¡Feliz año… terrestre!

En pocos días cerraremos el año que hemos convenido en llamar “2015”. Y comenzaremos un nuevo año en un día que convinimos que se llamaría 1 de Ianarius (por Jano, dios romano del comienzo y del fin, y que en castellano llamamos Enero). Estos nombres y números con los que denominamos a las fechas son acuerdos que hemos adoptado para tener un cierto orden social más o menos global en el mundo. Sin embargo, las razones que subyacen bajo estos conceptos son netamente astronómicas.

Y es que nuestro planeta, la Tierra, tarda 365 días en dar una vuelta alrededor del Sol. De hecho, tarda exactamente 365,25 días. Por ese 0,25 de más, introducimos un día extra cada cuatro años (los años bisiestos). Además, sin quererlo, hemos introducido otra definición basada en un hecho astronómico, el concepto de “día”. La duración del día es el tiempo que tarda la Tierra en dar una vuelta alrededor de sí misma. Y a eso, de nuevo por conveniencia, hemos decidido llamarlo día. La subdivisión en 24 “partes” (a las que conocemos como horas), proviene del antiguo Egipto, donde los relojes solares dividían el día en 10 sectores a los cuáles sumaban uno antes (para el amanecer) y otro después (para el atardecer). De forma similar, empleaban ciertas estrellas para medir las 12 horas correspondientes a la noche.

Reloj solar encontrado en el Valle de los Reyes en 2012 que pertenece al siglo XIII antes de nuestra era. El hallazgo lo realizó un equipo de egiptólogos de la Universidad de Basilea dirigido por Profesora Susanne Bickel.

Reloj solar encontrado en el Valle de los Reyes en 2012 que pertenece al siglo XIII antes de nuestra era. El hallazgo lo realizó un equipo de egiptólogos de la Universidad de Basilea dirigido por Profesora Susanne Bickel.

Junto con el resto de planetas del Sistema Solar, la Tierra se formó hace unos 4.500 millones años. Es decir, hemos dado alrededor de 4.500 millones de vueltas alrededor del Sol. Por ello, los años que nosotros contamos son, en realidad, años terrestres. Puesto que cada planeta en el Sistema Solar está situado a una distancia diferente del Sol, el tiempo que tarda cada uno en dar una vuelta a su alrededor es obviamente, diferente. Así, por ejemplo, Mercurio, que es el planeta más cercano al Sol, tarda tan solo 88 días en rodearlo con lo que el año “mercuriano” es de 88 días. Por el contrario, Júpiter, el planeta más grande de nuestro sistema y el quinto en distancia, tarda  unos 4.330 días terrestres en dar una vuelta alrededor del Sol, es decir, 11,8 años terrestres. Por último, el binomio Plutón-Caronte tarda unos 248 años en completar su órbita alrededor del Sol.

En la actualidad conocemos alrededor de otros 2000 planetas fuera del Sistema Solar (a los que llamamos exoplanetas), girando en torno a otras estrellas. Entre ellos, encontramos casos extremos en los que el planeta tarda tan solo unas pocas horas en dar la vuelta a sus estrellas. El ejemplo más claro es el del recientemente descubierto planeta PSR J1807-2459 A b, cuyo año dura tan solo 1 hora y 42 minutos. En el lado opuesto, encontramos al exoplaneta HR 8799 b, uno de los pocos descubiertos por imagen directa y que forma parte de un sistema planetario compuesto por otros tres planetas. En este caso, el más alejado tarda 450 años en dar una vuelta alrededor de su estrella, es decir, sólo celebra una fiesta de fin de año cada 450 fiestas de fin de año terrestres.

Imagen de los cuatro planetas orbitando alrededor de la estrella HR 8799 (marcados con letras según su orden de descubrimiento). El más alejado, “b”, tarda 450 años terrestres en dar una vuelta alrededor de su estrella. Imagen obtenida con el telescopio Keck II (Hawaii, EEUU) por el equipo liderado por C. Marois, descubridores de planeta denominado como “e” en esta imagen.

Imagen de los cuatro planetas orbitando alrededor de la estrella HR 8799 (marcados con letras según su orden de descubrimiento). El más alejado, “b”, tarda 450 años terrestres en dar una vuelta alrededor de su estrella. Imagen obtenida con el telescopio Keck II (Hawaii, EEUU) por el equipo liderado por C. Marois, descubridores de planeta denominado como “e” en esta imagen.

Además de dar vueltas alrededor de nuestra estrella (el Sol), el Sistema Solar se encuentra en una galaxia a la que llamamos Vía Láctea. Se tienen muchos indicios de que el centro de nuestra galaxia lo ocupa un agujero negro súper masivo (unas cuatro millones de veces más masivo que nuestro Sol). Alrededor de este, giran miles de millones de estrellas. Nosotros nos encontramos a una distancia de alrededor de 26.000 años-luz del centro galáctico. Así, nuestro Sistema Solar gira entorno a dicho centro a una velocidad de 800 kilómetros por hora, tardando unos 230 millones de años en dar una vuelta completa. Es decir, dada la edad de nuestro sistema planetario anteriormente mencionada, se estima que hemos dado unas 19 vueltas alrededor del centro galáctico. En otras palabras, estamos en el año galáctico 19.

Así pues, sólo me queda decir: feliz año galáctico 19, feliz rotación 4500 millones (aproximadamente) alrededor del Sol, feliz día Juliano 2.457.388 o, como decimos en la actualidad de acuerdo a nuestras convenciones sociales, ¡feliz 2016!

jlillo

Nota: Este artículo fue publicado en el Diario Información de Alicante el 9 de Diciembre de 2015.

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AA: Comienza la observación, abrochen sus cinturones

Lizette Guzmán Ramírez, investigadora y astrónoma de soporte del Observatorio Europeo Austral (ESO) en el complejo de radiotelescopios ALMA, nos cuenta su experiencia científica y personal de observar con un gran telescopio… ¡a bordo de un avión!

Presenciando el surgimiento de una estrella de carbono
L. Guzman-Ramirez, E. Lagadec, R. Wesson, A. A. Zijlstra, A. Muller, D. Jones, H. M. J. Boffin, G. C. Sloan, M. P. Redman, A. Smette, A. I. Karakas, Lars-Ake Nyman

1. ¿Podrías explicarnos brevemente de qué trata el artículo?

Este estudio intenta entender la vida y más específicamente la muerte de una estrella de baja masa, digamos que super parecida al Sol. En nuestra Galaxia y en todas las demás galaxias hay muchas más estrellas del tamaño del Sol (entre una y seis veces la masa del Sol), que estrellas grandotas (mucho mas masivas, de siete hasta cientos de veces la masa del Sol), por lo que es importante que podamos entender la evolución de este tipo de estrellas que representan a la mayoría. Las estrellas, como los humanos, nacen, crecen y mueren, y es justo en las últimas etapas de su vida que pierden mucho de su masa (gas). Este gas fue producido dentro de la estrella en su etapa joven y es llegando a la muerte cuando libera todo este material que va a enriquecer sus alrededores y en consecuencia nuestra Galaxia.

Nebulosas planetarias observadas por el telescopio espacial Hubble. Estos objetos corresponden a la muerte de una estrella, que tras agotar su combustible interno, libera las capas externas con diferentes elementos químicos que dan lugar a estas coloridas imágenes.

Nebulosas planetarias observadas por el telescopio espacial Hubble (NASA/ESA). Estos objetos corresponden a la muerte de una estrella, que tras agotar su combustible interno, libera las capas externas con diferentes elementos químicos que dan lugar a estas coloridas imágenes.

2. ¿Qué implicaciones tiene este artículo y en qué ha sido pionero? ¿A qué preguntas ha dado respuestas?

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Nebulosa planetaria BD+303639. Imagen compuesta de dos filtros, en negro la obtenida con el telescopio SOFIA representa la zona rica en oxigeno, en azul es la imagen obtenida por el satélite Hubble la cual representa la zona rica en carbono.

Lo más interesante de este estudio fue poder observar una estrella en transición. Las estrellas de baja masa (parecidas al Sol) tienen dos opciones en su vida, producir mucho oxígeno y ser estrellas ricas en oxígeno (este es el caso del Sol) o producir más carbono que oxígeno y convertirse en estrellas ricas en carbono. Lo más importante para este cambio de química en las estrellas es la masa con la que nacen. En general estrellas entre una y tres veces la masa del Sol serán ricas en oxigeno, y las estrellas entre tres y seis veces la masa del Sol serán ricas en carbono. Este cambio de química pasa adentro de la estrella en sus ultimas etapas de vida, y nunca antes se había observado, lo cual  hizo que nuestra investigación súper interesante. Lo que observamos es que la estrella comenzó siendo rica en oxígeno, por lo que tiene una envoltura rica en este elemento, pero hace unos cuantos miles de años cambió a ser rica en carbono. Por ello, observamos una burbuja rica en carbono adentro de la burbuja rica en oxigeno (ver imagen).

3. ¿Qué instalaciones científicas has tenido que emplear para lograr el objetivo?

Para poder entender este objeto utilizamos un telescopio que está montado en un avión, que se llama SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy) tuve la suerte de volar en el avión mientras observamos esta estrella, lo cual se convirtió en una de las mejores noches de observación en mi vida. Este telescopio tiene que ir en el avión porque la intención es quitar la atmósfera de la Tierra que nos contamina las observaciones. Idealmente sería tener un satélite, pero lo malo de los satélites es que es muy difícil mantenerlos (y mucho más costoso). Por el contrario, el telescopio montado en el avión lo puedes reparar en cuanto aterrice, por lo que hace mucho mas fácil mantenerlo e usar diferentes instrumentos.

Imagen del Observatorio SOFIA, instalado en el interior de un avión Boeing 747SP, permitiendo la observación en longitudes de onda no accesibles desde el suelo.

Imagen del Observatorio SOFIA, instalado en el interior de un avión Boeing 747SP, permitiendo la observación en longitudes de onda no accesibles desde el suelo.

La astrofísica Lizette Guzmán Ramírez, autora de esta entrada, en el interior del avión, dispuesta a comenzar la observación que durará 12 horas de vuelo.

La astrofísica Lizette Guzmán Ramírez, autora de esta entrada, en el interior del avión que transporta el telescopio SOFIA, dispuesta a comenzar la observación que durará 12 horas de vuelo.

4. ¿Qué repercusiones podrían tener los resultados de este artículo en la vida diaria actual o futura?

Estas observaciones nos ayudan a entender mejor que le va a pasar al Sol en sus últimas etapas de vida pero también podemos comenzar a explorar en qué es lo que le podría pasar a la Tierra. En cuanto a alguna repercusión en la vida diaria, además del conocimiento, creo que el poder observar desde un avión abre una puerta a muchas más posibilidades, como estudios de la atmósfera. Los modelos atmosféricos están en constante evolución, así que tener datos de un avión que atraviesa varias capas de la atmósfera por diferentes partes de la tierra pueden ayudar bastante a estos modelos.

Lizette Guzmán Ramírez
European Southern Observatory (ESO)

★★ Artículo aceptado para su publicación en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

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AA: ¡El metal es brutal!

Hoy, en Acercando la Astronomía, el investigador Joseph Anderson (astrónomo de soporte del telescopio VLT, ESO, Chile) nos presenta su último trabajo sobre una nueva forma de estudiar la historia de nuestro Universo, midiendo la abundancia de metales en galaxias lejanas a partir de explosiones de supernova.

1. ¿Podrías explicarnos brevemente de qué trata el artículo?

La mayor parte del Universo está hecho de hidrógeno, con una pequeña fracción de helio y aún menos de otros elementos más pesados (o metales). En Astronomía, llamamos metalicidad  (o abundancia química) al porcentaje de elementos pesados con respecto al hidrógeno y helio en un sistema dado (por ejemplo una estrella). La metalicidad del Universo aumenta con el tiempo ya que los elementos pesados se van formando en el interior de las estrellas a través de la fusión nuclear. Estos elementos son más tarde expulsados al medio interestelar cuando la estrella explota como supernova. Con el tiempo, este material condensará de nuevo para formar una nueva generación de estrellas, continuando el ciclo de vida y muerte estelar e incrementando la metalicidad del Universo. Entender cómo evolucionan en el tiempo y el espacio estos procesos de enriquecimiento químico es, por tanto, fundamental para entender la evolución global del Universo.

Imagen de la Nebulosa del cangrejo, resultado de una explosión de supernova que fue observada en la Tierra en el año 1054 por astrónomos chinos y árabes. Imagen obtenida por el telescopio espacial Hubble (NASA).

Imagen de la Nebulosa del cangrejo, resultado de una explosión de supernova que fue observada en la Tierra en el año 1054 por astrónomos chinos y árabes. Imagen obtenida por el telescopio espacial Hubble (NASA).

Actualmente, tenemos un método predominante para medir metalicidades en galaxias distintas a la nuestra (la Vía Láctea), que se basa en medir la luz emitida por la galaxia, producida por la excitación de los elementos pesados del medio interestelar. Sin embargo, este método tiene problemas que impiden determinar la metalicidad de una forma fiable, con lo que se necesitan técnicas alternativas. En este trabajo mostramos (observacionalmente) la posibilidad de usar supernovas tipo II (explosiones muy violentas de estrellas masivas que muestran hidrógeno en sus espectros) como trazadores de la metalicidad de sus alrededores. Nuestros resultados muestran que existe una correlación entre la intensidad de las lineas del espectro de supernovas tipo II y la abundancia química medida cerca de los lugares de la explosión. Es decir, si el ambiente es muy metálico, esto se verá reflejado en las luz proveniente de la supernova. Esto abre la posibilidad de usar las explosiones como trazadores de la metalicidad en los diversos lugares del Universo.

Explosión de supernova en la galaxia M51.

Explosión de supernova tipo II en la galaxia M51 que se observó el 1 de Junio de 2011.

2. ¿Qué implicaciones tiene este artículo y en qué ha sido pionero? ¿A qué preguntas ha dado respuestas?

Los descubrimientos de nuestro trabajo implican que podemos usar las supernovas tipo II para saber la metalicidad de las galaxias más allá de nuestra propia Vía Láctea, siendo este un nuevo método para medir este parámetro fundamental en el Universo. Es la primera vez que se observa esta correlación, que ya había sido predicha teóricamente en modelos de explosiones de supernovas tipo II. Estamos trabajando en refinar la técnica para usar estas supernovas como indicadores más precisos de la metalicidad.

3. ¿Qué instalaciones científicas has tenido que emplear para lograr el objetivo?

En este trabajo hemos empleado diversas instalaciones astronómicas. En primer lugar, usamos telescopio de diversos observatorios en Chile como Las Campanas, La Silla y el CTIO para obtener datos de la supernova una vez esta había explotado y era aún brillante. Esto nos permitió detectar los elementos predominantes en la luz proveniente de la explosión. De estos datos medimos la intensida de una línea de hierro. En segundo lugar, cuando la luz emitida por la explosión ya se había disipado, volvimos a observar las zonas de la galaxia donde la supernova había explotado. Esta vez empleamos datos del instrumento FORS2 en el telescopio VLT situado en Cerro Paranal, en el desierto de Atacama (Chile). Esto nos proporcionó información sobre la abundancia química del ambiente donde la supernova había explotado. Comparando las dos observaciones (durante y después de la explosión) vimos que ambas estaban relacionadas, lo que motivó esta publicación.

Instrumento FORS2, empleado en este trabajo, situado en el foco Cassegrain (detrás del espejo primario) de uno de los telescopios del VLT (ESO, Chile). Crédito: http://www.usm.uni-muenchen.de/Geschichte_en.php

Instrumento FORS2, empleado en este trabajo, situado en el foco Cassegrain (detrás del espejo primario) de uno de los telescopios del VLT (ESO, Chile). Crédito: http://www.usm.uni-muenchen.de/Geschichte_en.php

4. ¿Qué repercusiones podrían tener los resultados de este artículo en la vida diaria actual o futura?

Este trabajo es muy prometedor ya que ayudará a mejorar la forma en que medimos cómo la composición química del Universo ha cambiado hasta la que vemos hoy (recordad que observar galaxias lejanas es mirar al pasado del Universo). Esta información es fundamental a la hora de entender cómo han evolucionado las condiciones desde el principio de los tiempos hasta lo que observamos ahora en nuestro Sistema Solar, que ha permitido el desarrollo de la vida. Con este trabajo vamos a poder trazar un mapa de la composición química del Universo a lo largo del tiempo y el espacio. Diferentes regiones del Universo tienen diferente contenido en metales dependiendo de su evolución previa. Es posible que ciertas estrellas con cierto contenido en metales sean más susceptibles a albergar vida que otras. Así, entender cómo este parámetro cambia de un lugar a otro nos puede ayudar a entender como surgió la vida en la Tierra, así como el destino de nuestro Sistema Solar y otras estrellas, galaxias y el Universo.

Joseph Anderson

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Descubriendo Paranal

Tras varios años de estudio e investigación y tras la obtención del doctorado en Julio con la dirección de David Barrado, tocó cambiar de aires. Y los nuevos aires vienen del hemisferio sur, en particular, de Chile. Este mes he empezado a trabajar para el Observatorio Europeo Austral (ESO, por sus siglas en inglés), una institución europea que hace tiempo atrás decidió situar sus telescopios en uno de los desiertos más áridos de la Tierra: el desierto de Atacama. Entre sus diversas instalaciones y sedes, hoy quiero hablar del Observatorio de Paranal y de mi primera experiencia como astrónomo de soporte allí.

Espectacular vista del VLT en el Observatorio de PAranal con la Vía Láctea y las Nubes de Magallanes (manchas borrosas a la izquierda de la imagen), solo visibles desde el hemisferio sur. Crédito: Stephane Guisard.

Espectacular vista del VLT en el Observatorio de Paranal con la Vía Láctea y las Nubes de Magallanes (manchas borrosas a la izquierda de la imagen), solo visibles desde el hemisferio sur. Crédito: Stephane Guisard. Recomiendo visitar esta página para una vista de 360º del observatorio.

El viaje a Antofagasta (aeropuerto más cercano al observatorio) desde Santiago de Chile dura alrededor de dos horas. En mi primer vuelo, la emoción me hace estar mirando por la ventana cada 5 minutos. A la derecha, la cordillera de los Andes. A la izquierda, el Pacífico. Aquí en el hemisferio sur, el Sol va de Este a Oeste pero por el Norte (es decir, si buscas un piso luminoso que le de el Sol todo el día, tienes que buscarlo con la fachada encarada al Norte). Al aterrizar en Antofagasta ya se ve claramente el contraste de paisaje. Ni un árbol que crezca de forma natural, y una inmensa planicie de tierra con infinidad de tonos marrones. Un autobús nos recoge en el aeropuerto para llevarnos al observatorio. Como es martes, hay cambio de turno de los trabajadores locales así que el autobús va hasta la bandera. El trayecto dura unas dos horas a través de un valle entre dos hileras de colinas. La descripción del paisaje es “la nada”. Una bellísima “nada”. Al cabo de las dos horas, mirando a la izquierda, a lo lejos, una alta colina aplanada en su zona más elevada me indica que estamos llegando. Es la plataforma donde se está construyendo el telescopio más grande del mundo, el E-ELT, del que ya hablaré en otro momento. Poco después, el autobús gira a la derecha y asciende una de las colinas. Y tras cinco minutos lo veo. A lo lejos, en otra colina aplanada, cuatro imponentes edificaciones con forma cuadrada se erigen en guardianes del Cerro Paranal. Son los cuatro telescopios del VLT (Very Large Telescope), cada uno con un espejo monolítico (es decir, de una sola pieza) de ocho metros de diámetro, todo un desafío tecnológico. Junto a ellos, la caballería, los cuatro pequeños pero potentes componentes del VLTI (los ATs), cuatro telescopios de 1,8 m de diámetro que actúan conjuntamente para obtener imágenes de muy alta resolución.

Vista aérea de la plataforma del VLT en el Observatorio de Paranal. Crédito: ESO.

Vista aérea de la plataforma del VLT en el Observatorio de Paranal. Crédito: ESO.

Bajamos del autobús y nos dirigimos a la residencia. A priori, solo se ve una cúpula que sobresale del suelo y una larga rampa que baja a encontrarse con ella. La sensación al abrir por primera vez la puerta de la residencia es indescriptible. Un oasis de palmeras y vegetación te saludan al entrar y una más que agradable brisa de humedad te da la bienvenida. El contraste con el exterior es increíble.

Vista del interior de la residencia del Observatorio de Paranal.

Vista del interior de la residencia del Observatorio de Paranal.

La sala de control de telescopios es una enorme estancia dividida en los diferentes telescopios: UT1, UT2, UT3, UT4, VLTI, VISTA y VST. Los cuatro primeros son los cuatro componentes del VLT, los que tienen ocho metros de diámetro. Además de sus nombre oficiales, cada uno corresponde a un objeto celeste en lengua mapuche: UT1 es Antu  (Sol), UT2 es Kueyen (Luna), UT3 es Melipal (Cruz del Sur) y UT4 es Yepún (Venus). Ver moverse a estos gigantes sin prácticamente ningún esfuerzo y con una rapidez y suavidad impresionantes es algo digno de experimentar. Alrededor de las siete de la tarde, todo el que puede se dirige a la plataforma de los telescopios para contemplar el atardecer y en busca del rayo verde que pocas veces aparece. Cuando el Sol se oculta, la vida nocturna del observatorio comienza. Los ingenieros, que durante el día realizaron las labores de mantenimiento y reparación de telescopios e instrumentos, dan paso a los astrónomos y operadores, que se colocan en sus puestos para iniciar la noche de observación. Al caer la noche, una impresionante Vía Láctea (que es nuestra propia Galaxia) destaca sobre cualquier otro objeto en el cielo. Nunca la vi tan clara y tan brillante. Además de ella, las dos galaxias mas cercanas a la nuestra son visibles desde este hemisferio: las nubes de Magallanes. Al verlas por primera vez me quedo perplejo ante la posibilidad de ver otras galaxias a simple vista. Estos dos objetos están a 150,000 años-luz (la grande) y 200,000 años-luz (la pequeña) de distancia.  Además, desde este lado del mundo, también se puede ver alfa-Centauri, la estrella más cercana a nuestro Sistema Solar. En definitiva, un cielo espectacular que te deja sin palabras.

Arcoiris sobre la plataforma del Cerro Paranal al atardecer. Los pequeños telescopios ATs iluminados por el Sol del ocaso y al fondo el UT4. Fotografía obtenida por J. Lillo-Box.

Arcoiris sobre la plataforma del Cerro Paranal al atardecer. Los pequeños telescopios ATs iluminados por el Sol del ocaso y al fondo el UT4. Rara vez se puede observar este fenómeno pues obviamente llueve poco en el desierto. Fotografía obtenida por J. Lillo-Box.

La combinación de las condiciones climáticas y la localización del lugar (a más de 2800 m de altura y a tan solo 12 km del Pacífico) sumados a la tecnología puntera empleada en los telescopios e instrumentos, y unido todo ello a una organización y mantenimiento impecables de los mismos por los ingenieros y científicos que allí trabajan (más de 70 personas a la vez), hacen de este observatorio uno de los mejores (si no el mejor) del mundo. En este enlace podéis ver un top 10 de los descubrimientos más impresionantes realizados desde el Observatorio de Paranal.

jlillo

Enlaces de interés (¡pero de mucho interés!):

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AA: Monstruos, galaxias y viceversa

Hoy, en Acercando la Astronomía, el investigador Fernando Buitrago Alonso nos presenta su último trabajo sobre el estudio de una misteriosa parte de las galaxias masivas, su halo.

Formación del halo estelar en galaxias masivas
Fernando Buitrago, Ignacio Trujillo, Emma Curtis-Lake, Andrew P. Cooper, Victoria A. Bruce, Mireia Montes, Pablo Pérez-González, Michele Cirasuolo
1Instituto de Astrofísica y Ciencias del Espacio, Universidad de Lisboa, Lisboa (Portugal)

1. ¿Podrías explicarnos brevemente de qué trata el artículo?

Todo el mundo imagina las galaxias como las que aparecen en las impresionantes fotos que obtiene el telescopio espacial Hubble: discos que contienen un centro brillante (o bulbo) y brazos espirales. Sin embargo, las galaxias también tienen un halo de estrellas que las rodea, como en la imagen de la Galaxia del Sombrero (ver abajo). Las galaxias se clasifican por su forma en diferentes clases. Una de esas clases es el de las de galaxias elípticas, en las cuáles las estrellas se mueven caóticamente en su interior. Para nosotros los investigadores las galaxias más masivas del Universo (aquéllas que contienen más estrellas) se han convertido en objetos muy misteriosos. Curiosamente, estos objetos eran extremadamente pequeños y muy densos en los primeros instantes del Universo, y ahora los encontramos en el centro de cúmulos de galaxias. Encontrar por qué estos objetos eran tan masivos y cómo han evolucionado hasta convertirse en los monstruos (en términos de tamaño y de la capacidad de atraer todo lo que hay a su alrededor) elípticos que son a día de hoy es una de las grandes preguntas que tenemos que responder en Física Extragaláctica. Nosotros (mi grupo de investigación y yo) pensamos que el desarrollo del halo estelar podría ser la clave para comprender esta evolución de las galaxias más masivas del Universo.

Izquiera: Imagen de la Galaxia del Sombrero obtenida por el telescopio espacial Hubble (NASA). Derecha: Imagen de la galaxia elíptica M87.

Izquiera: Imagen de la Galaxia del Sombrero obtenida por el telescopio espacial Hubble (NASA). Derecha: Imagen de la galaxia elíptica M87.

2. ¿Qué implicaciones tiene este artículo y en qué ha sido pionero? ¿A qué preguntas ha dado respuestas?

Vivimos en un Universo jerárquico. Esto es, las galaxias más masivas atraen por gravedad a las pequeñas, a las que acaban engullendo. Este bombardeo constante de objetos menores produce los halos estelares de las galaxias. Y esto debe ser así siempre, tanto para galaxias espirales como para galaxias elípticas. Sin embargo, probar esto a grandes distancias cosmológicas es muy complicado, debido a que las galaxias lejanas son mucho más débiles vistas desde aquí. El truco que nosotros usamos fue usar observaciones muy profundas (con mucho tiempo de exposición) usadas para otros propósitos, y dedicarnos a estudiar las pocas galaxias cercanas que había en estas imágenes. Hemos comprobado que, para estas galaxias masivas, podemos ver la construcción progresiva de sus halos, explicando su lenta pero inexorable metamorfosis. Y hemos comprobado que estos halos contienen más estrellas en comparación con los de las galaxias espirales. También hemos medido por primera vez el ritmo al que estas galaxias colisionan y acaban por fusionarse.

Imagen de dos galaxias espirales en Virgo. Crédito: NASA, ESA, M. Livio (STScI) and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA).

Imagen de dos galaxias espirales en Virgo. Crédito: NASA, ESA, M. Livio (STScI) and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA).

3. ¿Qué instalaciones científicas has tenido que emplear para lograr el objetivo?

Hemos usado la joya de la corona: el Hubble Ultra Deep Field (campo ultra profundo del Hubble). Éste es el campo más profundo (o sea, observado por más tiempo) del Telescopio Espacial Hubble. Una vez escuché que su tamaño es sólo la distancia que subtiende en el cielo un cabello que te colocas entre los dedos estirando el brazo. El Hubble observó esta diminuta región del espacio durante alrededor de tres semanas, con el fin de fotografiar las primeras protogalaxias del Universo (recordad que al mirar al cielo estamos mirando al pasado). Nosotros cogimos todos los datos, tanto en el visible como en el infrarrojo. ¡Estudiar la mejor imagen que tenemos del Universo para mi ha sido cumplir el sueño de cuando era niño y me preguntaba por la última frontera del Universo! Cada vez surgía algún problema, abría la imagen y se me olvidaba todo contemplando su belleza. Tuvimos también que recurrir a un tratamiento especial de los datos, modelar cómo se dispersaba la luz en el telescopio, comparar nuestros resultados con simulaciones punteras por ordenador, etc.

Campo ultra profundo de Hubble. La imagen muestra el pequeño tamaño de la zona del cielo observada y la gran cantidad de galaxias detectadas. Crédito: NASA/ESA.

Campo ultra profundo de Hubble. La imagen muestra el pequeño tamaño de la zona del cielo observada y la gran cantidad de galaxias detectadas. Crédito: NASA/ESA.

4. ¿Qué repercusiones podrían tener los resultados de este artículo en la vida diaria actual o futura?

Lo primero de todo es que nos ayuda a pensar que las galaxias elípticas no son tan distintas a las espirales. En otras palabras, que la Física actúa de igual manera en todos los lugares. Además, es importante darse cuenta de que seguimos comprobando los fundamentos de cómo pensamos que se forman y evolucionan las galaxias. En este sentido, estos objetos gigantes nos dan mucha información ya que gracias a su masa sufren transformaciones y procesos físicos de una manera acelerada. Ver toda esta acreción, cambio de formas y tamaños, y verlo tan lejos es impensable para objetos menos masivos. Por último, se abren muchas preguntas interesantes: si todo es consistente con una evolución basada meramente en las continuas fusiones de galaxias más pequeñas ¿qué pasa con el agujero negro supermasivo en el centro de estos objetos? ¿dónde ha estado todo este tiempo y por qué? Si estas galaxias se parecen ya a los “monstruos” locales y las estamos viendo en la mitad de la historia del Universo, ¿qué ha ocurrido durante la otra mitad? ¿Por qué estas galaxias son muy activas al principio de su vida y después se convierten en objetos “rojos y muertos”?

Fernando Buitrago Alonso

★★ Artículo enviado a la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

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AA: Un planeta en la incubadora

Hoy, en Acercando la Astronomía, entrevistamos a Ignacio Mendigutía, investigador post-doctoral de la Escuela de Física y Astronomía de la Universidad de Leeds. Ignacio nos presenta los resultados de su último trabajo, el descubrimiento de la región más interna de un sistema planetario en formación:

Descubierta la región mas interna de un sistema planetatario en formación
I. Mendigutía, W.J. de Wit, R.D. Oudmaijer, J.R. Fairlamb, A.C. Carciofi, J.D. Ilee, R.G. Vieira

1. ¿Podrías explicarnos brevemente de qué trata el artículo?

En este trabajo hemos estudiado el sistema HD 100546. Se trata de una estrella joven rodeada de una gran estructura gaseosa y polvorienta con forma de disco, donde se están formando uno o mas planetas. Lo que nosotros hemos descubierto es un disco gaseoso adicional que rodea la estrella, y que tiene un tamaño “extremadamente pequeño”, menor que 0.25 au (1 au es la distancia media que separa la tierra del sol, 150 millones de kilómetros). Hemos visto que este disco rota en sentido anti-horario, y que la cantidad de gas que cae del disco a la estrella cada año, debido a su atracción gravitatoria/magnética, es de alrededor de 10 veces la masa de nuestra luna. Puesto que la masa total del disco interno es sólo la de unas pocas lunas, esa “tasa de acreción” implicaría que el disco de gas sólo podría sobrevivir unos pocos meses. Es altamente improbable que hayamos detectado el disco justo en este breve periodo, dado que las escalas de tiempo en que las estrellas jóvenes evolucionan es de varios millones de años. Así que lo mas plausible es concluir que de alguna forma se está suministrando material a este disco. Una posible explicación, basado en teorías y observaciones previas de otros sistemas, es que un planeta en formación esté alimentando con gas al disco interno, permitiendo así su supervivencia.

Ilustración del sistema planetario en formación HD 100546, formado por un disco externo de gas y polvo, un hueco con un planeta en formación y un disco interno alrededor de la estrella. Autoría: David Cabezas Jimeno, anotaciones de J. Lillo-Box.

Ilustración del sistema planetario en formación HD 100546, formado por un disco externo de gas y polvo, un hueco con un planeta en formación y un disco interno alrededor de la estrella. Autoría: David Cabezas Jimeno, anotaciones de J. Lillo-Box.

2. ¿Qué implicaciones tiene este artículo y en qué ha sido pionero? ¿A qué preguntas ha dado respuestas?

Sabemos que existen muchos planetas rodeando estrellas “maduras” similares al Sol (hasta la fecha, unos 1600 exoplanetas han sido descubiertos). Sin embargo, aunque también sabemos que los planetas se forman en los “discos protoplanetarios” que rodean las estrellas jóvenes, contamos con apenas un par de detecciones confirmadas de estos planetas en formación. El gas y el polvo de los discos dificulta muchísimo este tipo de detecciones. HD100546 es uno de estos casos. Un planeta ha sido detectado en la parte externa del disco, a unas 50 au, y se ha sugerido que otro posible planeta podría orbitar a unas 10 au de la estrella central, aunque aun no hay confirmación directa. Este segundo planeta estaría situado en una anillo vacío de material, entre el disco externo donde se halla el primer planeta, y las regiones mas cercanas a la estrella. En nuestro trabajo mostramos la primera observación directa de la parte mas interna de un sistema planetario en formación, logrando caracterizar cómo es la interacción estrella-disco en este tipo de sistemas. Además, el disco de gas que hemos descubierto constituye una prueba indirecta de que el segundo planeta, el mas cercano a la estrella, podría de hecho estar ahí. Este planeta podría ser el responsable de la existencia del disco que hemos detectado. Su interacción gravitatoria podría estar causando una transferencia de gas desde el disco externo hacia las regiones internas, a través del anillo vacío de material.

3. ¿Qué instalaciones científicas has tenido que emplear para lograr el objetivo?

Como he mencionado antes, la región que hemos observado tiene un tamaño menor de 0.25 au. Puesto que HD 100546 está a unos 330 años-luz, hablamos de unas separaciones angulares extremadamente pequeñas, de apenas unos mili-segundos de arco (dos millones de veces mas pequeño que el diámetro angular de la luna vista desde la tierra). Esto es comparable a querer medir el diámetro de la cabeza de un alfiler desde una distancia de 100 km. Ninguno de los telescopios actuales es capaz de hacer esto, así que lo que hicimos fue combinar tres “Very Large Telescopes (VLTs)” en Chile, usando el instrumento “AMBER” del Observatorio Europeo Austral (ESO). El diámetro de cada VLT es de 8.2 metros, pero el poder de resolución resultante de la combinación de los tres es el equivalente al de un solo telescopio de unos 130 metros de diámetro.

4. ¿Qué repercusiones podrían tener los resultados de este artículo en la vida diaria actual o futura?

Hace falta no solo confirmar la presencia del segundo planeta en HD 100546, sino aumentar significativamente el número de detecciones de planetas jóvenes en discos protoplanetarios alrededor de otra estrellas. Como he mencionado, las evidencias directas de que disponemos de planetas en formación son aun muy escasas, y muy difíciles de realizar, por lo que deben explorarse otras vías complementarias. Por ejemplo, podemos estudiar la influencia que la presencia de estos planetas tiene sobre los discos que los albergan, o el efecto que tienen en la forma en que la estrella y el disco interaccionan, como hemos hecho en nuestro trabajo. Combinando información sobre exoplanetas alrededor de estrellas maduras con el estudio de proto-planetas alrededor de estrellas jóvenes podremos tener una imagen mas completa sobre el origen y evolución de sistemas planetarios como el nuestro.

Ilustración de la parte interna del sistema protoplanetario HD 100546, mostrando el planeta y los caminos seguidos por el gas y el polvo. Fuente: David Cabezas Jimeno.

Ilustración de la parte interna del sistema protoplanetario HD 100546, mostrando el planeta y los caminos seguidos por el gas y el polvo. Fuente: David Cabezas Jimeno.

Ignacio Mendigutía
Publicado en la revista MNRAS en el año 2015.

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Kepler-452b: cuando la realidad alcanza a la ficción

Pues sí, estamos en el año 2015. Y sí, hoy se ha anunciado el descubrimiento de un planeta análogo a la Tierra. Pareciera una noticia más que hoy poblará los diarios y las noticias en la prensa pero que quizá mañana quede olvidada entre la cascada de novedades que ocurren en este mundo. Pero no, esta no es una noticia más. Y es que resulta que este planeta hoy anunciado por un equipo de NASA liderado por Jon Jenkins, tiene unas características muy similares a la Tierra. Y esto significa que se da una de las condiciones básicas para la formación de vida tal y como la conocemos: puede tener agua líquida en su superficie y es, muy probablemente, un planeta rocoso.

Concepción artística del planeta Kepler-452b. Fuente: NASA.

Concepción artística del planeta Kepler-452b. Fuente: NASA/Kepler.

 Para los que no estéis familiarizados con el campo, desde que en los años 90 se descubrieran los primeros casos, hasta la fecha conocemos más de 1900 planetas fuera de nuestro Sistema Solar (esto es, orbitando alrededor de otras estrellas que no son nuestro Sol). Sin embargo, las características de todos ellos eran tales que no reunían las condiciones para disponer de agua líquida en su superficie. Es decir, estaban demasiado cerca de su estrella (con lo que agua se evaporaría por el calor) o demasiado lejos (con lo que el agua estaría en forma helada). Solo en unos pocos casos (alrededor de una veintena), los planetas están a la distancia suficiente para que el agua pueda estar en forma líquida. Sin embargo, en estos casos, las características de la estrella eran ligeramente distintas a las de nuestro Sol (como en el caso de Kepler-186) o los planetas son gigantes gaseosos como Júpiter o Saturno con lo que no hay posibilidad de albergar vida en ellos.

Ilustración del sistema planetario Kepler-542 y comparación con los planetas rocosos del Sistema Solar. La sombra verle en cada sistema representa la zona de habitabilidad, donde el agua puede estar en forma líquida en la superficie del planeta.

Ilustración del sistema planetario Kepler-542 y comparación con los planetas rocosos del Sistema Solar. La sombra verle en cada sistema representa la zona de habitabilidad, donde el agua puede estar en forma líquida en la superficie del planeta. Fuente:NASA/Kepler

Sin embargo, Kepler-452b reúne unas características muy similares a los nuestros. Es un planeta ligeramente mayor (1,6 veces el tamaño de la Tierra) orbitando alrededor de su estrella cada 385 días (20 días más que la Tierra alrededor del Sol). Su estrella es ligeramente más brillante que el Sol. Esto es debido a que aunque tiene una temperatura similar, es un poco más vieja que el Sol (1500 millones de años más) con lo que es un 10% más grande. El planeta se ha podido detectar gracias a la impresionante precisión de la misión espacial Kepler, de la que ya hemos hablado en numerosas ocasiones (ver, por ejemplo, este link) y que básicamente permitiría detectar una mosca pasando por delante de una ventana del Empire State a más de 40 kilómetros de distancia. Kepler utiliza el método de los tránsitos, que nos permite medir el radio del planeta. Sin embargo, para conocer su masa es necesaria la técnica de velocidad radial, que aún no es aplicable para planetas tipo Tierra. Por ello, los investigadores han tenido que emplear métodos estadísticos para validar la naturaleza planetaria de este planeta y estimar su composición. Así, obtienen una probabilidad de entre el 49% y el 62% de que este planeta sea rocoso. Así pues, aunque es probable, no podemos decir que estemos a ciencia cierta ante un análogo terrestre. La siguiente generación de instrumentos terrestres como ESPRESSO en  el Observatorio de Paranal (VLT/ESO, Chile) o más adelante con CODEX en el E-ELT, permitirán medir la masa de estos planetas y derivar así su composición de una manera más fiable y definitiva.

Y es que este es sólo el comienzo de unos años en los que seremos capaces de encontrar más y más planetas como el nuestro, con las condiciones propicias para el desarrollo de la vida en sus superficies. De hecho, recientemente, un estudio de NASA liderado por la Dra. Natalie Batalha sugiere que tan solo en nuestra Galaxia hay alrededor de mil millones de planetas con la Tierra. Pero es que hay mi millones de galaxias como la nuestra en el Universo. Si multiplicáis ambos números os daréis cuenta de que la cantidad de planetas similares al nuestro en el Universo es insultantemente grande. Así que… ¿de verdad piensas que no hay nadie ahí afuera…?

jlillo

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