Un telescopio de agujeros negros capta el Sol en rayos x de alta energía

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• el observatorio ‘NuSTAR’ »
• Los científicos consideran que el observatorio ‘NuSTAR’ ayudará a descifrar el enigma del calentamiento de la corona de la estrella
• Se ‘esconde’ la gran mancha solar que ha emitido potentes llamaradas

Las emisiones en rayos X de alta energía en el Sol se aprecian en esta imagen compuesta que sobrepone los datos del telescopio NuSTAR a los del SDO, ambos de la NASA. / NASA/JPL-Caltech/GSFC

Un telescopio de la NASA, el NuSTAR, diseñado y lanzado al espacio para observar agujeros negros, restos de supernova y otros fenómenos extremos en el universo, ha sido apuntado hacia un objeto mucho más corriente y cercano a la Tierra: el Sol. Se ha obtenido así la primera imagen de la estrella del Sistema Solar en rayos X de alta energía. Se trata de una foto sobrepuesta a otra tomada por el telescopio solar SDO, y en ella se aprecian emisiones de gas que superan los tres millones de grados centígrados.

Imagen de dos telescopios

La nueva foto del Sol, con datos del telescopio NuSTAR combinados con una imagen tomada por el  observatorio solar SDO, muestra en verde y azul las emisiones solares de alta energía (el verde corresponde a energías de entre 2 y 3 kiloelectronvoltios y el azul, entre 3 y 5 kiloelectronvoltios). El rojo corresponde a la luz ultravioleta captada por el SDO y desvela la presencia de material a baja temperatura en la atmósfera solar que está a un millón de grados, explica Caltech. Esta imagen desvela que parte de la emisiones más caliente captadas por el NuSTAR procede de localizaciones diferentes en las regiones activas de la corona de las de emisión más fría que capta el SDO.

“El NuSTAR nos dará una visión única del Sol, desde las partes más profundas hasta su atmósfera”, afirma David Smith, físico solar miembro del equipo del telescopio en la Universidad de California en Santa Cruz. Los científicos creen que con este observatorio podrían captar hipotéticas nanollamaradas solares.

La idea de apuntar el NuSTAR hacia el Sol surgió hace unos siete años, antes incluso de que el telescopio fuera lanzado al espacio (en junio de 2012), pero entonces pareció una propuesta descabellada, informa la NASA en un comunicado. “Al principio pensé que era una idea loca”, comenta Fiona Harrison, del Instituto de Tecnología de California (Caltech). “¿Por qué íbamos a apuntar hacia algo que está en nuestro patio trasero el telescopio de rayos X de alta energía más sensible que se ha construido jamás, diseñado para observar el universo profundo?”. Pero la idea fue ganando adeptos y acabó aprobándose.

No todo telescopio de rayos X puede permitirse mirar al Sol, que es demasiado brillante, por ejemplo, para el observatorio espacial Chandra, cuyos detectores resultarían afectados si lo intentara. Pero el NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) no corre ese riesgo porque el Sol no es tan brillante en el rango de alta energía de rayos X para el que están diseñados sus detectores, y eso depende de la temperatura de la atmósfera solar, explican los expertos.

La temperatura de la capa más externa de la atmósfera solar desconcierta a los científicos. Su media está en torno al millón de grados centígrados, mientras que la superficie de la estrella ronda los 6.000 grados. No hay una explicación definitiva sobre este fenómeno. Es como si salieran llamas de cubitos de hielo, dicen los expertos del Jet Propulsion Laboratory (JPL), institución dependiente de Caltech que gestiona la misión NuSTAR para la NASA. Y este observatorio puede ayudar a resolver el enigma si llega a captar unas hipotéticas nanollamaradas que, de existir y en combinación con las llamaradas normales, podrían ser la fuente de ese alto calor en la corona. Las nanollamaradas serían versiones pequeñas de las bien conocidas llamaradas, que se generan en gigantescas erupciones de partículas cargadas y radiación de alta energía asociadas a las manchas solares. “El NuSTAR será muy sensible a la más leve actividad en rayos X que se produzca en la atmósfera solar, y eso incluye posibles nanollamaradas”, señala Smith.

Ilustración del telescopio NuSTAR, con el mástil desplegado de 10 metros de longitud para separar los modulo ópticos de los detectores. / NASA/JPL-Caltech

El Sol está ahora en su pico de actividad del actual ciclo de manchas (de unos 11 años de duración), que es el número 24 desde que comenzó su registro sistemático en 1755. Por ellos los especialistas confían en que obtendrán mejores datos en futuras imágenes, cuando la estrella se calme, señala Smith.

El NuSTAR, una misión pequeña de la NASA y de bajo coste (unos 140 millones de euros) en la que participan varias universidades e institutos de investigación estadounidenses, la Universidad Técnica de Dinamarca y la Agencia Italiana del Espacio (ASI), está en órbita casi ecuatorial alrededor de la Tierra, a poco más de 600 kilómetros de altura. Sus objetivos científicos esenciales son hacer un censo de estrellas colapsadas y agujeros negros de diferentes tamaños mediante la observación de regiones alrededor del centro de la Vía Láctea, pero asomándose también al cielo extragaláctico; cartografiar el material sintetizado en remanentes de supernovas jóvenes para comprender cómo se crean elementos químicos; y ayudar a desvelar qué alimenta los chorros relativistas de partículas que emergen de las galaxias activas más extremas que alojan agujeros negros supermasivos.

La NASA ensayará las comunicaciones láser con la estación espacial

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• La tecnología óptica será un cambio como pasar de Internet por línea telefónica convencional a la ADSL

Ilustración de la Estación Espacial Internacional (ISS) con el haz láser del experimento OPALS de comunicaciones ópticas con tierra. / NASA/JPL

La transmisión de datos desde las naves espaciales tiene actualmente un importante cuello de botella debido a la comunicación por radiofrecuencia que se utiliza y que las agencias aspiran a sustituir por la más eficaz tecnología láser. La NASA iniciará dentro de poco un experimento de comunicaciones de este tipo con la Estación Espacial Internacional (ISS) y para ello enviará el próximo domingo a la base orbital un dispositivo capaz de establecer esa comunicación óptica con un centro en tierra durante breves intervalos. El equipo de este experimento, denominado OPAL, partirá hacia la ISS el próximo domingo en la nave de carga Dragon (de la empresa SpaceX). El cambio de la tecnología actual a la comunicación óptica con las naves espaciales será como pasar de Internet por la línea telefónica convencional a la ADSL, dicen los responsables del proyecto. Esto facilitará, por ejemplo, el envío rutinario de vídeos de alta resolución con información científica que recogen las misiones científicas espaciales.

Como los haces de láser son muy finos, uno de los grandes retos de esta tecnología es lograr que la nave espacial mantenga apuntado el haz al receptor en tierra. El objetivo del experimento OPAL (Optical Payload for Lasercomm Science), que durará tres meses, es transmitir un vídeo desde la ISS al telescopio de comunicaciones OCTL, situado en Wrightwood, California. Desde tierra se enviará un haz láser de referencia al instrumento, que estará instalado en el exterior de la estación espacial, y este lo localizará con una cámara de gran angular. Una vez establecido el contacto y los parámetros de seguimiento para mantener eficazmente la comunicación en presencia de interferencias y alteraciones como el movimiento de la propia estación o las turbulencias atmosféricas, el OPAL emitirá un láser modulado con la información del vídeo codificada al telescopio.

El experimento se realizará en los intervalos adecuados de sobrevuelo de la ISS sobre California, cuando la ISS cruce el cielo a la vista del telescopio. Serán unos dos minutos en cada uno de los intervalos, que se producirán cada tres días aproximadamente. “Es como apuntar un puntero láser ininterrumpidamente durante dos minutos a un lunar con el diámetro de un cabello humano desde una distancia de 10 metros y caminando “, explica Bogdan Oaida, ingeniero de sistemas del Jet Propulsion Laboratory (de Caltech), en California, que es responsable de proyecto OPAL.

No es el primer experimento de comunicación óptica que hace la NASA en el espacio. El año pasado, la nave automática LADEE en órbita lunar estableció contacto mediante esta tecnología con la Tierra, a 384.000 kilómetros de distancia. Batió un récord de transmisión, con 622 megabits por segundo mediante un haz de láser de pulsos, de la Luna a la Tierra (20 megabits por segundo en sentido contrario). La Agencia Europea del Espacio (ESA), que también está trabajando en las comunicaciones láser, participó en el experimento con la LADEE.

La Tierra vista desde Saturno

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La Tierra vista desde Saturno. / NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute y NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington

Es apenas un puntito, tan pequeño que ha habido que añadirle una flecha. Pero es una de las imágenes más lejanas que se han tomado de la Tierra, a 1.440 millones de kilómetros. Bajo el impresionante ala del anillo de Saturno es difícil sentirse el centro del universo.

La Cassini-Huygens, que es la nave que ha tomado la imagen, despegó el 15 de octubre de 1997. Su objetivo era Saturno. Su lejanía impuso una trayectoria compleja que comenzó acercándola hasta Venus en dos ocasiones y luego a la Tierra para recibir su tercer empujón. Contando ya con suficiente energía, se encaminó hacia Júpiter y después el gran salto hasta Saturno. El 1 de julio de 2004 frenó y comenzó la exploración.

El 14 de enero de 2005 la sonda Huygens se separó de Cassini para posarse en la superficie de Titán, el principal satélite de Saturno. Quedó solo la Cassini. Esta, en 2005, se acercó a Júpiter.

El coste de diseñar, construir, lanzar y operar esta ambiciosa misión ha sido de 3.270 millones de dólares (2.327 millones de euros) (80% Estados Unidos, 15% ESA y 5% la Agencia Espacial Italiana, ASI) y este gasto se ha hecho a lo largo de 19 años, lo que da una media de unos 170 millones de dólares por año, por debajo del presupuesto anual de un equipo de fútbol puntero en Primera División

Titán, una luna de Saturno envuelta en hidrocarburos

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• Un equipo científico desvela la presencia de compuestos orgánicos PAH en la alta atmósfera del mayor satélite del planeta de los anillos

Lagos de metano líquido en la superficie de Titán captados por la sonda ‘Cassini’ en órbita de Saturno. / NASA/JPL/USGS

Titán, el mayor satélite de Saturno, es el cuerpo celeste más lejano en el que se ha posado un artefacto enviado desde la Tierra. Se trata de una luna que merece especial interés por parte de los científicos dado que tiene una atmósfera compleja y lagos de hidrocarburos líquidos en su superficie, características que recuerdan a la Tierra primitiva. Ahora, los datos tomados allí por la sonda automática Cassini, en órbita del planeta de los anillos, ha permitido a un equipo científico desvelar el origen de la neblina que envuelve la superficie de Titán: procede del gas presente en las altas capas de su atmósfera, compuesto por hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH).

“Hace décadas se propuso que la capa de neblina de la baja atmósfera [de Titán] se generaba a partir de moléculas orgánicas complejas y, en 2007, se sugirió que estas moléculas podrían formarse en la atmósfera superior, varios cientos de kilómetros sobre su lugar de origen”, explica el investigador principal de la investigación que confirma ahora ambas hipótesis, Manuel López-Puertas, del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA), del CSIC.

Sujeta a la sonda Cassini, de la NASA, viajó desde la Tierra el módulo Huygens, de la Agencia Europea del Espacio (ESA), que protagonizó, el 14 de enero de 2005, una de las grandes hazañas de la exploración espacial al descender con éxito hasta el suelo de Titán, tomando datos durante la caída y una vez en el suelo. Ninguna sonda artificial ha llegado a la superficie de un cuerpo tan lejano. En Titán, casi tan grande como Marte y con una temperatura en la superficie de 179 grados bajo cero, hay lagos de etano y metano que forman nubes y que, ocasionalmente provocan lluvias. “En muchos aspectos, es uno de los mundos más parecidos a la Tierra que se ha encontrado hasta ahora”, explica la NASA. “Con su densa atmósfera y su química orgánica, Titán parece una versión congelada de la Tierra hace unos miles de millones de años, antes de que los organismos vivos empezasen a bombear oxígeno a la atmósfera”.

Esa luna está envuelta por la neblina anaranjada que ha dificultado siempre la observación de su superficie. Pero el trabajo de observación de la misión Cassini-Huygens ha proporcionado una perspectiva nueva.

Los PAH de Titán están presentes entre, al menos, los 900 kilómetros y los 1.250 kilómetros sobre la superficie, explican ahora los investigadores. “Estos compuestos absorben los fotones ultravioleta del Sol, que son muy energéticos, rápidamente redistribuyen esta energía a nivel interno que finalmente vuelve a ser emitida en el infrarrojo cercano, lo que produce una fuerte emisión con una concentración de partículas relativamente baja”, explica López-Puerta. El gas se descubrió, precisamente, a través de su manifestación en infrarrojo, añaden los investigadores en un comunicado del CSIC.

Los resultados de la investigación, en la que participan científicos de España, Italia y Estados Unidos) se publican hoy en la revista The Astrophysical Journal.

Dos naves espaciales gemelas se estrellarán en la Luna el próximo lunes

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• Las GRAIL chocarán contra una montaña cerca del polo Norte, tras realizar el mapa del campo gravitatorio de mayor resolución de un cuerpo celeste

Trayectoria final de los robots gemelos de la misión Grail hasta chochar contra una montaña de la Luna. / NASA/JPL-Caltech/GSFC/ASU

Ebb y Flow son las dos naves gemelas de la misión espacial GRAIL. Han estado dando vueltas a la Luna durante un año, en formación una tras otra, para hacer el mapa gravitatorio de ese cuerpo celeste, pero ya han terminado, y los especialistas de la NASA han planeado su destrucción controlada en el suelo lunar. Chocarán contra una montaña, cerca del polo Norte, el próximo lunes. Primero impactará Ebb, a las 21.28 (hora peninsular) y después Flow, 20 segundos más tarde. Cada uno de estos artefactos tiene el tamaño de una lavadora y 200 kilos de masa; se estrellarán a 1,7 kilómetros por segundo.

Las GRAIL han trabajado en órbita a una altura de 55 kilómetros sobre la superficie de la Luna durante la mayor parte de la misión, pero el 30 de agosto pasado descendieron hasta 23 kilómetros. Ahora, antes de su final destructivo, tienen que hacer un último experimento, esta vez de ingeniería. Recibirán la orden de mantener encendidos sus motores hasta que consuman todo el combustible, lo que permitirá a los expertos conocer con precisión cuánto queda en sus depósitos, un dato importante para calcular el consumo en futuras misiones y operarlas más eficazmente, explica la NASA.

Ebb y Flow llegaron a la Luna el pasado 1 de enero y, en su particular formación de trabajo una siguiendo a otra a una distancia de hasta 225 kilómetros, han estado midiendo con gran precisión las variaciones del campo gravitatorio lunar, lo que proporciona valiosa información a los investigadores para conocer lo que hay en el interior de ese cuerpo celeste. Conociendo su estructura interna se avanza en la comprensión de su formación y evolución. Los primeros resultados científicos se dieron a conocer a principios de este mes en la revista Science, destacando el hecho de la corteza de la Luna es más delgada de lo que se había estimado: tiene un grosor de entre 35 y 43 kilómetros y no 50 o 60. El mapa del campo gravitatorio realizado es el de más alta resolución que se ha hecho hasta ahora de un cuerpo celeste, según la NASA.

Mapa gravitatorio de la luna trazado por la misión Grail. / NASA/JPL-Caltech/MIT/GSFC

La técnica para medir las variaciones del campo gravitatorio se basa en el vuelo de los dos artefactos, uno tras otro y conectados por radioseñales. Unos equipos de altísima precisión que llevan a bordo permite medir la distancia que los separa en todo momento, de manera que cuando Ebb cae ligeramente, por ejemplo, porque sobrevuela una zona de rocas más densas –en el subsuelo o en la superficie- la distancia con Flow aumenta, aunque sea ligerísimamente.

En la última fase de la misión, las dos naves descenderán gradualmente durante varias horas y casi rozarán la superficie lunar hasta que se estrellen en el terreno elevado de la montaña elegida para el impacto. No habrá imágenes porque la zona estará en sombra en ese momento.

Un telescopio mide la ‘niebla’ de luz de todas las estrellas que han brillado

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• Los cálculos de los astrónomos indican que la distancia media entre los astros en el universo es de 4.150 años luz

Localización de las 150 fuentes de rayos gamma utilizados como ‘faros’ en el estudio de la ‘niebla’ de luz estelar hecho por el telescopio ‘Fermi’, con el plano de la Vía Galaxia en el centro, en rojo y amarillo. / NASA / DOE / Fermi

 “La luz visible y ultravioleta de las estrellas sigue viajando por el universo incluso después de que hayan dejado de brillar, lo que crea un campo de radiación fósil que podemos explorar utilizando los rayos gamma de fuentes lejanas”, dice el científico Marco Ajello. Es una especie de niebla de luz estelar y un grupo de investigadores ha logrado medirla con la mayor precisión hasta la fecha gracias a un telescopio espacial, el Fermi, dedicado a las fuentes de rayos gamma. Así, han podido determinar que hay como media 1,4 estrellas en cielo por 100.000 millones de años luz cúbicos y que la distancia media entre una estrella y otra es de 4.150 años luz.

Los astrónomos denominan «fondo de luz extragaláctica» a la suma de toda la luz estelar en el cielo y para los rayos cósmicos ese fondo es como una niebla para la luz de un faro, explica la NASA. Ajello y sus colegas, liderados por M.Ackermann, han observado un tipo especial de faros cósmicos llamados blazar para explorar la niebla de luz estelar, y dan a conocer sus resultados en la revista Science.

Los blazar son galaxias que tienen en su centro agujeros negros supermasivos de los que parte de la materia que va cayendo en ellos sale disparada, acelerada casi a la velocidad de la luz en chorros con direcciones opuestas. Si uno de esos chorros está orientado hacia la Tierra, la galaxia resulta especialmente brillante cuando se observa desde aquí. Es decir, los blazar son en esta investigación los haces de la luz (en forma de rayos gamma) de los faros en la niebla (de la luz estelar).

El estudio, con 150 blazar, ha permitido calcular la atenuación de los rayos gamma (por los fotones de la luz de las estrellas que la emitieron antes) al recorrer diferentes distancias en el universo. Y han observado blazar en el cielo hasta distancias que corresponden al universo de hace 9.600 millones de años (el universo tiene ahora unos 13.700 millones de años). Así, con estos faros cósmicos han logrado estimar la densidad de la niebla y calcular la densidad media de estrellas, así como la distancia media entre ellas.

“Estos resultados del Fermi abren la posibilidad de acotar el primer período de formación estelar en el cosmos y, por tanto, despliegan el escenario para el futuro telescopio espacial James Webb: el Fermi nos está proporcionando una sombra de las primeras estrellas mientras que el James Webb las detectará directamente”, explica Volker Bromm, astrónomo de la Universidad de Texas, en el comunicado de la NASA.