18/10/2025

La nebulosa espiral

El 13 de octubre de 1773 (acaban de cumplirse 252 años), Charles Messier observó y catalogó una nebulosa en la constelación de los Perros de Caza. Le tocó el número 51, y no apareció en la primera vesión de su catálogo, publicada en 1774, que abarca hasta las Pléyades, M45. Messier 51 no es una nebulosa en el sentido moderno, sino una galaxia. Esta:

Messier no catalogó estos objetos intrigado por su naturaleza, sino para no confundirlos con cometas, que eran su principal interés. Muchos años después de Messier todavía se discutía la cuestión: ¿eran gaseosos, como parecían, o estaban compuestos por estrellitas que los telescopios del momento no permitían discernir? Para contribuir a zanjar la cuestión, un aristócrata irlandés, William Parsons, Lord Rosse, construyó un telescopio inmenso en el jardín de su castillo. No lo hizo de la noche a la mañana, sino que perfeccionó la técnica de tallar y pulir grandes espejos de manera progresiva (¡usando máquinas de vapor!), y finalmente construyó dos espejos metálicos de 1.80 m de diámetro para su Leviatán, que sería el telescopio más grande del mundo durante 70 años:

El telescopio era muy difícil de usar, ya que pesaba 12 toneladas, soportadas por cadenas y poleas. Tenía movimientos limitados, dentro de un edificio muy distinto de los observatorios modernos. En la foto vemos a su esposa Mary, que además de financiar el proyecto (ya que era inmensamente rica) seguramente ayudó en el diseño (ya que era astrónoma, arquitecta, diseñadora de muebles y pionera de la fotografía, además de tener 11 hijos con William). Con el Leviatán, en 1845, Lord Rosse descubrió que M51 tenía una estructura espiral, sugiriendo una dinámica interna, seguramente provista por la gravedad, y acuñando la designación de nebulosa espiral. Su dibujo muestra la galaxia muy parecida a las fotos modernas, testimonio de que su telescopio era realmente extraordinario:

La característica más prominente de M51 son dos gruesos brazos espirales, conectados por bracitos menores, bien delineados por regiones de formación estelar (brillando con el característico color rojo del hidrógeno, filamentos oscuros de polvo y abundantes estrellas azules jóvenes). Esta estructura se puede seguir hasta el centro mismo de la galaxia, cosa que no ocurre con todas:

También podemos ver que M51 tiene una compañera (es otra galaxia, NGC 5195), que parece estar tironeando de uno de los brazos. En la foto podemos ver que, en realidad, NGC 5195 está completamente por detrás de la punta del brazo de M51:

Las dos galaxias no están chocando, sino que NGC 5195 está pasando cerca, rozando a M51 desde atrás, y su gravedad seguramente ha afectado la estructura espiral. 

Es perfectamente posible que el dibujo de Lord Rosse, popularizado en los libros de divulgación de Camille Flammarion en Francia, haya inspirado el cielo de La noche estrellada de Vincent van Gogh:

En años sucesivos, Lord Rosse descubrió que M99, M33 y M31 también eran espirales, pero no pudo resolver la cuestión de su naturaleza. Ahora sabemos que las dos posiciones eran correctas: algunas nebulosas son gaseosas (cosa que fue descubierta por medios espectroscópicos), mientras que otras (en particular las espirales) son galaxias, sistemas de muchísimas estrellas que recién los telescopios del siglo XX pudieron resolver individualmente, como vemos en los brazos de M51: 

Ya hemos contado que Edwin Hubble fue el gran perfeccionador de la técnica de fotografiar nebulosas espirales, lo que le permitió zanjar la cuestión, observar sus estrellas individuales y descubrir el inmenso tamaño y la expansión del universo. 

El 13 de octubre es también el día del asesinato del famoso emperador Claudio, y el cumpleaños de mi mamá. 

 


La foto de M51 es de NASA/ESA/STScI/Hubble. No tengo fotos mías porque M51 es casi imposible de ver desde nuestras latitudes.

11/10/2025

La máquina de cazar agujeros negros

Hace 10 años, en septiembre de 2015, el Observatorio LIGO detectó por primera vez el paso de una onda gravitacional. Fue un hito revolucionario, comparable a cuando Galileo alzó por primera vez su telescopio al cielo, abriendo una nueva manera de observar el universo. Las ondas gravitacionales habían sido conjeturadas y luego repudiadas por Einstein 100 años antes, predichas por "nuestro" Guido Beck (amigo de Gaviola y profesor del Instituto Balseiro), vislumbradas de manera indirecta en la década de 1970, finalmente fueron detectadas con un experimento increíblemente sensible, descendiente del famoso experimento crucial que demostró la constancia de la velocidad de la luz. A la radiación electromagnética, más las partículas materiales que llamamos rayos cósmicos, se unió una tercera ventana para explorar el universo. Todavía recuerdo una cena en el International Centre for Theoretical Physics a principios de siglo, cuando me senté a una mesa donde había unos astrofísicos discutiendo precisamente las posibilidades del instrumento que en ese momento se encontraba en etapa de diseño, y lo escépticos que eran respecto de sus posibilidades de éxito. Pero lo lograron, y hoy existen otros dos observatorios similares (en Europa y en Japón), todos trabajando en conjunto para detectar la sutilísima pulsación del espacio-tiempo que nos llega de cataclismos astrofísicos casi inimaginables: colisiones de agujeros negros y de estrellas de neutrones. Ya son una "máquina" de observar estos fenómenos, en todos los rincones del universo:

El gráfico muestra los eventos observados a lo largo de la década, junto con su distancia (en miles de millones de años luz, en escala logarítmica), así como la masa de los objetos y la intensidad de la señal codificadas en el tamaño y el color de los símbolos. El enorme aumento de las detecciones se debe, principalmente, a varias mejoras implementadas en los detectores, muchas de ellas usando técnicas revolucionarias diseñadas especialmente, y que sin duda algún día llegarán a dispositivos de uso corriente, como siempre pasa

La mejora de los sistemas se puede apreciar en esta comparación entre la señal observada en septiembre de 2015, con una observada en enero de este año:

En esta figura se muestran las señales medidas (en violeta), junto con la mejor predicción basada en la Relatividad General (en verde). Ambos eventos son similares: la colisión de agujeros negros de entre 30 y 40 masas solares, a algo más de mil millones de años luz. Se puede ver que la observación de 2015 es mucho más fluctuante y ruidosa, mientras que la de 2025 tiene fluctuaciones de mucha menor amplitud superpuesta a la oscilación bien definida correspondiente a la onda gravitacional. 

La extraordinaria calidad de la detección de la nueva onda por encima del ruido de fondo ha permitido, además, mejorar el cálculo de los parámetros que caracterizan al sistema, principalmente las masas de los agujeros negros. El siguiente gráfico tiene las masas en los ejes, con una nube gris que muestra la calidad de la medición de 2015 mientras una nube azul, mucho más concentrada, es la de 2025. 

Pero mejor todavía que esto, es que pudieron medir con precisión la superficie de los agujeros negros: de los dos que chocaron y del tercero que surgió de su fusión. Esto permitió comprobar la validez de un famoso teorema de Stephen Hawking referido a las superficies: el área final tiene que ser mayor que la suma de las iniciales. El siguiente gráfico muestra el notable resultado, que pudo haberle valido a Hawking un premio Nobel:

En 2016, cuando se anunció la primera observación exitosa, escribí una notita en el blog, que recibió un montón de comentarios con preguntas interesantes, que respondí lo mejor que pude. Los invito a revisarlas, ¡y a seguir preguntando! 

 


La noticia del aniversario, de la cual tomé las dos primeras ilustraciones (y el título), es del sitio web de LIGO: Ten Years Later, LIGO is a Black-Hole Hunting Machine.

El paper sobre la comprobación del resultado de Hawking es: Abac et al,  GW250114: Testing Hawking's Area Law and the Kerr Nature of Black Holes, Phys. Rev. Lett.  135:111403 (2025). De allí son los dos gráficos finales. 

04/10/2025

La sombra del titán

En el mito griego, los titanes son dioses de la generación anterior a la de Zeus y el resto de los Olímpicos. Su rey era Cronos, Saturno en la tradición latina. Por eso muchos de los satélites del planeta Saturno tienen nombres de titanes y otros seres mitológicos asociados, como los gigantes. El más notable es precisamente Titán: un mundo enorme, más grande que Mercurio, con una atmósfera densa, nubes, lluvia, ríos y mares. Cuando Saturno se encuentra alrededor de su equinoccio, y tanto los anillos como las órbitas de los satélites (regulares) apuntan hacia el Sol, se puede ver la sombra de la luna gigante transitar sobre las nubes del planeta. Es análogo a nuestras temporadas de eclipses, pero 30 veces más lento. La órbita de Saturno es muy amplia, de manera que los equinoccios están separados por 15 años, en lugar de apenas seis meses como en la Tierra. Así que estos tránsitos son bastante raros. Esta foto fue hecha por Volodymyr Andrienko el 18 de julio pasado:

El satélite puede verse también, con su característico color anaranjado, a la izquierda del planeta. También podemos ver que, desde la Tierra, los equinoccios de Saturno son la peor época para observar los anillos, porque están casi de canto. El equinoccio de Saturno fue el 6 de mayo pasado, y la temporada de tránsitos está a punto de terminar. El décimo y último tránsito de esta temporada será este lunes, 6 de octubre, alrededor de las 2:30 de la madrugada, cuando la sombra aparecerá como un mordisco cerca de uno de los polos, y a la vez se verá al propio Titán transitando por delante del planeta:


¡Aprovechen para verlo, y si pueden, para fotografiarlo! Lamentablemente no pude ver ninguno de estos tránsitos esta temporada, y tampoco podré ver el de esta semana. Para el próximo equinoccio estaré jubilado, tal vez tenga mejor chance. Los tránsitos de Titán seguirán ocurriendo hasta el próximo enero de 2026.

Hace 20 años una navecita europea, llevada a Saturno a caballito del robot Cassini de la NASA, aterrizó suavemente en Titán y transmitió hermosas e intrigantes fotos del descenso hasta la superficie. Esta es una animación del momento en que se posó:

¡Lo que se podría hacer con la tecnología actual! La próxima exploración será el robotito Dragonfly, que llevará un helicóptero a Titán. Se espera que despegue en 2028 y llegue a Saturno en 2034. Esperemos que lo logre, y podamos saber más sobre la geología, la "hidrología" y las posibilidades de vida allí.

 


La foto de Saturno con el tránsito de la sombra de Titán es de Volodymyr Andrienko, y fue destacada en APOD. La simulación del 6 de octubre está hecha con Cartes du Ciel. La animación del descenso de la nave Huygens es de ESA/NASA/JPL/UArizona. Vale la pena ver el video completo del descenso.

27/09/2025

30 años no es nada

Hoy, 27 de septiembre, cumplo 30 años de mi Doctorado en Física, otorgado por el Instituto Balseiro de la Universidad Nacional de Cuyo.

Un doctorado no es solamente un título. Es también una tradición milenaria, que comenzó en el siglo XII en Bolonia, en París, en Oxford, donde profesores y alumnos empezaron a asociarse, a elegirse mutua y libremente, para mantener vivo el conocimiento que había sobrevivido a la Edad Media y llevarlo más allá. Hoy en día la estructura de las universidades y de los sistemas de ciencia es inmensamente complicada y variada. Pero la ciencia es una actividad intergeneracional, y en esta instancia, en los doctorados, uno participa de esta tradición ininterrumpida.

Usando información de distintas fuentes he podido reconstruir una larguísima genealogía académica. El siguiente es mi linaje, con flechas que apuntan del profesor al alumno. Es un gráfico muy largo, cortado en dos, no muy artístico, y hay que descargarlo para verlo bien. 


Mi genealogía académica se inserta en la escuela de física vienesa, cuya influencia llegó a la Argentina a través de Guido Beck y Walter Thirring. Puse algunas ramas colaterales para mandarme la parte y para mostrar que, enraizada en Karl Herzfeld, vemos su influencia en una rama norteamericana que lleva a Richard Feynman y Kip Thorne, por ejemplo. La escuela vienesa es particularmente relevante en el desarrollo de la mecánica estadística, un tema en el cual, por cierto, se enmarca mi tesis de doctorado, dirigida por Horacio Wio, cuya portada puse arriba (añejada artificialmente). Es una rama genealógica de la física distinta de la rama "continental" (alemana y francesa, fundamentalemente) y de la rama "británica", y su figura fundacional es el esloveno Jurij Vega, en el siglo XVIII. Mi linaje se vincula un poco con la continental en una bifurcación fácil de ver: Franz-Serafim Exner fue un destacado físico austríaco, muy influyente en la generación que desarrolló la nueva física a principios del siglo XX. Se le reconocen dos linajes: el vienés por un lado y otro, que viene de una serie de químicos alemanes (andá a saber cuántos nuevos elementos químicos hay ahí). A través de ellos se puede rastrear una genealogía más en ciencias biológicas que matemáticas, hasta el siglo de la Revolución Científica y más allá. En el Renacimiento encontramos uno de los nombres más ilustres de todo el árbol: nada menos que Andreas Vesalio, el anatomista flamenco autor del monumental tratado De humani corporis fabrica, que fue para la medicina lo que De revolutionibus de Copérnico fue para la astronomía. Vesalio es mi tátara-tátara-tátara abuelo académico, fijate un poco. Llegué hasta principios del siglo XIV, mucho más lejos que con cualquier árbol genealógico familiar que haya intentado. El más antiguo antepasado que anoté es Manuel Bryennios, un estudioso bizantino de tradición griega, docto en astronomía, matemática y música. Según el Mathematics Genealogy Project es uno de los ancestros académicos con mayor cantidad de descendientes conocidos. Se podría seguir un poco más, adentrándonos ya en los científicos islámicos del Medioevo.

Por supuesto, de esta perspectiva histórica cada uno de nosotros experimenta sólo un pedacito, el que compartimos con nuestro profesor y, más tarde, con nuestro alumno. Seguramente nadie lo sabe cuando empieza la universidad: la relación con el profesor es estrecha, intensa y va cambiando con el tiempo. Primero será un profesor, pero tras cuatro o cinco años será un colega, y terminará siendo un amigo. A los estudiantes que lean estas líneas, les recomiendo que aprovechen al máximo esta relación. Aprendan, pero también enseñen. A todos los profesores les gusta que sus alumnos les enseñen algo. No importa qué. No necesita ser algo científico, por supuesto. Puede ser una receta, o a jugar al go. Den, así como reciben.





Después de obtener su doctorado con Thirring en Viena, el gran Guido Beck hizo lo que hoy se llamaría un postdoc con Werner Heisenberg en Leipzig. Si nos metemos por esa rama encontramos físicos y matemáticos de la escuela "continental": Bohr, Born, Hilbert, Sommerfeld, Oersted... y también británicos: Larmor, Thomson, Rutherford, Routh, Rayleigh, De Morgan, Maxwell... Somos una gran familia.