El rayo de Herschel

Hace 11000 años, no lejos de Jericó, a alguien se le ocurrió por primera vez plantar trigo, moler el grano, y hacer pan. Fue la más profunda revolución en la historia humana, tal vez más que la industrial, la electrónica, o la inteligencia artificial. Como para celebrar el acontecimiento, en el cielo apareció una estrella nueva, que llegó a ser brillante como la Luna. Fue una supernova: el final explosivo de una estrella mucho más masiva que el Sol. A 900 años luz de distancia, fue una de las más cercanas a la Tierra en tiempos recientes. La explosión destrozó la estrella, y hoy podemos ver una enorme nebulosa, el SNR de Vela, de unos 8 grados de diámetro, en forma de burbuja caótica, expandiéndose en su lugar. Es muy tenue, no se ve nada a simple vista ni en telescopios, pero en fotos de larga exposición es impresionante:

Las estrellas brillantes en esta foto son Regor y Suhail, ambas de segunda magnitud en la constelación de las Velas. Entre ellas hay 11 grados (como un puño con el brazo estirado), y el zafarrancho de la explosión son los filamentos rojos y azules que ocupan todo ese espacio. Marqué también la posición del púlsar de Vela, la estrella de neutrones que resultó de la supernova. Es un objeto interesante en sí mismo, tal vez en otro momento volvamos sobre él.

Pero hoy quería focalizarme en NGC 2736 (también marcada), un pedacito de filamento del resto de supernova, que es su parte más brillante. "Más brillante" entre comillas. Fue descubierta por John Herschel en 1835, quien la describió como:

«eeF, L, vvmE (en su notación: muy extremadamente tenue, grande, muy  muy muy extendida); un rayo extraordinariamente largo y delgado, de luz excesivamente tenue. Al menos 20 minutos de largo, extendiéndose mucho más allá de los límites del campo.»

Es imposible ver este objeto en mi telescopio, nunca intenté fotografiarlo, y jamás se me hubiera ocurrido hacerlo desde el balcón de casa en medio de las luces urbanas del centro de Bariloche. ¿Pero con el Seestar S50? ¿Por qué no? Así que en cuatro sesiones, en febrero y en marzo, acumulé unas 4 horas de exposición, y quedé sorprendido:

Ahí está. incluso con sus colorcitos que delatan la presencia de hidrógeno (rojo) y oxígeno (verde). La presencia de hidrógeno es una señal de que la supernova fue de tipo II: una estrella gigante al final de su vida, pero todavía con una envoltura substancial de hidrógeno, y no de tipo Ia: la detonación de una enana blanca, que ya no tiene nada de hidrógeno, y es puro carbono y oxígeno. Estas explosiones son las que reciclan, en el medio interestelar, los elementos forjados en el núcleo de las estrellas, haciéndolos disponibles para las generaciones sucesivas de estrellas, planetas... y gentes. Así salieron nuestros propios átomos de las entrañas de una supernova, de muchas supernovas, hace miles de millones de años.

NGC 2736 se llama a veces nebulosa Lápiz, aunque "el Rayo de Herschel" sería un nombre mucho mejor.  La Wikipedia dice que se está moviendo a 644000 km por hora. Multiplicando esa velocidad por 11000 años, da un desplazamiento de unos 6 años luz (aunque seguramente no se ha movido a velocidad constante). 

Y aunque las comparaciones son siempre odiosas, pongo también una foto hecha con el telescopio MPG/ESO de 2.2 metros en La Silla, Chile. Tiene una cámara de 67 Mp, no de 2 Mp como el S50, una apertura 2000 veces más grande, y está a 2400 m de altura en el desierto de Atacama. Poderoso el chiquitín.

Desde Jericó no se vio la supernova, ni siquiera con la precesión de los equinoccios de hace 11000 años, así que el primer panadero no la vio. Por si quieren ubicar esta región en el cielo, les dejo una imagen de Cartes du Ciel, donde puse mi foto. Si alguien quiere observar con sus propios ojos estos objetos, se recomienda un telescopio de 16 pulgadas y un filtro OIII.

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La imagen del SNR de Vela es de DSS/Gendler/Colombari (salió en APOD en 2019). La de NGC 2736 es de ESO.

Lamassu microscópico

Cuando conté sobre la estrella enana roja más brillante, que se encuentra en la constelación austral del Microscopio, comenté que se trata de una de las regiones más pobres del cielo: ¡sus estrellas más brillantes son apenas de magnitud 5! Y, por encontrarse lejos del plano de la Vía Láctea, tampoco tiene objetos notables del cielo profundo. Así que no tuve mucho para comentar sobre ella. Sin embargo, encontré recientememente que tiene un objeto extraordinario, descubierto recién en 2023 por un par de aficionados, uno de los cuales sospechó su existencia revisando un survey en ultravioleta, y el otro la encontró de casualidad haciendo fotos con un pequeño teleobjetivo de 135 mm. Lo bautizaron Lamassu, y les llevó 1 año y medio y 400 horas de exposición en telescopios en dos continentes, para retratarlo así:

Esta notable nebulosa tiene todo el aspecto de ser un resto de supernova, con filamentos de oxígeno e hidrógeno ionizados, ocupando unos extraordinarios 9 grados en el cielo. La nebulosa se extiende más allá de lo que muestra esta fotografía, de 3 grados de ancho. La foto es, además, de una belleza y calidad inusuales. El siguiente es un recorte que uno de los autores posteó en su cuenta de Instagram, y que muestra la delicadeza de los filamentos de gas brillante, el abundante polvo de la región, y hasta una lejana galaxia espiral:

En Astrobin cuentan la historia del descubrimiento y la complicada exposición, y muestran varias imágenes de campo amplio, donde sospechan que se encuentran otras partes de la nebulosa. La siguiente animación corresponde a un survey de H-alpha, en la cual señalan una cantidad de filamentos que podrían ser parte de ella:

Microscopio es una constelación tan pobre, que la estrella más brillante de la foto es 6 Piscis Austrini, una estrella de sexta magnitud de la constelación de al lado. La posición de Lamassu en el Microscopio es la siguiente:

Dicen los autores que, si se confirma su naturaleza como un resto de supernova, sería la que tiene la latitud galáctica más elevada, a más de 40 grados. Esto es extremadamente raro, ya que la mayor parte de las supernovas ocurren cerca del plano medio de la galaxia, donde están las regiones de formación estelar. Las estrellas más masivas viven poco, y acaban explotando cerca de donde nacieron. Cabe sospechar que su posición se debe a que es muy cercana. ¿A qué distancia estará? ¿Cuándo habrá explotado? ¿Habrá afectado de alguna manera la vida en la Tierra?

El nombre que eligieron para la nebulosa se debe a la forma de ala que tiene la parte más brillante, y que se parece a las alas del personaje mitológico asirio Lamassu, un toro o león alado, con cabeza de señor barbudo, que aparece en muchos portales como guardián y protector de ciudades o palacios:

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Las fotos de la nebulosa Lamassu son de Brian Falls, Marcel Drechsler y Aygen Erkaslan.

La foto del Lamassu asirio es del usuario Trjames en Wikipedia.

El descubrimiento

La nueva evidencia de la existencia de una estrella de neutrones en medio de los restos de la supernova SN 1987A me hizo recordar que había leído algo lindo sobre su descubrimiento, que alguna vez quise contar y se me fue pasando. 

El norte de Chile es ideal para la astronomía porque es árido y desértico, con aire muy seco, de poca turbulencia y nubosidad. Hoy en día alberga muchos de los mejores y más grandes telescopios del mundo. Hace 40 años no había tantos ni tan grandes, pero a unos 100 km de La Serena ya estaba el Observatorio Las Campanas del Instituto Carnegie, heredero del glorioso Monte Wilson, donde Edwin Hubble había revolucionado la astronomía 60 años antes. Hoy alberga, entre otros, el Telescopio Magellan, formado por dos instrumentos gemelos de 6.5 m, el Telescopio du Pont, de 2.5 m, y el Telescopio Swope, con un espejo de 1 metro de diámetro, que fue el primero que tuvo el observatorio. Y está en construcción el Giant Magellan Telescope, de 25 metros, un monstruo de la nueva generación de telescopios extremadamente grandes.

La noche del lunes 23 de febrero de 1987 el cielo estaba despejado. En el telescopio de 1 m estaban Barry Madore, de la Universidad de Toronto y Robert Jedrzejewski, del Space Telescope Science Institute de Baltimore. El operador era Oscar Duhalde, un ingeniero chileno que conocía el complejo instrumento para adelante y para atrás. Los astrónomos apenas conocen los telescopios, ya que los usan unos pocos días al año (hoy en día ni eso: se quedan en sus oficinas y los usan de manera remota). Los operadores como Oscar son los verdaderos pilotos de las naves que nos hacen viajar a las estrellas, aunque sea con la imaginación. La del 23 de febrero era una noche de rutina: Madore y Jedrzejewski pedían una estrella, Duhalde movía el aparato, y esperaban que los fotones se depositaran en el "moderno" sensor electrónico. Pasada la medianoche Oscar se levantó para estirar las piernas. Sonaba un cassette de Talking Heads. Fue a la cocina a prepararse un café. Mientras esperaba salió del domo para ver un poco el cielo. La puerta daba al sur. A su izquierda se alzaba la Vía Láctea austral, a su frente nuestras dos galaxias satélites, las Nubes de Magallanes, y Canopus en lo alto. Como de costumbre, Oscar revisó 30 Doradus en la Nube Mayor, que se ve como una estrella al límite de la visibilidad. Es en realidad la Nebulosa Tarántula, la gigantesca región de formación estelar que hemos comentado tantas veces. Sabía que, si le costaba distinguirla, entonces había bruma. Esa noche, a las 00:48 (ya día 24), Oscar Duhalde podía ver con toda claridad 30 Doradus. Era una noche perfecta para la astronomía. Vio algo así:

Y allí, un poquito por debajo de 30 Doradus, vio una estrella de cuarta o quinta magnitud, más brillante que cualquier otra cosa en la Nube de Magallanes. Una estrella que nunca había visto, en las muchas noches que había disfrutado del oscuro cielo del Norte Chico chileno.

Oscar volvió a la cocina, terminó de preparar el café y fue a buscar a los astrónomos, dispuesto a contarles lo que había visto. Se daba cuenta de que era algo notable e inusual, y le daba curiosidad saber de qué se trataba. Pero cuando llegó a la consola ya había que apuntar a otra estrella, se distrajo, y no contó nada. Siguieron trabajando por varias horas. Durante un buen rato, sin saberlo, Oscar fue el primer ser humano, en 383 años, en ver una supernova con sus propios ojos. 

Unos minutos antes de que Oscar saliera del domo y descubriera la supernova SN 1987A, el estudiante de posgrado Ian Shelton, astrónomo residente del observatorio, empezó a tomar una exposición larga de la Nube Mayor de Magallanes con un telescopio mucho más modesto que estaba en desuso desde hacía 10 años, un astrógrafo de 25 cm (que se ve detrás de él en esta foto). Shelton había convencido al director de Las Campanas, Bill Kunkel, para que le permitiera usarlo en tiempo libre para patrullar la Nube de Magallanes en busca de estrellas variables y novas clásicas. Era un instrumento viejo, que Shelton tenía que guiar a mano, mirando fijamente por un ocular reticulado para hacer correcciones del movimiento y mantener las estrellas bien quietas durante las exposiciones en placas de vidrio. Es un trabajo tedioso y físicamente extenuante, doy fe. La noche del 23 era la tercera, y las dos primeras no habían sido buenas, las estrellas le habían salido un poquito movidas. Empezó antes de la medianoche y unas 3 horas después, cuando una ráfaga de viento le cerró el techo corredizo, paró. Era tarde, pero Shelton quería asegurarse de que esta vez tenía una buena foto, así que fue al cuarto oscuro y reveló la placa. Lo que vio le gustó: las estrellas estaban perfectamente expuestas de borde a borde del vidrio. Pero algo le llamó la atención y por un momento creyó que de nuevo la había embarrado: junto a la Tarántula había una gran mancha negra (las placas son fotos en negativo). ¿Sería un defecto de la placa? ¿La había arruinado al manipularla en la oscuridad, sin querer? No, era indudablemente una estrella, una estrella más brillante que cualquier cosa de la Nube de Magallanes. Revisó la foto de la noche anterior y la estrella no estaba allí. Recién ahí se le ocurrió salir a mirar. Como Oscar, Ian salió al frío de la montaña y vio con sus propios ojos una supernova. Fue el primer ser humano en ver una supernova en más o menos una hora: Oscar ya la había visto antes.

Shelton agarró sus placas de vidrio y corrió (en la oscuridad de la cima de la montaña) al telescopio Swope para compartirlo con los demás. Les contó lo que había encontrado en la Nube de Magallanes. Madore dijo sin dudarlo: "Supernova", y agregó: "¿me estás cargando?" "No... si yo también la vi cuando fui a hacer el café", dijo Oscar. Salieron todos a ver. Una estrella de quinta magnitud no es algo que te quita el aliento. No se veía como una supernova en un documental de Discovery Channel. Para decirlo técnicamente: era una estrellita de morondanga. Pero si estaba realmente en la Nube Mayor de Magallanes, a 160 mil años luz de distancia, era sin duda una supernova, la más brillante desde la que había visto Kepler en 1604. Y Shelton la tenía fotografiada. 

Ya estaba oscureciendo en Australia y Nueva Zelanda, donde hordas de astrónomos, profesionales y aficionados, no tardarían en notarla. Tenían que apurarse para asegurarse la prioridad del descubrimiento. Madore empezó a llamar por teléfono a Brian Marsden, del Bureau Central de Telegramas Astronómicos en Cambridge, Massachusetts. "No cae un árbol en el bosque, hasta que Brian dice que cae", decían los astrónomos. ¡Pero Brian no atendía! Finalmente, le encargaron a otro operador, Ángel Guerra, que estaba por irse en auto a La Serena, que le avisara a Kunkel, el director. Guerra manejó los 100 km, despertó a Kunkel, pasó el mensaje, y Kunkel mandó un télex a Marsden, que lo recibió a la 9 de la mañana del 24. Éste: 

¡En el mensaje no está el nombre de Duhalde! En minutos la oficina de Marsden empezó a inundarse de mensajes de la supernova, provenientes de Australia y Nueva Zelanda, antes de que pudiera mandar el telegrama oficial del descubrimiento. A las 10 Marsden hizo el anuncio:

Acá sí aparece Oscar Duhalde como codescubridor (Marsden debe haber llamado a Las Campanas, o finalmente atendió las insistentes llamadas de Madore, no sé). A continuación, se reconoce también a Albert Jones, de Nueva Zelanda, quien la observó algunos minutos después, y a otros observadores de las primeras horas. Entre ellos Robert McNaught, de cometaria fama, que había fotografiado la supernova varias veces, incluso la noche anterior cuando brillaba a magnitud 6, pero no había revelado el film.

SN 1987A es la supernova más estudiada de la historia y casi 40 años después todavía no hemos terminado de desentrañar sus misterios. Shelton volvió a Canadá, donde terminó su maestría y su doctorado, e hizo una carrera como astrónomo en varios observatorios del mundo. Duhalde trabajó toda su vida en Las Campanas, y se jubiló hace poco, tras 43 años de operar sus telescopios. Tuvieron la suerte de ser los primeros, pero todos los que estábamos interesados en la astronomía vimos con nuestros propios ojos, durante meses, esa lucecita que había iniciado su viaje 160 mil años antes, y que nos llegó cuando Talking Heads ya había sacado siete de sus ocho discos. Ese puntito de luz era la descomunal explosión de una estrella, uno de esos raros pero imprescindibles eventos que siembran de elementos pesados el medio interestelar, a partir de los cuales se forman las nuevas generaciones de estrellas, con sus planetas, sus lunas, sus cometas y, eventualmente, sus gentes.

 

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El libro donde leí este relato (casi literal) es The supernova story, de Laurence Marschall. De allí están tomadas las fotos. 

Las ilustraciones del cielo están hechas con Stellarium, usando un paisaje del Telescopio Swope que tomé de Google Street View. En Stellarium la magnitud de la supernova está exagerada porque el plugin de supernovas históricas usa un cálculo automático; tuve que hacer alguna manipulación para que no resultara más brillante que lo que realmente fue en la noche de su descubrimiento.

En Wikipedia la data del descubrimiento estaba mal reportada: decía que fue el día 24 a las 23:00 UTC. Como se ve en el telegrama, la fecha reportada es 24.23 UT. Es un formato decimal: 0.23 días son las 5 horas y media UT, 1 y media hora local en Las Campanas. Fue en la noche del 23 al 24, no en la siguiente. Ya lo corregí, espero que quede.

Hay una interesante conferencia de prensa con Ian Shelton en YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=1GLAvXqSzos. Es de junio de 1987, cuando regresó a Canadá, y Talking Heads todavía no había sacado su último disco.

Estrella de neutrones recién salida del horno

Desde hace años los astrónomos está esperando que en el centro de la nebulosa que dejó la explosión de la supernova SN 1987A aparezca su residuo: una estrella de neutrones. Esta nebulosa es muy compleja, con estructuras que la explosión va recalentando a medida que atraviesa materia emitida previamente por la estrella gigante que explotó:

Esta foto combina observaciones de rayos X (en púrpura), visuales (el "collar de perlas"), y de radio (en naranja). La señal de radio, tomada por el sistema de radiotelescopios ALMA, está concentrada en el centro y es principalmente polvo caliente. En 2019 los llevó a decir que habían identificado en ella la estrella de neutrones:

Para el polvo caliente, el nuevo telescopio Webb está mandado a hacer. Así que la nebulosa de SN 1987A fue uno de los primeros objetos que observó. Hace algunos meses dieron a conocer esta fascinante imagen de la compleja estructura, que muestra más perlas fuera del "collar" que conocíamos:

Y ahora ha aparecido un paper que analiza, con una batería de instrumentos (incluso una cámara que hace simultaneamente una foto y un espectro de cada pixel de la imagen), la radiación producida por la estructura central de polvo y gas molecular, con una resolución mucho mayor que la de ALMA:

Los espectros capturados permiten observar una fluorescencia de argón y azufre, así como sus velocidades. Según dicen, esas lineas espectrales indican la presencia de fotones de alta energía que sólo pueden originarse en la vecindad de una estrella de neutrones en el punto denso central (analizan y descartan otras cuatro explicaciones). Es también una evidencia indirecta, pero se suma al pulso de neutrinos que se observó durante la explosión, y a las otras observaciones que mencioné arriba. El campo visual y las longitudes de onda que observa Webb son ideales para SN 1987A, así que seguramente tendremos más información sobre este fascinante objeto, que está evolucionando ante nuestra vista, algo de por sí raro para un fenómeno astronómico. ¿Será un púlsar? ¿Estará emitiendo rayos X duros directamente desde la superficie? ¿Tendrá un disco de acreción supercaliente? Lo iremos sabiendo en pocos años.

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El paper es: Fransson et al., Emission lines due to ionizing radiation from a compact object in the remnant of Supernova 1987A, Science 383:898–903 (2024).

Hay una versión más accesible en: Clery, Stellar remains of 1987 supernova found at last, Science 383:808 (2024).

El paper de ALMA es: Cigan, High angular resolution ALMA images of dust and molecules in the SN 1987A ejecta, The Astrophysical Journal, 886:51 (2019).

El GOAT y el BOAT

Greatest of All Time. Brightest of All Time.

BOAT: Brightest of All Time, la más brillante de todos los tiempos. Así han empezado a llamar a la explosión de rayos gamma (gamma ray burst, en castellano a veces traducen burst por "brote", lo cual me parece un error semántico) que bañó la Tierra el 9 de octubre del 2022, y que comentamos acá. Ya en aquella ocasión mencionamos que había sido extraordinario, y que la radiación había sacudido ¡la atmósfera! de la Tierra como si fuera una campana. En los meses que siguieron las mediciones del GRB 221009A siguieron sorprendiendo, ya que fue visible durante meses.

La siguiente imagen muestra el BOAT en el contexto de otros GRBs. No sólo fue fuertísimo (el eje vertical), sino larguísimo (el eje horizontal):

Hay dos tipos de GRBs: cortos (dos segundos o menos) y largos (varios minutos). Los cortos probablemente son el resultado de fusiones de estrellas de neutrones, como las que se han observado en ondas gravitacionales en el LIGO. Los largos, en cambio, son producidos por explosiones tipo supernova de estrellas muy masivas, en las cuales se forma un agujero negro y un par de chorros polares se llevan muchísima energía casi a la velocidad de la luz. Esos chorros impactan contra la materia de la estrella, que se recalienta y brilla. Esta radiación secundaria dura típicamente algunas horas o días, o meses como en este caso. Cuando uno de los chorros apunta hacia nosotros, vemos un GRB. A 2400 millones de años luz de distancia, ¡hay que tener puntería!

La energía que tienen estos jets es asombrosa. Si ocurriera un GRB a 100 años luz de la Tierra, directamente evaporaría nuestro planeta entero. A distancias mayores (pero infinitesimales comparadas con la distancia a las que normalmente los vemos brillar), esterilizarían la mitad del planeta del lado que recibiera el impacto del jet. 

Esta linda foto del telescopio Hubble muestra el Bote en la galaxia donde ocurrió (marcados con un circulito), en medio de un montón de estrellas de nuestra propia galaxia:

La mayoría de las imágenes del GRB 221009A que verán por ahí (como las que mostré el año pasado) muestran una serie de anillos concéntricos. Esto requiere cierta explicación. El GRB propiamente dicho es el punto central. Los anillos son luz de la explosión que tenía inicialmente trayectorias ligeramente distintas, y que le hubieran errado a la Tierra por poquito. Pero como la explosión ocurrió en un lugar del cielo tan densamente lleno de materia de la Vía Láctea (si bien muchísimo más lejos), algunos de esos rayos de luz se reflejaron en el polvo interestelar, y acabó llegando a nuestros telescopios. A medida que pasaron las horas, mientras el punto central brillaba y brillaba para luego apagarse lentamente, esos reflejos fueron cambiando; porque, como si fuesen ecos, nos fueron llegando desde distintas nubes de polvo. ¿Capisci?

Con ingenio, se pueden usar estos anillos para reconstruir algo que de otra manera es imposible de ver: la estructura tridimensional del polvo galáctico (al menos en esa dirección). El resultado es un gráfico, no una figura pomposa, pero es muy notable lo que representa:

Notar dos cosas: los dos ejes son logarítmicos. Las densidades que se muestan verticalmente cambian en un factor 1000 a distintas distancias. Las distancias, por su parte, también están en logaritmo, y en parsecs. El extremo izquierdo es 326 años luz, el medio 3200 años luz, el 10 a la uno son 32000 años luz, y el extremo de los datos está como a los 80000 años luz. Más allá la Vía Láctea se acaba, y se acaba el polvo.

Es posible que nunca más en miles de años volvamos a ver algo semejante, así que los astrónomos le están sacando el jugo, y el BOAT está en las noticias científicas desde hace meses.

¡Ah! Feliz cumpleaños, campeón.

 

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El paper que mapea la Vía Láctea usando el Boat es: Williams et al., GRB 221009A: Discovery of an exceptionally rare nearby and energetic gamma-ray burst, Astrophys. J. Lett. 946:L24 (2023). De allí tomé las últimas dos imágenes, y la de los anillos que usé para la composición BOAT del principio. 

Otro paper interesante es el que deduce propiedades estructurales del jet a partir de las observaciones y modelos astrofísicos, y que puede explicar (parece) por qué fue tan brillante. Traté, pero no logré rescatar algo contable de manera sencilla. El paper es: O'Connor et al., A structured jet explains the extreme GRB 221009A, Sci. Adv. 9, eadi1405 (2023). Leanlón.

Sueños de supernova

Aquí vamos de nuevo: ¿está Betelgeuse a punto de explotar? Misma respuesta que en 2011, y que en 2020:  

NO. 

O sí. No sabemos.

En 2020 fue porque brillaba menos. Ahora es porque brilla más:

Esta curva de luz, hecha con datos de la AAVSO, muestra la gran bajada de brillo de 2019/2020 (¡perdió una magnitud entera!), y la irregular subida que está experimentando ahora. Debe haber muchas cosas todavía acomodándose después de aquel evento. También muestra que el brillo de Betelgeuse es siempre variable, con una oscilación casi periódica pero bastante irregular. 

Ojo: si Betelgeuse está por explotar, ¡yo estoy a favor! Sería un espectáculo extraordinario. Está suficientemente cerca para que su supernova alcance un brillo tal vez como de luna llena. ¡Sería visible de día! De noche sería un tremendo farol, haría sombras en el paisaje. Un par de semanas después de la explosión, la familiar figura de Orión se vería así:

 

El color iría cambiando con el paso del tiempo, haciéndose más roja con el paso de los días a medida que se fuera enfriando y apagando. Pero duraría mucho tiempo, muchos meses, hasta que finalmente dejaríamos de verla, y la familiar figura del cazador quedaría sin su hombro derecho:

Allí donde estuvo la estrella se formaría una estrella de neutrones, y una nebulosa con los residuos de la explosión iría expandiéndose lentamente, enriqueciendo de elementos pesados el medio interestelar. Mil años más tarde tal vez veríamos algo así:

Ya conté en 2020 que los modelos astrofísicos estiman que Betelgeuse tiene todavía bastante helio en el núcleo como para durar unos 100 mil años. Pero no hay un consenso unánime sobre esto. Un trabajo más reciente ajusta un modelo de evolución de la estralla basándose en la observación de carbono, oxígeno y nitrógeno en su superficie (que es lo único que vemos), y estima que ya está fusionando carbono, y que la explosión podría ocurrir mucho antes: ¡en 10 mil años! Claro, 10 mil años también es un futuro lejano, pero lo que en realidad pone en evidencia es que hay muchos detalles que ignoramos sobre la estrella. 

¿Y si en lugar de 10 mil son 100 años? ¿Y si son 10? Un trabajo aún más reciente (de la semana pasada; tuve que agregarlo en esta nota que ya estaba escrita), basado en un análisis de las oscilaciones de brillo, estima que Betelgeuse podría estar en la fase final de fusión de carbono, ya agotado el helio. ¡Incluso ya casi sin nada de carbono! La última frase del artículo da escalofríos: «a core-collapse leading to a supernova explosion is expected in a few tens years.» ¡Los fotones de la explosión ya podrían estar viajando hacia nosotros, ya que les lleva 800 años atravesar el breve abismo que nos separa! ¡Aaaaaahhhhhh! Miren, vean:

Y esta semana se publicó una notita refutando estos resultados (facepalm). Evidentemente, aunque sabemos mucho sobre los mecanismos que determinan la vida de las estrellas, hay muchas cosas que dependen de detalles que son muy difíciles de observar desde lejos. Esto da una incerteza que parece enorme, comparada con la vida humana, aunque sea pequeña en la escala cósmica. En todo caso, cuando explote, espero que no sea entre mayo y agosto (son los huecos en la curva de luz de arriba, cuando Orión está de día en el cielo). Crucemos los dedos.

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El paper que reevalúa cuánto tiempo le queda a Betelgeuse es: Tiayin et al., Stellar models of Betelgeuse constrained using observed surface conditions (2022). 

El nuevo es: Saio et al., The evolutionary stage of Betelgeuse inferred from its pulsation periods (2023). De allí adapté el gráfico de la abundancia elemental vs el momento de la explosión. Notar que el eje horizontal es logarítmico. 

La refutación de Saio es: Molnár et al., Comment on the feasibility of carbon burning in Betelgeuse (2023).

La imagen que usé para la SN Betelgeuse es realmente una foto de Betelgeuse, superpuesta a una foto mía de Orión sobre el bosque patagónico. Pero le cambié el color, revisando lo que se explica en de Jaeger et al., Observed Type II supernova colours from the Carnegie Supernova Project-I (2017). Unos 30 días después de la explosión, el índice de color B-V es aproximadamente 0.7, que es el efecto que traté de producir. Dos meses tras la explosión es bastante más roja, B-V = 1, y así por el estilo.

La imagen que usé para el residuo de supernova es de la Nebulosa del Cangrejo, producto de la supernova de 1054, que está 10 veces más lejos que Betelgeuse. Veríamos una especie de supercangrejo. Una centolla.

Si quieren seguir diariamente el brillo de Betelgeuse, hay un bot en Twitter: @Betelbot. Igual, es posible que nos enteremos el día antes por un aluvión de neutrinos. (Ver el Supernova Early Warning System.)

Ah: se pronuncia Betelgeuse, no se vuelvan locos.

Las supernovas duran todo el verano

Del hemisferio norte. Porque la estrella que explotó el 19 de mayo en la galaxia M101, a sólo 21 millones de años luz de nosotros, está en la cola de la Osa Mayor, invisible desde Bariloche y de buena parte del hemisferio sur. En esta época plena de telescopios robot, SN2023ixf fue detectada por un señor: Koichi Itagaki, un dedicado aficionado que ya ha embolsado un centenar de descubrimientos:

Con luna nueva, y siendo M101 una galaxia tan fotogénica, muchísimos astrónomos profesionales y aficionados del hemisferio norte la están observando detenidamente. Incluso hay gente que tenía fotografiada la galaxia unos días antes, sin la supernova, como el caso de Paul Macklin:

Además, por supuesto, hubo gente que tenía fotografiada la explosión ¡y todavía no había revisado las fotos! Estos "prescubrimientos" son comunes en astronomía, y en este caso van a permitir estudiar el desarrollo de la explosión desde los instantes iniciales. Tal como rápidamente hicieron, por ejemplo, en este análisis que identifica el momento de la explosión un día antes, por ahora con precisión de una hora:

Estas explosiones tardan semanas en alcanzar el máximo de brillo, así que algunos aficionados la están fotografiando todos los días:

En la AAVSO podemos seguir en tiempo real las mediciones de brillo, que van construyendo una curva que empieza a aplanarse:

Están graficadas las observaciones visuales (círculos blancos) y las tomadas a través de filtros rojo, verde y azul. Se nota que a medida que pasan los días el rojo va superando a los otros colores, indicando que la supernova se va enrojeciendo. ¡Qué lindo! Incluso parece que en verde y azul ya hubiera llegado al máximo. Lo sabremos mejor con una semanita más de observaciones.

Se ve en las fotos que la supernova está en uno de los brazos de la galaxia espiral, muy cerca de una de las grandes regiones de formación estelar: típico de la explosión al final de la vida de una estrella masiva de vida corta. Efectivamente, un espectro obtenido inmediatamente certificó que se trata de una supernova de tipo II ("tipo dos"). ¿Será posible saber cómo era la estrella que explotó? ¡Tomar lo que sigue con pinzas!

Las líneas de hidrógeno en espectros de la primera semana la clasifican en el subtipo IIn, supernovas en las que la explosión impacta contra una densa atmósfera emitida tiempo atrás en forma de viento estelar. Esto podría indicar que la que explotó es una estrella muy masiva, una Wolf-Rayet o Variable Luminosa Azul como las que comentamos el año pasado. 

(En la evolución de los espectros también se ve el enrojecimiento que señalamos arriba.)

Pero, por otro lado, ya se ha identificado en imágenes de archivo del Telescopio Hubble, la posible progenitora. Y no sería una LBV. Se trataría de una supergigante roja de 12 masas solares y 30 millones de años de edad:

La identificación es aproximada, e incluso la mancha roja podría contener más de una estrella (se ve asimétrica). ¡O en una de esas es la azul que está al lado! Ya veremos en unos meses, cuando se apague la supernova y podamos ver lo que quedó.

Si están en el hemisferio norte (o suficientemente al norte en el hemisferio sur), traten de observar esta supernova, particularmente cercana. Incluso con binoculares debería ser posible verla en estos días. Y seguirá brillando todo el verano, enfriándose lentamente hasta desaparecer y dejar, tras de sí, un residuo radiactivo de elementos pesados del que formarán nuevos mundos y substancias complejas en el futuro.  Seguramente habrá cosas interesantes para comentar a lo largo del próximo año.

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Las imágenes son de las fuentes señaladas.

La identificación de la progenitora es de Pledger & Shara, Possible detection of the progenitor of the Type II supernova SN2023ixf (2023). Allí muestran esta imagen (negativo) de tres filtros:

El circulito indica la supergigante roja (extremadamente roja, no se ve nada en los filtros 435 y 555 nm), y el cuadradito la posición de la supernova. Yo combiné las tres imágenes en tres canales RGB, la agrandé, positivé y acomodé a manopla el fondo, para hacer la imagen que mostré arriba. Tomarla cum grano salis.

El título hace referencia al cuento Los superjuguetes duran todo el verano, de Brian Aldiss, que conocí leído por Hugo Guerrero Marthineitz en Radio Continental. Es la historia que Spielberg adaptó en Inteligencia Artificial.

Territorio Tarántula

Estoy verde.
Charly García

Durante unos días en la tórrida Buenos Aires volví a procesar unas viejas fotos de la Nebulosa Tarántula (que figuró anónimamente la semana pasada), y aproveché para sorprenderme una vez más con esta maravilla del cielo austral. 

La Tarántula está a 165 mil años luz, en la vecina galaxia Nube Mayor de Magallanes. A diferencia de lo que digo cada vez que muestro fotos de otra galaxia, en este caso la mayoría de las estrellas que vemos aquí no están en nuestra galaxia. 

Como se ve, se trata de una compleja maraña de nebulosidad y cúmulos estelares. Es una región de intensa formación de nuevas estrellas, la más grande del universo cercano. Tiene de todo: desde el gas a partir del cual nacen las estrellas, pasando por estrellas en todas las etapas de sus vidas, hasta supernovas, sus restos y agujeros negros de masa estelar. A su distancia, mi foto abarca casi 3000 años luz de ancho. Si estuviera a la misma distancia que la bien conocida Gran Nebulosa de Orión, la Tarántula sería tan brillante que haría sombras en el suelo, y ocuparía en el cielo un tamaño mayor que una mano abierta. Es un objeto tan extraordinario que vale la pena repasar algunos detalles. He aquí una versión anotada con los chirimbolos que comentaré a continuación:

Para empezar, ¿por qué es verde? Es una región de formación estelar, y más de una vez hemos dicho que el ultravioleta de las estrellas jóvenes hace fluorescer el hidrógeno de la nebulosa de la cual nacieron con un color rojo característico, correspondiente a una específica transición electrónica (H-alfa) del hidrógeno, su principal componente. En este caso, la radiación es tan intensa que otras transiciones atómicas abruman el rojo: la H-beta, de 486 nm y color celeste, y las transiciones prohibidas del oxígeno doblemente ionizado (llamado OIII en notación espectroscópica): 500 y 496 nm, ambas verdecitas. El color verde de la Tarántula es evidente cuando uno la observa en un buen telescopio.

La región central y más brillante está designada NGC 2070. Las características de esta región son extraordinarias en el universo actual (el que vemos cerca nuestro), y es sólo comparable a regiones de starburst observadas en épocas más jóvenes del universo (a redshift grande, donde "grande" es 1). 

En el corazón de la Tarántula se encuentra el principal responsable de su brillo: el cúmulo R136. Son tantas estrellas, unas 100 mil, tan apretadas, que durante mucho tiempo se las veía como una sola estrella monstruosa miles de veces más pesada que el Sol. Era imposible, por supuesto, y los grandes telescopios modernos finalmente revelaron que era un gran cúmulo de estrellas extremadamente jóvenes (unos 1-2 millones de años), muchas de ellas gigantescas. La Tarántula tiene unas 50 estrellas 1 millón de veces más luminosas que el Sol, mientras que la región más grande de formación estelar de la Vía Láctea tiene... ¡cinco! Para hacerse una idea, es como si entre acá y Alfa Centauri hubiera miles de estrellas, cada una miles de veces más brillante que el Sol. Así lo ven los telescopios del Observatorio Europeo Austral:

Algunas de las estrellas de R136 son increíbles. Hasta no hace mucho se creía que las estrellas no podían ser más pesadas que unas 150 masas solares (basado en el estudio del cúmulo Arches en el centro de la Vía Láctea, y consideraciones teóricas). La razón es que la violencia de la radiación producida por estrellas tan grandes simplemente vence la gravedad y destroza la estrella. En R136, sin embargo, hay numerosas estrellas mucho más pesadas, de hasta 300 masas solares inicialmente. Cómo se las arreglan para disipar la radiación que producen es un campo de activa investigación actual. Parece que mucha convectividad permite disipar la radiación sin frenar el crecimiento. R136a1 es la mayor de todas, actualmente con 265 masas solares, y una masa inicial de 320. Su temperatura superficial es de 40 mil grados, y brilla con la ferocidad de 5 millones de soles. Ella solita irradia la Tarantula con 50 veces más potencia que todo el cúmulo que existe dentro de la Nebulosa de Orión. Es una estrella Wolf-Rayet, de las que comenté bastante el año pasado. Es posible que sea binaria, pero para satisfacer el límite de 150 masas solares cada una, deberían ser casi iguales, lo cual está descartado por otras propiedades (la ausencia de un choque de vientos estelares intensos, por ejemplo). 

Este es un diagrama luminosidad-temperatura hecho con varios surveys de la Tarántula. Observen la cantidad de estrellas de más de 40 masas solares, y hasta más de 200. Muchas de ellas (sobre todo las más pesadas) son todavía jóvenes, sin haberse movido hacia la derecha siguiendo las líneas de evolución marcadas para cada masa.

En el diagrama se ve que también hay estrellas maduras, que sí se han movido a la derecha (siguiendo las líneas de 10 a 25 masas solares). Es que la formación estelar en la Tarántula comenzó hace unos 20-30 millones de años, que es la edad de otro cúmulo grande que vemos cerca de R136, llamado Hodge 301. Aquí ya 40 estrellas han explotado como supernovas, mientras que en R136, ninguna. 

A la izquierda de la cavidad que aloja a R136 marqué otra estrella notable, R145. Es una binaria de Oes, ambas Wolf-Rayet, ambas de más de 50 masas solares (100 iniciales), ambas de más de 2 millones de veces la luminosidad del Sol. Y un poco más arriba encontramos R144, una binaria espectroscopica, también ambas WR, con una luminosidad combinada de 6 millones de veces la del Sol. Sus masas están en el rango 90-170 y 95-205 para la primaria y la secundaria, respectivamente (iniciales 260 y 175). Tiene un movimiento propio que parece indicar que fue eyectada de R136. En estos cúmulos densos ocurren interacciones ("choques") estelares que son inusuales en la inmensa mayoría del espacio galáctico. 

También marqué la estrella VFTS 102 (mucho menos brillante en la foto). Es una estrella O que rota extraordinariamente rápido, tal vez la máz rápida conocida. En su ecuador la velocidad es de 610 km/s (¡son 2 millones de km/h!). Como consecuencia de esto debe estar muy achatada, con un disco de plasma escapando justo en el ecuador. Una cosa así:

Otra estrella que marqué es BI 264 (arriba, en la imagen completa). Está rodeada de una nebulosidad en forma de V que me llamó la atención. Está catalogada como una estrella muy evolucionada, de las que también hemos hablado: una estrella de la rama gigante asintótica. La nebulosidad es seguramente su propia atmósfera eyectada hace algunos miles de años, que pronto se convertirá en una nebulosa planetaria cuando su núcleo quede desnudo, formando una enana blanca. En este recortecito superprocesé un círculo alrededor de la estrella para destacar la nubecita.

Otra estrella interesante es VFTS 243. Así de inocente como parece, es una monstruosa estrella clase O a 36000 K, que a su alrededor tiene un agujero negro de 10 masas solares. Es el único agujero negro "silencioso" que se conoce (que no emite rayos X como Cygnus X1, ponele). En un par de millones de años más la estrella O también producirá un agujero negro, y el par resultante radiará ondas gravitatorias durante unos miles de millones de años hasta fusionarse. Los detectores de ondas gravitacionales ya han observado un centenar de fusiones de este tipo, por lo cual la comprensión de la dinámica por la que se forman es particularmente interesante. Más aún, este sistema tiene evidencia (que los astrónomos llaman no-kick) de que el agujero negro se formó por implosión directa, ¡sin que la progenitora explotara como supernova! Aunque deben ser muy abundantes, estos sistemas son difíciles de detectar, y éste es el único identificado sin lugar a dudas. En un futuro cercano muchos sistemas como éste deberían permitir afinar los modelos evolutivos que producen estos fenómenos. 

También están marcados en mi foto dos cúmulos más periféricos: NGC 2100 y KMHK 1137. Tienen características de cúmulos globulares, a pesar de haber nacido de la Tarántula. R136 también, parece en camino a convertirse en un cúmulo globular. Lo cual es un poco misterioso, porque también se sospecha que muchos globulares son núcleos de galaxias fagocitadas por la galaxia principal. A lo mejor hay dos tipos de cúmulos globulares. No sé.

Para terminar, marqué la posición de la supernova SN 1987A, la única supernova visible a simple vista en tiempos recientes. Yo la vi, brillando como una estrella de tercera magnitud en la periferia de la Nube Mayor, una cosa extraordinaria. Donde explotó la estrella los grandes telescopios han visto evolucionar una nebulosa notable, en forma de "collar de perlas", que se "encendió" algunos meses después de la explosión, cuando el material preexistente fue alcanzado por la radiación. Así lo vio el Telescopio Espacial Hubble:

Este anillo es de color rojo, y es bastante fácil de localizar su posición en relación a estrellas vecinas, gracias a esta foto del Hubble:

También la pude localizar registrando mi imagen en Cartes du Ciel (usando el servicio de astrometría on line):

Hace años, cuando procesé por primera vez estas fotos, no pude localizar la SNR 1987A. Pero ahora no tengo dudas, ahí está. En la posición correcta, y con el colorcito rosado correcto (calibré los colores con Regim, que lo hace muy bien). Mi foto está bastante mal enfocada (algunas estrellas se ven triangulares, pero eso es otra cosa, llamada coma). Así que ahora tengo ganas de rehacerla con más cuidado, para poder registrar bien este resto de supernova que literalmente vi nacer.

Este recorrido por una región tan luminosa del cielo me hizo parecer templada la tórrida Buenos Aires.

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Recomiendo el review: Crowther, Massive stars in the Tarantula Nebula: A Rosetta Stone for Extragalactic Supergiant HII Regions, Galaxies (2019). Disponible en arXiv:1911.02047v2. De allí tomé la foto que hace zoom en R136 (ESO/P. Crowther/C.J. Evans) y el diagrama HR. Material menos técnico está en R136a1 FAQ, y en Stars just got bigger.

El paper sobre el agujero negro es: Shenar et al., An X-ray-quiet black hole born with a negligible kick in a massive binary within the Large Magellanic Cloud, Nature Astronomy 6:1085–1092 (2022) (preprint: arXiv:2207.07675).

La ilustración de la estrella de rotación rápida VFTS 102 es de ESA/Hubble. La de la estrella azul con el agujero negro es de ESO/L. Calçada. Las fotos del anillo alrededor de SN 1987A son también del Hubble: NASA/ESA/STScI.

Las demás imágenes son mías. La foto de la Tarántula es una exposición múltiple de 28 minutos a F/6.3, combinada con una exposición única de 14 s para el cúmulo R136.