El agujero de NGC 7213

Cuando observé el transitorio misterioso en NGC 7213, que conté hace poco, busqué toda la información que pude sobre la galaxia. Entre la masa de papers que leí en diagonal encontré algo rarísimo:

¿Qué? Eso: los autores dicen que en el centro de algunas galaxias activas (galaxias cuyos núcleos son compactos e inusualmente luminosos) podría haber agujeros de gusano. La interpretación estándar de los núcleos de las galaxias activas es que alojan agujeros negros supermasivos (con masas millones de veces mayores que las estrellas), cuya interacción con la materia que orbita a su alrededor produce la radiación inusual. Hemos hablado aquí de un tipo de estos, los quasars (por favor, digan cuéisar, no cuásar). Incluso les mostré que con mi telescopio de 20 cm, desde el centro de Bariloche, es posible fotografiar el chorro de materia y energía que surge de uno de los más famosos, el que se encuentra en el centro de la galaxia M87 en Virgo. 

Resulta que una cantidad de astrofísicos (mayormente rusos) viene diciendo que, en lugar de agujeros negros, podría haber agujeros de gusano en el núcleo de estas galaxias. Piotrovich y sus colegas analizan las consecuencias físicas de esto, en particular para diferenciarlos de los agujeros negros supermasivos. Y concluyen con una lista de posibles galaxias candidatas, basados precisamente en características de la radiación que emiten, específicamente en la eficiencia para emitirla, que parece exceder la máxima posible para agujeros negros normales en rotación. ¡Y una de las galaxias candidatas es nada menos que mi amiga NGC 7213! 

¿Será posible? Tanto los agujeros negros como los agujeros de gusano son geometrías posibles, en el sentido de que son soluciones de las ecuaciones de la Relatividad General. La solución que hoy llamamos agujero negro fue descubierta rápidamente, en 1916. Existe amplia evidencia observacional de que realmente existen como objetos en nuestro universo. Sobre los agujeros de gusano se sabe mucho menos. Popularmente se los visualiza conectando regiones lejanas del universo (como en la película Interestelar), pero hay que recordar que esos "puentes" son en realidad en un espacio-tiempo 4D. Se creía que no podían ser objetos estables, pero recientemente se han descripto posibles agujeros de gusano estables, y hasta atravesables, sin necesidad de apelar a formas extrañas de la materia (de las que no tenemos ninguna evidencia que existan). Nuestro amigo Juan Martín Maldacena, sin ir más lejos, ha discutido este tipo de agujeros de gusano recientemente. Pero sobre estos contaré más en otro momento.

La verdad que no estoy en condiciones de juzgar si estas hipótesis son disparatadas o si tienen alguna verosimilitud. Los trabajos están publicados en revistas respetables, pero no sé. En todo caso, me resultó fascinante haber estado mirando directamente, tal vez, quizás, en una de esas, a la garganta de un agujero de gusano. Guau.

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Algunos papers relevantes son:

Piotrovich et al., Possible wormhole candidates in active galactic nuclei, Universe 6:120 (2020). 

Kardashev et al., Astrophysics of wormholes, International Journal of Modern Physics D 16:909–926 (2007).

Tripathi et al., Search for traversable wormholes in active galactic nuclei using x-ray data, Physical Review D 101:064030 (2020).

La foto de alta resolución de NGC 7213 es del Carnegie-Irvine Galaxy Survey. Las otras fotos son mías, qué embromar.

Las aguas de Clavius

El cráter Clavius es uno de los más grandes de la Luna. Su pared exterior escalonada encierra una planicie marcada por muchísimos cráteres menores, entre los cuales se encuentran cinco principales, formando un arco de mayor a menor. Es un lugar bien conocido por los aficionados a la observación de la Luna, y también por los aficionados a la ciencia ficción, ya que en Clavius está la base lunar de 2001 A Space Odyssey. En esta foto lo vemos hacia la izquierda, a mitad de camino entre el otro cráter notable, Tycho, y el borde de la Luna (versión anotada más abajo). 

Hace un año Clavius estuvo en las noticias porque la NASA anunció, con bombos y platillos, que habían descubierto la existencia de agua, por primera vez en la superficie iluminada de la Luna (ya se había detectado agua en el fondo de cráteres polares que están siempre en sombras). En medio de la nueva carrera hacia la Luna, me dio la impresión de que el anuncio alentó la expectativa de que haya agua disponible para las futuras bases lunares, lo cual sería un golazo. La nota de prensa decía "El agua es un recurso precioso en el espacio profundo y un ingrediente clave de la vida tal como la conocemos". El descubrimiento, sin embargo, deja mucho que desear desde ese punto de vista. 

Las observaciones se hicieron con un instrumento notable: SOFIA. Es un Boeing 747 que tiene una gran ventana abierta en un costado, donde se asoma un enorme telescopio infrarrojo de 2.5 m de diámetro. Las observaciones se hacen a 14 km de altura,  40% más alto que un vuelo normal, para estar por encima de la parte húmeda de la atmósfera que absorbe el infrarrojo. ¡Con la ventana abierta, todas las vibraciones propias del vuelo, y los astrónomos a bordo! Es de locos, busquen videos en YouTube para verlo. SOFIA observó una franja de tierras australes que cruza Clavius, como se ve en la siguiente imagen. El panel derecho está coloreado con un mapa de composición mineralógica de Clementine, y muestra que la observación cruza las bandas de material eyectado por la formación de Tycho (que aparece cerca del borde superior.)

En realidad, lo que SOFIA observó es un espectro compatible con la existencia de minerales hidratados. Es decir, que el agua se encontraría en forma de moléculas individuales metidas dentro de la estructura microscópica de las rocas. ¿Cuánta agua? La intensidad de las bandas infrarrojas observadas les permite calcular unos 200 microgramos por gramo, es decir del orden de partes por millón. Además de poquita, es agua muy difícil de usar: habría que procesar varias (¿5?) toneladas de roca para extraer (ni sé cómo) un litro de agua líquida. La verdad que, desde el punto de vista de su posible uso por los astronautas, es más bien inútil. La nota de prensa de la NASA también lo decía: "que el agua detectada por SOFIA sea fácilmente accesible para ser usada como recurso queda por determinarse", pero con el sensacionalismo de la noticia, esa parte ¿quién la leyó?

En contraste con estos minerales hidratados, hay razonable evidencia de que, en el fondo de los cráteres polares, hay grandes glaciares de agua pura, que sí serán un recurso valioso para las bases lunares que se vienen en pocos años. El robot VIPER, dentro de un par de años, irá a explorar precisamente esto. En la serie distópica For all mankind se muestra su explotación en una interesante línea temporal alternativa, con muy buena ciencia y muy buena ficción.

Clavius es un cráter muy antiguo, de un período llamado Nectariano, hace 4000 millones de años, y está relativamente bien conservado para su antigüedad. Casi del mismo tamaño es Deslandres, también cerca de Tycho pero hacia el norte, en el borde del mare Nubium. Deslandres, en contraste con Clavius, es casi imposible de identificar, de tan erosionado que está. El único cráter más grande que Clavius en la cara visible de la Luna es Bailly, y está tan en el borde que también es muy difícil de ver. Contar los cráteres visibles en el piso plano de Clavius es una buena manera de estimar la calidad de la observación (instrumento/seeing/ojo). El mejor momento para observarlo es el día después del cuarto creciente, o antes del menguante (por ejemplo, en la segunda mitad de esta semana).

 

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El paper es: Honnibal et al., Molecular water detected on the sunlit Moon by SOFIA, Nature Astronomy 5:121-127 (2021). La segunda imagen es de allí. La primera es una foto mía. La figura final está hecha con Virtual Moon Atlas, el mejor amigo del lunático.

Tránsito de Venus 1882

Los tránsitos de Venus delante del Sol son los más raros de los eclipses. Sólo Mercurio y Venus, cuyas órbitas son interiores a la de la Tierra, pueden pasar entre la Tierra y el Sol. Mercurio lo hace cada 7 años más o menos. Venus, en cambio, lo hace sólo cada 125 años, en dos ocasiones separadas por 8 años. Hace poco conté sobre el tránsito de 1874, cuando Jules Janssen inventó una máquina para tomar fotografías en secuencia. Los resultados no fueron valiosos astronómicamente pero sí culturalmente, ya que acabó produciendo la película cinematográfica más antigua (registrada en la Internet Movie Data Base). Ocho años después, en 1882, ocurrió el segundo tránsito del siglo XIX, que fue el primero fotografiado con éxito. Cuando estaba preparando la nota sobre Janssen me encontré con un paper que rescataba las fotos y las mostraba en forma de película. Aquí está, reanimado, un evento que ninguna persona viva ha visto:

Son 141 placas tomadas en el Observatorio Lick, en Monte Hamilton, California, redescubiertas no hace mucho. David Todd, astrónomo de Amherst College en Massachusetts, fue convocado para observar desde Monte Hamilton, a 5000 km de su casa. Aceptó encantado, aunque el observatorio estaba recién construido, apenas equipado y sin personal. Había un telescopio de 12 pulgadas, uno de 4.1, y un fotoheliógrafo, instrumento ideal para el evento. ¿Lograrían resolver con las fotos las dificultades históricas, arrastradas desde siglos, de observar exactamente los tiempos de contacto del tránsito, y así determinar la unidad astronómica como había propuesto Halley? El viaje de Todd debe haber sido toda una aventura. En esta foto parece un personaje de un western, ¿no?

El fotoheliógrafo era un telescopio de tubo horizontal, con un espejo en un extremo que desviaba la luz solar de manera constante y automática (un helióstato). Era uno de 9 instrumentos idénticos construidos a propósito para el tránsito, para compatibilizar lo mejor posible las observaciones de las expediciones americanas. En esta foto hecha algunos años después se ven el tubo y la caseta fotográfica del instrumento. El gran domo detrás alberga un telescopio de 91 cm (que no estaba en 1882), uno de los refactores más grandes jamás construidos.

Cuando el Sol salió en Mt. Hamilton el tránsito ya estaba en curso, y por eso en la película no vemos los primeros dos contactos. Los tiempos exactos de exposición fueron registrados automáticamente por un mecanismo eléctrico acoplado al obturador, y también a mano por las esposas de algunos astrónomos. Se hicieron dos copias de las 147 placas expuestas. Una fue enviada a las oficinas de Lick en San Francisco y la otra a Amherst. A pesar de tantos cuidados, un siglo y medio después todos estos registros están perdidos, pero los negativos originales fueron descubiertos en Mt. Hamilton recientemente. Sólo 11 placas adicionales se conservan de las otras ocho expediciones. 

No está del todo claro si los esfuerzos de los americanos cumplieron con el objetivo buscado de determinar la unidad astronómica. Todd se desinteresó del asunto, tal vez porque cuando regresó a Amherst se encontró con que su esposa Mabel se había convertido en amante de su vecino Austin Dickinson, hermano de la poeta Emily Dickinson (de quien acabaría siendo su primera editora). William Harkness, director del Observatorio Naval y del Almanaque Náutico, se pasó 20 años reduciendo los datos (que es como los astrónomos llaman a analizarlos). Su resultado jamás alcanzó la precisión deseada, pero ya no tenía mayor importancia. El descubrimiento de los asteroides cercanos a la Tierra (Eros, en particular) proveyó un método más fácil y mejor para determinar la constante astronómica fundamental. Y ya en el siglo XX (que no tuvo ningún tránsito de Venus) el radar permitió medir directamente la distancia a Venus y calcular la unidad astronómica mejor todavía. La mejor medición que tenemos hoy en día, curiosamente, fue obtenida con tránsitos de Mercurio.

Quise hacer mi propia película del tránsito de 2012, pero me dio bastante trabajo alinear las imágenes, ya que fueron tomadas con un trípode común de fotografía. No sé si alguna vez terminaré de hacerlo. Así que repito una vez más esta secuencia del ingreso de la silueta del planeta, que me gusta tanto. 

Una cosita más. En el año 1879, James Clerk Maxwell le mandó una carta a Todd, preguntándole si le parecía que la observación de los eclipses de las lunas de Júpiter era suficientemente precisa para detectar el movimiento de la Tierra a través del éter, comentando acerca de la imposibilidad de hacerlo con mediciones terrestres. La carta llegó a conocimiento de un colega de Todd, Albert Michelson, que ya había inventado un dispositivo para medir la velocidad de la luz con enorme precisión, demostrando de paso la inexistencia del éter y pavimentando el camino para la teoría de la Relatividad. Michelson también había vivido su propia aventura Western, y por eso aparece en un episodio de Bonanza, como hemos contado. 

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El paper es:

A Misch and W Sheehan, A movie of the 1882 Transit of Venus assembled from plates taken at Lick Observatory by David P. Todd, The Journal of Astronomical Data 10:4 (2004). Agradezco al editor, Christiaan Sterken, quien me dio acceso a la película y muchas fotos, cuyos links estaban rotos en la página web de la revista.

A pesar de que los autores dicen que no existen fotos del tránsito de 1874, recientemente encontré una. No es de Janssen, sino de la expedición mexicana a Yokohama: C Allen, The Mexican expedition to observe the 8 December 1874 transit of Venus in Japan, Proceedings IAU Colloquium No. 196 (2004). Dicen allí que obtuvieron 14 fotos, a modo de prueba del equipo fotográfico, y muestran una, bastante mala.

Pretty pictures

Pasando el plumero al archivo de fotos me encontré con tres que hice a manera de prueba con el pequeño Orion ST80, un refractor acromático de 80 mm (F/5), que normalmente uso como telescopio de guiado. Las voy a compartir aquí, aunque no sean nada del otro mundo, porque son lindas fotos y ponen en evidencia las posibilidades y ciertas limitaciones de un refractor bastante bueno.

Primero lo primero: la Gran Nebulosa de Carina. A falta de guiado, tuve que hacer exposiciones cortas: son 103 de 7 segundos, unos 12 minutos en total. No está mal, pero la aberración cromática en las estrellas azules es bastante fea.

Esta foto mide unos 3 grados de ancho, como 6 lunas: se aprecia el enorme tamaño de la nebulosa en el cielo, algo que con el SCT de 20 cm no alcanzo a fotografiar. La nebulosa está cruzada por dos grandes brechas oscuras que forman una V, fácilmente visible a simple vista en el telescopio. No son regiones faltas de nebulosidad, sino nubes oscuras y frías, de gas pero también de lo que los astrónomos llaman polvo, y que es más bien un humo: granos submicrométricos de moléculas di- o triatómicas, o incluso más complejas. En el interior de estas nubes, y a partir de su material, se forman nuevas estrellas y sus planetas. Hay otras nubes oscuras de formas caprichosas dispersas en el gas brillante de la nebulosa. La más llamativa es la que tiene forma de ojo de cerradura, dentro de la V. A su alrededor está la parte más brillante de la nebulosa, cuyo gas está excitado por varios cúmulos de estrellas jóvenes muy energéticas. Entre ellas se destaca, a la izquierda de la Cerradura, la famosa Eta Carinae, una de las estrellas más notables del universo, envuelta en su propia nebulosa. Es una estrella naranja, pero la aberración cromática la hace aparecer azul en la foto. 

Todos los aficionados saben que la Gran Nebulosa de Carina está rodeada por cuatro grandes cúmulos, que están entre las joyas del cielo austral: Theta Carinae, enorme por su proximidad, NGC 3114, NGC 3532 ("soberbio" lo llama Burham), y el pequeño pero encantador NGC 3293. Esa noche, después de la nebulosa, le tocó el turno a NGC 3532, a veces llamado el Pozo de los Deseos:

Son 7 exposiciones de 7 segundos. El efecto de difracción en las estrellas brillantes está agregado en postproducción, como para probar. La más brillante (arriba y a la derecha del cúmulo) es x Carinae, una cefeida clásica de cuarta magnitud (V382 Car). Es también una estrella extraordinaria: una rara hipergigante amarilla, tan luminosa que es la estrella más lejana que vemos a simple vista. Ya hemos escrito sobre ella, pero corresponde actualizar su distancia. Hace un par de años reportamos que de acuerdo a la segunda edición de datos de Gaia estaba a 6597 años luz. Resulta que según la tercera edición, la distancia es más bien de 14946 años luz. ¡A la pipeta! Es el doble de la distancia a Eta Carinae. Vamos a revisar estas cosas, en algún momento. El cúmulo está a unos 1500 años luz.

Para terminar nos movemos hacia la Cruz del Sur, y aprovechamos el gran campo visual del ST80 para meter en la misma foto a la estrella Mimosa y el encantador cúmulo Joyero, ambos habitués del blog:

Cerquita de Mimosa (Beta Crucis) vemos la también notable DY Crucis, el Rubí de la Cruz, la estrella más roja del cielo. Está cerquita, justo arriba de Mimosa.

El ST80 es un telescopio muy lindo para observar, y también funciona fenómeno como telescopio guía. Para fotografía, como se ve, tiene bastante aberración cromática. Es el telescopio que usé para fotografiar el eclipse solar del 2019, pero lo reemplacé por una lente de fotografía un poco más corta pero menos aberrante, para el eclipse de 2020.

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Si se ponen a buscar datos sobre x Carinae, no la confundan con X Carinae, que es otra estrella, mucho más cercana. Es mejor usar sus sinónimos: V382 Car o HD 96918. La nomenclatura estelar es medio de locos.

Las fotos son mías, y las puse en resolución completa para quien quiera descargarlas y revisarlas en detalle.