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


El Pais

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.

1670: La fundación de los observatorios de París y Greenwich


El Mundo

Con motivo del Año Internacional de la Astronomía, Rafael Bachiller, director del Observatorio Astronómico Nacional, nos invita a un recorrido por los hitos cruciales de estos cuatro siglos de historia del telescopio.

Los dos primeros observatorios astronómicos ‘modernos’, el de París y el de Greenwich, fueron fundados con criterios muy diferentes. Luis XIV crea el observatorio de Paris en 1667 con el objetivo de mejorar el conocimiento sobre el Universo, mientras que Carlos II crea el observatorio de Greenwich en 1675 con el objetivo específico de perfeccionar las técnicas de navegación. Estos observatorios permanentes son una plataforma excepcional para el desarrollo de instrumentación astronómica y para abordar tareas de gran envergadura (confección de grandes catálogos, mapas y todo tipo de observaciones sistemáticas). El modelo se irá extendiendo a lo largo de los siglos XVIII y XIX hasta que toda capital importante tenga su observatorio.

Tales observatorios «urbanos» jugarán un papel esencial hasta bien entrado el siglo XX cuando la contaminación lumínica desencadenó el éxodo de los nuevos telescopios hacia lugares remotos.

Astronomía física y astronomía naútica

Luis XIV y su ministro Colbert concibieron el observatorio de Paris como un centro de trabajo de la Académie des Sciences recién fundada. Todo astrónomo de la Academia podía acudir al Observatorio para realizar observaciones, y si necesitaba una subvención para comprar o mantener instrumentación, tenía la opción de solicitarla a la propia Academia, al Rey, o a algún otro mecenas. Desde 1669, fecha en la que Giovanni Domenico Cassini (1625-1712) se instala en París, hasta 1793 se suceden al frente del observatorio las cuatro generaciones de Cassini que efectúan trabajos de gran trascendencia tanto en astronomía como en geodesia.

El Observatorio de Greenwich fue fundado en 1675 por Carlos II con el fin específico de mejorar las técnicas de navegación. Sobre todo se trataba de resolver el gran problema de determinar, mediante métodos astronómicos, la longitud geográfica de un barco en el mar. El Observatorio de Greenwich, por tanto, se encuentra ligado desde su origen a la llamada astronomía náutica y a la medida precisa de las coordenadas geográficas y del tiempo. John Flamsteed (1646-1719) fue el primer astrónomo a la cabeza del observatorio (el primer Astrónomo Real). Las observaciones acumuladas por él durante casi medio siglo acabarían publicándose póstumamente en 1725: un gran catálogo con las posiciones de 3.000 estrellas.

Naturalmente esta división entre la astronomía “básica” (o “física”) estudiada en “París” y la astronomía náutica estudiada en Greenwich, no es completamente dicotómica y ambos observatorios se ven involucrados en su primer siglo de existencia en trabajos de astronomía de todo tipo.

Observatorios y construcción de instrumentos

Los observatorios pronto se revelan como una plataforma privilegiada para el desarrollo de instrumentación científica. En el tiempo de la fundación de los observatorios de París y de Greenwich, los telescopios refractores experimentan una gran evolución. A finales del XVII, a las pequeñas lentes de algunos centímetros de diámetro, pronto suceden las lentes de gran longitud focal (para disminuir la aberración esférica) y de hasta 15 centímetros de diámetro que se sitúan, sin tubo, en el tejado del observatorio, o en un andamio, mientras que el observador permanece en el suelo buscando la imagen con el ocular en la mano.

En el observatorio de Paris se instala la gran torre de Marly. Originalmente era una torre que soportaba un depósito de agua cerca de Versalles, pero tras su traslado al observatorio se equipó con una escalera y una balconada que permitían la instalación de los objetivos de los grandes telescopios aéreos utilizados por Giovanni Domenico Cassini y sus colegas.

La necesidad de mayor precisión en las medidas astrométricas conduce al perfeccionamiento de grandes cuadrantes de observación que se instalan en las paredes de los observatorios, orientados según el meridiano, y que se equipan con micrómetros (inventados por el inglés Gascoigne en 1638). Finalmente, estos grandes cuadrantes desembocarán en la construcción de anteojos meridianos. Pero habrá que esperar hasta finales del XVIII, a que Jesse Ramsdem (1735-1800) invente un método para dividir el círculo de medida con precisión mediante la realización de una graduación mecánica, para asistir a la fabricación de telescopios de precisión y de grandes sextantes.

Por otro lado, los observatorios jugaron un papel muy importante en el avance en la construcción de relojes, lo cual era imprescindible para poder medir tiempos con precisión suficiente (en particular los periodos de rotación y de traslación). Los relojes de péndulo inventados por Huygens serán perfeccionados de manera continuada a lo largo del XVII y del XVIII. La combinación de un telescopio meridiano con uno de estos relojes es el instrumental básico imprescindible para las observaciones de astronomía de posición.

Curiosidades

* Ambos modelos de observatorio astronómico, el de Greenwich (náutico) y el de París (físico) serán adoptados en España casi un siglo después: si el observatorio de San Fernando (Cádiz) se funda en 1753 con unos objetivos claramente orientados hacia la astronomía marítima, el de Madrid, creado en 1790, obedece a los deseos de la corte por aumentar el conocimiento científico en materia de astronomía.

* Desde que Cassini se instala en París, en 1669, se especializa en el estudio de Saturno utilizando telescopios progresivamente más largos (¡el último medía más de 40 m!). Así descubre cuatro satélites nuevos que se suman a Titán (descubierto por Huygens en 1656) y la división de los anillos conocida por división de Cassini.

* En el Observatorio de Greewinch se construyeron en 1676 dos enormes relojes con péndulos de 4 m de longitud y oscilaciones de 2 segundos.

* Cassini estimó la distancia al Sol en 140 millones de km (unos 10 millones menos que su valor real), una medida mucho más precisa que la de los griegos, que era la única de la que se disponía hasta entonces (8 millones de kilómetros). También estimó las distancias de la Tierra a Marte, Venus, Júpiter y Saturno y los tamaños de estos últimos. Cassini puso así a la Tierra en su lugar de pequeño planeta en el contexto del sistema solar.

* La determinación de la longitud geográfica en el mar (mediante la observación meridiana) necesitaba de un reloj estable. Pero los péndulos no valían debido al movimiento irregular de los barcos. Inglaterra acabaría, en 1713, ofreciendo un premio de 20.000 libras para el mejor cronómetro que mantuviese de forma estable la hora de Londres en el mar. El premio lo ganó el fabricante de instrumentos John Harrison (1693-1776).

* Flamsteed observó Urano en 1690, pero creyó que era una estrella. Este planeta sería identificado como tal por William Herschel en 1781.