El gigantesco ojo cósmico de China


El Mundo – RAFAEL BACHILLER @RafaelBachiller

Obras de construcción del radiotelescopio FAST en Guizhou (China). REUTERS

Obras de construcción del radiotelescopio FAST en Guizhou (China). REUTERS

El astrónomo Rafael Bachiller nos descubre en esta serie los fenómenos más espectaculares del Cosmos. Temas de palpitante investigación, aventuras astronómicas y novedades científicas sobre el Universo analizadas en profundidad.

Cubriendo una depresión del terreno de 500 metros de diámetro en el Sur de China, el radiotelescopio FAST está llamado a ser el telescopio más grande del mundo durante décadas. La construcción de esta mega-instalación científica, que comenzó en 2011, entra ahora en su recta final.

Radiotelescopios de película

Actualmente el mayor radiotelescopio del mundo tiene 300 metros de diámetro y se encuentra en Arecibo (Puerto Rico). Muchos recordarán esta gran instalación científica por las escenas allí rodadas de la película Golden Eye, cuando el agente 007- interpretado por Pierce Brosnan- trata de impedir la comunicación con un satélite que podría paralizar la vida en nuestro planeta; o de ‘Contacto’, cuando la doctora interpretada por Jodie Foster descodifica los mensajes enviados por una civilización extraterrestre inteligente.

Al igual que el de Arecibo, el nuevo radiotelescopio FAST está siendo construido en una depresión del terreno, pero el diámetro de su apertura es mucho mayor, pues alcanza el medio kilómetro. Se trata pues del mayor telescopio del mundo de apertura única, y aquí hay que insistir en el concepto de ‘apertura única’, pues mediante la técnica de la interferometría se consigue simular aperturas mucho mayores gracias a la utilización de varios telescopios que, funcionando al unísono, se sitúen a grandes distancias entre sí.

Óptica activa

El telescopio está emplazado en la depresión Dawodang en el Sureste de China, en el relieve kárstico de la provincia de Guizhou, a mil metros de altitud. Se trata de un lugar remoto y poco poblado, lo que se traduce en poca contaminación radioeléctrica. La relativamente baja latitud del lugar (25 grados norte, 3 menos que la de las Islas Canarias), favorece un clima suave (subtropical) y permite la observación de algunos objetos del hemisferio sur.

La gran estructura de soporte del telescopio es un casquete de una esfera de 300 metros de radio formado por una densa red de cables. Sobre esta red descansarán los 4400 paneles triangulares de la superficie reflectora que, mediante un sistema de control en tiempo real de sus posiciones (lo que se denomina ‘óptica activa’), han de tomar la forma de un paraboloide de revolución. En estos momentos se está procediendo a la instalación de estos paneles en la región central del telescopio.

La señal que llega del cielo se refleja en esta gran superficie y se dirige hacia el punto focal, en la vertical sobre la zona central de la gran parábola. Allí se encuentra la cabina que contiene los receptores, suspendida a 140 metros de altura mediante un sistema de poleas con servomecanismos que permiten su posicionamiento, para enfocar el telescopio, con una precisión altísima: su posición puede ser ajustada en la posición ideal con unos milímetros de error. Moviendo lentamente la posición de esta cabina, puede compensarse el movimiento de rotación de la Tierra, lo que permite observar un mismo astro, ‘siguiéndolo’ en el cielo, durante un periodo de 6 horas. Pero, para realizar este seguimiento, aunque el diámetro de la apertura del casquete es de 500 metros, en cada observación astronómica tan solo se utilizará una zona de 300 metros de diámetro de la gran superficie reflectora.

De las galaxias a la búsqueda de inteligencia extraterrestre

La banda de frecuencias en la que trabajará inicialmente el radiotelescopio se extiende desde los 70 megahercios hasta los 3 gigahercios, pero está previsto que pueda alcanzar las bandas en torno a 6 y 8 gigahercios en una segunda fase. Con estos receptores, FAST podrá realizar mapas muy detallados de la distribución del hidrógeno atómico tanto en la Vía Láctea como en galaxias externas y podrá detectar decenas de miles de nuevas galaxias. También tendrá la capacidad de observar millares de nuevos púlsares débiles, incluyendo los primeros que puedan descubrirse en otras galaxias.

Además, FAST dedicará una fracción de su tiempo buscando posibles señales de radiofrecuencia que pudiesen proceder de civilizaciones extraterrestres. Para ello apuntará a los exoplanetas más ‘prometedores’, es decir los de tipo terrestre que estén situados en las zonas de habitabilidad de sus estrellas. Se trata de un proyecto que ampliará el programa estadounidense SETI que se viene llevando a cabo en gran medida con el radiotelescopio de Arecibo, el hermano de FAST.

Alarde tecnológico

Aunque el proyecto comenzó a fraguarse en los primeros años de la década de los 1990, la construcción de FAST se inició en marzo de 2011. Ahora, las imágenes que nos llegan desde la depresión de Dawodang muestran que la construcción se encuentra en un estado muy avanzado. Se espera que el radiotelescopio pueda ser completado, tal y como estaba inicialmente programado, en septiembre de 2016 para realizar los primeros tests astronómicos. Construyendo este radiotelescopio, que está llamado a permanecer como el mayor telescopio monolítico del mundo durante muchas décadas, China hace alarde de su potencial tecnológico y de una decidida apuesta por la ciencia y la innovación.

Rafael Bachiller es director del Observatorio Astronómico Nacional (Instituto Geográfico Nacional) y académico de la Real Academia de Doctores de España.

¿Para qué sirve la Teoría de la Relatividad de Einstein?


El Mundo @teresaguerrerof

  • Sr. Einstein, ¿me puede explicar la Teoría de la Relatividad?
  • ¿Me puede explicar usted cómo se fríe un huevo?
  • Sí claro, sí que puedo.
  • Pues hágalo, pero imaginando que yo no sé lo que es un huevo, ni una sartén, ni el aceite, ni el fuego.

¿quieres saber mas sobre Albert Einstein?

Frases Celebres de Einstein

La carta en la que Einstein explica a su hijo cuál es la mejor manera de aprender

 

Recreación de la nave 'Lisa Pathfinder', que será lanzada el 2 de diciembre. ESA

Recreación de la nave ‘Lisa Pathfinder’, que será lanzada el 2 de diciembre. ESA

Cuentan que Albert Einstein mantuvo esta conversación con un periodista. Una anécdota que rememora el astrónomo Rafael Bachiller, y que muestra la dificultad de explicar y entender la Teoría de la Relatividad cuando no se conocen sus herramientas físicas y matemáticas. Una contribución que, sin embargo, ha ayudado a los científicos a comprender diversos aspectos del Universo y a estudiarlo de una manera distinta, además de permitir el desarrollo de tecnologías como el sistema de posicionamiento GPS.

A través de numerosos experimentos, los científicos han puesto a prueba la Teoría de la Relatividad General y, hasta ahora, Einstein siempre ha salido airoso. Pero de todas las predicciones que hizo el genio alemán, falta la confirmación directa de la existencia de las llamadas ondas gravitacionales.

Según explica Carlos F. Sopuerta, físico del Instituto de Ciencias del Espacio (IEEC-CSIC), con sede en Barcelona, «las ondas gravitacionales son deformaciones del espacio que viajan en el tiempo a la velocidad de la luz. Estas deformaciones se van propagando, al igual que cuando tiras una piedra en el estanque y se generan ondas». Son producidas por «cataclismos cósmicos», fenómenos violentos del Universo en los que se genera mucha energía a velocidades muy altas, como la explosión de supernovas o la fusión de agujeros negros.

Tras muchos años de preparación y apenas una semana después de que se celebre el aniversario de la Teoría de la Relatividad General, el próximo 2 de diciembre despegará desde la Guayana Francesa LISA Pathfinder, una nave de la Agencia Espacial Europea (ESA) que tiene el objetivo de ensayar la tecnología para el futuro observatorio de ondas gravitacionales eLISA. LISA Pathfinder trabajará en el punto L1 de Lagrange, situado a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra.

Sopuerta es el investigador principal del equipo del IEEC-CSIC que trabaja en LISA PathFinder: «Lo que queremos observar desde el espacio no podemos verlo desde la Tierra, donde se están realizando otros experimentos de detección de ondas gravitacionales». El más avanzado, añade, es LIGO [Observatorio gravitacional de interferometría láser], en EEUU, desde el que se espera que antes de que acabe esta década se confirme directamente su existencia. Su detección, dice el físico, «probablemente valdrá un Premio Nobel para los investigadores» del observatorio estadounidense.

Hasta ahora, se han logrado pruebas indirectas de su existencia a través de las observaciones que en los años 70 hicieron Russell Hulse y Joseph Taylor del primer púlsar (una estrella de neutrones que emite radiación muy intensa en intervalos regulares) en un sistema binario.

LIGO puede captar las ondas gravitacionales emitidas por sistemas binarios de agujeros negros de origen estelar, pero para ver sistemas binarios de agujeros negros supermasivos, es necesario hacerlo desde el espacio.

«No llevamos a cabo experimentos como LIGO y LISA Pathfinder sólo para comprobar la Teoría de la Relatividad. Se trata de una nueva forma de hacer astronomía, de tener una visión totalmente distinta del Universo», explica Sopuerta. Y es que, a partir de las propiedades físicas de esas ondas gravitacionales, podrán determinar qué objetos las han generado: «Se puede saber si han sido emitidas por agujeros negros, por ejemplo, a qué distancia están y por tanto, conocer la distribución de los agujeros negros del Universo. Y también saber más sobre la historia de la cosmología, puesto que algunos de estos objetos estarán muy lejos».

El uso del GPS

El estudio de las ondas gravitacionales, dicen los científicos, les permitirá «oír» el sonido del Universo. Pero los principios recogidos en Teoría de la Relatividad General también han tenido aplicaciones tecnológicas: «Necesitas aplicar la Teoría de la Relatividad General cuando el campo gravitatorio es muy intenso, algo que ocurre en las cercanías de objetos muy densos, como un agujero negro, una estrella de neutrones y quizás en una enana blanca, donde no nos sirve la Teoría de Newton», explica Alberto Aparici, físico teórico del Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-UV).

«Para que funcione el GPS y ofrecer información sobre cosas que suceden en la superficie terrestre usando satélites que están en el espacio, necesitas una gran precisión. Pero el ritmo al que corren los relojes depende del campo gravitatorio». Cuanto más fuerte es ese campo, más lento corre el reloj. Por ello, los relojes de los satélites GPS, que están a varios miles de kilómetros, no van al mismo ritmo que los que tenemos en la superficie terrestre. En el satélite están sometidos a un campo gravitatorio menor y van más rápidos que los terrestres.«Aunque la diferencia es de sólo unos pocos nanosegundos, es suficiente para que en el transcurso de varios años se desincronicen», añade.

Este fenómeno queda reflejado en la película Interstellar, dirigida por Christopher Nolan: «Cuanto más grande es la atracción gravitatoria (cuanto más cerca estamos de una gran masa), el tiempo transcurre más lentamente y los relojes van más lentos. Por eso el protagonista de la película Interstellar [interpretado por Matthew McConaughey] sigue joven, por haber pasado tiempo junto a un agujero negro, además de por haber viajado a alta velocidad», explica Rafael Bachiller, director del Observatorio Astronómico Nacional (IGN).

La Teoría de la Relatividad General, destaca Alberto Aparici, ha ayudado a los astrofísicos a estudiar la materia oscura en detalle a través del efecto de lente gravitatoria (la luz se curva en presencia de un campo gravitatorio). Por otro lado, recuerda el físico, la Teoría de la Relatividad Especial que Einstein presentó en 1905, 10 años antes que la de la Relatividad General, ha tenido múltiples aplicaciones en los campos vinculados con las partículas, como la radioterapia.

Un sensacional anillo de Einstein captado por ALMA


El Mundo

  • El astrónomo Rafael Bachiller nos descubre en esta serie los fenómenos más espectaculares del Cosmos. Temas de palpitante investigación, aventuras astronómicas y novedades científicas sobre el Universo analizadas en profundidad.
Esquema de lente gravitacionalNASA/ESA J. Richard (Caltech)

Esquema de lente gravitacional NASA/ESA J. Richard (Caltech)

El radiotelescopio ALMA acaba de captar uno de los casos más perfectos y espectaculares del fenómeno conocido como ‘anillos de Einstein’. La galaxia azulada en el centro de la imagen actúa como una lente gravitacional que amplifica y distorsiona la imagen de otra galaxia rojiza que se encuentra exactamente detrás de la primera, pero muchísimo más lejos. El buen alineamiento entre las dos galaxias hace que la luz de la más distante forme un anillo casi completo en torno a la más próxima.

Un gigantesco telescopio natural

Cuando dos galaxias se encuentran en nuestra misma línea de mirada podemos asistir a uno de los fenómenos más espectaculares de la naturaleza: lo que se denomina una ‘lente gravitacional’.

Esquema de lente gravitacionalNASA/ESA J. Richard (Caltech)

Esquema de lente gravitacionalNASA/ESA J. Richard (Caltech)

Este fenómeno se ilustra en la figura adjunta, en la que la esfera azul representa a la Tierra y la esfera anaranjada a una galaxia cercana que se encuentra bien alineada con la galaxia espiral más lejana. La teoría de la relatividad general de Einstein predice que la galaxia cercana distorsiona las líneas del espacio-tiempo, lo que se representa con la malla amarilla de su entorno. Los rayos de luz emitidos por la galaxia lejana se curvan siguiendo esta malla que los redirige hacia la Tierra.

Los observadores en la Tierra veremos una imagen muy deformada de la galaxia más distante: normalmente unos arcos luminosos en torno a la imagen de la galaxia cercana.

Es un fenómeno similar al que se produce cuando observamos una luz a través del fondo de un vaso con líquido y vemos la imagen deformada de la fuente luminosa. La galaxia más próxima actúa como una lente colosal que redirige los rayos de la luz emitida detrás para crear una imagen distorsionada. Se trata de una especie de gigantesco telescopio proporcionado por la propia naturaleza.

Otra acertada predicción de Einstein

El fenómeno de lente gravitacional fue predicho por el propio Albert Einstein poco después del enunciado de la relatividad general, teoría de la que celebramos en este año su centenario. Por eso las figuras circulares resultantes reciben el nombre de ‘anillos de Einstein’. El gran físico estimaba que se trataba de un fenómeno muy sutil y dudaba de que pudiese llegar un día en que se observarse por lo que, más que una herramienta de trabajo, lo consideró una mera curiosidad.

Sin embargo, gracias al progreso de la observación astronómica se conocen hoy centenares de lentes gravitacionales. Muchas de tales lentes tienen la forma bien circular, aunque casi siempre incompleta, de los anillos de Einstein. Los anillos bien circulares y completos son raros, pues solo se forman cuando las dos galaxias se encuentran exactamente sobre la misma línea de mirada desde la Tierra.

Cuando hay varios objetos en la misma línea de mirada se producen arcos múltiples, más o menos centrados sobre la lente dependiendo del alineamiento relativo. Muchos de estos anillos de Einstein se detectan bien mediante observaciones en radioastronomía.

Una mirada al joven Universo

Entre septiembre y diciembre del año pasado, ALMA estuvo realizando las primeras observaciones con las antenas del interferómetro separadas por distancias de hasta 15 kilómetros. ElMundo.es informó puntualmente sobre estas observaciones pues suponen un alarde tecnológico en el rango de longitudes de onda milimétricas y submilimétricas. Para comparación, hay que tener en cuenta que los demás observatorios de este tipo de ondas tienen sus antenas separadas por distancias menores de 2 kilómetros. Estas grandes líneas de base proporcionan la altísima nitidez que es precisa para obtener la imagen tan detallada de la galaxia SDP.81 que encabeza este artículo y que es la de mayor resolución angular lograda por ALMA hasta la fecha: 23 milésimas de segundo de arco.

Situada a unos 12 mil millones de años luz de distancia, la joven galaxia SDP.81 contiene grandes cantidades de polvo, gas molecular e intensa formación estelar. Su intensa emisión en ondas submilimétricas propició que fuese descubierta por el Observatorio Espacial de Infrarrojos Herschel de la ESA y hace ahora que pueda ser detectada fácilmente por ALMA. En contraste, la galaxia más próxima, que amplifica y distorsiona la luz de la primera, se encuentra a ‘tan solo’ 4 mil millones de años luz y es bien observable en el óptico por el telescopio espacial Hubble.

Realmente ALMA ha producido varias imágenes de SDP.81. La de mayor nitidez se obtuvo observando la emisión de las pequeñas partículas sólidas repartidas por la galaxia. Este polvo se encuentra contenido en grandes nubes de gas molecular constituidas principalmente por hidrógeno, que no es emisor intenso. Otras moléculas de estas nubes, como el dióxido de carbono y el agua, sí que emiten lo suficiente como para poder estudiar su distribución en la galaxia lejana. Debido al tiempo que tarda la luz en llegar desde la remota SDP.81 hasta la Tierra, y gracias al efecto de lente gravitacional, ALMA nos permite observar una galaxia tal y como era cuando el Universo era muy joven, pues apenas tenía el 15% de su edad actual. Resulta muy significativo constatar que el Universo aún tan joven ya poseía grandes cantidades de carbono y agua.

También interesante

  • Los resultados obtenidos por ALMA sobre SDP.81 ya han dado lugar a dos publicaciones científicas que pueden ser consultadas aquí y aquí.
  • La primera lente gravitacional se observó en 1979 cuando los astrónomos Kyongae Chang y Sjur Refsdal midieron variaciones en el brillo de un cuásar lejano producidas por el efecto de las estrellas individuales de una galaxia cercana.
  • El poder de resolución obtenido por ALMA en la observación del anillo polvoriento de SDP.81 (23 milisegundos de arco) es el mismo que sería necesario para, por ejemplo, poder ver el aro de una canasta de baloncesto puesta sobre la torre Eiffel desde lo alto del Empire State Building en Nueva York.

Rafael Bachiller es director del Observatorio Astronómico Nacional (Instituto Geográfico Nacional).

El escudo invisible que protege la Tierra al estilo ‘Star Trek’


El Mundo

  • ASTROFÍSICA Un hallazgo que desconcierta a los científicos
  • Descubren un escudo invisible situado a unos 11.587 kilómetros sobre la Tierra, capaz de bloquear a los llamados ‘electrones asesinos’ durante las tormentas solares.
Representación artística del escudo protector.

Representación artística del escudo protector.ANDY KALE

Una nueva realidad supera a la ficción. Los universos Star Trek y Stargate imaginaron una tecnología superior capaz de generar escudos protectores artificialmente. Sin embargo, a la Tierra no parece hacerle falta la tecnología de la Flota Estelar ni la de la raza Asgard, pues el planeta parece haber generado de forma natural un caparazón invisible. Sin embargo, los científicos todavía no saben cuál puede ser el origen de este fenómeno, pues lo consideran contrapuesto a la manera habitual de actuar de las partículas en los sistemas astrofísicos. Después de este descubrimiento, los teóricos tendrán que cambiar sus modelos sobre esta materia.

“Francamente, cuando vimos esta ‘barrera’ persistente que actuaba contra los electrones altamente energéticos en la magnetosfera de la Tierra, me quedé totalmente perplejo y desconcertado. Era como si las ráfagas de electrones se estampasen contra una pared de cristal en el espacio“, cuenta a este diario el profesor Daniel Baker, investigador principal de este estudio publicado en la revista Nature. “¿Por qué? -pensó cuando vio el ‘escudo’ por primera vez- ¿Por que habría de existir un límite que frenase el movimiento de las partículas? ¿Qué será?“.

Los electrones ultrarelativistas podrían ser peligrosos para seres vivos y equipos electrónicos si llegasen a la Tierra.

El descubrimiento fue obra de un equipo de astrofísicos dirigido por la Universidad de Colorado Boulder. Los investigadores hallaron una ‘pantalla’ que repele a los llamados ‘electrones asesinos’, procedentes de las tormentas solares. Estas partículas subatómicas llegan desde el Sol a la Tierra como una lluvia de proyectiles electromagnéticos, pues, cuando las eyecciones solares de masa coronal (CME) son muy potentes, estos electrones viajan a una velocidad cercana a la de la luz, amenazando con dañar a los astronautas, a los satélites y a los sistemas espaciales.

Además, según explica el astrónomo Rafael Bachiller, director del Observatorio Astronómico Nacional (IGN), “si estas partículas alcanzasen la superficie del planeta serían potencialmente muy peligrosas, tanto para los seres vivos como para los sofisticados equipos electrónicos sobre los que reposa hoy nuestra civilización”.

Cinturones Van Allen.NASA

El escudo en cuestión se encuentra a unos 11.587 kilómetros de la Tierra, en el interior de los cinturones Van Allen, dos anillos de electrones y protones de alta energía con forma de donut, descubiertos por el profesor James Van Allen en 1958, que se encuentran a más de 40.000 kilómetros sobre la superficie de la Tierra. Estos cinturones de radiación se expanden y se contraen en respuesta a las perturbaciones de energía procedentes del Sol, según explica el profesor Baker, que, además, es antiguo alumno de Van Allen.

El equipo de Baker no se topó con la barrera ‘de casualidad’, sino que llevaban algún tiempo analizando esa zona. Los anillos Van Allen fueron el primer descubrimiento importante de la era espacial y, desde 2013, Baker dirige una investigación para encontrar un tercer cinturón ‘de almacenamiento’ entre los dos primeros, analizando las mediciones del Telescopio de Relatividad de Electrones y Protones (REPT) de las sondas gemelas Van Allen, que fueron lanzadas por la NASA en el año 2012.

Un rompecabezas cósmico

Cuando los científicos lograron este descubrimiento, se desconcertaron. “Estamos viendo un escudo invisible que bloquea electrones, algo así como los escudos creados por campos de fuerza en Star Trek para repeler armas alienígenas“, relata Baker. “Es un fenómeno extremadamente desconcertante”.

Los científicos barajan opciones como la influencia del campo magnético de la Tierra o las ondas de radio.

Al intentar buscar una explicación plausible, los astrofísicos pensaron inicialmente que los electrones altamente cargados, que dan la vuelta a la Tierra a 160.934 kilómetros por segundo, podrían ser frenados en la atmósfera superior y gradualmente aniquilados al interactuar con las moléculas del aire. Sin embargo, según explica Baker, la barrera observada por las sondas de los cinturones Van Allen consigue parar a los electrones mucho antes de que consigan alcanzar la atmósfera.

Así todo, el grupo no se rindió y barajó un gran número de escenarios en los que se podría crear y mantener una barrera de este tipo. Otra de las posibilidades que surgió es si se podría haber generado por la influencia de las líneas del campo electromagnético de la Tierra. También apuntaron a las ondas de radio de los transmisores humanos, preguntándose si éstas podrían dispersar a los electrones, impidiendo que continuasen su camino. Sin embargo, según asegura Baker, ninguna de estas teorías tiene un buen fundamento científico.

Un silbido plasmaférico podría tener un papel clave en la barrera.

El escenario que parece más posible al equipo es la influencia de la plasmafera, una gigantesca nube de gas frío con carga eléctrica que comienza a unos 965 kilómetros sobre la Tierra y se extiende hacia miles de kilómetros a lo largo del cinturón Van Allen exterior. Según Baker, la plasmafera podría estar dispersando los electrones con baja frecuencia en la barrera, de forma que las ondas electromagnéticas crearían un ‘silbido’ plasmaférico que sonaría como el ruido blanco en un altavoz.

Así, Baker cree que el silbido plasmaférico podría jugar un papel clave en la barrera. Sin embargo, todavía sigue desconcertado y se sigue preguntando cómo puede ser posible este comportamiento tan tajante, cuando lo natural sería que “algunos electrones consiguieran pasar la barrera y otros rebotasen”, pero en este caso ninguno logra entrar. “Sinceramente, todavía creo que todo esto es un rompecabezas”.

Como buen astrofísico, Baker es aficionado a los enigmas. “Vamos a continuar nuestros estudios en los cinturones Van Allen de la Tierra para ver cuánto tiempo puede persistir esta barrera, tememos que el Sol arruine el escudo con una CME, aunque también queremos entender por qué todavía no ha desaparecido. Además, no nos sentimos muy satisfechos con las actuales explicaciones y así, como con todos los buenos rompecabezas en astrofísica, buscaremos las mejores y más satisfactorias respuestas a la pregunta ‘¿Por qué?’“.

Rafael Bachiller durante un encuentro en elmundo.es.EM

Sin embargo, a pesar del enigma de la pantalla invisible de Baker, Rafael Bachiller no deja de fascinarse al “ver cómo la naturaleza hace de este planeta un oasis privilegiado para que prospere la vida“.

Un ‘cosmo-marcador’ para encontrar planetas habitables fuera del Sistema Solar

Según explica Rafael Bachiller, para la exploración espacial “es imprescindible conocer en más detalle la estructura de los cinturones Van Allen y los efectos que pueden sufrir nuestros astronautas y nuestros equipos cuando los atraviesen”. Hasta ahora, sólo los astronautas de las misiones Apolo han atravesado estos anillos cuando iban camino de la Luna. Bachiller se muestra sorprendido por los secretos que esconde el mecanismo físico que crea el escudo protector, y todavía mucho más por el misterio de saber “qué lo hace estable frente a los violentos efectos de las tormentas solares”. En su opinión, sería conveniente “realizar más medidas in situ“, además de replicar las características de los cinturones Van Allen con plasmas en los laboratorios. Sin embargo, la importancia de un estudio en profundidad de esta estructura en la Tierra y en otros planetas del Sistema Solar no sólo sería importante para conocer el por qué de su existencia pues, según asegura Bachiller, también debería permitir a los astrofísicos encontrar estructuras similares en exoplanetas, “ayudando a identificar aquellas otras Tierras que, protegidas de radiación nociva, pueden resultar idóneas para albergar vida“.

Así de ultrafinas son las galaxias


El Mundo

La galaxia NGC4762.

La galaxia NGC4762.ESA/HUBBLE/NASA

El astrónomo Rafael Bachiller nos descubre en esta serie los fenómenos más espectaculares del Cosmos. Temas de palpitante investigación, aventuras astronómicas y novedades científicas sobre el Universo analizadas en profundidad.

Una imagen tomada recientemente por el telescopio Hubble de la galaxia NGC4762 nos recuerda cuán delgados pueden ser los discos de las galaxias. Como si se tratase de una colosal moneda vista perfectamente de canto, la galaxia aparece como una sorprendente línea muy recta y ultrafina. Se piensa que nuestra Vía Láctea también es así de delgada.

De canto

No podemos salir de nuestra galaxia para sobrevolarla, o para sobrevolar otras, y poder observar así directamente sus estructuras en 3 dimensiones. Hemos de conformarnos con la observación desde la Tierra, bajo una única perspectiva, de sus imágenes proyectadas en el plano del cielo. Afortunadamente la observación de un gran número de galaxias con orientaciones muy diversas nos permite hacernos una idea muy precisa de la estructura de muchas de ellas, e incluso hemos podido lograr tener una idea bastante detallada de nuestra Vía Láctea.

El cúmulo de galaxias de Virgo.NASA APOD/R. BERNAL

NGC4762 es una galaxia de aspecto sorprendente: desde la Tierra la vemos perfectamente de perfil, lo que permite apreciar la delgadez extrema de su disco. La nueva imagen tomada por el Hubble (que encabeza este artículo) revela un núcleo central brillante y una fina línea que abarca unos 100.000 años luz de extremo a extremo. En el fondo de la misma imagen pueden observarse muchas otras galaxias. De hecho, NGC4762 se encuentra en el cúmulo de Virgo, un grupo de unas 2000 galaxias que está situado a unos 60 millones de años luz de la Tierra.

NGC4762 es tan delgada y su orientación respecto de la Tierra es tan perfectamente de canto que resulta difícil determinar de qué tipo morfológico es esta galaxia. Hasta hace poco se pensaba que era una espiral barrada (una galaxia con brazos espirales y una barra que contiene su núcleo), pero esta nueva imagen tan detallada, en la que no se observan nubes oscuras polvorientas, parece indicar que se trata más bien de una galaxia lenticular de las que poseen pocas nubes interestelares.

También en el cúmulo de Virgo

La galaxia NGC4452ESA/HUBBLE/NASA

Otra galaxia en el cúmulo de Virgo que nos revela su sorprendente delgadez es NGC4452. También esta galaxia, vista exactamente por el borde, aparece como una gigantesca línea muy recta y delgada. Si prestamos un poco más de atención a su imagen, también tomada por el telescopio espacial Hubble, podemos observar en el centro de la línea el brillante núcleo donde, muy posiblemente, se encuentra enterrado un agujero negro supermasivo.

Como en el caso de NGC4762, el halo difuso, relativamente brillante, que rodea al plano galáctico de NGC4452 está formado por las innumerables estrellas de las regiones periféricas de la galaxia. Se estima que cada una de estas galaxias puede contener muchos miles de millones de estrellas.

Aunque se piensa que la mayoría de las galaxias son tan delgadas como NGC4762 y NGC4452, son relativamente pocas las que resultan visibles tan exactamente por su perfil. Y es que para que se dé esta configuración es necesario que la Tierra se encuentre exactamente en el mismo plano geométrico que contiene al disco de la galaxia en cuestión.

La delgadez de la Vía Láctea

Nuestra galaxia, la Vía Láctea, que contiene más de 200 mil millones de estrellas, también está formada por un disco muy delgado de unos 100.000 años luz de diámetro.

Tales discos se forman probablemente durante los procesos de colapso gravitatorio que tienen lugar en las primeras etapas de formación de las galaxias. Aunque en los procesos de formación y evolución temprana de las galaxias intervienen muchos ingredientes y procesos, como la materia oscura y la fusión entre galaxias, parece que el gas existente en un sistema joven debe colapsar y contraerse rápidamente produciendo un gran aplanamiento en la región central que acaba formando un disco fino y en rápida rotación.

El disco de la Vía Láctea.www.digitalskllc.com

También interesante

* Además del disco delgado, las galaxias espirales poseen un disco más grueso y difuso, un gran halo esferoidal con baja densidad de estrellas y un denso bulbo o núcleo central que contiene un agujero negro en el centro.

* El cúmulo de galaxias de Virgo resulta difícil de apreciar en el cielo por la gran área angular que ocupa (unos 15 grados cuadrados). El centro del cúmulo está dominado por la gran galaxia elíptica M87 (el objeto número 87 del catálogo de Messier).

* De los más de 200 mil millones de estrellas que componen la Vía Láctea, tan sólo unas 9000 son visibles con el ojo desnudo. La mayor densidad de estrellas se observa hacia el disco de nuestra galaxia que, visto desde la Tierra, atraviesa el firmamento formando el camino de Santiago.

Rafael Bachiller es director del Observatorio Astronómico Nacional (IGN) y académico de la Real Academia de Doctores de España. Twitter: @RafaelBachiller

 

La Gran Mancha de Júpiter y el secreto de su larga vida


El Mundo

La Gran Mancha Roja. |

El astrónomo Rafael Bachiller nos descubre en esta serie los fenómenos más espectaculares del Cosmos. Temas de palpitante investigación, aventuras astronómicas y novedades científicas sobre el Universo analizadas en profundidad.

 

Teóricamente esta colosal tormenta debería haberse disipado hace muchas décadas, su persistencia durante varios siglos era un misterio para los astrónomos. Un nuevo estudio revela que el secreto de la longevidad de la Gran Mancha puede encontrarse en los flujos verticales de gas.

La madre de todas las tormentas

La Gran Mancha Roja comparada con la Tierra | NASA/ESA

Estamos ante la mayor tormenta del Sistema Solar. La Gran Mancha Roja de Júpiter es un gigantesco anticiclón que mide unos 12.000 kilómetros en la dirección Norte-Sur (similar al tamaño de la Tierra) y más de 30.000 kilómetros en dirección Este-Oeste. El gas gira en la mancha en el sentido contrario a las agujas de un reloj con un periodo de unos 6 días terrestres (14 días jovianos). En las regiones externas de la periferia de la mancha, las inestabilidades hidrodinámicas crean complejas estructuras rizadas.

Este vórtice colosal se conoce desde hace más de tres siglos y su longevidad ha sido un quebradero de cabeza para astrónomos y físicos de fluidos durante años. Y es que son muchos los procesos físicos que tienden a desvanecer los vórtices de fluidos de este tipo. Tanto la turbulencia, como las ondas hidrodinámicas, como la radiación térmica contribuyen a las pérdidas energéticas que deberían disipar el torbellino. Además, la Gran Mancha Roja está situada entre dos corrientes de chorro de sentido opuesto, lo que debería tender a frenar su rotación.

Buscando energía

Para explicar la larga vida de la Gran Mancha Roja se ha argumentado que ésta podría absorber otros torbellinos menores de su entorno. Aunque se trate de un mecanismo ciertamente importante, las observaciones demuestran que el número de vórtices que se crean en su periferia es insuficiente para alimentar a la Gran Mancha y hacerla perdurar.

Vórtices y corrientes de chorro en Júpiter. | NASA/ESA

Pedram Hassanzadeh, investigador posdoctoral de la Universidad de Harvard, junto con Philip Marcus, profesor de física de fluidos de la Universidad de California en Berkeley, han desarrollado ahora un modelo hidrodinámico en 3 dimensiones que simula los movimientos de la Gran Mancha con un elevado grado de detalle (gran resolución espacial). Al trabajar en 3D, este modelo no solo tiene en cuenta los turbulentos vientos horizontales, sino que considera los flujos verticales de gas que habían sido ignorados hasta ahora. Aunque menos energéticos, estos flujos verticales son capaces de transportar gas caliente desde las regiones superiores, y gas frío desde las inferiores, hacia las regiones centrales del vórtice, aportando así una cantidad significativa de energía.

En conjunción con los flujos verticales, la absorción de remolinos vecinos y los vientos radiales desde las corrientes de chorro, también contribuyen de manera significativa a contrarrestar las pérdidas y mantener activa la Gran Mancha durante siglos.

Vórtices en el Atlántico y en las protoestrellas

Júpiter desde la Voyager 1. | NASA

Naturalmente el mecanismo estudiado por Hassanzadeh y Marcus no es específico de Júpiter y puede ser aplicado en muchos otros contextos de la dinámica de fluidos. Por ejemplo, en las proximidades del Estrecho de Gibraltar se observan vórtices oceánicos que pueden perdurar durante años. Estos vórtices también parecen estar alimentados por los flujos verticales de agua que, además, resultan sumamente importantes para mantener el ecosistema, aportando nutrientes desde las profundidades a la superficie.

Otro ejemplo lo constituyen los discos protoplanetarios que se forman en torno a las protoestrellas y las estrellas jóvenes. Los vórtices podrían llegar a durar aquí millones de años ayudando a aglomerar las partículas de polvo y los escombros que llegan a formar cuerpos mucho mayores: los planetas.

El trabajo de Hassanzadeh y Marcus fue presentado el 25 de noviembre pasado en la reunión anual de la División de Dinámica de Fluidos de la Sociedad Americana de Física que tuvo lugar en Pittsburgh (Pensilvania, EEUU).

También interesante

  • Se conocen centenares de vórtices en Júpiter, tanto ciclones como anticiclones. Los ciclones son regiones de baja presión que rotan en una dirección similar a la del planeta, mientras que los anticiclones (como la Gran Mancha Roja) son zonas de alta presión que rotan en la dirección contraria. En Júpiter, los anticiclones son mucho más frecuentes que los ciclones: el 90 % de los vórtices mayores de 2.000 kilómetros son anticiclones.
  • La primera observación de la Gran Mancha Roja se atribuye a Robert Hooke (1635-1703) en 1664. Hooke fue un filósofo, astrónomo, matemático y arquitecto que jugó un papel importante durante la revolución científica. Entre sus trabajos de arquitectura destaca el primer edificio del Observatorio de Greenwich y, en colaboración con Christopher Wren, la Catedral de San Pablo en Londres.
  • El color rojizo de la gran mancha es aún un misterio. Su causa debe buscarse en la composición química del gas, quizás se deba a una sobreabundancia de fósforo o de compuestos de azufre, o quizás a compuestos orgánicos por determinar.

Rafael Bachiller es director del Observatorio Astronómico Nacional (Instituto Geográfico Nacional) y académico de la Real Academia de Doctores de España