosa) serían una nueva ola. Y hay además tantas proto-estrellas que la actividad va a seguir todavía por bastante tiempo.

Más sobre la Nebulosa de Orión, en breve.   



Las fotos son mías, salvo la de V 372 Orionis, que es de NASA/ESA/Hubble, dada a conocer muy recientemente, a principios de 2023.

El paper sobre los pulsos de formación estelar en el cúmulo de Orión es: Beccari et al., A Tale of Three Cities: OmegaCAM discovers multiple sequences in the color-magnitude diagram of the Orion Nebula Cluster, Astronomy & Astrophysics (2017) (disponible en arXiv). Hay incluso estudios anteriores.

"Theta" se pronuncia zeta (con la lengua entre los dientes, como en español ibérico). No seta, y mucho menos tita, como suele escucharse entre mis colegas. Es la inicial de palabras latinas que empiezan con th en inglés y con t en castellano, como teatro, etc. Es una de las dos zetas del griego. La otra es la dseta, que se pronuncia como la z del francés: como una z española pero con la lengua contra el paladar en lugar de entre los dientes. Es la inicial de palabras castellanas que comienzan con zeta, como zoología, etc.

04/03/2023

El lado oscuro de la Luna

And if your head explodes with dark forebodings too 
I'll see you on the dark side of the moon. 
Pink Floyd, The Dark Side of the Moon

Se cumplen esta semana 50 años del lanzamiento de uno de los mejores discos de la historia, el que consagró el éxito internacional de Pink Floyd: The Dark Side of the Moon. El título es una expresión poderosa en inglés y en otros idiomas también. Por supuesto, en el disco el significado de la expresión es simbólico y metafórico. Todas las letras del álbum tratan sobre la luz y la oscuridad, el bien y el mal, la vida y la muerte. En palabras del propio Roger Waters: "«Te veré en el lado oscuro de la Luna» soy yo mismo hablándole al que escucha, diciéndole «Sé que tenés estos malos impulsos porque yo mismo los tengo, y podemos conectarnos a través del hecho de que ambos a veces nos sentimos mal»".
 
 
No pude rastrear de dónde proviene la expresión. Hay explicaciones que me parecen tiradas de los pelos. Dicen que el lado oscuro de la Luna se refiere al lado lejano, el hemisferio opuesto al que vemos desde la Tierra, y que nos fue desconocido hasta la década de 1960. Hasta hoy en día, 50 años después, es frecuente ver titulares del tipo: "La NASA revela finalmente el lado oscuro de la Luna". Hay que decir que el diccionario Oxford admite como ¡décima! acepción de dark: desconocido o misterioso (generalmente aplicado a un secreto). En el de la RAE, lo más parecido es la quinta acepción de oscuro: incierto, peligroso, temeroso. 

Pero en general y en su sentido llano, oscuro es simplemente lo opuesto de luminoso. Si hay un lado oscuro es porque hay un lado brillante. ¿Tiene sentido la expresión entendida así? 

Bueno, la Luna, igual que la Tierra, tiene todo el tiempo una mitad iluminada por el Sol y una mitad en sombras. La mitad en sombras es oscura, obvio. Pero, igual que en la Tierra, donde es de noche al final amanece, que no es poco, y lo que era oscuro deja de serlo. A lo largo del mes lunar vemos parte de este cambiante lado oscuro. La parte oscura que vemos, de hecho, como apunta hacia la Tierra no es taaaaan oscura: está tenuemente iluminada por la luz reflejada por la Tierra. Es la luz cenicienta, de la que ya hemos hablado. 

Así que la Luna tiene un lado cercano y un lado lejano, y un día y una noche. Una vez por mes el lado lejano coincide con el oscuro: durante la luna llena, el lado oscuro es además el que no podemos ver desde la Tierra. 

La verdad es que "EL" lado oscuro no significa mucho. Además de lo dicho (y tal vez sobre todo) porque la Luna, tan brillante que la vemos en el cielo, es toda ella muy oscura. Refleja apenas el 10% de la luz que la ilumina. Como el asfalto. La Luna es negra como el asfalto. Miren las manchas de polvo lunar en las rodillas y las botas del blanco traje de Aldrin en la famosa foto tomada por Armstrong:


O vean esta foto tomada por Lucy en su camino a los troyanos. Tanto la Tierra como la Luna están casi llenas, pero les va a costar encontrar a la Luna:
 
 
Volvamos al álbum de Pink Floyd. Escuchen con atención el tema final, Eclipse. Una vez que termina la letra (and everything under the sun is in tune / but the sun is eclipsed by the moon) comienza a escucharse un corazón latiendo. Suban el volumen al máximo, y en el minuto 1:35 se escucha, muy muy bajito:
There is no dark side of the moon really. Matter of fact it's all dark.
¡Ahí tenés! Es la voz de Gerry O'Driscoll, portero de la discográfica Abbey Road, entrevistado por Waters en busca de fragmentos de diálogos para usar en las canciones. Paul McCartney también fue entrevistado, pero por algún motivo sólo este fragmento fue elegido por Waters para la versión final del disco. La Luna es toda oscura, como lo dijo O'Driscoll matter-of-factly.



La imagen inicial, con un rayo de luz dispersado por un prisma, es un recorte de la tapa del disco, imagino que propiedad de Harvest / Capitol, o de sus diseñadores Storm Thorgerson y George Hardie.  
 
La foto de Aldrin es de NASA/Apollo. La de la Tierra y la Luna es de NASA/Goddard/SwRI/Lucy.

25/02/2023

En las entrañas de la Hydra

He aquí un lindo plan para una noche de verano o principios del otoño (australes): meterse en la Hydra. No la organización terrorista nazi de Marvel. Tampoco el monstruo que le dio trabajo a Hércules. La Hydra que, según Eratóstenes, está en el cielo junto al Cuervo (Corvus) y la Copa (Crater) por una razón mitológica.


Resulta que Apolo mandó a un cuervo a traerle agua de una fuente (esas cosas que hacen los dioses, para molestar más que nada). Junto a la fuente había una higuera con higos todavía verdes. El cuervo se tentó y se quedó esperando a que madurasen. Cuando finalmente se los comió, se dio cuenta de que había metido la pata. Entonces llenó la copa de agua y puso también una hidra (el pequeño pólipo de agua dulce) que encontró en la fuente. Le llevó la copa al dios y le dijo que la demora era culpa de la hidra, que todos los días se bebía el agua que él tenía que llevarle. Apolo, que obviamente sabía lo que había ocurrido, lo castigó poniéndolo en el cielo, con copa e hidra. Así la pobre hidra, sin comerla ni beberla, terminó también en el cielo. Sin beberla, sobre todo, porque le puso la boca muy lejos de la copa para que no se bebiera el agua: la cabeza quedó cerca del Cangrejo (que sí tiene que ver con Hércules y su aventura en Lerna) y la cola muy lejos y al sur, en el Centauro.  

Volviendo a la panza de la Hydra: más o menos por la mitad del largo bicho, cerca de Crater, señalé una estrella notable. Es V Hydrae, que compite con el Rubí de la Cruz el puesto de estrella más roja del cielo


En esta foto, que intencionalmente desenfoqué un poquito para destacar el color de las estrellas, y le hice un zoom para que se note mejor, la vemos contrastando fuertemente con el triangulito que ayuda a encontrarla (la más brillante es B3 Hya, que también está marcada en la carta). El color de V Hydrae es un rojo increíble: índice de color +5.43 (ver al final esto del índice de color). Hace que estrellas "rojas" como Betelgeuse o Antares parezcan anaranjadas (ambas con un índice +1.8). 

V Hya es una estrella de carbono, una gigante roja con más carbono que oxígeno en su superficie. Esto, junto a su temperatura muy moderada (menos de 3000 K), hace que se forme un hollín de distintos compuestos de carbono en su atmósfera, que enrojece aún más la luz de la estrella. Las estrellas de carbono son muy escasas, porque son una etapa efímera de la evolución de las estrellas, al final de la fase de gigante roja (la AGB) y justo antes de convertirse en nebulosa planetaria más enana blanca. Pero V Hya es un caso extremo: muy cerca de ella se encuentra otra estrella de carbono, U Hya, más brillante pero cuyo índice de color es un más moderado +2.69. Traten de observar las dos con el mismo instrumento para compararlas. 

Prácticamente la única otra estrella de carbono tan roja como V Hya puede observarse la misma noche (desde nuestras latitudes). Es DY Crucis, la roja compañera de Mimosa (Beta Crucis), en la Cruz del Sur, que ya hemos comentado. Hice una foto de campo ancho para mostrarla junto con el Joyero (NGC 4755):

El contraste, tanto de magnitud como de color, entre Mimosa y su compañera es encantador, al igual que entre DU Crucis y el puñado de estrellas azules de brillo similar en el Joyero. DU Crucis, de todos modos, es bastante menos roja: +2.16. En este caso se trada de una supergigante roja, como Betelgeuse y Antares, condenada a brillar un milloncito de años más y después ¡bang!, supernova.

Volviendo a V Hya, es una estrella variable (como todas las gigantes rojas), que se encuentra generalmente a magnitud 7/8, con una pulsación bastante regular de 530 días, más grandes bajadas hasta magnitud 13. El color depende del brillo, así que puede valer la pena tratar de verla repetidamente.

V Hya es una estrella de evolución tan avanzada que a veces se la considera post-AGB, ya construyendo la nebulosa planetaria final, algo que manifiesta en forma de un disco a su alrededor y (lo más raro) eyecciones de materia muy colimada a alta velocidad, que han sido llamadas “balas de plasma”, que emite cada 8.5 años. Es la única estrella que se conoce haciendo algo semejante, por lo cual se sospecha que es una etapa muy breve, y que está dando importante información acerca del mecanismo de construcción de las nebulosas planetarias.

Si están con el telescopio, aprovechen para observar las Galaxias Antenas, entre el Cuervo y la Copa, que también marqué en la carta. Y en la Hydra está el cúmulo globular M68 (también lo marqué), que ya comenté en otra nota, junto al cual hay otra linda estrella roja (índice de color +3.16), una variable tipo Mira: FI Hya. Llena de estrellas rojas interesantes, está la Hydra. 



Las fotos son mías, la carta está hecha con Cartes du Ciel, y la curva de luz es de AAVSO.

El índice de color más usual es el B-V: la diferencia entre la magnitud medida con un filtro azul (B) y la que se obtiene con un filtro V (verde-amarillo, "visual"). Como la magnitud disminuye con el brillo, si la estrella es roja la magnitud azul es menor que la visual, y el índice da positivo, como los que citamos arriba.

Scibelli et al., High-velocity bullets from V Hydrae, an AGB star in transition: Ejection history and spatio-kinematic modeling (arXiv:1811.09277v1).