Torrentes de estrellas

Hay un nuevo telescopio gigante, el telescopio Vera Rubin, un instrumento con un espejo de más de 8 metros de diámetro y una relación focal f/1.23, con una cámara de 3 Gigapixels que es la más grande jamás construída. Esta cámara hace una exposición de 15 segundos cada 20 segundos (sí: mueven un telescopio de 8 metros en 5 segundos). Serán 20 mil gigabytes por noche, 200 mil imágenes por año, muchas más que las que pueden ser analizadas por seres humanos, así que su estudio será completamente automático, y es la parte más compleja de todo el proyecto. Las alertas que genera (¡cientos por segundo!) son inmediatamente públicas. Estuve revisando la galería de primeras imágenes, y quedé boquiabierto. Esta es una foto de la componente sur del cúmulo de galaxias de Virgo (que está un poco separada de la región central):

Esta imagen abarca un poquito más de 5 grados a lo ancho, y esta versión está dramáticamente reducida en resolución. ¡La versión original es un monstruo de 24GB! La han bautizado el Cofre de Tesoros Cósmicos, y contiene una inmensa variedad de objetos astronómicos, incluyendo unos 10 millones de galaxias, que son aproximadamente el 0.05% de las que observará el Rubin en su primera década. Y las observará una y otra vez, porque su propósito es hacer un registro no sólo espacial, sino temporal, para observar fenómenos transitorios. Este registro formará el LSST, Legacy Survey in Space and Time, que es uno de los principales objetivos del nuevo observatorio.

La galaxia más grande de la imagen, a la izquierda, es Messier 49. He aquí una versión anotada:

Es increíble la cantidad de detalles inesperados. Por ejemplo, arriba a la izquierda hay un grupito variado de galaxias, que tiene un raro trío (¿o cuarteto?) en interacción:

Es un verdadero zoológico de galaxias. Entre otras cosas, muestra regiones tenues en los torrentes de estrellas que se forman en las interacciones (por efecto de mareas) que normalmente no hemos visto, ni siquiera en imágenes de otros telescopios gigantes. Por ejemplo, cerca del ángulo inferior derecho de la imagen completa, está la galaxia Messier 61, una galaxia bien conocida del cúmulo. En la foto del Rubin la vemos así:

Tiene un chorro de estrellas increíblemente rectilíneo y más largo que la Vía Láctea, a pesar de que no la vemos formando parte de un sistema en interacción.  ¿Cómo se formó? ¿Realmente surge de la galaxia? ¿Qué tan comunes son estas cosas? ¿Está relacionado con que M61 es una de las galaxias más prolíficas en explosiones que se conozca, con 8 supernovas en un siglo? Los autores de su descubrimiento creen que sí, y dicen:  

«Es notable que la corriente haya pasado desapercibida durante tanto tiempo alrededor de una galaxia de Messier. Esperamos que los futuros datos del Rubin revelen un verdadero tesoro de subestructuras alrededor de otras galaxias.»

Las imágenes de la primera galería del Rubin incluyen, además de estos tesoros del cosmos extragaláctico, notables imágenes de objetos bien conocidos de nuestra propia Vía Láctea. Sólo que el nuevo instrumento es tan sensible que cuesta reconocer las nebulosas de toda la vida:

Sí: es la nebulosa de la Laguna, acompañada por la Trífida arriba. La cantidad de estrellas es tal que parecen formar un continuo, o una playa de arena. La cantidad y detalle de los filamentos oscuros es increíble. Vayan a buscar la versión de máxima resolución, si el ancho de banda les da para descargar 24 gigabytes...

Como todo instrumento revolucionario, el Rubin no sólo ayudará a refinar y completar nuestra imagen del universo en áreas conocidas (descubrirá más supernovas, más asteroides, más objetos interestelares...) sino que veremos cosas inesperadas. Habrá que estar atentos. 

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Las imágenes son de NSF–DOE Vera C. Rubin Observatory.

El paper que describe el nuevo torrente de estrellas en M61 es Romanowsky et al., A stellar stream around the spiral galaxy Messier 61 in Rubin First Look imaging, https://arxiv.org/abs/2510.24836v2.

Las ventanas de la Vía Láctea

La Vía Láctea es una galaxia espiral. La inmensa mayoría de sus estrellas, el Sol incluído, se encuentran en un disco muy chato. Chato como un CD. Cuando miramos hacia el centro galáctico tenemos ante nosotros casi toda la Vía Láctea, donde su franja es más gruesa y densa en el cielo. Todo alrededor, mirando en la dirección del disco, la galaxia nos oculta buena parte del universo más allá. Pero si miramos en la dirección perpendicular al disco, ya sea hacia el norte o hacia el sur, ¡ah, es como mirar por una ventana y asomarnos al universo lejano! 

El centro galáctico está en la constelación de Sagitario, como hemos contado muchas veces, y desde nuestra latitud lo vemos mejor en invierno, sobre nuestras cabezas. Las noches de verano nos traen la vista hacia afuera, hacia Auriga y Tauro, donde la franja de la Vía Láctea es más finita y rala en el cielo. Desde nuestras latitudes, el polo norte galáctico está siempre más bien bajito, en la constelación de Coma Berenices, visible en otoño. En la primavera austral podemos ver al mismo tiempo hacia el centro galáctico y hacia el polo sur galáctico, en la dirección de Sculptor. La diferencia es sobrecogedora:

Las dos fotos fueron tomadas el mismo día, con exactamente el mismo equipo. Ambas son exposiciones de 25 minutos, calibradas y procesadas exactamente de la misma manera. Abarcan 5 grados de ancho (10 lunas), y las dejé sin recortar los bordes, donde la aberración cromática es más fuerte, para la comparación. 

La primera foto muestra muchísimas estrellas (un cálculo aproximado me da 15 millones), tantas que hasta se confunden en un resplandor indefinido. Se destacan, además, las dos famosas nebulosas brillantes M8 (de la Laguna) y M20 (Trífida), junto con sus cúmulos estelares. Hay además una multitud de cumulitos pequeños, tanto abiertos como globulares, y la filigrana de polvo oscuro que caracteriza a las galaxias espirales como la nuestra. El centro galáctico está un poco fuera del campo, hacia la izquierda.

La otra foto tiene muchísimas menos estrellas. No es una ilusión: estamos viendo a través de apenas 500 años luz del disco delgado de la Vía Láctea, mientras hacia el centro está casi toda la galaxia, miles y miles y miles de años luz de estrellas, gas y polvo. El polo sur galáctico está cerca del ángulo superior derecho de la foto, marcado con una crucecita en la versión anotada de abajo. Se destaca la galaxia espiral NGC 253, la Moneda de Plata (que ya mostramos una vez en visión telescópica), y un pequeño cúmulo globular de nuestra propia galaxia cerca del borde derecho. Otro día comentaré más sobre esta foto, especialmente si logro rehacerla con estos dos objetos, tan contrastantes, más en el medio del campo.

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Las fotos son mías, y la ilustración también. Avisá si las vas a usar.

El día de la Trífida

Voy a compartir una foto más de las hermosas veladas de la Star Party Valle Grande, para sumar a la del cúmulo Guitarra que mostré hace poco. Ésta es de una región cercana, pero del otro lado de la cola del Escorpión, y casi exactamente en el plano de la Vía Láctea:

Dos grandes nebulosidades dominan esta región de Sagitario. A la derecha (el sur) la Nebulosa de la Laguna, que ha aparecido por aquí más de una vez. La de la izquierda (el norte), de dos colores, es la Nebulosa Trífida, un objeto más difícil y que nunca había fotografiado. Esta lente, la Tamron 18-270, me está gustando más que antes, se ve que nunca le había dado una oportunidad. Hay que poner bien en estación la pequeña SkyTracker, eso sí.

Desde luego, al estar en medio de la Vía Láctea, hay una multitud de objetos interesantes en la imagen. Aquí hay una versión mínimamente anotada.

La estrella más brillante del campo es 4 Sagittarii, una estrella de quinta magnitud, de clase B pero todavía en la secuencia principal. No es una estrella muy lejana, está a menos de 400 años luz y se mueve rápidamente en el cielo. Gira muy rápido sobre sí misma: si pudiéramos verla de cerca notaríamos que es como un zapallito, 15% más abultada en el ecuador que en el eje polar. El ecuador de la Vía Láctea pasa casi exactamente por la Trífida y 4 Sgr (un cachito a la izquierda de ambas).

A la Laguna ya la conocemos: una de las grandes regiones de formación estelar de nuestra galaxia, incluye al cúmulo estelar ya formadito NGC 6530 y a la nebulosa M8, donde muchas más estrellas están naciendo. Está 10 veces más lejos que 4 Sgr. También a unos 4000 años luz está el cumulito M21. Y a más del doble se encuentra el otro cúmulo que señalé, NGC 6544, que a pesar de estar más lejos aparece más grande. Varias nubes oscuras en forma de filamentos cruzan el campo, creando la sensación de que hay otras acumulaciones estelares (por ejemplo, entre ambas nebulosas), mucho mayores, pero ilusorias.

Messier 20, la Nebulosa Trífida, también es una región de hidrógeno donde se están formando estrellas. Como la Laguna, se encuentra a unos 4000 años luz de nosotros, y también como ella está formada por una nebulosidad roja brillante (gas fluorescente), un cúmulo joven que se formó en su interior, y una nube fría y oscura que bloquea parte de su luz, partiéndola más o menos en tres partes y dándole el nombre. Además, a un lado parte de la nebulosidad brilla por reflexión (en lugar de fluorescencia) con el color azul de las estrellas jóvenes. Es uno de los objetos más bonitos y peculiares de esta región del cielo austral.

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Cuando veo la Trífida no puedo evitar que me venga a la memoria el comienzo de La Guerra de las Galias, de Julio César, que estudiábamos en Latín: Gallia est omnis divisa in partes tres. Y también la gran novela El día de los trifidos, de John Windham, que inspira el título de la nota.

Las fotos son mías pero las presto.

Laguna de Año Nuevo

En la reciente noche del Año Nuevo 5779 del calendario hebreo ocurrieron tres eventos improbables que no podía desaprovechar: luna nueva (el calendario hebreo es lunar/solar), más excelente tiempo en invierno, más día siguiente sin clase. Era una rara oportunidad (en Bariloche) de fotografiar alguno de los magníficos objetos de la Vía Láctea invernal. Hace rato que tenía ganas de hacer una buena Nebulosa de la Laguna:

Messier 8, NGC 6523 o simplemente "la Laguna" es una de las regiones de formación estelar más activas de la galaxia. Está en la constelación de Sagitario, casi directamente en dirección al centro de la Vía Láctea. A simple vista la veíamos esa noche, apenas a 2 grados del planeta Saturno (lamentablemente el campo de mi telescopio es de 1 grado). Una nubecita insignificante que en una exposición de 80 minutos se revela como un notable vivero estelar:

El joven cúmulo estelar NGC 6530 está embebido en ella, separado de la parte más brillante del gas fluorescente por la laguna propiamente dicha, una franja oscura que si no me equivoco es el objeto 88 del catálogo de Barnard. Del lado brillante se destacan las estrellas 9 Sagittarii y HD 164816 (que a veces llaman W9). Son todas estrellas monstruosas, tipo O, jovencísimas y destinadas a explotar como supernovas. De hecho, se sospecha que a W9 la acompaña una estrella de neutrones resultado de una explosión reciente. Pero la parte más brillante es el resultado de la iluminación de la notable Herschel 36, junto a una nebulosa muy oscura que define un borde del llamado Reloj de Arena.*

La foto salió muy bien, y en estos casos me gusta comparar con las de grandes observatorios. Hay algunas fotos notables del Reloj de Arena hechas con el Telescopio Espacial Hubble (en varias longitudes de onda y con distintas cámaras). Hice un montaje donde mi foto está al 100% pero las del HST están bastante reducidas, imaginen.

Las texturas de las imágenes del Hubble son extraordinarias. De todos modos, me satisface enormemente que uno de los dos notables twisters se vea claramente en mi foto, así como la región como de cirrus que señalé como "velos".

La nebulosa está justo detrás de estas estrellas brillantes, cuya distancia ha sido medida por Gaia con gran precisión. Se encuentran a unos 4000 años luz, de manera que la luz de la nebulosa que fotografié esa noche viajó hacia nosotros durante casi toda la historia registrada por el bíblico calendario que, según el filósofo cordobés Moisés Maimónides, es la historia entera del universo. Pobre Maimónides.

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Me acompañaron esa noche mi compinche de siempre, Eduardo "el Fresco" Andrés, y tres estudiantes del curso de Mecánica: Julio "el Guate" Castillo, Agustín Silva y Juan Villafañe.

Las imágenes del Telescopio Hubble son de NASA/ESA/STScI. Hay otra notable imagen que compara la región del Reloj de Arena en distintas longitudes de onda, mostrando el fantasmal aspecto en infrarrojo, con todas las estrellas dentro de la nebulosa, y un video volando dentro. Está aquí.

* Mi amigo Enzo De Bernardini señaló un error en mi identificación del Reloj de Arena: no es la nube oscura, sino la parte más brillante, que semeja dos ampollas unidas por un punto. Ya lo corregí.

La laguna azul

En la nota de la semana pasada conté que el centro de la Vía Láctea se ve mucho mejor en radiación infrarroja que en luz visible, ya que enormes nubes oscuras ocultan las estrellas que hay detrás. Aquí está de nuevo la imagen infrarroja, que es un panorama de fotografías tomadas con el telescopio VISTA del Observatorio Europeo Austral, ubicado en el Cerro Paranal, en Chile. La imagen original tiene 9 Gigapixels, con una resolución de 108000×81500 pixels. ¡Impresa en la resolución típica de un libro ocuparía una superficie de 9 por 7 metros! Muestra más de 170 millones de objetos, de los cuales al menos 84 millones son estrellas. En el cielo, corresponde más o menos al tamaño de una mano con el brazo extendido ¿No es impresionante?

Sí, es muy impresionante, y lamentablemente nadie la va a imprimir en 9 por 7 metros. Lo que hicieron es una versión "zoomeable", a la que puede accederse aquí. Cuando la foto fue publicada, hace unos meses, yo justo había fotografiado la Nebulosa de la Laguna, que queda muy cerca del centro de la Vía Láctea y que aparece en la foto. ¿Cómo se compara una foto tomada con una cámara de consumo, a través de un telescopio de 20 cm, en un barrio suburbano un día de viento, con una foto infrarroja tomada desde uno de los mejores sitios astronómicos del planeta, con un telescopio de 4 metros? El espejo secundario de VISTA mide más de un metro de diámetro. La cámara infrarroja de 63 megapixels de VISTA pesa tres toneladas y funciona a 200 grados bajo cero. Me moría de curiosidad.

Salvé una serie de capturas de pantalla para mostrarlas aquí, y las compuse en esta animación. Es un GIF animado bastante grande, así que tengan paciencia si tarda en cargar.

Los colores de la imagen infrarroja, naturalmente, son arbitrarios. La luz infrarroja es invisible, y sus colores no son los que conocemos del arco iris. Los astrónomos asignan colores representativos a las imágenes tomadas en las distintas longitudes de onda infrarrojas de la cámara para que podamos verla. En cambio los colores de mi foto, que aparece gradualmente a la mitad de la animación, son colores verdaderos. El rojo, por ejemplo, corresponde a la fluorescencia del gas hidrógeno en la nebulosa, por acción de la intensa radiación ultravioleta de un grupito de estrellas jóvenes que alberga en su interior. Pobrecita mi foto, ¿no? Bueno, acá la pongo completa para no desmerecerla, no está tan mal:

El centro de la Vía Láctea se alza convenientemente sobre nuestras cabezas en los meses de invierno. No dejen de explorarlo con el instrumento que tengan. Es una de las regiones más impresionantes del cielo, con la Laguna y muchas otras cosas por descubrir.

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Créditos: Las imágenes infrarrojas son de ESO/VVV Survey/D. Minniti. Los datos corresponden a uno de los varios surveys de VISTA, que son públicamente accesible para uso de todos los astrónomos del mundo, y para deleite de los amantes de la astronomía.

Arrolla la sed

Parece mentira, pero hay gente que no "cree" en la mecánica cuántica. Fui abordado por uno de ellos en un parque de Porto Alegre hace poco, un fulano que me preguntó mi "opinión" (!) sobre la mecánica cuántica. Voy a decirlo de una vez por todas, porque en este blog no nos callamos nada. Si quieren saber mi opinión sobre la mecánica cuántica, estoy a favor.

Chistes aparte, forma parte del relativismo cultural que se vive desde hace un tiempo la idea de que las teorías científicas son "opiniones" de los científicos. Tal vez contribuye el hecho de que la palabra "teoría" tiene un significado mucho más vago en el lenguaje cotidiano. "Yo tengo la teoría de que la Selección tendría que jugar con más delanteros", dice un tipo después de ver el partido con Brasil el miércoles pasado. Una teoría científica no es eso, pero es un tema un poco aburrido para tratarlo de manera abstracta. Es mucho mejor señalar algunos fenómenos típicamente cuánticos, fenómenos que no podrían existir si la mecánica cuántica no fuera verdadera. La vida cotidiana moderna tiene varios ejemplos: la electrónica basada en semiconductores que hace funcionar todo hoy en día, el láser que se usa en tantos dispositivos (además de molestar a los arqueros antes del tiro libre). Y la familiar fluorescencia, que también es un típico fenómeno cuántico de la vida moderna.

La fluorescencia, demás está decir, es lo que hace funcionar las lámparas ídem. Hay también una fluorescencia inesperada que está ilustrada en la foto de aquí al lado. ¡El agua tónica es fluorescente! Aquí se ven un par de vasos, el de la izquierda con Paso de los Toros y el de la derecha con agua. Arriba están iluminados por una luz negra y abajo por una luz normal. El ultravioleta de la luz negra hace brillar por fluorescencia la quinina, que es el ingrediente amargo del agua tónica. No dejen de hacerlo en casa, el efecto es más hermoso que lo que la foto muestra. La fluorescencia de la quinina es un efecto inesperado y secundario con respecto a su principal uso como tratamiento de la malaria. Los ingleses popularizaron su uso en la India, y acabaron mezclándola con soda para hacer agua tónica, y con un toque de gin extra para hacer gin tonic. La quinina es un producto natural cuya única fuente conocida es cierto árbol del Perú, y cuando se descubrieron sus propiedades medicinales se convirtió en el principal tratamiento de la malaria desde el siglo XVII al XX. La cantidad que hay en el agua tónica es muy pequeña, pero aparentemente la quinina pura se ve fluorescer a plena luz del sol. Todavía no encontré dónde comprar quinina pura para probar el efecto (¡y hacer mi propia agua tónica!).

La fluorescencia es también la causa de hermosos fenómenos astronómicos, como el ejemplo de aquí al lado. Se trata de la Nebulosa Laguna (número 8 en el catálogo del señor Messier). Es una de las joyitas del cielo cercano al centro de la Vía Láctea, que se cierne casi en el cenit desde nuestras latitudes en esta época del año. La región que va desde la cola del Escorpión hasta el asa de la Tetera de Sagitario explota de estrellas, cúmulos y nebulosas que hasta el principiante más ingenuo, dotado del intrumento más sencillo, puede disfrutar. La Nebulosa de la Laguna es una gran nube de gas y polvo interestelar, de unos 50 años luz de diámetro y a unos 5000 años luz de nosotros, casi exactamente en la dirección del centro de la Galaxia. En esta foto se la ve con el característico color rosado de las regiones de gran actividad de formación estelar. Ese color es el resultado de la intensa radiación ultravioleta de las estrellas jóvenes. El ultravioleta interactúa con el hidrógeno de la nube y lo hace brillar por fluorescencia con un rojo purísimo de 656 nanómetros de longitud de onda. El mecanismo es así: el ultravioleta ioniza los átomos de hidrógeno, es decir les arranca un electrón, que normalmente vive su vida tranquilo en el nivel energético más bajo de su átomo. El electrón supercargado rápidamente se vuelve a ligar a un protón (núcleo del hidrógeno) y va "cayendo" por los sucesivos niveles de energía del átomo que, como explica la mecánica cuántica, son discretos. En cada una de estas caídas pierde un cachito de energía en forma de un fotón de luz, siempre de los mismos colores. En los cursos de cuántica elemental (inclusive cuando uno aprende la física del átomo en la escuela secundaria) se llama serie de Balmer a esta secuencia de transiciones del átomo de hidrógeno. El anteúltimo salto, del nivel 3 al 2, produce el fotón rojo característico, llamado H-α.

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La fluorescencia era uno de los temas favoritos del gran Enrique Gaviola en sus años jóvenes, tema en el que hizo contribuciones significativas cuando la mecánica cuántica estaba en formación. Ya prometí hablar más de Gaviola, y ahora lo vuelvo a prometer. Las fotos son mías mías mías, pero si las quieren usar pueden hacerlo, mencionando su origen y avisándome. Gracias.