16/03/2024

Los glóbulos de la nubécula

La Vía Láctea tiene más de 150 cúmulos globulares: antiguos enjambres de cientos de miles de estrellas, casi minigalaxias, en órbitas muy inclinadas con respecto al disco de la galaxia. Todas las grandes galaxias los tienen, incluso la Nube Mayor de Magallanes. Uno de ellos es esta preciosura fotografiada hace poco por el Telescopio Hubble, NGC 2210:

La exquisita visión del Hubble permite ver muchísimas estrellas individuales (incluso en la versión reducida para esta columna) a pesar de que se encuentra 10 veces más lejos que los familiares globulares de la Vía Láctea, como Omega Centauri, 47 Tucanae o el Cúmulo del Pavo. Un paper de hace pocos años, linkeado en la nota de prensa, incluso ha construído detallados diagramas de brillo vs color de sus estrellas*:

* No he escrito aquí en el blog mucho sobre estos diagramas, pero pueden revisar mi nota en Si muove, la revista del Planetario de la Ciudad de Buenos Aires. Algún día lo comentaré aquí.

Con estos diagramas se pueden calcular muchas propiedades de la población estelar. En particular, usando las estrellas que destacan en celeste, han calculado sus edades. NGC 2210 resulta ser el más joven, con 11600 millones de años. Es decir, son tan antiguos como los cúmulos globulares de la Vía Láctea, tan antiguos como las galaxias y casi como el universo mismo. Algún día tenemos que entender qué son estos cúmulos globulares, si son todos ellos núcleos de galaxias antiguas, o si se formaron así como los vemos. (La banda de estrellas celestes se llama rama horizontal, y es una fase estelar que se encuentra entre las gigantes rojas y la rama asintótica que ya comenté.)

Como recientemente fotografié la Nube Mayor de Magallanes desde la estepa patagónica, quise ver si había salido alguno de estos cúmulos. 

Para quien se tome el trabajo de explorarla, la NMM está llena de cúmulos estelares; incluso algunos que parecen globulares, como los que marqué en la foto. Pero ninguno de ellos es de los que están en el estudio de arriba. Son cúmulos abiertos gigantes, con pinta de globulares y a veces clasificados como tales, pero jóvenes. NGC 1850, por ejemplo, tiene 140 millones de años. Es posible que se haya formado de manera similar al que está naciendo en la Nebulosa Tarántula, que ya hemos comentado

Tuve que recurrir a la foto de gran angular, la del airglow que mostré el mes pasado, para señalar las posiciones de estas minigalaxias en órbita de nuestra galaxia vecina. Vean qué lejos están:

Habrá aún más fotos de la expedición a Los Juncos.



La foto de NGC 2210 es de NASA/ESA/STScI.

El paper es: Wagner-Kaiser et al., Exploring the nature and synchronicity of early cluster formation in the
Large Magellanic Cloud – II. Relative ages and distances for six ancient globular clusters
, MNRAS 471, 3347–3358 (2017).

09/03/2024

La gran estrella del sur

Fuimos a ver Dune: Part Two. Arrakis, el planeta Duna, está en órbita de Canopus. Si bien el primer libro de Frank Herbert no da más detalles, The Dune Encyclopedia nos informa que Canopus es una estrella blanca de la secuencia principal, un poquito mayor que el Sol, de magnitud absoluta -3 y con seis planetas en órbita. Arrakis es el tercero, a 87 millones de kilómetros. La Encyclopedia, así como otras fuentes similares, dan una cantidad de datos adicionales que vamos a ignorar por el momento.

Canopus, por supuesto, es una estrella verdadera, que todos los aficionados del hemisferio sur sabemos identificar. Es la segunda estrella más brillante del cielo nocturno, apenas la mitad de brillante que Sirio, y efectivamente es blanca. ¿Tiene algún sentido que sea la estrella de Arrakis?

Me temo que no. Canopus no es una estrella de la secuencia principal (de las que fusionan hidrógeno en sus núcleos). Es, en cambio, de una de las clases más raras que existen: es una supergigante amarilla, la más cercana de su tipo al sistema solar. Son raras porque es una etapa muy breve de algunas estrellas más masivas que el Sol. Son muy grandes y luminosas, y fusionan helio en el núcleo como las gigantes y supergigantes rojas. 

Un paper relativamente reciente usa observaciones de Canopus hechas con varios instrumentos del Telescopio Muy Grande, del ESO, para calcular sus parámetros fundamentales. Nuestra Canopus definitivamente no es la Canopus de Duna. Nuestra Canopus es 73 veces más grande que el Sol, 4200 veces más luminosa y 9 veces más pesada. Según los autores, Canopus estaría en la región señalada como blue loop en el gráfico de arriba (las supergigantes amarillas que están en la franja de inestabilidad son generalmente variables cefeidas, como Polaris). Al consumir el helio de sus núcleos las supergigantes amarillas entran en la rama asintótica y poco después se convierten en nebulosas planetarias. Pero la masa de Canopus está en el límite inferior de las que explotan como supernova, así que quién sabe. En una de esas explota, y termina diseminando toda la especia en el medio interestelar. Cosa de locos.

Con esas características, a 87 millones de kilómetros Arrakis estaría calcinado. Está bien que es un desierto caliente, pero no taaan caliente. Digamos que tiene una insolación como Venus, que está en el borde interior de la zona de habitabilidad del Sol. Venus está a 0.7 unidades astronómicas del Sol, así que Arrakis debería estar a \(0.7\times\sqrt{4200} = 45\) unidades astronómicas de Canopus: más o menos como Plutón. O sea, podría ser. El Sol, a 45 unidades astronómicas, se ve muy chiquito. Pero Canopus es más grande, 73 veces más grande. Así que desde esa distancia se vería 1.6 veces más grande que el Sol en nuestro cielo, o sea casi igual. Tal como lo vemos en la película. Con una temperatura superficial de 7800 grados, Canopus es más blanca que el Sol, pero Arrakis es un planeta muy polvoriento, así que perfectamente podríamos verlo como en la película. 

Tengo pocas fotos de Canopus, y de hecho hay pocas fotos de astroaficionados en la web. Pero tengo ésta, que ya mostré, en la que procuré capturar el punto de fuga del Brazo Local de la Vía Láctea:


A la izquierda está Carina, tan abundante en cúmulos estelares y nebulosas, y a la derecha el Can Mayor. Canopus (Alfa Carinae) está en medio, algo alejada de la Vía Láctea. Curiosamente, y ya que en la foto salió el Can Mayor, aprovecho para mencionar que Wezen, la estrella brillante del cuarto trasero del perro, también es una supergigante amarilla.

Aprovechen a verlas antes de que pase el verano, y antes de que pase la moda de Duna.  



La imagen de Arrakis es de Dune Part Two (Legendary/Warner Bros). La tomé de un wallpaper, no sé si es original de la película o dibujada por un fan. 

El paper es Domiciano de Souza et al., Refined fundamental parameters of Canopus from combined
near-IR interferometry and spectral energy distribution
, A&A 654:A19 (2021). 

El diagrama de evolución estelar está basado en uno de Wikipedia (usuario Lithopsian, CC-BY-SA). Corresponde a una estrella de 5 masas solares, un poco más liviana que Canopus. Pero el que está en el paper es más técnico y menos claro.

El nombre de Canopus es de origen griego: era el piloto del barco del rey Menelao, el marido de Helena. Murió al regresar de Troya, en el delta del Nilo, donde hay un puerto con su nombre. Helena lloró su muerte y de sus lágrimas surgió una planta llamada helenio. Otras conexiones de la Guerra de Troya con la astronomía ya han aparecido en el blog.

Curiosamente, existe una estrella llamada Arrakis. Es el nombre árabe (significa bailarín) de Mu Draconis. La IUA adoptó la variación Alrakis como nombre oficial. ¿Habrá sido para evitar confusión con el planeta de la ficción?

02/03/2024

Los ñoquis del César

Esta semana terminó febrero con 29 días: tuvo un día intercalar (adjetivo, no verbo, fíjense un poco). Escuché muchos comentarios sobre los bisiestos y los 29 de febrero, no del todo correctos ni exactos. Así que intercalo esta nota en la serie que venía preparando, para explicarlo, que quede escrito, y que lo usen para mandarse la parte.

El año calendario (o año civil, que rige los cumpleaños, las actividades públicas, etc.) tiene necesariamente un número entero de días. Esto es así porque el día es la unidad natural para medir el tiempo, probablemente desde la remota prehistoria.

Pero a la órbita de la Tierra alrededor del Sol no le importa en absoluto la duración del día. El tiempo que tarda la Tierra en recorrer su órbita no depende de la Tierra para nada: ni de su masa, ni de su composición, ni de su tamaño, ni del color del mar o del cielo, y ni siquiera de lo que tarda en dar una vuelta sobre sí misma. Sólo depende de la distancia de la Tierra al Sol y de la masa del Sol (y en menor medida, de la existencia del resto de los planetas). En la antigüedad cada pueblo usaba su propio calendario, muchos de ellos combinando los movimientos del Sol y de la Luna. Pero, durante la campaña de Egipto, Julio César descubrió que los astrónomos egipcios habían medido con gran precisión la duración del año trópico (el que rije las estaciones), descubriendo que duraba 365 días y un cuarto. Por suerte un cuarto es una fracción sencilla, y si al calendario le faltaba un cuarto de día por año, se acumulaba un día cada 4 años, que se podía intercalar fácilmente en febrero, ponele. A César le encantó la idea, porque el calendario romano era medio caótico (o más bien, discrecional de los pontífices, lo cual afectaba arbitrariamente la duración de los cargos públicos). Así que Roma, y luego el Imperio, empezaron a usar el calendario juliano, con bisiestos cada 4 años y veintinueves de febrero. Esa es la historia del 29 de febrero: se lo debemos a Julio César.

Bonus

Pero llegó el Renacimiento, y los astrónomos descubrieron que el año trópico tampoco duraba 365 y un cuarto. Era un cachito menos que un cuarto. Muy poquito menos, pero menos, y a lo largo de 1500 años la diferencia se había acumulado. Si la fracción era menos que un cuarto, agregar un día cada 4 años era demasiado. ¡Había demasiados bisiestos! El padre Aloysius Lilius (Luigi Giglio), nacido en Calabria a pocos kilómetros de donde vivían mis antepasados, midió, calculó y descubrió que eliminando 3 bisiestos cada 400 años el calendario funcionaría bien per secula seculorum. En 1570 y pico hizo una propuesta sencilla: alcanzaba con eliminar los bisiestos de los años terminados en 100, pero dejando los que fueran múltiplos de 400. Por ejemplo, 1600 sería bisiesto (porque 1600 es 400 × 4), pero 1700, 1800 y 1900, no. Y el 2000 de nuevo sí (busquen algún almanaque que les haya quedado del 2000). Hizo su propuesta y se murió. Por suerte el gran astrónomo Christopher Clavius tomó la posta y convenció al papa Gregorio XIII de hacer la reforma necesaria, y en 1582 el papa sancionó el que seguimos usando, el calendario gregoriano. Pero esto es un bonus, el 29 de febrero ya existía desde Julio César.

Bonus secundus

La reforma de Gregorio tuvo tres partes. Por un lado, adoptar el calendario con la cantidad correcta de bisiestos. Por otro lado, había que hacer algo con los 10 días de error que se habían acumulado a lo largo de 1600 años. Había dos posibilidades: gradualismo o shock. La solución gradualista eliminaría los bisiestos a lo largo de 40 años. La alternativa de shock era eliminar los 10 días de golpe. Gregorio eligió el shock, y en el mundo católico la gente se fue a dormir el jueves 4 de octubre de 1582, y se despertaron el viernes 15 de octubre. ¿Se imaginan las protestas hoy en día? ¡Devuelvan los 10 días! La tercera parte tenía que ver con la manera de calcular la fecha de la Pascua de Resurrección, que requería, además de cierta estación del año, cierta fase lunar.

Bonus tertius

El año civil aproxima, como ya dije, el año trópico. Pero el año trópico tampoco es la duración de la órbita de la Tierra, porque tiene que ver con la inclinación del eje de la de Tierra y, como dijimos, a la órbita no le importa nada la Tierra. Varias veces ya conté brevemente sobre los distintos años que existen.



No puedo irme sin reconocer que la rotación de un planeta (o de un satélite) sí se acopla a su movimiento orbital. En el caso de la Tierra es un efecto imperceptible. Pero en el caso de la Luna alrededor de la Tierra es bien evidente: los dos tiempos son iguales, y la Luna muestra siempre la misma cara hacia la Tierra. Entre los planetas, el único que lo siente es Mercurio, por ser el más cercano al Sol. La principal razón de este acoplamiento es la fuerza de mareas, debida a que los cuerpos no son puntuales, sino que tienen cierto tamaño.

El personaje dibujado de Julio César es de Uderzo/Goscinny/Editorial Dargaud. Dibujo descargado del sitio fan Villains Wiki.

24/02/2024

Vida en la Tierra

La semana pasada comentamos el incierto destino de Voyager 1, perdida en el espacio. Hoy nos ocupamos de un robot que, desde su nacimento, estuvo condenado a acabar sus días sacrificándose para no contaminar los mundos que exploró. En su intrincado viaje a Júpiter, Galileo hizo dos sobrevuelos de la Tierra, que se usaron para probar los instrumentos. Esta es una de las imágenes tomadas en diciembre de 1990, un día despejado de verano en la Patagonia:

La Tierra vista desde afuera, como un planeta, flotando en la oscuridad del espacio, y exhibiendo su variedad de aspectos: mares, continentes, hielo, aire, nubes, desiertos, vegetación... Nunca veremos así un planeta alrededor de otra estrella. Nunca en lo inmediato, hasta que proyectos como Breakthrough Starshot se lleven a cabo en siglos por venir. Mientras tanto, a lo sumo podremos observar algún planeta no muy lejano como un único píxel. ¿Qué podríamos saber de la Tierra si la viéramos como un solo píxel?

Sorprendentemente, podríamos saber mucho. Siempre lo menciono hacia el final de mis charlas sobre exoplanetas, así que disfruté al encontrar un paper reciente que lo simula usando miles de imágenes en varias longitudes de onda, tomadas por Galileo durante sus sobrevuelos en 1990 y 1992. A pesar de que son imágenes de alta resolución, los tipos deciden reducir su calidad intencionalmente, integrando todo el disco observado de la Tierra en un único píxel, como si estuvieran observado un planeta lejano con la peor resolución posible. 

Las imágenes están tomadas a través de 7 filtros (violeta, verde, rojo, y cuatro infrarrojos) que son capaces de proveer una especie de espectro de baja resolución, mostrando la intensidad relativa de los distintos colores. Así, cuando el océano Pacífico domina la imagen, la composición de colores favorecerá el violeta. Cuando haya desiertos o vegetación, el color viraría al rojo e infrarrojo. El sobrevuelo de 1990 duró más de un día, de manera que las imágenes de Galileo muestran el planeta rotando, y el degradado píxel cambiando de color de manera correspondiente. Una de las imágenes que muestran es un gráfico color-color usando la relación rojo/violeta versus infrarrojo/violeta, que  muestra que la Tierra tiene mares y continentes:

¡Sería fantástico poder ver algo así en un exoplaneta! Y seguramente se podrá hacer en los próximos años.

Aunque el sistema estaba diseñado para observar Júpiter, los autores lograron identificar la presencia de vapor de agua y de oxígeno molecular, dos gases delatores de que el planeta está vivo. Observar algo así en un exoplaneta sería más que fantastico, sería un golazo, como sueña Randall Munroe en una de sus viñetas de hace años, usando una canción de Faith Hill:



El paper es Strauss et al., Exoplanet analog observations of Earth from Galileo disk-integrated photometry,  AJ 167:87 (2024) (acceso libre).

La foto de la Tierra tomada por Galileo es de NASA/JPL. La de la Tierra reducida a pixels es de NASA, y muestra una imagen tomada con la cámara EPIC del satélite DSCOVR.

La última imagen es de Randall Munroe, de su blog xkcd, uno de mis comics favoritos de la web.