Archivo de la categoría: Astronomía y espacio

Los sonidos del espacio

El espacio vacío entre planetas y estrellas no permite que el más mínimo sonido se propague de un cuerpo a otro. Ahora bien, como muchos radioaficionados saben las ondas capturadas por una radio convencional capturan también diferentes fuentes de ruido dependiendo del estado de la atmósfera. Algunos de estos ruidos proceden en realidad del espacio anterior y su descubrimiento constituye uno de los muchos fascinantes capítulos de la historia de la astronomía.

El nacimiento de la radioastronomía

En los años 30 las comunicaciones por radio estaban extendiéndose a lo largo del mundo entero y los laboratorios Bell, pioneros de la telefonía en Estados Unidos, estaban interesados en determinar si la comunicación trasantlántica por radio podría ser posible sin que las ondas de radio sufrieran interferencias por causas naturales. Uno de los ingenieros de la compañía, Karl Jansky recibió el encargo de investigar esta delicada cuestión. Se sabía por aquel entonces que los sonidos transmitidos por las señales de radio sufrían de interferecias y ruidos debido a la actividad eléctrica de tormentas y relámpagos. ¿Habría otras fuentes de radio que impedieran conectar por radio Europa y los Estados Unidos? Jansky descubrió que así era y que este ruido tenía un origen astronómico pues tenía un periodo de 24 horas. Afinando sus observaciones Jansky descubrió que el ruido procedía del centro de la Vía Láctea y que se intensificaba también cuando sus antenas apuntaban hacia el Sol. Había nacido la radioastronomía, pero había nacido en un mal momento. Era el año 1933 y en la américa de la Gran Depresión los laboratorios Bell decidieron no seguir pagando los costes de la investigación de Jansky. Aún así, unos años más tarde varios ingenieros construyeron sus propios radiotelescopios caseros que les permitieron fundar el campo de la radioastronomía y escuchar los sonidos del espacio.

 

Radiotelescopios_Jansky_Grote

Primeros radiotelescopios. Karl Jansky utilizó un conjunto de antenas de gran tamaño alrededor de 1930 (izquierda) con el que realizó su descubrimiento fundacional. En 1937 el ingeniero Grote Reber construyó el primer radiotelescopio capaz de determinar la dirección de las radiofuentes. Lo construyó en el jardín de su casa costeando personalmente su construcción (derecha).

Los sonidos del espacio

Si nos pudiéramos poner en el lugar de Jansky o Reber hubiéramos podido escuchar la señales de radio del Universo. El tipo de sonidos que hubiéramos podido escuchar es el siguiente (pincha en los enlaces para escuchar el audio):

  • Emisión de radio procedente del Sol. Si nuestro radiotelescopio lo fueramos orientando en la dirección del Sol podríamos escuchar algo parecido a este sonido. Comienza con la emisión de fondo de la galaxia y se intensifica después. La emisión de radio del Sol es variable y depende de la intensidad de la actividad magnética del Sol. Cuando hay grandes manchas solares, protuberancias y tormentas magnéticas las emisiones de radio del Sol se intensifican enormemente.
  • Estallidos de radio de Júpiter (tipo S). El siguiente objeto emisor de ruido de radio y de señales radioastronómicas es el planeta Júpiter, o más bien su inmenso campo magnético 5 veces más intenso que el terrestre pero extendiéndose en una inmensa magnetosfera de centenares de millones de km. Las partículas del viento solar atrapadas por el campo magnético del planeta producen una gran variedad de señales de radio.

Más señales de radio del Sistema Solar

Naturalmente se pueden capturar señales de radio en multitud de frecuencias. Si capturamos algunas emisiones de radio y “traducimos” sus frecuencias a sonidos audibles por el oído humano podemos crear sonidos fantasmagóricos llenos de estructura e información. Dos ejemplos ligados al planeta Saturno:

  • Cassini_Auroras_RPWSAuroras de Saturno capturadas por la misión Cassini. Este sonido fantasmagórico corresponde a 27 minutos de observaciones de radio por parte del instrumento RPWS en la misión Cassini. A los científicos del instrumento les gusta representar este sonido como una figura la que se muestra la intensidad y la frecuencia de la señal simultaneamente. La estructura de la imagen se corresponde a las modulaciones de frecuencias e intensidades en el audio.

 

  • WhistlerSilbidos asociados a relámpagos y el campo magnético de Saturno. A veces los relámpagos “liberan” carga en las capas altas de la ionosfera del planeta que son capturadas por el campo magnético del planeta viajando a través de las líneas de campo magnético. El esquema de la derecha representa un “whistler” terrestre pero el sonido corresponde a observaciones en radio de este fenómeno en Saturno.

 

Sonidos de estrellas pulsantes

Un tipo particularmente interesante de estrellas en radio astronomía son los púlsares. Restos de supernovas, estrellas masivas que explotaron hace tiempo y que han dejado un núcleo estelar extremadamente comprimido girando rápidamente. Cada rotación, si su alineación es correcta, podemos recibir un pulso de ondas de radio de estos púlsares. Su frecuencia oscila, algunas de estas estrellas tardan en dar una vuelta tan solo unos pocos milisegundos!

  • PulsarPúlsar B0329: Este púlsar tiene un periodo de rotación de 0.7 segundos como se puede apreciar en los pulsos de sonido en el audio.
  • Púlsar de Vela: Este púlsar, mucho más rápido tiene un periodo de rotación de solo 89 milisegundos (11 pulsos por segundo).
  • Púlsar de la nebulosa del Cangrejo: Uno de los más rápidos con un periodo de rotación de solo 33 milisegundos (30 pulsos por segundo). Su sonido parece el de una ametralladora.
  • Púlsar B1937+21. El segundo pulsar más rápido conocido. Rota sobre si mismo 642 veces por segundo!

Por supuesto, estos son solo algunos ejemplos de sonidos que podemos capturar en radio procedentes del espacio. Algunos están traducidos a frecuencias audibles por el oído humano, otros son como los escucharíamos con unos auriculares y muchos los reservamos para una próxima entrada en el blog. Sin embargo la radioastronomía permite también obtener imágenes espectaculares de estos objetos. Algunas de estas imágenes, construídas con una técnica denominada interferometría, constituyen as imágenes de mayor resolución espacial que podemos obtener del Universo. Pero de ello hablaremos en una próxima ocasión.

 
Enlaces a más sonidos:
“Sonidos” de radio del Sol.
Los sonidos del espacio de Don Gurnett .
The Sounds of Pulsars.
The Sound of the Big Bang.
 

El cielo profundo

La observación del cielo nocturno desde un lugar alejado de la gran ciudad, con un cielo desprovisto de contaminación lumínica, en una noche tranquila de cielo despjado, en una noche sin Luna o donde está esté cerca de estar en su fase de luna nueva, muestra un par de miles de estrellas estrellas observables por el ojo entrenado del aficionado a la astronomía. Con un pequeño telescopio o incluso con unos binoculares el número de estrellas visible se dispara pero empiezan a surgir también objetos ténues, difusos casi fantasmagóricos visibles capaces de ser confundidos con nubes tenues y extremadamente fines. Se trata de nebulosas, objetos de muy diferente origen físico pero caracterizados como objetos tenues y extensos dificiles de ver por el ojo desentrenado. Entre estas nebulosas se encuentran los 100 objetos más hermosos del cielo nocturno. A estos objetos ténues los llamamos en su conjunto el cielo profundo, pues muchos de estos objetos astronómicos extensos están muy lejos de nosotros.

 

Tesoros del cielo nocturno

Algunos de estos objetos son galaxias como M31: la nebulosa de Andrómeda que aparece como una estrella tenue de luz difusa cuyo entorno brilla débilmente. Otros son regiones de formación estelar como M42: la nebulosa de Orión; lugar en el que inmensas masas de gas y de polvo se están contrayendo para dar lugar a la formación de centenares de estrellas algunas de las cuales ya están formadas e iluminan el espectáculo de su formación. Otros de estos objetos nebulosos son grupos de estrellas, centenares o centenares de miles de ellas juntas en un espacio muy pequeño formando un cúmulo globular, un auténtico satélite de nuestra propia galaxia.

El cielo profundo desde Bilbao

Objetos del cielo profundo capturados por los telescopios del Aula Espazio desde Bilbao. De izquierda a derecha y de arriba a abajo: M13, el gran cúmulo globular de la constelación de Hércules con más de 300.000 estrellas rojizas; M3, un cúmulo globular de los más impresionantes de nuestra galaxia situado en la constelación de Canes Venatici; M57, la nebulosa del anillo en la constelación de Lira mostrando los restos de las capas exteriores de una estrella central moribunda; M42, la gran nebulosa de Orión constituye la región de formación estelar activa más cercana al sistema solar y se encuentra a una distancia de tan solo 1350 años luz; M33 y M31 dos de las galaxias más cercanas a la Vía Láctea.


 

El catálogo Messier

El Catálogo Messier fue la primera lista de estos objetos “nebulares” constando de 110 objetos astronómicos recopilados por el astrónomo francés Charles Messier y publicado entre 1774 y 1781. Messier había llegado a la astronomía como un consumado dibujante capaz de dibujar los elaborados mapas celestes de la época. En efecto, era costumbre que se superpusieran en las cartas celestes y mapas de observación elaboradas recreaciones artísticas de las figuras mitológicas de las diferentes constelaciones. Poco a poco Messier fue convirtiéndose en un diestro observardor. Preparándose para la llegada del cometa Halley prevista para 1758 y cuya confirmación demostraría las leyes de gravitación de Newton Messier observaba el cielo con asiduidad. Observó para su sorpresa que había varias figuras nebulosas en puntos fijos de diferentes constelaciones que podían confundirse con cometas. En 1764 años después de la llegada del Halley al descubrir más y más de estos objetos nebulosos decidió hacer un catálogo de ellos inicialmente para evitar que otros astrónomos pudieran confundirlos con cometas. Más tarde fue incorporando también todo tipo de objetos difusos aunque no pudieran ser confundidos con cometas como las Pléyades dando un gran paso en el avance de la astronomía. El catálogo contiene físicamente muy diversos: desde restos de supernovas como M1 (la nebulosa del cangrejo), nebulosas planetarias, cúmulos de estrellas y galaxias cercanas. También contiene algunos grupos de estrellas más conocidos como M45: Las Pléyades.

En cualquier caso no es este el conjunto completo de objetos nebulosos que puede observarse. Se trata de una lista parcial de los objetos observables desde el hemisferio norte con los telescopios de finales del siglo XVIII y existen catálogos más modernos como el catálogo: NGC (New General Catalogue) con unos 7800 objetos. Las observaciones con telescopios modernos permiten explorar el origen de estos objetos tan diversos observándolos con tipos de luz a los que el ojo humano es insensible como el infrarrojo el ultravioleta mostrando la evolución de estos objetos y permitiéndonos aprender de la riqueza de la naturaleza.

Dos de los objetos más populares del catálogo: M1 (la nebulosa del cangrejo; los restos de la explosión de una supernova acaecida en 1054 y situada tan solo a 6500 años luz) y M31 (la nebulosa de Andrómeda, la galaxia gigante vecina de la Vía Láctea).

 

El cielo ultraprofundo

Observando con telescopios aun más potentes podemos recoger la luz de galaxias increíblemente distantes. La imagen inferior muestra una región del cielo casi desprovistas de estrellas. Fue elegida por ello para obtener una imagen de larguísima exposición utilizando el telescopio más preciso del mundo: El telescopio espacial Hubble. El resultado es lo que se conoce como el campo “ultraprofundo”, una pequeña muestra del “cielo ultrapofundo” que podríamos ver desde fuera de nuestra propia galaxia. Este campo visual está compuesto por miriadas de objetos brillantes cada uno de los cuales es una galaxia con literalmente decenas de miles de millones de estrellas.

Hubble Ultra deep field

El cielo ultraprofundo observado por el telescopio espacial Hubble. La ampliación de algunos detalles en la derecha muestra como cada uno de estos objetos es una galaxia lejana. La imagen izquierda es una pequeña subsección de lo que se ha llamado como El campo ultraprofundo del Hubble que pone de manifiesto la pequeñez de nuestra galaxia en el contexto del Universo observable.


Esta imagen muestra el universo juvenil con tan solo 800 millones de años y la luz de estas galaxias ha estado viajando 13.000 millones de años para alcanzarnos. La enorme cantidad de galaxias visible recuerda aquellas frases de Carl Sagan en su obra Cósmos al hablar del inmenso océano cósmico que representa el Universo y el pequeñísimo punto azul pálido que constituuye nuestro mundo.
 
Enlaces recomendados:
Lista de objetos Messier – Wikipedia
Fotografías de objetos Messier por aficionados
 
Bibilografía:
– Catálogo Messier, Jose Luis Comellas. Ed. Equipo Sirius, 1995.
 
 

Retratos estelares

Incluso los mayores telescopios del mundo tienen una capacidad limitada en cuanto a la capacidad de obtener imágenes definidas del Universo. El fenómeno de la difracción de la luz, impiden que podamos obtener imágenes del Universo con una resolución arbitrariamente grande que nos permita distinguir los detalles de objetos lejanos. Las imágenes típicas de campos de estrellas muestran estas como puntos brillantes extendidos con una luz que se difumina cubriendo varios píxeles sin que podamos obtener una imagen clara de la superficie de estas estrellas. La dificultad estriba en la enorme distancia que nos separa de las estrellas, incluso de las más cercanas. Por ejemplo si pusieramos observáramos una estrella como nuestro Sol a la distancia de las estrellas más cercanas su tamaño aparente sería comparable al que tendría una moneda de 10 céntimos de euro observada a 500 km de distancia. Sin embargo algunas estrellas son tan masivas que en efecto podemos observarlas y “retratar” su superficie.

 

Betelgeuse

Betelgeuse, la gran estrella rojiza de la constelación de Orión, también conocida como Alpha Orionis, es una de las pocas estrellas cuya estructura puede observarse a través de un telescopio. Esta estrella es una supergigante roja masiva cerca del fin de su vida. Tras agotar su combustible nuclear las estrellas masivas se expanden y se enfrían formando gigantes rojas que sobreviven unos 100.00 años expandiéndose y contrayéndose varias veces expulsando material en cada contracción. En el caso de Betelgeuse tenemos una estrella hinchada cuyo tamaño es comparable al de la órbita del planeta Júpiter alrededor del Sol (unos 700 millones de kilómetros). Además, está rodeada de una nebulosa mucho más grande aún, que se extiende hasta unas 400 veces la distancia de la Tierra al Sol. El material expulsado por Betelgeuse nutre el medio interestelar de átomos pesados producidos en el interior de la estrella mientras la estrella expulsa sus capas externas como un reptil mudando de piel. El brillo de Betelgeuse evoluciona de manera irregular y de hecho es una estrella candidata a explotar como una supernova en cualquier momento: mañana o dentro de cien mil años. Entonce, durante un periodo breve de tiempo, será tan brillante que desde la Tierra será visible con un brillo comparable al del planeta Venus. Naturalmente, su explosión no puede afectar a nuestro planeta ya que la enorme distancia que nos separa de ella (unos 600 años luz) nos protegerá del vistoso espectáculo.

Imágenes de la supergigante roja Betelgeuse.

Imágenes de la supergigante roja Betelgeuse. La imagen izquierda es la primera fotografía de esta estrella obtenida por el Telescopio Espacial Hubble en 1995. La imagen central, capturada en 2009 desde Tierra muestra una estructura diferente con penacho de material escapando de la estrella. La imagen de la derecha, de la que se ha eliminado la estrella central y que aparece reducida en escala en esta imagen, muestra una nebulosa extendida de material expulsado de Betelgeuse.

Otras comparaciones interesantes entre Betelgeuse y nuestro Sol son su masa, unas 20-30 veces la masa del Sol y su brillo, unas 150.000 veces más luminosa que nuestra estrella. Aun con esa masa, su enorme tamaño hace que Betelgeuse tenga una densidad bajísima. Si una nave espacial de una inteligencia alienígena quisiera atravesar Betelgeuse tan solo tendrían que atravesar un gas caliente a 3000ºC pero con la densidad de la atmósfera terrestre a 100 km de altura. Extendiéndose más allá de la superficie de la estrella se encuentran incontables capas de gas aun mucho más ténues y expulsadas por la presión de la radiación de la estrella alejándose de ella. En el núcleo de la estrella agotado el hidrógeno se encuentra un infierno abrasador de átomos de Carbono y Oxígeno fundiéndose entre sí proporcionando los últimos coletazos de energía a Alpha Orionis antes de que esta explote.
 

Recreación artística de Betelgeuse y el material expulsado de su fotosfera. La estrella es del tamaño de la órbita de Júpiter mientras que las capas externas de gas expulsadas alcanzarían la órbita de Neptuno. La imagen original procede del Observatorio Austral Europeo.

Recreación artística de Betelgeuse y el material expulsado de su fotosfera. La estrella es del tamaño de la órbita de Júpiter mientras que las capas externas de gas expulsadas alcanzarían la órbita de Neptuno.


 

Fotografías estelares

Entre todas las estrellas de la galaxia tan solo el Sol, Betelgeuse, Altair y R Doradus tienen un tamaño aparente lo suficientemente grande como para que puedan ser fotografiadas.

Altair en rotación

Altair en rotación

Altair en la constelación del Águila, a tan solo 17 años luz de nosotros es la más pequeña de las estrellas fotografiadas con un tamaño de unas dos veces nuestro Sol que tiene la peculiaridad de encontrarse en rapidísima rotación, tanto que su forma es alargada por el ecuador y achatada por los polos. R Doradus, una estrella tan solo visible desde el hemisferio Sur en la constelación del Dorado es la estrella que por detrás del Sol tiene un mayor tamaño aparente.
 
Enlaces:
Betelgeuse (artículo de la wikipedia).
Las llamaradas de Betelgeuse (comunicado de prensa del Observatorio Austral Europeo).
La estrella Betelgeuse, El País, 23/06/2011.
 

El festín del gigante

Agujeros negros supermasivos

La astronomía es una ciencia que provoca sentimientos de todo tipo pero especialmente asombro y sobrecogimiento. El centro de cada galaxia alberga en su interior un inmenso agujero negro supermasivo. En algunos casos, especialmente en el Universo primitivo en el que las galaxias son más pequeñas y todavía en proceso de formación, estos agujeros negros están rodeados de material que cae sobre el objeto central. Lejos de mostrarse oscuros, estos agujeros negros son muy brillantes. El material que cae se acelera por efecto de la inmensa gravedad del agujero negro hasta alcanzar velocidades cercanas a la de la luz calentándose y emitiendo enormes cantidades de radiación. De hecho los agujeros negros en galaxias activas y quásares son los objetos más luminosos del Universo y los objetos que más eficazmente convierten materia en energía.

 

Representación artística de un agujero negro

M87


 

Sgr A*: El gigante dormido

Afortunadamente la Vía Láctea es una galaxia tranquila que aunque posee un enorme agujero negro en su interior absorbe muy poca materia careciendo en la actulidad de actividad digna de mención. Podríamos decir que nuestro agujero negro galáctico es un gigante dormido. De hecho caer sobre un agujero negro no es sencillo. Todo objeto en el espacio atraído por la gravedad describe una trayectoria curva que debe conservar una cierta propiedad denominada por los físicos momento angular. La caída directa sobre un agujero negro galáctico es relativamente difícil y más bien se establecen órbitas elípticas (como las de los planetas alrededor del Sol, permanentemente atraídos por él y sin llegar a caer) que son más rápidas cerca del agujero negro y más lentas según nos alejamos de él.

En el caso de nuestra propia galaxia no hay mucho material cayendo sobre el agujero negro y tan solo podemos detectarlo porque está muy cerca de nosotros. Del centro de la galaxia proceden pequeñas emisiones de radio algunas radiaciones más energéticas. Esta región recibió el nombre de Sagitario A* (la estrella de Sagitario A, nombre que suele abreviarse como Sgr A*). Alrededor del año 2002 la búsqueda de estrellas cercanas al centro galáctico mostró de manera determinante como, las estrellas más cercanas se desplazan a gran velocidad (900 km/s) atraídas por la enorme gravedad de un objeto compacto cuya masa se determina a partir de las órbitas de estas estrellas. Se supo entonces que nuestro agujero negro galáctico tiene una masa de unos 4 millones de soles concentrada en una esfera cuyo radio es comparable a la órbita del planeta Mercurio (unos 50 millones de kilómetros). Para hacernos una idea de las escalas involucradas y del fascinante ballet acelerado de las estrellas del centro galáctico podemos observar este magnífico vídeo basado en observaciones reales de la Vía Láctea y el centro galáctico.

 

 

Alimentando el agujero negro de Sgr A*

Utilizando los grandes telescopios del VLT situado en el Observatorio Austral Europeo en Chile un grupo de investigadores liderado por el alemán Reinhard Genzel ha encontrado un objeto en trayectoria de franca colisión con el agujero negro. Se trata de una nube de gas ionizado de pequeño tamaño (unas tres veces la masa de la Tierra) posiblemente arrancada de estrellas cercanas por la gravedad y la radiación de las múltiples estrellas masivas del centro galáctico. Su trayectoria la acerca al agujero negro de la estrella de Sagitario A a una velocidad creciente que ahora es de unos 2400 km/s.

El video inferior muestra una animación, en la que se representa la trayectoria futura de esta nube de gas acercándose al agujero negro. Pronto las enormes fuerzas de marea que origina el agujero negro romperan esta nube estirándola y absorbiendo parte del material.

 

 

El gigante dormido engullirá este material en los próximos años y podremos observar su festín en directo a partir del verano del próximo año. En cierto modo podemos decir que esta nube actuará como una sonda que permitirá explorar un entorno tan increíblemente violento que desafía la imaginación. Las observaciones que se realizarán con telescopios de todo el mundo (y especialmente por satélites terrestres capaces de observar este fenómeno en rayos X) nos permitirán aprender cómo es la frontera de un agujero negro en pleno festín de materia.

Referencias

En inglés

– A gas cloud on its way towards the supermassive black hole at the Galactic Centre, S. Gillessen et al. Nature 481, 51-54 (2012).
– The final plunge, M. Morris, Nature 481, 32-3 (2012).

En español

http://www.eso.org/public/spain/news/eso1151/