ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA - Detectados cambios sorprendentes en la temperatura de Neptuno

Imágenes térmicas de Neptuno tomadas entre 2006 y 2020. Después del enfriamiento gradual del planeta, el polo sur parece haberse calentado de un modo impactante en los últimos años, tal y como muestra el punto brillante visible en la parte inferior del planeta en 2018 y 2020. / ESO/M. Roman, NAOJ/Subaru/COMICS

Un equipo internacional de astrónomos ha utilizado varios telescopios, incluido el Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral (ESO), para medir las temperaturas atmosféricas de Neptuno durante un período de 17 años. Encontraron una sorprendente caída en las temperaturas globales de Neptuno seguida de un impresionante calentamiento en su polo sur.

“Este cambio fue inesperado”, afirma Michael Roman, investigador postdoctoral asociado en la Universidad de Leicester, Reino Unido, y autor principal del estudio publicado hoy en The Planetary Science Journal. “Dado que hemos estado observando Neptuno durante el inicio de su verano austral, esperábamos que las temperaturas se hicieran lentamente más cálidas, no más frías”.

La temperatura promedio mundial de Neptuno se redujo en 8 °C entre 2003 y 2018, algo inesperado teniendo en cuenta que su verano austral comenzó en 2005

Al igual que la Tierra, Neptuno experimenta estaciones mientras orbita alrededor del Sol. Sin embargo, una estación de Neptuno dura alrededor de 40 años, y su año dura 165 terrestres. El hemisferio sur de Neptuno lleva en verano desde 2005, y los astrónomos estaban ansiosos por ver cómo cambiaban las temperaturas después del solsticio de verano del sur.

Los astrónomos observaron casi 100 imágenes térmicas infrarrojas de Neptuno, captadas durante el período de 17 años, para reconstruir las tendencias generales en la temperatura del planeta con un detalle sin precedentes.

Estos datos mostraron que, a pesar del inicio del verano austral, la mayor parte del planeta se había enfriado gradualmente en las últimas dos décadas. La temperatura promedio mundial de Neptuno se redujo en 8 ° C entre 2003 y 2018.

 

El equipo se sorprendió al descubrir en sus observaciones de los últimos dos años un impresionante calentamiento del polo sur de Neptuno: las temperaturas aumentaron rápidamente 11 °C entre 2018 y 2020. Aunque el vórtice polar cálido de Neptuno se conoce desde hace muchos años, nunca se ha observado previamente un calentamiento polar tan rápido en el planeta.

“Nuestros datos cubren menos de la mitad de una temporada de Neptuno, por lo que nadie esperaba ver cambios grandes y rápidos”, dice el coautor Glenn Orton, investigador senior del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de Caltech, en los Estados Unidos.

El equipo se sorprendió al observar un impresionante calentamiento del polo sur de Neptuno: las temperaturas aumentaron rápidamente 11 °C entre 2018 y 2020

Los investigadores registraron la temperatura de Neptuno utilizando cámaras térmicas que funcionan midiendo la luz infrarroja emitida por objetos astronómicos. Para su análisis, combinaron todas las imágenes existentes del planeta recopiladas en las últimas dos décadas por telescopios terrestres. Estudiaron la luz infrarroja emitida desde una capa de la atmósfera de Neptuno llamada estratosfera. Esto permitió construir una imagen de la temperatura de Neptuno y sus variaciones durante parte de su verano austral.

Debido a que Neptuno está a unos 4.500 millones de kilómetros de distancia y es muy frío (con una temperatura promedio de unos -220 °C) medir su temperatura desde la Tierra no es una tarea fácil. “Este tipo de estudio solo es posible con imágenes infrarrojas sensibles de grandes telescopios como el VLT, que pueden observar Neptuno claramente, y estas solo han estado disponibles durante los últimos 20 años más o menos”, afirma el coautor Leigh Fletcher, profesor de la Universidad de Leicester.

Telescopios terrestres y espaciales

Alrededor de un tercio de todas las imágenes obtenidas provienen del instrumento VISIR (VLT Imager and Spectrometer for mid-InfraRed), instalado en el VLT de ESO, en el desierto de Atacama (Chile). Debido al tamaño y la altitud del espejo del telescopio, tiene una gran resolución y una alta calidad en los datos obtenidos, ofreciendo las imágenes más claras de Neptuno.

El equipo también utilizó datos del telescopio espacial Spitzer de la NASA e imágenes tomadas con el telescopio Gemini Sur, en Chile, así como con del Telescopio Subaru, el Telescopio Keck y el telescopio Gemini Norte, todos en Hawái.

Estas variaciones térmicas podrían deberse a cambios en la química estratosférica de Neptuno, a patrones climáticos aleatorios o incluso al ciclo solar

Dado que las variaciones de temperatura de Neptuno fueron tan inesperadas, el equipo aún no sabe qué podría haberlas causado. Podrían deberse a cambios en la química estratosférica de Neptuno, o a patrones climáticos aleatorios, o incluso al ciclo solar. Se necesitarán más observaciones en los próximos años para explorar las causas que generan estas fluctuaciones.

Los futuros telescopios terrestres, como el Extremely Large Telescope (ELT), podrían observar cambios de temperatura como estos con mayor detalle, mientras que el telescopio espacial James Webb, proporcionará nuevos mapas sin precedentes de la química y la temperatura en la atmósfera de este planeta.

“Creo que Neptuno es, en sí mismo, muy intrigante para muchos de nosotros porque todavía sabemos muy poco sobre él”, dice Roman,” todo esto indica que la imagen que teníamos de su atmósfera y de cómo cambia con el tiempo es más complicada de lo que imaginábamos”.

Imagen de Neptuno obtenida con el instrumento MUSE instalado en el Very Large Telescope (izq.) y otra tomada con el telescopio espacial Hubble (der.). No fueron tomadas al mismo tiempo, por lo que no muestran las mismas características en su superficie. / ESO/P. Weilbacher (AIP)/NASA, ESA, and M.H. Wong and J. Tollefson (UC Berkeley)

Fuentes: Agencia Sinc

Astrofísica - Más de 500 emisiones de un tipo misterioso de señal de radio cósmica

Creación artística de un Fast Radio Burst (FRB) llegando a la Tierra. Los colores representan la ráfaga que llega a diferentes longitudes de onda de radio, con longitudes de onda largas (rojo) que llegan varios segundos después de las longitudes de onda cortas (azul). Crédito: Jingchuan Yu, Planetario de Beijing/NRAO

Desde que se detectó la primera de ellas en 2007, las ráfagas rápidas de ondas de radio (FRBs por sus siglas en inglés) tienen desconcertada a la comunidad científica.

Los FRBs son destellos extrañamente brillantes en la banda de radio del espectro electromagnético, que suelen resplandecer durante unas milésimas de segundo antes de desaparecer sin dejar rastro.

Estas breves y misteriosas señales provienen de muy diversas y distantes partes del universo, así como de nuestra propia galaxia. Su origen es desconocido y su aparición, imprevisible.

Un gran radiotelescopio situado en la Columbia Británica, Canadá, ha aumentado de manera espectacular la cantidad de ráfagas rápidas de ondas de radio descubiertas hasta la fecha. El telescopio, conocido como CHIME, por las siglas de Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment, detectó 535 nuevos FRBs durante su primer año de funcionamiento, entre 2018 y 2019.

El equipo científico de la Colaboración CHIME, incluyendo a Kaitlyn Shin del Departamento de Física en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Cambridge, Estados Unidos, ha analizado, verificado y reunido las nuevas señales en el primer catálogo de FRBs del telescopio.

El gran radiotelescopio CHIME, fotografiado aquí, ha detectado más de 500 misteriosas ráfagas rápidas de ondas de radio en su primer año de funcionamiento. (Foto: CHIME)

El nuevo catálogo amplía significativamente la biblioteca actual de FRBs conocidos, y ya está dando pistas sobre sus propiedades. Por ejemplo, los FRBs últimamente descubiertos parecen pertenecer a dos clases distintas: los que se repiten y los que no. Los científicos han identificado 18 fuentes de FRBs que emiten repetidamente estas ráfagas, mientras que las demás parecen ser únicas. Las características de las ondas emitidas por las fuentes repetidoras también son diferentes a las no repetidoras, por ejemplo en la duración de cada ráfaga, y también por el hecho de que la emisión se realiza en frecuencias de radio más concentradas que en el caso de las fuentes de FRBs no repetidoras.

Estas observaciones sugieren claramente que los FRBs periódicos y los ocasionales provienen de fuentes astrofísicas diferentes y se generan mediante mecanismos diferentes. Con más observaciones, los astrónomos esperan poder desentrañar pronto los orígenes de estas enigmáticas señales. 

Fuente: NCYT de Amazings

ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA - Desvelado el misterio de los gélidos cañones de Marte con forma espiral

 Sistema de cañones del casquete polar norte de Marte. / ESA, NASA et al.

Durante décadas el origen y forma del sistema de cañones de hielo del polo norte de Marte ha desconcertado a los astrónomos. Ahora han descubierto que detrás de esta megaestructura, una de las mayores y más jóvenes del sistema solar, están procesos de erosión in situ y transporte eólico del material helado.

Una investigación liderada por investigadores del Planetary Science Institute (PSI), en colaboración con otros de las universidades de Pardue y Arizona (también en EE UU) y la Autónoma de Barcelona, explica el origen del sistema de cañones espirales excavado en el hielo de polo norte de Marte. El estudio lo publican en la revista Scientific Reports.

Estos cañones ya habían sido estudiados por numerosos científicos que relacionaban su distribución con procesos de sublimación, por los que el hielo pasaría directamente del estado sólido a gaseoso, pero su origen y característica forma espiral ha sido un misterio durante décadas.  

Estos cañones de hielo en espiral del polo norte de Marte han sido erosionados in situ, con un volumen excavado 10 veces superior al del Gran Cañón del Colorado, lo que los convierte en una de las mayores y más jóvenes megaestructuras geológicas del sistema solar

 

Ahora, según los autores del nuevo trabajo, estas gigantescas depresiones de hielo han sido erosionadas in situ, con un volumen total excavado 10 veces superior al del Gran Cañón del Colorado, lo que las convierte en una de las mayores y más jóvenes megaestructuras geológicas del sistema solar.

“La emergencia del patrón espiral fue debido a intersecciones de los cañones, según crecían, sobre la geometría en forma de domo del casquete polar”, señala José Alexis Palmero Rodríguez, investigador del PSI que ha liderado el estudio.

Esta enorme cantidad de hielo excavada habría sido transportada por los vientos y depositada en forma de mantos a latitudes medias, e incluso conservados en glaciares de montaña a latitudes más bajas.

Vientos catabáticos

“Nuestra investigación sugiere que los cañones se formaron por pérdidas de hielo por la acción de los vientos catabáticos, aquellos que descienden desde alturas elevadas, y que expusieron hielos antiguos en la superficie polar”, explica la coautora Ali M. Bramson, investigadora de la Universidad de Purdue.

Modelo digital de elevaciones del casquete polar norte de Marte mostrando el sistema de cañones espirales. Los puntos rojos indican la posición de 424 montes y depresiones en los que son evidentes una secuencia de capas concéntricas, poniendo de manifiesto que la erosión in situ fue generalizada. Por comparar tamaños, se muestran las Islas Baleares. A la derecha, detalle de un sector del este del sistema de cañones (arriba) con un tamaño equivalente al del Cañón del Colorado (abajo). / MOLA Science Team, MSS, JPL, NASA/Google Earth

“Los cañones se formaron entre algunos millones de años y 50.000 años, durante periodos de tiempo en los que Marte ha permanecido continuamente en condiciones de congelación. Por lo tanto, este hielo se habría formado por sublimación inversa, sin llegar a ser líquido”, explica Mario Zarroca, investigador del Departamento de Geología de la Universidad Autónoma de Barcelona y coautor del estudio.

El hielo de estos cañones se habría formado por sublimación, sin llegar a ser líquido, por lo que no sería candidato a albergar indicios de vida, pero sí podría ser un recurso hídrico para las futuras misiones tripuladas

“Esto hace que este hielo no sea candidato a albergar posibles indicios de vida –añade–. Pero por el mismo motivo sí puede ser considerado como un posible recurso de agua “pura”, a disposición de futuras misiones de colonización a Marte. Teniendo en cuenta que se estima una masa de hielo equivalente al doble del volumen del Mar Báltico, la disponibilidad de dicho recurso podría estar garantizada durante largo tiempo en el planeta”.

Zarroca destaca otra de las principales implicaciones de esta investigación: “Estos cañones han podido dejar expuesto en las paredes excavadas en el hielo un registro paleo-climático que podría cubrir algunos cientos de millones de años, y que podría ayudar a entender mejor los grandes cambios que han sufrido las condiciones de Marte a lo largo de su historia, como son la evolución de su atmósfera e hidrosfera”.

Hielo de la época de los dinosaurios

Por comparar, los registros en hielo más antiguos de la Tierra no superan los 3 millones de años. “Disponer de un registro de algunos cientos de millones de años, aquí, habría permitido investigar el hielo de la época en que los dinosaurios todavía poblaban la Tierra, lo que podría ayudar a despejar las incógnitas que rodean la mega-extinción que tuvo lugar hace unos 66 millones de años”, señala Palmero.

Un registro tan amplio como el que habría quedado expuesto en el casquete polar de Marte ofrece una gran oportunidad para avanzar en el conocimiento de la evolución de este planeta, que presenta grandes similitudes con el nuestro, concluyen los investigadores.

Fuentes: SINC

ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA - Descubierta una nueva estructura en la Vía Láctea: el espolón de Cefeo

Fotograma del mapa animado que muestra el disco de la Vía Láctea visto de canto poblado por las estrellas masivas del entorno solar. Desde este ángulo se aprecia la altura sobre el disco galáctico (línea horizontal roja) del espolón de Cefeo (en amarillo) respecto a los brazos espirales vecinos. / M. Pantaleoni González, J. Maíz Apellániz, R.H. Barbá y B. Cameron Reed.

Investigadores del Centro de Astrobiología han trazado el mapa más detallado hasta la fecha de estrellas masivas azules de nuestra vecindad solar y el de los brazos espirales de nuestra galaxia. Al hacerlo han encontrado algo inesperado: una estructura desconocida que conecta el brazo espiral de Orión, donde nos encontramos, con el de Perseo.

Las estrellas azules masivas (conocidas científicamente como estrellas OB por estar entre las clases espectrales O y B) tienen una peculiaridad que las hace especialmente interesantes para los astrofísicos: tienen una vida efímera de pocos millones de años.

Del mismo modo que la datación de las rocas revela el nivel de actividad geológica de un planeta, la presencia de estrellas OB en la Vía Láctea es un indicador de la actividad en nuestra galaxia, ya que indican regiones de formación estelar. Allí donde se encuentran se puede decir que la galaxia está ‘viva’, son zonas donde están originando nuevas estrellas.

Al elaborar los mapas más detallados de estrellas azules masivas en nuestro vecindario y el de los brazos espirales de nuestra galaxia se ha descubierto una estructura que conecta el brazo de Orión, donde nos encontramos, con el de Perseo

 

Por otra parte, estas estrellas de vida breve no tienen tiempo de alejarse de las zonas donde nacen, los brazos espirales, por lo que también son excelentes referencias para trazar un mapa de esas estructuras galácticas.

Con estas ventajas y en este contexto, un equipo de investigadores internacional liderado desde el Centro de Astrobiología (CAB, CSIC-INTA) ha realizado una exhaustiva actualización del mayor catálogo existente de estrellas OB masivas de nuestra galaxia: el llamado catálogo Alma Luminous Stars (ALS), compilado hace dos décadas y con casi 20.000 objetos.

Los autores han cruzado durante meses los datos antiguos de cada estrella con los facilitados recientemente por la misión Gaia de la Agencia Espacial Europea (ESA). En concreto, la información de Gaia DR2 (Data Release 2), obteniendo así un catálogo actualizado, aunque próximamente lo harán aún más con los datos todavía más precisos de Gaia EDR3.

Mapa de los brazos espirales de la Vía Láctea

Pero de momento, los resultados conseguidos hasta ahora, publicados en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS), ya han permitido trazar por vez primera el mapa más detallado de los brazos espirales de nuestra galaxia.

Brazos espirales de la Vía Láctea. Entre el de Orión y Perseo estaría el espolón de Cefeo recientemente descubierto. / NASA/JPL-Caltech/ESO/R. Hurt

Como destaca Michelangelo Pantaleoni González, investigador del CAB y autor principal del estudio, “disponer de una muestra de estrellas tan actualizada nos ha llevado a revisar qué aspectos de nuestro entorno galáctico se manifestaban con mayor claridad, y ahí ha surgido la sorpresa”.

El espolón de Cefeo

El mapa es tan detallado que ha permitido descubrir algo que nadie había visto hasta ahora: un ramal del brazo espiral donde se encuentra nuestro sistema solar (el de Orión). Los investigadores lo han bautizado como “el espolón de Cefeo”: espolón (spur en inglés) porque es como se denominan este tipo de estructuras entre brazos y de Cefeo porque es la constelación donde es más prominente.

La nueva estructura tiene unos 10.000 años-luz de longitud y se extiende hacia afuera en dirección al siguiente brazo (el de Perseo), elevándose además por encima del plano de la galaxia.

Respecto a su origen, Jesús Maíz Apellániz, investigador del CAB y coautor del estudio, explica: “Recientemente se había propuesto que existe algo llamado onda de Radcliffe como una oscilación en la distribución vertical (con respecto al plano galáctico) de las estrellas jóvenes de nuestro entorno. Ese estudio presentaba la oscilación como un fenómeno en una dimensión y ahora hemos visto que ocurre en dos dimensiones”.

Su origen se relaciona con la corrugación: el plano galáctico tiene ‘arrugas’ como una tela sin estirar, donde este espolón es la cresta de la ondulación y el valle lo forman otras regiones de formación estelar como las nebulosas de Orión y de Roseta

 

“El espolón de Cefeo –añade–, es la cresta de la ondulación y el valle lo forman otras regiones de formación estelar como las nebulosas de Orión y de Roseta. Este fenómeno se conoce como corrugación, esto es, el plano galáctico tiene arrugas como una tela puesta en el suelo sin estirar y esta es la mejor demostración de su existencia en el entorno solar”.

Por su parte, Pantaleoni concluye: “Es interesante señalar que la ingente cantidad de datos obtenidos con la misión Gaia y el uso de herramientas estadísticas ha permitido extraer interesantes conclusiones generales sobre nuestro entorno, como indicios del alabeo de nuestra galaxia (combada) y las corrugaciones del disco, que son probablemente reliquias de la convulsa evolución de la Vía Láctea”.

Fuentes: Sinc

Astrofísica - Cuásares, ¿el origen de los enigmáticos neutrinos cósmicos de alta energía?

Los neutrinos son diminutas partículas elementales con una masa apenas superior a cero. Pueden atravesar el universo sin interactuar con la materia ni ser refrenados por esta. Millones de neutrinos atraviesan cada segundo a cada uno de los habitantes de la Tierra, sin que nos demos cuenta. Por todo ello, estas partículas suelen pasar completamente desapercibidas.

Sin embargo, con detectores adecuados, cuyas características requieren que sean muy voluminosos, es factible captar la llegada de algunos neutrinos. Un ejemplo de detector de esta clase es el IceCube, construido en la Antártida y que tiene un volumen de 1 kilómetro cúbico, casi todo bajo la superficie. Otro ejemplo es el telescopio subacuático de neutrinos del lago Baikal en Rusia, cuya última versión, la Baikal-GVD, está en la fase final de construcción, ocupando ya 0,4 kilómetros cúbicos. Estas instalaciones escrutan el cielo en diferentes hemisferios: Norte y Sur.

Tras examinar los datos recogidos durante 7 años en el IceCube, los científicos optaron inicialmente por analizar aquellos cuya energía está por encima de los 200 teraelectronvoltios (TeV) a fin de intentar averiguar de qué dirección procedían estos neutrinos. Resultó que una parte importante de ellos proviene de los cuásares, identificados por los radiotelescopios por su elevado brillo. Más concretamente, los neutrinos de cada cuásar nacieron en algún lugar del centro de este. Cada cuásar tiene en su centro un agujero negro masivo. El tirón gravitatorio y otros efectos atraen materia hacia el disco de acreción, y también se generan eyecciones ultrarrápidas de gas muy caliente. Además, existe una conexión entre los potentes estallidos de ondas de radio de estos cuásares y el registro de ráfagas de neutrinos por parte del detector IceCube. Dado que los neutrinos viajan por el universo a la velocidad de la luz, los estallidos de ondas de radio llegan a nosotros al mismo tiempo que los neutrinos.

Comprobaciones finales a un componente del Baikal GVD antes de ser incorporado a este en las profundidades del lago Baikal. (Foto: Bair Shaybonov)

Ahora, el equipo de Sergey Troitsky, del Instituto de Investigación Nuclear de la Academia Rusa de Ciencias, y Yuri Kovalev, de Instituto de Física y Tecnología de Moscú (MIPT) en Rusia, ha llegado a la conclusión, en un estudio publicado en la revista académica The Astrophysical Journal, de que los neutrinos con energías del orden de decenas de teraelectronvoltios también son emitidos por los cuásares. En consecuencia, resulta que casi todos los neutrinos astrofísicos de alta energía nacen en los cuásares. Nótese que, además de ellos, hay neutrinos que nacen en la atmósfera terrestre, e incluso en el propio detector Ice Cube durante la interacción de los rayos cósmicos con la materia. Además, otros neutrinos corrientes provienen del Sol e incluso de centrales nucleares.

En los próximos meses, los científicos rusos recogerán los primeros datos del telescopio de neutrinos Baikal GVD y los analizarán junto con los datos del RATAN-600 (uno de los radiotelescopios más grandes del mundo) y de las redes mundiales de radiotelescopios, lo que les permitirá examinar en detalle los centros de los cuásares. Todo hace prever que se harán descubrimientos fascinantes al respecto. 

Fuente: NCYT de Amazings

Revelada la verdadera identidad de la misteriosa fuente de rayos gamma

Concepción artística del sistema PSR J2039−5617.

Una nueva investigación publicada en el Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, detalla cómo un grupo de investigadores descubrió un púlsar que gira 377 veces por segundo, en un sistema binario exótico conocido como PSR J2039−5617. Un púlsar es una estrella de neutrones que posee un intenso campo magnético que induce la emisión periódica de radiación electromagnética desde sus polos.

El equipo de científicos utilizó métodos novedosos de análisis de datos y la enorme potencia de cálculo del proyecto “Einstein@Home”, para rastrear las pulsaciones débiles de rayos gamma del púlsar, analizando los datos proporcionados por el Telescopio Espacial Fermi de la NASA. Sus resultados muestran que el púlsar está en órbita con una estrella de aproximadamente una sexta parte de la masa de nuestro Sol. El púlsar está evaporando lentamente a su acompañante estelar. El equipo también encontró que la órbita de dicha estrella varía leve e impredeciblemente con el tiempo. Usando su método de búsqueda, esperan encontrar más sistemas de este tipo con el proyecto Einstein@Home en el futuro.

A estos púlsares, también conocidos como “viudas negras” o “espaldas rojas”, se les llama así debido a que devoran a su estrella compañera binaria, tal y como ocurre con algunas especies de arañas en las que se ha visto que las hembras devoran a los machos más pequeños después del apareamiento. Para poder identificar al púlsar de PSR J2039−5617 se requirió de 10 años de recopilación precisa de datos.

Los hallazgos fueron obtenidos ​​gracias al proyecto Einstein@Home, una red de miles de voluntarios civiles que permiten que la potencia de sus ordenadores sea utilizada para coadyuvar en el análisis de los datos del Telescopio Fermi.

La búsqueda requirió de un análisis minucioso de los datos para no pasar por alto ninguna de las señales débiles de la estrella de neutrones. La búsqueda habría tomado 500 años en completarse en un solo ordenador, pero al utilizar una parte de los recursos de Einstein@Home el análisis se concluyó en tan solo 2 meses.

En dichos datos el equipo de científicos logró identificar un púlsar en un sistema binario ahora conocido como J2039−5617. Dicho púlsar es una estrella de neutrones que gira unas 377 veces por segundo y orbita con una estrella menos masiva que el Sol a la cual devora lentamente.

“Durante años se sospechó que hay un púlsar en el corazón de la fuente que ahora conocemos como PSR J2039−5617”, dice Lars Nieder, estudiante de doctorado en el Instituto Max Planck de Física Gravitacional. (Instituto Albert Einstein; AEI) en Hannover.

El objeto celeste ya se conocía desde 2014 como una fuente de rayos X, rayos gamma y luz visible. Toda la evidencia obtenida hasta ahora apuntaba a una estrella de neutrones en órbita con una estrella de baja masa en el corazón de la fuente, pero no había evidencia contundente.

El primer paso para resolver este acertijo fue identificar a la acompañante estelar del púlsar. Para ello se utilizó una red de telescopios que aportaron datos precisos sobre el sistema binario.

El brillo del sistema varía periódicamente, dependiendo de las posiciones de la estrella de neutrones y de su compañera de baja masa. “Para J2039-5617, hay dos procesos principales en acción”, explica el Dr. Colin Clark del Centro de Astrofísica Jodrell Bank, autor principal del estudio. “El púlsar calienta una cara de la estrella compañera, que parece más brillante y azulada. Además, dicha estrella se encuentra distorsionada por la atracción gravitacional del púlsar, lo que hace que el tamaño aparente de la estrella varíe a lo largo de la órbita. Estas observaciones permitieron al equipo determinar el período orbital de 5,5 horas del sistema binario, así como otras propiedades del sistema “.

Fuente: The University of Manchesteropens in new window

El Hubble descubre un grupo de agujeros negros ocultos en un cúmulo globular de la Vía Láctea

Cúmulo Globular NGC 6397. Crédito: NASA

Los científicos esperaban encontrar un agujero negro de masa intermedia en el núcleo del cúmulo globular NGC 6397, pero en su lugar encontraron evidencia de una concentración de agujeros negros más pequeños ocultos en el corazón del cúmulo. Los datos, aportados por el Telescopio Espacial Hubble de NASA / ESA, le han permitido a los científicos calcular por primera vez la masa y extensión de un grupo de agujeros negros en el núcleo colapsado de un cúmulo globular.

Un cúmulo globular es un conjunto de cientos de miles o incluso millones de estrellas que se encuentran densamente agrupadas y que se mantienen unidas por su propia fuerza gravitatoria. Dichos cúmulos suelen ser muy antiguos, por ejemplo, el cúmulo globular NGC 6397, es casi tan antiguo como el propio Universo. Reside a 7.800 años luz de distancia, lo que lo convierte en uno de los cúmulos globulares más cercanos a la Tierra. NGC 6397 es uno de 20 cúmulos globulares de la Vía Láctea que se conocen por tener un núcleo colapsado debido a una aglomeración estelar extremadamente densa.

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Llamada de la concentración del agujero negro en NGC 6397 (impresión del artista)

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Impresión artística de la concentración del agujero negro en NGC 6397

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Imagen terrestre del cúmulo globular NGC 6397

Cuando Eduardo Vitral y Gary A. Mamon del Instituto de Astrofísica de París analizaron el núcleo de NGC 6397, esperaban encontrar evidencia de un agujero negro de “masa intermedia” (IMBH). Estos son más pequeños que los agujeros negros supermasivos que moran en los núcleos de las galaxias masivas, pero más grandes que los agujeros negros de masa estelar que se forman por el colapso de estrellas masivas. Los IMBH son el “eslabón perdido” en la evolución de los agujeros negros y su mera existencia es objeto de debates acalorados entre los científicos.

Para encontrar el IMBH, Vitral y Mamon analizaron las posiciones y velocidades de las estrellas del cúmulo globular. 

El cálculo se realizó utilizando estimaciones previas de los movimientos de las estrellas a partir de imágenes del Hubble de NGC 6397 que abarcan varios años. También se utilizaron datos proporcionados por el observatorio espacial Gaia de la Agencia Espacial Europea, que mide con precisión las posiciones, distancias y movimientos de las estrellas.

“Nuestro análisis indicó que las órbitas de las estrellas son en su mayoría aleatorias en todo el cúmulo globular, en lugar de ser sistemáticamente circulares o alargadas”, explicó Mamon.

“Encontramos evidencia de masa invisible en las regiones densas del núcleo del cúmulo, pero nos sorprendió descubrir que esta masa adicional no está concentrada en un punto fijo, sino que se extiende a lo largo de varias ubicaciones en el núcleo de NGC 6397”, agregó Vitral.

Imagen PR heic2103e
Vista de campo amplio del cúmulo globular NGC 6397

Esta masa invisible solamente podría estar conformada por los remanentes de estrellas masivas cuyas regiones internas colapsaron bajo su propia gravedad una vez que se agotó su combustible nuclear. Dichos remanentes se pueden convertir en enanas blancas, estrellas de neutrones o agujeros negros de masa estelar. Utilizando los datos sobre las velocidades y movimientos de las estrellas en el núcleo de NGC 6397, así como la teoría de la evolución estelar, los científicos concluyeron que la mayor parte de la concentración de la masa invisible está conformada por agujeros negros de masa estelar y no por enanas blancas o estrellas de neutrones, las cuales serían muy difíciles de detectar.

Otros dos estudios recientes también habían propuesto que los restos estelares y, en particular, los agujeros negros de masa estelar, podrían poblar las regiones internas de la mayoría de los cúmulos globulares.

“Este es el primer estudio que ha logrado proporcionar datos sobre la masa y la extensión de lo que parece ser un grupo de agujeros en el núcleo colapsado de un cúmulo globular”, dijo Vitral.

Fuente: Esa Hubble

Hallan dos monstruosas galaxias, 62 veces más grandes que nuestra Vía Láctea

Estas son las dos impresionantes radiogalaxias descubiertas por el telescopio MeerKAT - I. Heywood (Oxford/Rhodes/SARAO)

Se trata de dos radiogalaxias cuyo diámetro ronda los 6,5 millones de años luz y que podrían ser los mayores objetos individuales vistos hasta ahora en el Universo

Dos gigantescas radiogalaxias acaban de ser descubiertas gracias a las 64 antenas del poderoso telescopio MeerKAT, en Sudáfrica, en el transcurso de una investigación en la que han participado una treintena de astrónomos de institutos y observatorios de todo el mundo. Una radiogalaxia es un tipo de galaxia activa que se caracteriza por su gran luminosidad en las frecuencias de radio, que emiten en forma de grandes y potentes chorros o «jets». Los chorros se forman como consecuencia de la interacción de partículas cargadas y poderosos campos magnéticos alrededor de los agujeros negros supermasivos que se encuentran en los corazones de esas galaxias.

Las dos nuevas radiogalaxias, sin embargo, destacan sobre todas las demás. En efecto, de los millones de radiogalaxias encontradas hasta ahora solo 800 son gigantes, y las dos recién descubiertas podrían ser los mayores objetos individuales observados hasta ahora en todo el Universo. A pesar de su gran tamaño, decenas de veces mayores que nuestra Vía Láctea, esta población galáctica resulta difícil de detectar, ya que su luz tenue y difusa está más allá del alcance de la mayoría de los telescopios.

En palabras de Jacinta Delhaize, investigadora de la Universidad de Ciudad del Cabo y autora principal del estudio recién publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, «encontramos estas radiogalaxias gigantes en una región del cielo que tiene solo cuatro veces el área de la Luna llena. Según nuestro conocimiento actual de la densidad de radiogalaxias gigantes, la probabilidad de encontrar dos de ellas en esta región tan pequeña es de menos del 0,0003%. ¡Y eso significa que las radiogalaxias gigantes son probablemente mucho más comunes de lo que pensábamos!».

Grandes y antiguas

El hallazgo brinda a los astrónomos nuevas pistas sobre cómo las galaxias evolucionan, y también desvela el misterio del enorme tamaño y de la edad de algunas radiogalaxias, que se cree que se encuentran entre las más antiguas del Universo.

Las dos galaxias en cuestión están a varios miles de millones de años luz de distancia de nosotros. «Estas dos galaxias -explica por su parte Matthew Prescott, coautor del trabajo- son especiales porque se encuentran entre las más grandes conocidas, y en el 10% superior de todas las radiogalaxias gigantes. Tienen más de 2 megaparsecs de diámetro, lo que equivale a unos 6,5 millones de años luz, unas 62 veces el tamaño de la Vía Láctea».

La razón por la que solo unas pocas entre los millones de radiogalaxias conocidas alcanzan tamaños tan gigantescos sigue siendo un misterio. Se cree que las más grandes son también las más antiguas, y si eso es cierto, deberían de existir muchas más que los pocos cientos que se conocen actualmente.

Según Delhaize, «en el pasado esta población galáctica ha permanecido oculta a nuestra vista por las limitaciones técnicas de los radiotelescopios. Pero ahora esa población se está revelando gracias a las impresionantes capacidades de la nueva generación de instrumentos».

Fuentes: ABC

Detectan una extraña señal de Próxima Centauri, el mejor candidato hasta ahora para ser una comunicación extraterrestre

El radiotelescopio Parkes, en Australia, desde donde se detectó la misteriosa señal de radio - Observatorio CSIRO Parkes

Se trata de una emisión de ondas de radio de tres horas en la frecuencia de 980 MHz y procede de Alfa Centauri, el sistema solar más cercano a nosotros

Es pronto aún para lanzar las campanas al vuelo, pero un equipo de astrónomos del proyecto Breakthrough Listen, del que formaba parte el ya fallecido Stephen Hawking, acaba de descubrir el que podría ser el mejor candidato hasta ahora para una señal alienígena. En concreto, los investigadores han encontrado una "intrigante señal" de radio procedente de Alfa Centauri, el sistema solar más cercano, a solo 4,2 años luz del Sol.

Según informa el diario británico The Guardian, los científicos están aún preparando el estudio sobre su hallazgo, por lo que sus datos todavía no son públicos, pero la señal consiste en un estrecho haz de ondas de radio de 980 MHz, y fue detectada en abril de 2019 por el telescopio Parkes, en Australia, que forma parte del proyecto Breakthrough Listen para buscar signos de tecnología alienígena más allá de las fronteras de nuestro Sistema Solar.

Según explican los investigadores, la misteriosa señal de 980 MHz solo apareció una vez y no volvió a repetirse. Esa frecuencia, sin embargo, es importante porque generalmente ningún satélite o nave terrestre emite en esa longitud de onda. Y aún más intrigante, la señal cambió ligeramente justo mientras se la estaba observando, y la forma en que lo hizo sugiere que podría tratarse de un cambio causado por el movimiento de un planeta. Como se sabe, nuestro sistema estelar vecino alberga por lo menos dos planetas y uno de ellos, Próxima b, es un mundo rocoso, apenas un 17% mayor que la Tierra y sobre el que se especula si es capaz de tener agua en su superficie.

Duró tres horas

La duración de la señal fue aproximadamente de tres horas y, como se ha dicho, se concentró en un rango muy estrecho de longitudes de onda, uno que normalmente no utilizan nuestros satélites y naves espaciales. De hecho, se trata de la primera señal que consigue pasar los estrictos controles de Breakthrough Listen, específicamente diseñados para eliminar posibles interferencias de señales terrestres. Por eso, los investigadores la han llamado Breakthrough Listen Candidate 1, o BLC1.

A pesar de ello, cualquier supuesto hallazgo de extraterrestres debe tomarse siempre con cautela y escepticismo, especialmente si se trata de una señal que se asemeja a una pòsible "firma tecnológica", es decir, a una emitida por tecnología alienígena. Por eso, el equipo de investigadores ha querido ser extremadamente cauteloso. Y en ese sentido, Pete Worden, presidente de la Breakthrough Prize Foundation escribió en Twitter que, por ahora, "nadie dice que sea una firma tecnológica. El equipo ha detectado varias señales inusuales y las está investigando cuidadosamente. Y las más fuertes y persistentes son todas de Próxima Centauri".

Por el momento, lo único que se sabe es lo que uno de los científicos contó a The Guardian: el análisis de datos todavía no es completo, por lo que a día de hoy nadie puede estar seguro de qué es exactamente ese extraño haz de radio. Lo único que está claro es que es "extraño y peculiar".

La más emocionante desde «Wow!»

En su artículo, el rotativo británico cita una fuente anónima que asegura tener acceso a los datos y que afirma que "es el primer candidato serio a ser una comunicación alienígena desde la famosa señal «Wow!», captada en 1977 y que también se parecía a una tecnofirma".

Por otra parte, según ha asegurado a la revista Scientific American Sofía Shelkh, de la Penn State University, que dirigió el análisis de la señal BLC1, "se trata de la señal más emocionante que hemos encontrado en el proyecto Breakthrough Listen, porque nunca habíamos tenido otra antes que consiguiera superar nuestros muchos filtros".

Sea como fuere, dentro de unos meses, cuando los investigadores terminen su trabajo y publiquen sus resultados definitivos, sabremos de BLC1 es, o no, solo una interferencia terrestre. Pero incluso si se demostrara fehacientemente que no se trata de una señal emitida por una de nuestras naves, los científicos tendrán que analizar muchas otras posibles explicaciones antes de concluir que, efectivamente, se trata de la primera señal extraterrestre captada por la humanidad.

No hay que olvidar que, si hay alguien "ahí arriba", no tenemos forma de saber cómo podría ser su tecnología de comunicaciones, que no tiene por fuerza que parecerse a la nuestra. Ni tampoco conocemos aún cuáles y cuántas son las posibles fuentes naturales de ondas de radio que hay en el Universo.

Fuentes: ABC

Otra ventana al Universo

Agujeros negros se aprestan a chocarse y emiten ondas gravitacionales, visibles en colores falsos en esta simulación en computadora

S. Ossokine, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics), W. Benger (Airborne Hydro Mapping GmbH)

La detección de ondas gravitacionales generará estudios sobre fenómenos altamente energéticos que emiten poca o ninguna luz

El día 14 septiembre de 2015, los instrumentos del Observatorio Interferométrico de Ondas Gravitacionales (Ligo), en Estados Unidos, registraron por primera vez el paso de ondas gravitacionales por la Tierra. Esta observación comprobó la existencia de esas deformaciones del propio espacio, que Albert Einstein había previsto hace 100 años valiéndose de su Teoría de la Relatividad General, en 1915. Los científicos esperan a partir de ahora aprovechar esas ondas para estudiar fenómenos astrofísicos altamente energéticos que emiten escasa o ninguna luz, lo que torna su observación casi imposible, aun cuando se emplean los más potentes telescopios disponibles.

“Lo que viene ahora realmente entusiasma”, dijo el físico David Reitze, director ejecutivo del Ligo, en el anuncio ante la prensa de este descubrimiento histórico. “Como cuando Galileo observó el cielo con un telescopio por primera vez, en 1509, hemos abierto ahora una nueva ventana al Universo.”

Al cabo de meses de análisis y verificaciones, el equipo internacional de investigadores del Ligo arribó a la conclusión de que el origen de las ondas habría sido un violento evento cósmico nunca antes registrado desde un observatorio astronómico: la colisión y la fusión de dos agujeros negros acaecidas a 1.300 millones de años luz de la Tierra. De acuerdo con esos cálculos, publicados el 11 de febrero en Physical Review Letters, la fusión de los agujeros negros habría liberado una cantidad de energía equivalente a la de la aniquilación completa de tres estrellas con la masa del Sol en menos de 0,2 segundo. Lo más sorprendente es que, por lo que parece, nada de esa energía fue liberada en forma de luz o de partículas de materia. El choque de los agujeros negros generó una explosión invisible y su energía se propagó por el Universo en forma de ondas gravitacionales.

Al mismo tiempo, el registro realizado en el Ligo constituye la primera evidencia directa de la existencia de ondas gravitacionales y de agujeros negros. Antes, sólo había señales indirectas. “Es una confirmación espectacular de nuestros cálculos de la Teoría de la Relatividad General realizados desde la Tierra”, afirmó el físico italiano Riccardo Sturani, del Instituto Sudamericano de Investigación Fundamental del Centro Internacional de Física Teórica (ICTP-SAIFR), que funciona en São Paulo en colaboración con el Instituto de Física Teórica de la Unesp.

Sturani forma parte del equipo de más de mil investigadores de 15 países que colaboraron en el desarrollo tecnológico del Ligo y en el análisis de sus datos. Es experto en el cálculo de las formas de las ondas gravitacionales que son resultado de colisiones violentas entre cuerpos celestes densos y compactos, con masas similares a las de estrellas gigantes concentradas en volúmenes de unos pocos kilómetros de diámetro. Los astrofísicos sólo conocen dos tipos de objetos de así: los agujeros negros y las estrellas de neutrones.

Creadas a partir de la implosión del núcleo de una estrella gigante, las estrellas de neutrones concentran la masa de 1 a 3 soles en una esfera de 20 kilómetros de diámetro. Los astrónomos observan rutinariamente la luz, las ondas de radio y los rayos X emitidos por estrellas de neutrones, pero aún no saben mucho sobre su interior. “En el centro de una estrella de neutrones existen presiones y densidades altísimas, más elevadas que aquéllas situadas en el interior del núcleo de un átomo”, explica Cecilia Chirenti, física teórica de la Universidad Federal del ABC. Chirenti investiga de qué manera la forma de las ondas gravitacionales emitidas por estrellas de neutrones puede variar de acuerdo con la composición interna de dichos astros. “No sabemos de qué forma se comporta la materia en esas condiciones. Existen muchos modelos y las ondas gravitacionales pueden ayudar a verificar cual representa mejor la realidad.”

Desde 1974, los astrónomos han venido observando indirectamente ondas gravitacionales provenientes de estrellas de neutrones. Pero esas ondas tienen amplitud y frecuencia demasiado bajas como para que se las pueda detectar desde el Ligo.

Al igual que las estrellas de neutrones, los agujeros negros también pueden crearse debido a la implosión del núcleo de estrellas gigantes, de masa aún más elevada. En ese caso, la implosión provoca el colapso total de la materia, que se transforma en energía gravitacional pura. En lugar del antiguo núcleo estelar, surge una superficie esférica en el espacio vacío llamada horizonte de eventos. Nada, ni siquiera la luz, escapa a la fuerza gravitacional de esa superficie, de allí el origen del nombre de agujero negro.

Así como los agujeros negros, las ondas gravitacionales son algunas de las previsiones más famosas de la Teoría Relatividad General de Einstein. El científico la formuló en 1915 para explicar la gravitación con base en su Teoría de la Relatividad Especial, de 1905. De acuerdo con la Relatividad General, la gravedad no es una fuerza de atracción que actúa instantáneamente entre dos cuerpos, tal como lo había postulado dos siglos antes el físico y matemático inglés Isaac Newton. La Teoría de la Relatividad Especial desestima la existencia de fuerzas instantáneas, porque, según esta teoría, nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz. Para corregir ese detalle de la teoría de Newton, Einstein tuvo que reinterpretar la idea de gravitación, que dejó de verse entonces como una fuerza para pasar a ser entendida como una deformación de la geometría del espacio provocada por la masa de los cuerpos.

Es más fácil entender lo que sucede cuando se imagina una bala de cañón en el centro de una cama elástica. La bala estira la trama y se hunde. Si alguien arroja una bola de billar en forma tangencial a la bala de cañón, verá que la bola menor no recorre una línea reta. A partir de cierto punto, pasará describir círculos alrededor de la bala, algo similar a lo que hace la Tierra en su órbita alrededor del Sol.

La fuente de las deformaciones en el espacio es la presencia de una gran masa como la del Sol o la de la Tierra. Einstein se dio cuenta de que, en determinadas circunstancias, un cuerpo en movimiento acelerado también podría causar deformaciones pasajeras en el espacio, que se propagarían en la forma de ondas viajando a la velocidad de la luz. En la práctica, esas ondulaciones serían percibidas como una fuerza pasajera que deforma los objetos que encuentra en su camino (vea la infografía). Einstein notó también que, en general, la deformación (o la amplitud) de esas ondas sería demasiado pequeña como para detectárselas.

A partir de la década de 1960, se notó que quizá fuese posible medir las ondas. Y enseguida quedó claro que la mayoría de las fuentes de ondas gravitacionales estarían a centenas de millones de años luz de distancia. Cuando llegasen a la Tierra, estarían tan diluidas que provocarían desplazamientos ínfimos.

De todos modos, grupos de científicos de diversos países se aventuraron a construir detectores de ondas gravitacionales. Por ahora, el Ligo es el mayor y el más sensible de éstos. Este proyecto fue concebido en 1982 y su construcción terminó casi 20 años después. En 2010, una reforma aumentó tres veces su sensibilidad. Al reconectárselo en septiembre de 2015, sus instrumentos detectaron ondas gravitacionales desde los primeros días de operación.

Los brazos en forma de “L” de uno de los observatorios gemelos del Ligo, en Hanford, Washington, Estados Unidos

LIGO Laboratory

El Ligo cuenta con dos detectores gemelos, uno situado en la ciudad de Hanford, en el estado de Washington, y el otro ubicado a tres mil kilómetros de allí, en Livingston, en Luisiana. Las instalaciones de los detectores tienen forma de “L”, y cada brazo mide cuatro kilómetros. Un sistema de láseres y espejos monitorea alteraciones ínfimas en la longitud de cada brazo. Los detectores captan una cantidad inmensa de ruido, como el que provocan el tránsito de aviones y automóviles o las ondas sísmicas. En medio de todas esas interferencias, computadoras barren las variaciones de tamaño que sólo las ondas gravitacionales serían capaces de provocar simultáneamente en los detectores gemelos.

“La búsqueda se lleva a cabo comparando los datos de los detectores con señales simuladas por computadora”, explica el físico César Augusto Costa, del Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe). Costa pertenece al grupo brasileño liderado por el físico Odylio Aguiar, del Inpe, que integra la colaboración internacional del Ligo. El equipo de Aguiar colabora con la investigación con el objetivo de eliminar los ruidos y perfeccionar los detectores del Ligo, cuya sensibilidad aumentará 10 veces con relación a la inicial en los próximos años.

Una extraña pareja
El Ligo funcionó desde septiembre de 2015 hasta enero de 2016, pero sólo los datos recabados durante las dos primeras semanas se han analizado. De acuerdo con Sturani, la evaluación completa de lo que se observó durante los cuatro meses de mediciones debe salir publicada pronto. Otro observatorio de ondas gravitacionales, el Virgo, situado en Italia, empezará a funcionar a finales de este año. La primera señal registrada por el Ligo es lo suficientemente inusual como para ocupar durante meses a los astrofísicos. Esas ondas se generaron debido a la colisión de dos agujeros con masas 36 y 29 veces mayor que la masa solar. “Tienen masa demasiado elevada para agujeros negros formados debido a un colapso estelar”, dice el astrofísico Rodrigo Nemmen, de la Universidad de São Paulo. “Creemos que eventos de colisión entre dos agujeros negros de esa masa serían raros.”

Cuando el Ligo detectó las primeras ondas gravitacionales, los científicos calcularon que la fuente de las mismas estaría en una franja del hemisferio sur celeste y, secretamente, advirtieron a los observatorios del mundo que debían buscar algo extraño en el cielo. La cámara del proyecto Dark Energy Survey (DES), montada en un telescopio de Cerro Tololo, en Chile, barrió el cielo durante tres semanas sin hallar ninguna señal de luz emitida.

En aquel momento no estaba clara cuál era la fuente de las ondas detectadas, recuerda la física brasileña Marcelle Soares-Santos, del Fermilab, en Estados Unidos, quien coordinó el análisis de las observaciones del DES. “Puede haber emisión de luz visible en la colisión de un dúo formado por un agujero negro y una estrella de neutrones o dos estrellas de neutrones”, explica. “Los pares de agujeros negros son más raros que los sistemas con estrellas de neutrones, por eso en el futuro esperamos registrar muchos eventos que el DES y otros proyectos podrán observar”. Sin embargo, otro observatorio, el telescopio espacial Fermi, de la Nasa, registró un brillo débil de rayos gamma 0,4 segundo después de que el Ligo detectara la primera onda gravitacional. “Es posible que esa emisión haya sido producida en la fusión de los agujeros negros, lo cual sería sumamente inesperado”, dice Nemmen. “Pero, probablemente, fue sólo una coincidencia temporal y la radiación gamma llegó proveniente de otro lugar.”

Proyectos
1. Investigación en ondas gravitacionales (nº 2013/04538-5); Modalidad Programa Jóvenes Investigadores; Investigador responsable Riccardo Sturani (IFT-Unesp); Inversión R$ 256.541,00.
2. Gravitational wave astronomy – FAPESP-MIT (nº 2014/50727-7); Modalidad Ayuda a la Investigación – Regular; Investigador responsable Riccardo Sturani (IFT-Unesp); Inversión R$ 29.715,00.
3. Una nueva física en el espacio: ondas gravitacionales (nº 2006/56041-3); Modalidad Proyecto Temático; Investigador responsable Odylio Denys de Aguiar (Inpe); Inversión R$ 1.019.874,01.
4. Astrofísica relativista y ondas gravitacionales (nº 2015/20433-4); Modalidad Ayuda a la Investigación – Regular; Investigador responsable Cecilia Chirenti (UFABC); Inversión R$ 56.109,48.

Artículo científico
ABOTT, B. P. et al. Observation of gravitational waves from a binary black hole merger. Physical Review Letters. 11 feb. 2016.

Fuentes: Revista Pesquisa

La fusión de dos agujeros negros desconcierta a los científicos

Hace siete mil millones de años, a una distancia de 17.000 millones de años luz, dos agujeros negros, de 66 y 85 masas solares, se fusionaron dando lugar a un nuevo agujero negro masivo, de alrededor de 142 masas solares. Tanto los dos agujeros progenitores como el resultante de la fusión se sitúan en un rango de masas superior al que se había observado hasta la fecha, y el resultante es el agujero negro más masivo jamás detectado con ondas gravitacionales. La comunidad astrofísica está desconcertada por el descubrimiento, que rompe con lo que se sabía sobre el origen de los agujeros negros.

“No hay una teoría científica estándar que explique la existencia de este agujero negro masivo”, certifica a SINC Sascha Husa, investigador en el Institute of Applied Computing & Community Code de la Universitat de les Illes Balears (UIB) y miembro del equipo editorial de los dos artículos publicados en las revistas Physical Review Letters y Astrophysical Journal Letters, donde se acaban de dar a conocer los resultados obtenidos, así como sus implicaciones científicas.

Este hallazgo, desarrollado a partir de una señal de 0,1 segundos de duración, ha sido el resultado de 15 meses de trabajo por parte de dos grandes colaboraciones científicas (Virgo en Italia y LIGO en EE UU) que han contado con centenares de expertos de diversos países, incluyendo participación española. El sistema binario masivo se ha bautizado como GW190521 –ya que el evento de ondas gravitacionales se percibió el 21 de mayo de 2019–.

Que se haya batido el récord de masa detectado por las colaboraciones Virgo y LIGO es un descubrimiento sin precedentes. “Esta detección abre la puerta a descubrir muchos más posibles efectos astrofísicos nuevos”, adelanta Thomas Dent, coordinador del programa de ondas gravitacionales en el Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE) y miembro de la Colaboración Científica LIGO.

Un aspecto crucial es que el agujero negro remanente es de masa intermedia, y esto se relaciona con uno de los rompecabezas más fascinantes y complejos de la astrofísica y la cosmología: el origen de los agujeros negros supermasivos. Estos monstruos gigantes, de millones a miles de millones de veces más masivos que el Sol y a menudo en el centro de las galaxias, podrían surgir de la fusión de agujeros negros de masa intermedia más pequeños.

Hasta hoy, muy pocos candidatos de este tipo han sido identificados únicamente a través de observaciones electromagnéticas y esta es la primera observación vía ondas gravitacionales. Además, el rango de 100 a 1.000 masas solares ha representado durante muchos años un ‘desierto’ de agujeros negros.

“Tanto el [agujero negro] de 85 como el de 66 son agujeros negros mucho más grandes de los de masa estelar intermedia que conocíamos. En el rango entre 60 y algo más de 100 veces la masa del Sol no está previsto que se pudiera formar un agujero negro de masa estelar”, indica a SINC la investigadora Alicia Sintes, de la Universitat de les Illes Balears (UIB) y miembro de LIGO.

“Las ondas gravitacionales están descubriendo objetos o eventos que no nos esperábamos. Debe haber mecanismos que no entendemos y que permitan la generación de agujeros negros con masas solares superiores, como supernovas”, deduce Sintes.

Un fenómeno no explicado

Los astrofísicos diferencian los agujeros negros en tres grupos en función de su masa.

Por un lado, se encuentran los agujeros negros supermasivos, con una masa que oscila entre centenas de miles hasta miles de millones de veces la masa del Sol. Este es el caso del agujero negro que se encuentra en el centro de la Vía Láctea, con una masa alrededor de 4 millones de veces la del Sol. El modo en el que se generaron todavía es un misterio.

Por otro lado, se sitúan los agujeros negros de masa intermedia, cuyas masas oscilan entre 100 y 100.000 veces la masa del Sol. Su origen es impreciso. Es el caso del remanente percibido, el GW190521, que ha sido originado a partir de la fusión de otras dos masas masivas.

Por último, se hallan los agujeros negros de masa estelar, cuya masa es de unas pocas decenas de veces la masa solar. Se cree que se formaron a partir del colapso del núcleo de una estrella masiva, mediante explosiones de supernova.

Uno de los grandes misterios del nuevo hallazgo es el origen de los dos agujeros negros progenitores. “Si surgieron del colapso de estrellas, se sitúan en un rango de masas en el cual su presencia se considera, en teoría, imposible”, explica Dent. “Por tanto, podría ayudar a mejorar nuestra comprensión sobre las etapas finales de la vida de las estrellas masivas”, vaticina. Si logran conocerlo y comprenderlo, podrían averiguar cuál es el origen de los agujeros negros supermasivos, uno de los rompecabezas más complejos de la astrofísica y la cosmología.

Se sabe que los agujeros negros con masas entre 65 y 120 veces la masa del Sol no pueden haber sido formados tras el colapso de una estrella. Mediante un fenómeno conocido como “inestabilidad de pares”, al estallar las estrellas con estas masas, únicamente dejan tras de sí una nube de gas y polvo cósmico, ‘imposibilitando’ la formación de agujeros negros de estas dimensiones.

Por lo tanto, la comunidad astrofísica no esperaría observar ningún agujero negro en este rango de masas solares, entre unas 60 y 120. Ese es exactamente el rango de masas en el que se encuentra la componente más masiva de GW190521 (66 y 85 masas solares).

Es evidente que son necesarias más observaciones de agujeros de este tipo para comprender exactamente qué es lo que ha ocurrido y cómo se explican fenónemos como el descrito. Por el momento, ya existen algunas hipótesis entre la comunidad científica.

“Hay dos explicaciones naturales: una es que esta teoría científica no es correcta, porque estos fenómenos son más complicados de lo que se había pensado, y la otra es que estos agujeros negros se hayan formado a su vez por la fusión de otros más pequeños. Claro, que no es muy probable que dos agujeros se encuentren, a menos que se encontrasen en una nube estelar y la fusión se haya producido en una zona de alta densidad de estrellas”, sugiere Husa como posibles explicaciones.

Tito Dal Canton, investigador del Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) en el Irène Joliot-Curie Lab, en Orsay (Francia), y miembro de Virgo, explica que los agujeros negros iniciales rotaban rápidamente en el momento en el que se emitió la señal que han detectado.

“La señal muestra indicios de precesión, una rotación del plano orbital producido por rotaciones de gran magnitud y orientación particular”, indica Dal Canton. “El efecto es débil y no podemos afirmar que esté presente de manera categórica, pero, si fuera cierto, apoyaría la hipótesis de que los agujeros negros progenitores surgen y viven en entornos cósmicos muy inestables y concurridos, como un cúmulo estelar denso o un disco de acreción de un núcleo galáctico activo”, pronostica.

“Ha sido muy complejo interpretar la señal al estar en el límite de nuestra capacidad técnica. Solo tendremos una idea clara de cómo se formó el sistema que la generó tras investigaciones adicionales y con detecciones futuras con las que comparar”, explica Thomas Dent, coordinador del programa de ondas gravitacionales en el IGFAE.

Fuente: SINC