sábado, 17 de junio de 2017

La supernova radiactiva

Las supernovas de tipo Ia (uno-a) son distintas de las que he comentado, por ejemplo, en mi charla en TEDxBariloche. No ocurren en estrellas superpesadas sino en estrellas apagadas llamadas enanas blancas. La explosión es lisa y llanamente una explosión termonuclear* que se produce cuando la enana blanca se vuelve demasiado pesada, ya sea por contribución de materia de una estrella compañera, o por chocar con otra enana blanca.

* Las supernovas de tipo II no son explosiones termonucleares. Son explosiones gravitatorias bombeadas por los neutrinos de un decaimiento beta inverso.

Las enanas blancas son residuos, muy calientes pero ya sin fusionar núcleos atómicos, que quedan cuando se extinguen las estrellas como el Sol. Su materia es  inusual: puro carbono y oxígeno, pero tan compactados por su propio peso que todos los electrones están libres de sus núcleos, formando lo que se llama un mar de Fermi. Una presión de origen cuántico (llamada degeneración, sin ofender), impide que la enana blanca colapse. Cuando la masa excede 1.4 masas solares la temperatura en el centro alcanza miles de millones de grados y se produce la fusión del carbono, liberando energía. Las estrellas normales tienen un mecanismo de autorregulación para estos casos. Al recalentarse se hinchan, con lo cual la presión baja, la temperatura disminuye y la reacción nuclear merma. Incluso pueden producirse las oscilaciones que caracterizan muchas estrellas variables. Pero la materia degenerada no funciona así. No puede expandirse, así que la presión no disminuye. La reacción termonuclear se desencadena y consume todo el carbono. Como una bomba de hidrógeno, pero de carbono en lugar de hidrógeno. Según parece se propaga como una llama, y no como una detonación. Es decir como la llama de la nafta en un motor a explosión que carbura bien, en lugar de como uno que pistonea. Pero no hay que imaginarse algo lento. La siguiente imagen muestra la propagación de esta deflagración en una enana blanca (la esfera azul) a medida que la fusión la consume. La secuencia dura un segundo y medio, y consume un objeto del tamaño de la Tierra y el peso de un Sol y medio. 


Se ve un "hongo" (una inestabilidad de Rayleigh-Taylor, como una lámpara de lava) creciendo desde el centro porque los autores pusieron el inicio de la explosión un poquito hacia un lado. La temperatura de esta bola de fuego es de miles de millones de grados. A esa temperatura el espectro está concentrado en los rayox X, no hay casi nada de luz visible. El satélite SWIFT, que tiene varios telescopios de rayos gamma, X, UV y óptico, y puede reorientarse muy rápido, ha visto estos flashes. Fíjense que el pulso alcanza el máximo un minuto después de la explosión. Rápidamente se enfría, y en 10 minutos ya no queda nada en rayos X. En algún momento el máximo del espectro pasa por la luz visible y en seguida está en el infrarrojo. El flash en luz visible es fugaz. Entonces, ¿por qué las vemos?

Resulta que la mayor parte del carbono y el oxígeno acaban fusionados en níquel-56 y cobalto-56, ambos radiactivos, que producen muchísimos rayos gamma. Los rayos gamma también son invisibles, pero tienen que salir desde adentro de la explosión. La "ceniza" de la explosión termonuclear ya se está expandiendo, pero es todavía muy densa, y los rayos gamma son absorbidos y reemitidos muchas veces, perdiendo energía, y cuando llegan a la superficie ya son fotones visibles. Es similar a lo que ocurre con la radiación que se produce en el centro del Sol, que ya comenté: nosotros la vemos recién cuando llega a la superficie donde la temperatura es de 6000 grados, no millones.

Así que, cuando se la descubre visualmente, la supernova ya explotó y está brillando calentada por su propia radiactividad (excepto ésa de SWIFT, que la agarraron justito). El níquel-56 decae radiactivamente en cobalto-56, y éste en hierro-56, hierro común y corriente que irá a parar a los núcleos de los planetas de la siguiente generación estelar y, eventualmente, a las herramientas de sus Edades del Hierro. La figura (cada color corresponde a una longitud de onda visible o ultravioleta) muestra que el calientamiento inicial (el primer hombro de las curvas) empieza a desaparecer después de dos días de la explosión. Pero de inmediato se recalienta radiactivamente por el decaimiento del níquel y el cobalto, alcanzando el máximo brillo unos 20 días después.

Otro día cuento cómo se produce este enfriamiento radiactivo y muestro cómo la está pasando la SN 2017cbv.


La imagen de la simulación es del Flash Center donde hay, además, preciosos videos.

Las imágenes del telescopio SWIFT son de: An extremely luminous X-ray outburst at the birth of a supernova, Soderberg et al., Nature 453:469 (2008).

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sábado, 10 de junio de 2017

En el espacio nadie te escucha gritar

En el espacio nadie te escucha gritar. Estaba en el póster de la original, la primera, Alien de Ridley Scott. Es una frase poderosa que evoca el ambiente terrorífico de la película. Algo de aquel horror reaparece en la nueva Alien: Covenant, que vi recientemente. Pero aparte del "ambiente", y de la idea buenísima del androide de Prometheus convertido en una especie de Dr. Moreau, la película no me gustó mucho. No diré más por si no la vieron, pero está llena de clichés.

Bueno, pero ¿es cierto? Uno está tentado a decir que sí, que en el espacio nadie te escucha gritar porque no hay sonido, y no hay sonido porque el sonido no se propaga en el vacío.

Todo esto es cierto, y nadie te puede escuchar gritando en el espacio. Pero hay algo que no es cierto: el espacio no está vacío. ¡Cómo va a estar vacío! Está lleno de cosas de las que hablamos todo el tiempo: las nubes de gas y polvo interestelares, cuna de las estrellas y producto de su destrucción.

El espacio entre las estrellas está lleno de lo que los astrónomos llaman el medio interestelar. Por ejemplo la Montaña Mística, en la Gran Nebulosa de Carina. Estas grandes y frías nubes moleculares son alrededor del 1% del total. Una parte mucho mayor está formada por hidrógeno neutro mucho más caliente y tenue. Y hay también una buena cantidad de gas ionizado por la radiación de las estrellas.

¿Entonces? ¡Si el espacio no está vacío, podría haber sonido! Sí. 

De todos modos, por más densas que parezcan estas estructuras, son extraordinariamente tenues, con unos pocos átomos por centímetro cúbico como mucho. Muchos menos que en un buen vacío de laboratorio. Cualquier perturbación se encuentra con que las moléculas viajan muchísimo antes de chocar unas con otras y propagar las ondas. La consecuencia de esto es que sólo ondas muuuuuy largas pueden propagarse. Inclusive en nubes densas como ésta, la longitud de onda debe ser de millones de kilómetros, con frecuencias de millonésimos de hertz. No precisamente un grito de ayuda.

Aun así, el sonido en el espacio es algo tan real como importante. Cualquier libro sobre los fenómenos del medio interestelar les mostrará que un parámetro fundamental es precisamente la velocidad del sonido. Igual que con el sonido común y corriente, la velocidad del sonido en el medio interestelar depende de la temperatura y de la densidad del medio. Para las frías nubes moleculares es de unos 13 km/s. Pero para el "hidrógeno tibio" que forma buena parte de la Vía Láctea es de unos 500 m/s, casi lo mismo que el sonido que escuchamos en el aire.

La velocidad del sonido en el medio interestelar es importante fundamentalmente porque hay cosas que se mueven muy rápido a través de él. Igual que en el aire, esto da lugar a ondas de choque (shocks). En la Montaña Mística vemos uno de estos shocks propagándose desde el extremo de uno de los jets que salen de la cabeza del "monstruo" (que tiene un aire a los de la película). La colisión entre nubes moleculares, la colisión de galaxias, los vientos estelares, la emisión de la materia de las supernovas, los jets en las galaxias activas, son todos fenómenos supersónicos. Los shocks calientan y comprimen el medio interestelar, y eventualmente desatan los procesos de formación de nuevas estrellas y planetas. 

Debemos nuestra propia existencia a gritos supersónicos que nadie escucha en el espacio.


El recorte del póster de Alien es de Twentieth Century Fox. La imagen de la Montaña Mística es de NASA/ESA/Hubble/STScI. El comic está fotografiado de What if?, el excelente libro de Randall Munroe

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sábado, 3 de junio de 2017

Espectros del espacio exterior

No es el título de una película de terror clase B. Estos son verdaderos espectros: arcoiris obtenidos con un espectroscopio y graficados como una curva de intensidad para cada color. El espectroscopio es el segundo instrumento favorito del astrónomo, ya que permite medir composiciones químicas, temperatura, movimiento, campos magnéticos, clasificar estrellas, descubrir planetas, escudriñar el Big Bang... todo a distancia, sin tocar el objeto que se estudia. Entre todas estas cosas, los espectros se usan para identificar el tipo de las supernovas.

Todo esto viene a propósito de, una vez más, la reciente supernova SN2017cbv. De acuerdo al Transient Name Server (TNS), la supernova fue descubierta por Valenti, Sand y Tartaglia el 10 de marzo a las 4:06, y archivada a las 4:10 como "posible supernova". Ni lerdos ni perezosos, Hosseinzadeh y otros midieron su espectro a las 20:17 del mismo día. El espectro de aquí a la derecha es el que archivaron en el TNS, anotado por mí como explicaré más abajo.

Éste es un esquema de libro de texto de los espectros de supernovas de distintos tipos. Como puede verse, el espectro que obtuvieron para SN2017cbv es parecido al de una de tipo Ia (se dice "uno-a") pero no exactamente igual. A mí me confundió un poco al principio identificar lo que marqué como "silicio", que me parecía que era la W del azufre. Es difícil identificar estas cosas a ojo, particularmente porque los espectros de las supernovas cambian mucho a lo largo de la explosión, y los que aparecen en esta figura son ejemplos cercanos al máximo de brillo.

Entonces los astrónomos usan un programa que compara ("fittea") el espectro con supernovas conocidas, llamado por supuesto Superfit. Los astrónomos informan en su reporte que la que más se parece a SN2017cbv es la SN1999aa, observada 11 días antes del máximo. Ésta es la comparación, que también está en el TNS. Así que concluyen que es también de tipo Ia, posiblemente más temprana aún. Y señalan que tiene un fuerte viento de silicio a 23 mil km/h, lo cual es una velocidad enorme aun en términos astronómicos. En el TNS se pueden graficar las líneas de los elementos a distintas velocidades, y así identifiqué como silicio lo que al principio creí que era azufre.

La principal característica espectroscópica de las supernovas de tipo Ia es que carecen por completo de hidrógeno. Son explosiones termonucleares de puro carbón y oxígeno, cadáveres estelares donde todo el hidrógeno y el helio se han consumido y la estrella se apagó. Esto las diferencia de las supernovas de colapso del núcleo, en las cuales la explosión destroza una estrella que es todavía mayoritariamente hidrógeno. Pero más sobre esto otro día.

No he visto todavía más espectros de SN2017cbv, pero seguramente aparecerán publicados en algún momento. Recién en 2004 apareció un análisis de SN1999aa donde vi una linda secuencia de la evolución del espectro, desde su descubrimiento 11 días antes del máximo hasta dos meses después del máximo. Es una maraña, menos mal que existe Superfit. ¡No sé cómo hacían antes!


El póster está hecho con esta aplicación on-line de la BBC.

La imagen de espectros de supernovas está en muchos sitios de la web, sin un autor u origen claro.

La figura con los espectros de SN1999aa está tomada de Garavini et al. (2004), Spectroscopic Observations and Analysis of the Peculiar SN 1999aa, The Astronomical Journal 128:387.

Espectros del espacio exterior es también el título de una de mis charlas de divulgación, que habitualmente doy para profes de ciencia o alumnos de secundaria o primaria. El año pasado me filmaron, y puede verse en YouTube. Es una charla larga, pero a alguien le puede servir.

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sábado, 27 de mayo de 2017

Qui visse

En una especie de peregrinaje científico-astronómico, la semana pasada fui a Padua, la ciudad donde Galileo vivió 18 años, "los más felices de su vida". Quería conocer su casa, ver la Luna desde su jardín, caminar sus calles. Fue un lindo paseo. Pero la casa es hoy una casa de familia, llovió todo el día, y las calles están cambiadas. Claro, en 400 años...

Visité la Universidad, que fundada en 1222 es la segunda más antigua de Italia. La visita guiada nos llevó al Aula Magna y al notable Teatro Anatómico (Andreas Vesalio, William Harvey, Falloppio y otros fundadores de la medicina moderna se graduaron aquí). El Aula Magna probablemente no es muy distinta que en tiempos de Galileo, cuando ya tenía 400 años. Era originalmente el comedor del hotel donde un grupo de estudiantes refugiados de Boloña establecieron la universidad. Antes de que la guía anunciase que no se podían sacar fotos (vaya uno a saber por qué), alcancé a hacer ésta.


Lo que seguro no estaba en tiempos de Galileo era el telescopio en la decoración trompe-l'oeil del cielorraso, que marqué aquí con una flecha. Ni el retrato de un Galileo anciano que está un poco más arriba, mucho mayor que la edad que tenía cuando se fue para siempre de Padua en 1610. 

Allí donde está hoy la pantalla de proyección se alzaba (creo que hasta mediados del s. XIX) la Cátedra de Galileo. Sus clases de Matemática y Física eran tan populares que tuvieron que construirle una tarima de madera para que pudiera ver y estar a la vista de todos. También está prohibido fotografiarla (ay ay ay), pero yo ya había hecho ésta (y una selfie que salió medio movida). 


Parece de madera reciclada, con tablas desiguales y sin ornamentos de ningún tipo, aunque imagino que la cubrirían de mantos y cortinas para los actos académicos. Desde aquí Galileo seguramente les contó a sus alumnos, antes de las vacaciones de Navidad de 1609, sus observaciones telescópicas de la Luna. Habrá mostrado el telescopio y explicado su funcionamiento. Imagino que daba las clases en latín, porque los alumnos eran de toda Europa. ¿Existirán las notas de clases de alguno de ellos?

Pero Galileo no hizo su trabajo astronómico en la Universidad, sino en su propia casa, que está muy cerca de la gran iglesia de San Antonio. Entonces se llamaba Via dei Vignali (era un suburbio de huertas). Hoy, por supuesto, se llama Via Galileo Galilei.

La casa es enorme. Sufrió muchas modificaciones en 400 años, pero era grande ya cuando Galileo vivía aquí con su personal de servicio, sus alumnos a quienes alquilaba habitaciones, su mujer Marina Gamba y los tres hijos de ambos, Virginia, Livia y Vincenzo. Hice una panorámica para que se vea el tamaño del edificio. 


Actualmente es una casa de familia, donde viven los Bressanin y los Gasparetto. No toqué el timbre, cosa que sí hizo un notero de la televisión japonesa, uno de los pocos que ha podido entrar. Vale la pena ver el video. Pasando el frente del edificio (que era la caballeriza) se llega a un jardín. Desde allí Galileo observó la Luna creciente el 30 de noviembre de 1609, usando uno de los telescopios fabricados por él mismo en su taller/laboratorio. Yo no llegué al jardín, que puede verse a vuelo de pájaro en Google Maps. En Earth puede uno incluso pararse dentro. Pero no es lo mismo.

Lo único que puede ver el visitante es esa placa de mármol entre las ventanas del primer piso. Dice: "Durante los últimos de sus refulgentes años padovanos (1592-1610) aquí vivió Galileo Galilei; de aquí dio al mundo el presagio de nuestra nueva era; y aquí fue su ocio la lengua de Ruzzante, la cual nadie de quien no fuese la lengua materna supo escribir como él." Ruzzante fue un actor y autor teatral y musical que escribía en dialecto véneto, una lengua extranjera para Galileo. Galileo era un científico, pero también era un artista: dibujaba, tocaba el laúd y cantaba muy bien. Y de su jardín una puertita le permitía pasar directamente a la casa de un amigo vecino, donde se hablaba véneto y se representaban obras. Galileo era un humanista y un intelectual. Lo que vio a través del telescopio no fue solamente lo que el telescopio le mostraba. Otros habían observado la Luna a través de aquellos primitivos instrumentos. Galileo vio con el ojo entrenado de un artista.  La mitad de su éxito seguramente estuvo en su talento de hombre culto.

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