El blog de Antares

Una investigación, liderada por científicos del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), desvela que el exoplaneta gigante WASP-69b arrastra una cola parecida a la de un cometa, formada por partículas de helio que escapan de su campo gravitatorio propulsadas por la radiación ultravioleta de su estrella. Los resultados de este trabajo se publican hoy en la revista Science.

Para detectar la atmósfera del exoplaneta gigante WASP-69b se utilizó el instrumento CARMENES, instalado en el telescopio de 3,5 metros del Observatorio de Calar Alto (Almería). Este espectrógrafo cubre simultáneamente el rango de longitud de onda visible y el infrarrojo cercano con alta resolución espectral. Esto ha permitido revelar la composición de la atmósfera del exoplaneta y sacar conclusiones acerca de la velocidad de las partículas de helio que abandonan su campo gravitatorio y la longitud de la cola que producen.

El planeta fue observado durante un tránsito, momento en el que pasó frente a su estrella anfitriona. En este momento, parte de la luz estelar queda eclipsada por el planeta y su atmósfera. “Observamos entonces una mayor duración del tránsito y una mayor cantidad de luz estelar bloqueada en una región del espectro donde el gas helio está absorbiendo luz”, señaló Lisa Nortmann, investigadora del IAC y autora principal del artículo que publica hoy la revista Science. Y añadió: “La mayor duración de esa absorción nos permite inferir la presencia de una cola”.

Pero este no es el único resultado descrito en el artículo. Los autores también han analizado otros 4 planetas de forma parecida. Son los exoplanetas calientes HD 189733b y HD 209458b, que tienen una masa similar a la de Júpiter, el planeta gigante extremadamente caliente KELT-9b y el exoplaneta cálido GJ 436b, del tamaño de Neptuno. El análisis no muestra exosferas extensas de helio entorno a los últimos tres planetas, lo que desafía las predicciones teóricas previas. El Júpiter caliente HD 189733b, en cambio, sí revela una fuerte absorción de helio, aunque este no forma una cola sino una envoltura entorno al planeta.

El equipo investigó también las estrellas anfitrionas de los 5 exoplanetas haciendo uso de los datos de la Misión Multi Espejo de Rayos X de la Agencia Espacial Europea (ESA XMM Newton). Las evidencias señalan que las detecciones de helio en atmósferas planetarias corresponden a los planetas que reciben mayores cantidades de rayos X y radiación ultravioleta extrema de sus estrella anfitrionas. “Este es un primer gran paso hacia el conocimiento de cómo evolucionan las atmósferas de los exoplanetas a lo largo del tiempo y sobre cual podría ser el origen de la distribución de masas y radios de la población observada de Supertierras y sub-Neptunos”, señala Enric Pallé, investigador del IAC y coautor de la publicación

Los resultados de estos estudios podrían significar que la radiación extrema de la estrella anfitriona puede despojar la envoltura gaseosa de los planetas gigantes (similares a Júpiter o Neptuno) y convertirlos en planetas rocosos con densidades similares a Venus o la Tierra.

“En el pasado, los estudios del escape atmosférico, como el que hemos visto en WASP-69b, se basaban en observaciones espaciales del hidrógeno en el ultravioleta lejano, una región espectral de acceso muy limitado y muy afectada por la absorción interestelar”, señala Michael Salz, investigador de la Universidad de Hamburgo y primer autor de una publicación complementaria del mismo equipo, que se centra en los detalles de la detección en HD 189733b y que se publica en la revista Astronomy & Astrophysics. “Pero nuestros resultados –continúa- demuestran que el helio es un nuevo trazador muy prometedor para estudiar el escape atmosférico en exoplanetas”.

Esta nueva línea de investigación permitirá que, en los próximos años, la comunidad dedicada a la caracterización de atmósferas de exoplanetas pueda comparar los procesos de evaporación en una amplia muestra de planetas y responder a preguntas tales como si los planetas con un periodo orbital ultracorto son, en realidad, los núcleos evaporados de antiguos Júpiter calientes.

El instrumento CARMENES, ha sido desarrollado por un consorcio de once instituciones españolas y alemanas, entre las que se encuentra en IAC. Fue diseñado para buscar planetas de tipo terrestre en la zona de habitabilidad de estrellas M, la región en torno a una estrella donde las condiciones permiten la existencia de agua líquida. Los resultados publicados hoy, demuestran la capacidad del instrumento para contribuir también al campo de investigación de las atmósferas de los exoplanetas.

En ocasiones, todo es cuestión de perspectiva. Esta imagen tan convincente de una luna doble, que casi parece un muñeco de nieve, muestra en realidad dos de las lunas de Saturno: Dione y Rea. Sin embargo, el ángulo desde el que la sonda internacional Cassini las fotografió hace que parezcan un solo objeto.

Dione (arriba) se encontraba más cerca de la nave cuando se tomó la imagen, a aproximadamente 1,1 millones de kilómetros, en comparación con Rea (abajo), que se hallaba a unos 1,6 millones de kilómetros. Aquella tiene un diámetro de 1.123 kilómetros, frente a los 1.528 de Rea, aunque en esta imagen se diría que tienen un tamaño muy parecido, debido a las diferentes distancias.

Efectivamente, las dos lunas orbitan Saturno a distancias diferentes: mientras que Dione lo hace más o menos con la misma separación que tiene la Luna de la Tierra, con un periodo orbital de tan solo 2,7 días, Rea se encuentra algo más lejos, por lo que tarda 4,5 días en circunvalar el planeta.

Dione presenta un gran cráter, Evander, hacia el centro de la región polar meridional, lo que permite que las dos lunas se fusiones sin problemas en esta vista. Además, ambas tienen una reflectividad similar, lo que contribuye al aspecto de muñeco de nieve y nos indica que su composición superficial es comparable.

Dione está formada por una tercera parte de roca, que comprendería el núcleo, y dos terceras partes de hielo, y se sospecha que posee un océano bajo la superficie.

Llama la atención que la luna está más craterizada en el hemisferio contrario al sentido de su movimiento si lo comparamos con el hemisferio que mira en sentido opuesto, justo al contrario de lo que esperaríamos: que el lado delantero de la luna se viera bombardeado con más material. Este inusual patrón de craterización sugiere que Dione sufrió un impacto que la giró 180 grados.

Rea es la segunda mayor luna de Saturno, después de Titán, y es similar a Dione en densidad, aunque presenta una cuarta parte de roca y tres cuartas partes de hielo, como si fuera una enorme bola de nieve sucia y congelada.

Esta imagen fue capturada el 27 de julio de 2010 por Cassini en luz visible con el teleobjetivo de la cámara. Su resolución es de siete kilómetros por píxel en el caso de Dione y de diez kilómetros por píxel en el de Rea. Saturno se encuentra hacia la derecha y fuera del encuadre. Cassini es un proyecto cooperativo de la NASA, la ESA y la agencia espacial italiana ASI. La misión concluyó en septiembre de 2017.

El sistema de navegación por satélite Galileo, que ya está al servicio de los usuarios de todo el planeta, ha dado una alegría de proporciones históricas a todos los físicos del mundo, al permitir medir con una precisión inédita cómo los cambios en la gravedad alteran el paso del tiempo, un elemento clave de la teoría general de la relatividad de Einstein.

Dos equipos europeos de física fundamental, trabajando en paralelo, han logrado quintuplicar la precisión de medición del efecto de dilatación provocado por la gravedad, lo que se conoce como ‘corrimiento al rojo gravitacional’.

La prestigiosa revista Physical Review Letters acaba de publicar los resultados independientes obtenidos por ambos consorcios, recabados a partir de más de mil días de datos obtenidos por el par de satélites de Galileo en órbitas alargadas.

“Resulta muy satisfactorio para la ESA ver que nuestras expectativas iniciales de que tales resultados fueran teóricamente posibles ahora se hayan producido en la práctica y nos ofrezcan la primera mejora registrada en las pruebas de corrimiento al rojo gravitacional en más de 40 años”, comenta Javier Ventura-Traveset, director de la Oficina Científica de Navegación de Galileo de la ESA.

“Estos extraordinarios resultados han sido posibles gracias a las características únicas de los satélites Galileo, y especialmente a la alta estabilidad de sus relojes atómicos, a las precisiones alcanzables en la determinación de la órbita y a la presencia de retrorreflectores láser, que permiten llevar a cabo mediciones orbitales independientes y muy precisas desde el suelo, lo que resulta clave para resolver errores orbitales y de reloj”.

Estas actividades investigadoras en paralelo, conocidas como GREAT (Experimento de Corrimiento al Rojo Gravitacional de Galileo con Satélites Excéntricos) han sido realizadas por el Observatorio SYRTE de París (Francia) y el Centro de Tecnología Espacial Aplicada y Microgravedad (ZARM) de la Universidad de Bremen (Alemania) bajo la coordinación de la Oficina Científica de Navegación de Galileo de la ESA y con el apoyo de sus Actividades Básicas.

Un accidente con consecuencias positivas

Estos resultados son la feliz consecuencia de un desafortunado accidente: en 2014, los satélites 5 y 6 de Galileo quedaron atrapados en órbitas incorrectas debido a un fallo en la etapa superior de un cohete Soyuz, impidiendo su uso para la navegación. Los controladores de vuelo de la ESA se lanzaron a una atrevida maniobra de recuperación espacial para elevar los puntos más bajos de sus órbitas y hacerlas más circulares.

Una vez que los satélites lograron tener una vista de todo el disco terrestre, se pudieron fijar sus antenas y activar sus cargas útiles de navegación. En la actualidad, los satélites se emplean como parte del Servicio de Búsqueda y Salvamento (SAR) de Galileo, mientras que su integración como parte de las operaciones nominales de la constelación está siendo evaluada de forma definitiva por la ESA y la Comisión Europea.

A pesar de todo, sus órbitas siguen siendo elípticas: cada satélite asciende y desciende unos 8.500 km dos veces al día. Pero ha sido precisamente esta oscilación regular en su altura y, por ende, en sus niveles de gravedad, lo que los ha convertido en una herramienta de gran valor para los equipos de investigación.

Recreación de las predicciones de Einstein

Albert Einstein predijo hace un siglo que el tiempo se ralentiza cerca de un objeto masivo. Esto se ha verificado de forma empírica en varias ocasiones; la más significativa fue en 1976, cuando se lanzó a 10.000 km en el espacio un reloj atómico de máser de hidrógeno en el cohete suborbital Gravity Probe A, confirmando la predicción de Einstein hasta un nivel de precisión de 140 partes por millón.

De hecho, los relojes atómicos a bordo de los satélites de navegación ya deben tener en cuenta que se mueven más rápido (unas décimas de microsegundo por día) en órbita que en tierra, lo que daría lugar a errores de navegación de unos 10 km diarios si no se corrigieran.

Los dos equipos confiaron en la sincronización de los relojes de máser pasivo de hidrógeno (PHM) a bordo de cada satélite (con una precisión de un segundo en tres millones de años) y la estabilidad del segmento de tierra de Galileo en todo el mundo.

“Que los satélites Galileo transporten relojes de máser pasivo de hidrógeno ha sido esencial para la precisión que han logrado alcanzar estas pruebas”, apunta Sven Hermann, de ZARM.

“Aunque cada satélite de Galileo transporta dos relojes de rubidio y dos relojes de máser de hidrógeno, solo uno de ellos está activo como reloj de transmisión. Durante nuestro plazo de observación, nos centramos en los periodos en que los satélites transmitían con relojes PHM y evaluamos cuidadosamente la calidad de estos datos tan valiosos. Las mejoras continuas en el procesamiento y, especialmente, en la modelización de los relojes podrían llevarnos a lograr resultados aún más precisos en el futuro”.

Resultados aún mejores

Uno de los principales retos de estos tres años de trabajo fue perfeccionar las mediciones de corrimiento al rojo gravitacional eliminando efectos sistemáticos, como los errores de reloj y el desplazamiento orbital, debidos a factores como el achatamiento ecuatorial, la influencia del campo magnético terrestre, las variaciones térmicas e incluso el leve aunque persistente empuje de la propia luz del Sol, que se conoce como ‘presión de la radiación solar’.

“El cuidado y la cautela en la modelización y control de estos errores sistemáticos han sido esenciales, con estabilidades de hasta 4 picosegundos por periodo orbital de 13 horas de los satélites; es decir, cuatro millonésimas de millonésima de segundo”, explica Pacôme Delva, del Observatorio SYRTE.

“Para ello hemos contado con el apoyo de numerosos expertos, y especialmente de la ESA, gracias a su conocimiento del sistema Galileo”.

El seguimiento preciso por satélite ha sido posible gracias al Servicio Internacional de Mediciones Láser (ILRS), que envía haces hacia los retrorreflectores de Galileo para efectuar comprobaciones orbitales a escala centimétrica.

También se ha recibido una ayuda fundamental de la Oficina de Soporte a la Navegación, basada en el centro ESOC de la ESA en Alemania, cuyos expertos generaron el reloj de estabilidad de referencia y productos orbitales para los dos satélites excéntricos de Galileo, a la vez que determinaron los errores residuales de las órbitas tras las mediciones láser.

A esta serpentina arremolinada, captada por el instrumento VISIR, instalado en el VLT (Very Large Telescope) de ESO, le espera un futuro explosivo, ya que se trata de un sistema de estrellas Wolf-Rayet y una probable fuente de uno de los fenómenos más energéticos del universo: un estallido de rayos gamma de larga duración (GRB).

"Este es el primer sistema de este tipo descubierto en nuestra galaxia", explica Joseph Callingham, del Instituto de Radioastronomía de los Países Bajos (ASTRON), autor principal del estudio que ha dado a conocer este sistema. "No esperábamos encontrar este sistema en nuestro propio vecindario" [1].

El sistema, que comprende un nido de estrellas masivas rodeado por un "remolino" de polvo, se conoce oficialmente como 2XMM J160050.7-514245, una referencia de catálogo poco manejable, por lo que los astrónomos decidieron dar otro apodo a este fascinante objeto: "Apep".

Apep obtiene su apodo por su forma sinuosa, que recuerdan a una serpiente enrollada alrededor de la estrella central. Su nombre es el de una antigua deidad egipcia, una serpiente gigantesca que encarna el caos (lo cual encaja en un sistema tan violento). Se creía que Ra, el Dios Sol, luchaba con Apep cada noche; la oración y adoración aseguraban la victoria de Ra y el regreso del sol.

Los GRB son unas de las explosiones más poderosas del universo. Duran entre unas pocas milésimas de segundo y unas pocas horas, y pueden liberar tanta energía como la que producirá el Sol durante toda su vida. Se cree que los GRB de larga duración, los que duran más de 2 segundos, pueden ser causados por explosiones de supernova o por estrellas Wolf-Rayet de rotación rápida.

Hacia el final de sus vidas, algunas de las estrellas más masivas evolucionan a estrellas Wolf-Rayet. Esta fase es de corta duración, y las Wolf-Rayets sobreviven en este estado durante apenas unos cientos de miles de años (un abrir y cerrar de ojos en términos cosmológicos). En ese momento, lanzan enormes cantidades de material en forma de un poderoso viento estelar, expulsando materia hacia el exterior a millones de kilómetros por hora; se han medido los vientos de estelares de Apep y viajan a la asombrosa velocidad de 12 millones de kilómetros por hora.

Estos vientos estelares han creado los elaborados penachos que rodean al sistema estelar triple, que consiste en una estrella binaria y una compañera solitaria unidas por gravedad. Aunque en la imagen solo se aprecian dos objetos parecidos a estrellas, el objeto de abajo es, de hecho, una estrella binaria Wolf-Rayet no resuelta. Esta binaria es la responsable de esculpir las serpentinas en remolino que rodean a Apep, que se forman a raíz de la colisión de los vientos estelares de las dos estrellas Wolf-Rayet.

En comparación con la extraordinaria velocidad de los vientos de Apep, el propio remolino de polvo que las rodea gira a un ritmo “pausado”, serpenteando a menos de 2 millones de kilómetros por hora. Se cree que la salvaje discrepancia entre la velocidad de los vientos estelares rápidos de Apep y el tranquilo remolino de polvo es la consecuencia de la acción de una de las estrellas del sistema binario, que lanzaría tanto un viento rápido como uno lento en diferentes direcciones.

Esto implicaría que la estrella se encuentra en rotación casi crítica, es decir, gira tan rápidamente que casi se está autodestruyendo. Se cree que una estrella Wolf-Rayet con una rotación tan rápida puede producir un GRB de larga duración cuando su núcleo colapsa al final de su vida. 

El instrumento VISIR, del VLT de ESO, ha captado esta impresionante imagen de un sistema estelar binario masivo recién descubierto. Apodado Apep por una antigua deidad egipcia, puede tratarse de la primera detección de una fuente de estallidos de rayos gamma en nuestra galaxia.


Crédito: ESO.


Notas

[1] Callingham, actualmente en el Instituto de Radioastronomía de los Países Bajos (ASTRON), llevó a cabo parte de esta investigación en la Universidad de Sydney mientras trabajaba con el jefe del equipo de investigación Peter Tuthill. Además de observaciones con los telescopios de ESO, el equipo también usó el telescopio anglo-australiano en el Observatorio de Siding Spring, Australia.

Se ha detectado un planeta orbitando a la estrella de Barnard, un objeto a tan solo 6 años luz de distancia. Este avance, dado a conocer en un artículo publicado hoy en la revista Nature, es el resultado de los proyectos Red Dots y CARMENES, cuya búsqueda de planetas rocosos locales ya ha descubierto un nuevo mundo orbitando a nuestra vecina más cercana, Proxima Centauri.

El planeta, designado como estrella de Barnard b, es el segundo exoplaneta conocido más cercano a la tierra [1]. Los datos obtenidos indican que el planeta podría ser una supertierra, tiene una masa de al menos 3,2 veces la de la Tierra, y orbita a su estrella anfitriona en aproximadamente 233 días. La estrella de Barnard, la estrella que alberga al planeta, es una enana roja, una estrella fría, de baja masa, que ilumina de forma muy débil a este mundo recién descubierto. La luz de la estrella de Barnard proporciona a su planeta sólo el 2% de la energía que recibe la Tierra del Sol.

A pesar de estar relativamente cerca de su estrella, a una distancia de sólo 0,4 veces la que separa al Sol de la Tierra, el exoplaneta se encuentra cerca de la línea de nieve, la región donde compuestos volátiles como el agua pueden condensarse en hielo sólido. Este mundo helado y de sombra podría tener una temperatura de –170 °C, haciéndolo inhóspito para la vida tal y como la conocemos. 

La estrella única más cercana al Sol alberga un exoplaneta al menos 3,2 veces tan masivo como la Tierra, una llamada supertierra. Utilizando datos de un conjunto de telescopios de todo el mundo (incluyendo el instrumento cazador de planetas HARPS de ESO), se ha revelado la existencia de este mundo helado y débilmente iluminado. El planeta recién descubierto es el segundo exoplaneta conocido más cercano a la Tierra. La estrella de Barnard es la estrella más rápida del cielo nocturno.
 

Llamada así por el astrónomo E. E. Barnard, la estrella de Barnard es la estrella única más cercana al Sol. Mientras que la estrella en sí misma es antigua (tiene probablemente dos veces la edad de nuestro Sol), y relativamente inactiva, también es la estrella con el movimiento aparente más rápido del cielo [2]. Las supertierras son el tipo más común de planeta de los que se forman alrededor de las estrellas de baja masa como la estrella de Barnard, otorgando credibilidad a este candidato planetario recién descubierto. Por otra parte, las teorías actuales de formación planetaria predicen que la línea de nieve es el lugar ideal para la formación de estos planetas.

Las búsquedas anteriores de un planeta alrededor de estrella de Barnard han tenido resultados decepcionantes, pero este reciente avance ha sido posible combinando las mediciones de varios instrumentos de alta precisión montados en telescopios de todo el mundo [3].

"Tras un cuidadosos análisis, estamos convencidos al 99% de que el planeta está allí", afirma el científico que lidera el equipo, Ignasi Ribas (Instituto de estudios espaciales de Cataluña e Instituto de Ciencias del Espacio, CSIC, en España). "Sin embargo, vamos a seguir observando esta veloz estrella para excluir posibles, pero improbables, variaciones naturales de la luminosidad estelar que puedan confundirse con un planeta".

Estrellas más cercanas al Sol

Entre los instrumentos utilizados están el famoso cazador de planeta HARPS y el espectrógrafo UVES, ambos de ESO. "HARPS desempeñó un papel vital en este proyecto. Se combinaron datos de archivo de otros equipos con medidas nuevas y superpuestas de la estrella de Barnard de diferentes instalaciones", comentó Guillem Anglada Escudé (Universidad Queen Mary de Londres), científico que colidera al equipo que ha obtenido estos resultados [4]. "La combinación de instrumentos fue clave para poder corroborar nuestros resultados".

Los astrónomos utilizaron el efecto Doppler para detectar al candidato a exoplaneta. Mientras el planeta orbita a la estrella, su atracción gravitatoria hace que la estrella sufra un bamboleo. Cuando la estrella se aleja de la Tierra, su espectro se desplaza al rojo (redshift); es decir, se desplaza hacia longitudes de onda más largas. Del mismo modo, la luz de la estrella se desplaza hacia longitudes de onda más cortas, más azules, cuando la estrella se mueve hacia la Tierra.

Los astrónomos aprovechan este efecto para medir con asombrosa exactitud los cambios en la velocidad de una estrella debidos a un exoplaneta que orbita. HARPS puede detectar cambios en la velocidad de la estrella tan pequeño como 3,5 km/h (un ritmo parecido al que utilizamos al caminar). Esta técnica de búsqueda de exoplanetas se conoce como el método de velocidad radial y nunca antes se había utilizado para detectar un exoplaneta tipo supertierra similar en una órbita tan grande alrededor de su estrella.

"Hemos utilizado observaciones de siete instrumentos diferentes, que abarcan 20 años de mediciones, haciendo de este uno de los conjuntos de datos más grande y más extenso usado para estudios precisos de velocidad radial", explica Ribas. "La combinación de todos los datos llevó a un total de 771 medidas, ¡una gran cantidad de información!".

"Todos hemos trabajado muy duro en este avance", concluye Anglada-Escudé. "Este descubrimiento es el resultado de una gran colaboración organizada en el marco del proyecto Red Dots, que incluyó contribuciones de equipos de todo el mundo. Ya se han puesto en marcha observaciones de seguimiento en distintos observatorios de todo el mundo". 

Este vídeo, basado en una representación artística, hace una panorámica sobre la superficie de este mundo sombrío y congelado.

Crédito: ESO/M. Kornmesser
Notas

[1] La estrellas más cercanas al Sol forman el sistema estelar triple Alfa Centauri. En 2016, un equipo de astrónomos, utilizando telescopios de ESO y otras instalaciones, encontró claras evidencias de un planeta que orbitaba a la estrella de este sistema más cercana a la Tierra, Próxima Centauri. Ese planeta se encuentra a poco más de 4 años luz de la Tierra y fue descubierto por un equipo dirigido por Guillem Anglada Escudé.

[2] La velocidad total de la estrella de Barnard en relación con el Sol es de cerca de 500.000 kilómetros por hora. A pesar de este ritmo tan veloz, no es la estrella conocida más rápida. Lo que hace notable el movimiento de la estrella es la rapidez con la que parece moverse a través del cielo nocturno vista desde la Tierra, algo conocido como movimiento aparente. La estrella de Barnard viaja una distancia equivalente al diámetro de la Luna en el cielo cada 180 años (aunque esto pueda no parecer mucho, es el movimiento aparente más rápido de cualquier estrella).

[3] Las instalaciones utilizadas en este estudio han sido: HARPS, en el >Telescopio de 3,6 metros de ESO; UVES, en el VLT de ESO;HARPS-N, en el Telescopio Nazionale Galileo; HIRES, en el Telescopio Keck de 10 metros; PFS, en el Telescopio de Magallanes de Carnegie de 6,5 metros; APF, en el Telescopio de 2,4 metros del Observatorio Lick; y CARMENES, en el Observatorio de Calar Alto. Además, se llevaron a cabo observaciones con el Telescopio de 90 cm del Observatorio de Sierra Nevada, el Telescopio Robótico de 40 cm del Observatorio SPACEOBS, y el Telescopio Joan Oró de 80 cm del Observatorio Astronómico de Montsec (OAdM).

[4] Se profundizará en la historia detrás de este descubrimiento en el ESOBlog de esta semana.

A tan solo mil millones de años luz, en el cercano cúmulo de galaxias conocido como Abell 2597, hay una gigantesca fuente galáctica. En el corazón de una galaxia distante se ha observado un agujero negro masivo bombeando un gran chorro de gas molecular frío hacia el espacio, que luego vuelve a caer sobre el agujero negro cual diluvio intergaláctico. La entrada y salida de materia de tamaña fuente cósmica nunca habían sido observadas juntas, y tienen su origen en el interior de la galaxia más brillante del cúmulo Abell 2597, a 100.000 años-luz.

"Posiblemente, este sea el primer sistema en el cual encontramos evidencias claras de ambos flujos de gas molecular: el frío que va hacia el agujero negro y el que sale o se eleva desde los chorros que lanza el agujero negro", explica Grant Tremblay, investigador del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian y antiguo becario de ESO, que dirigió este estudio. "El agujero negro supermasivo del centro de esta galaxia gigante actúa como una bomba mecánica en una fuente".

Tremblay y su equipo utilizaron ALMA para rastrear la posición y el movimiento de las moléculas de monóxido de carbono dentro de la nebulosa. Se descubrió que estas moléculas frías, con temperaturas tan bajas como 250–260° C bajo cero, caían hacia el agujero negro. El equipo también utilizó datos de MUSE, un instrumento del VLT (Very Large Telescope) de ESO, para estudiar el gas más caliente, lanzado fuera del agujero negro en forma de chorros.

"Aquí lo destacado es el análisis acoplado, muy detallado, de la fuente, utilizando datos de ALMA y MUSE", explica Tremblay. "Las dos instalaciones combinadas ofrecen un resultado increíblemente potente".

Unidos, estos dos conjuntos de datos forman una imagen completa del proceso; el gas frío cae hacia el agujero negro, encendiendo el agujero negro y provocando que este lance chorros rápidos de plasma incandescente hacia el vacío. Luego, estos chorros emergen del agujero negro formando una espectacular fuente galáctica. Sin esperanza de escapar de las garras gravitatorias de la galaxia, el plasma se enfría, se ralentiza y, finalmente, cae de nuevo hacia el agujero negro en forma de lluvia, donde el ciclo vuelve a empezar.

Esta observación sin precedentes podría arrojar luz sobre el ciclo de vida de las galaxias. El equipo especula que este proceso puede ser no sólo común, sino también esencial para comprender la formación de la galaxia. Aunque ya se habían detectado previamente tanto la entrada como la salida de gas molecular frío, esta es la primera vez que ambos fenómenos se han detectado dentro de un mismo sistema, y por lo tanto la primera evidencia de que forman parte del mismo gran proceso.

Abell 2597 se encuentra en la constelación de Acuario y se llama así por estar incluido en el Catálogo Abell de ricos cúmulos de galaxias. El catálogo también incluye cúmulos como el cúmulo de Fornax, el cúmulo de Hércules, o el cúmulo de Pandora.

El satélite Integral de la ESA lleva desde 2002 buscando alrededor de nuestro planeta signos de radiación de alta energía mediante la observación de partículas expulsadas por fenómenos extremos como agujeros negros, estrellas de neutrones y supernovas. El 10 de noviembre de 2015, la sonda encontró por casualidad algo especialmente interesante, y cerca de casa: unas intensas auroras serpenteando alrededor del polo norte.

Este fotograma es parte de una secuencia de imágenes mayor y muestra cómo las auroras forman un semicírculo en las latitudes septentrionales. Estas auroras se vieron por primera vez en el este de Siberia y el norte de Japón hacia las 11:00 GMT y, más tarde, se extendieron por un área mayor al otro lado del planeta, sobre Canadá y Groenlandia.

Cuando detectó esta aurora, Integral estaba preparándose para la investigación astronómica: la sonda tenía previsto observar el firmamento en longitudes de onda de rayos X para medir el fondo cósmico de rayos X, un nivel de radiación difusa que impregna el cosmos y está asociado a eventos de alta energía como la absorción por parte de agujeros negros de material circundante en galaxias lejanas. Esta radiación de fondo es sutil y complicada de detectar y, en este caso, las potentes e inesperadas auroras que iluminaron la Tierra lo dificultaron aún más.

No obstante, las observaciones se aprovecharon de otro modo. Aunque se las conoce sobre todo por el espectáculo visual que ofrecen, las auroras nos dicen mucho sobre el espacio que rodea nuestro planeta. Se forman cuando partículas de viento solar acceden a las capas superiores de la atmósfera e interactúan con la materia presente, desencadenando emisiones luminosas que llenan el cielo con los característicos velos de colores iridiscentes.

Las auroras son fenómenos transitorios y difíciles de predecir, por lo que capturar un ejemplo de tal intensidad con Integral ha ayudado a los científicos a comprender mejor la distribución y la cantidad de partículas cargadas que rodean la Tierra y a caracterizar la interacción entre el Sol y nuestra magnetosfera, la región del espacio dominada por el campo magnético terrestre. Aquí se puede obtener más información sobre las observaciones, de las que se informó en 2016.

Integral capturó las imágenes en rayos X con el instrumento IBIS a intervalos de unos ocho minutos. El tamaño, la orientación y la posición de nuestro planeta en el encuadre cambia de una imagen a la siguiente según la posición de Integral. Efectivamente, el satélite se desplaza por una órbita altamente excéntrica de 64 horas, por lo que llega a acercarse hasta a 10.000 km y a alejarse hasta a 140.000 km de distancia de la Tierra.

La sonda Mars Express de la ESA ha fotografiado una región enigmática del Planeta Rojo: un barranco rocoso, fragmentado y estriado situado en la frontera de los hemisferios septentrional y meridional. Esta región constituye un impresionante ejemplo de la actividad pasada del planeta y muestra el camino recorrido por el material arrastrado por el viento, el agua y el hielo, que fue horadando el relieve y creando formaciones a su paso.



Marte se divide en dos: en algunos puntos, el hemisferio norte tiene una altura varios kilómetros menor que el hemisferio sur. Esta clara división topográfica se conoce como la “dicotomía marciana” y resulta especialmente llamativa en la superficie del planeta. El norte marciano también presenta vastas zonas de terreno llano, mientras que las regiones meridionales está fuertemente craterizadas. Se cree que esto es consecuencia de su actividad volcánica en el pasado, que cambió el aspecto superficial de ciertas regiones, creando suaves planicies en el norte y dejando otras regiones intactas.

El protagonista de esta imagen de Mars Express es un escarpe estriado y con numerosas rocas, conocido como Nili Fossae, situado en el límite entre el norte y el sur. Esta región está llena de valles rocosos, pequeñas colinas y grupos de figuras con cima plana (denominadas “mesas”), mientras que ciertos fragmentos de rocas de la corteza parecen hundirse en la superficie, creando una serie de formaciones similares a zanjas y conocidas como “graben”.

Como sucede con gran parte del entorno que rodea a esta zona, y a pesar de que Marte hoy es un planeta seco y árido, se cree que el agua tuvo un papel fundamental en la formación de Nili Fossae mediante una erosión continuada. Además de los indicios visuales, se han detectado signos de interacción pasada con el agua en la parte occidental (superior) de esta imagen. Instrumentos como el espectrómetro OMEGA de Mars Express han identificado aquí arcillas, indicadores clave de que en algún momento hubo agua presente.

La elevación de Nili Fossae y sus alrededores, que se muestra en la vista topográfica, presenta algunas variaciones: las regiones izquierda e inferior izquierda (sur) son más altas que las que se encuentran al otro lado de la fotografía (norte), lo que ilustra la dicotomía anteriormente mencionada. Este terreno de mayor altitud parece estar formado principalmente por mesetas rocosas, mientras que el terreno más bajo comprende rocas menores, mesas, colinas y otros, con las dos secciones separadas por valles y canales de erosión.

Se cree que la división es el resultado del transporte de materiales hace cientos de millones de años. De forma parecida a los glaciares en la Tierra, flujos de agua y hielo atravesaron el terreno marciano y fueron esculpiéndolo y erosionándolo con el tiempo, arrastrando consigo el material. En el caso de Nili Fossae, el material se desplazó de áreas más altas a otras más bajas, mientras que fragmentos de roca y otros materiales más resistentes quedaron prácticamente intactos pero fueron descendiendo hasta formar las mesas y figuras que vemos en la actualidad.

Las formas y estructuras que salpican esta imagen podrían deberse al influjo no solo del agua y del hielo, sino también del viento. En esta imagen podemos ver algunos ejemplos: manchas en la superficie mucho más oscuras que el fondo ocre, como si fueran borrones de tinta o carboncillo. Se trata de áreas con arena volcánica más oscura, transportada y depositada por los actuales vientos marcianos. Con frecuencia, el viento mueve la arena y el polvo por la superficie de Marte, creando campos de ondulantes dunas por el planeta y formando terrenos multicolores como los de Nili Fossae.


Los datos que comprende esta imagen fueron recogidos por la Cámara Estéreo de Alta Resolución (HRSC) de Mars Express el día 26 de febrero de 2018.

La sonda Mars Express de la ESA fue lanzada en 2003. Además de proporcionar espectaculares vistas de la superficie marciana, como la que hoy nos ocupa, la misión ha aclarado muchos de los mayores enigmas del planeta y ha contribuido a reconstruir la imagen de Marte, un planeta que en el pasado fue más cálido, más húmedo y potencialmente habitable. El siguiente enlace ofrece más información sobre los últimos 15 años de Mars Express y los descubrimientos que hasta ahora ha hecho la misión.

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El instrumento GRAVITY de ESO instalado en el interferómetro del Very Large Telescope (VLT) lo han usado científicos de un consorcio de instituciones europeas, incluyendo a ESO [1], para observar destellos de radiación infrarroja provenientes del disco de acreción alrededor de Sagitario A*, el objeto masivo en el corazón de la Vía Láctea. Los destellos observados entregan la confirmación esperada por tanto tiempo de que el objeto en el centro de nuestra galaxia es, como se ha asumido por largo tiempo, un agujero negro supermasivo. Los destellos se originan del material que orbita muy cerca del horizonte de sucesos del agujero negro, haciendo de éstas las observaciones más detalladas que existen de material orbitando tan cerca de un agujero negro.

Mientras parte del material en el disco de acreción — el cinturón de gas que orbita Sagitario A* a velocidades relativistas [2] — puede orbitar el agujero negro de forma segura, cualquier cosa que se acerque demasiado está destinada a ser atraída más allá del horizonte de sucesos. El punto más cercano a un agujero negro que puede orbitar ese material sin ser inevitablemente atraído hacia dentro por la inmensa masa se conoce como la órbita estable más cercana, y es desde aquí que se originan los destellos observados.

"Es alucinante ver efectivamente material orbitando un agujero negro masivo a un 30% de la velocidad de la luz”, dijo maravillado Oliver Pfuhl, científico en el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE). “La gran sensibilidad de GRAVITY nos ha permitido observar los procesos de acreción en tiempo real con un nivel de detalle sin precedentes”.

Estas mediciones sólo fueron posibles gracias a la colaboración internacional y a instrumentos dotados de la tecnología más avanzada [3]. El instrumento GRAVITY que hizo posible este trabajo combina la luz de cuatro telescopios del VLT de ESO para crear un súper telescopio virtual de 130 metros de diámetro, y ya ha sido usado para explorar la naturaleza de Sagitario A*.

A principios de este año, GRAVITY y SINFONI, otro instrumento del VLT, le permitieron al mismo equipo medir con exactitud el sobrevuelo cercano de la estrella S2 a medida que pasaba por el intenso campo gravitatorio que hay cerca de Sagitario A*, y por primera vez esto reveló los efectos previstos por la relatividad general de Einstein en un ambiente así de extremo. Durante el sobrevuelo cercano de S2, se observó también una fuerte emisión infrarroja.

"Monitoreamos de cerca S2, y por supuesto siempre supervisamos Sagitario A*”, explicó Pfuhl. “Durante nuestras observaciones, tuvimos la suerte de apreciar tres destellos brillantes alrededor del agujero negro, ¡lo que fue una afortunada coincidencia!”.

Esta emisión, proveniente de electrones altamente energéticos muy cercanos al agujero negro, fue observada como tres prominentes destellos brillantes, y coincide exactamente con las predicciones teóricas sobre zonas calientes orbitando cerca de un agujero negro con una masa de cuatro millones de veces la del Sol [4]. Se cree que los destellos se originan a partir de interacciones magnéticas en el gas muy caliente que orbita muy cerca de Sagitario A*.

Reinhard Genzel, del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) en Garching, Alemania, quien dirigió el estudio, explicó: “Este siempre fue uno de nuestros proyectos soñados, pero nunca pensamos que pudiese hacerse realidad tan pronto”. Refiriéndose a la antigua suposición de que Sagitario A* es un agujero negro supermasivo, Genzel concluyó que “el resultado es una rotunda confirmación del paradigma sobre el agujero negro masivo”. 

Notas

La sonda Mars Express de la ESA lleva desde el 13 de septiembre observando la evolución de una nube alargada junto al volcán Arsia Mons, de 20 km de altura, que se halla cerca del ecuador marciano.

A pesar de su situación, esta formación atmosférica no se debe a actividad volcánica, sino que se trata de una nube de hielo de agua influida por el efecto de la pendiente del volcán a sotavento en el flujo de aire: lo que los científicos denominan una nube orográfica o “nube a sotavento”, un fenómeno regular en esta región.

La nube puede apreciarse en esta vista capturada el 10 de octubre por la Cámara de Seguimiento Visual (VMC) de Mars Express, que la ha fotografiado cientos de veces en las últimas semanas. Se trata de una formación elongada y de color blanco que se extiende a lo largo de 1.500 km hacia el oeste de Arsia Mons. A modo de comparación, cabe destacar que el diámetro de este volcán cónico es de unos 250 km. Aquí se puede consultar una vista etiquetada de la región.

Marte experimentó el solsticio de invierno en su hemisferio norte el pasado 16 de octubre. En los meses previos, la mayoría de la actividad nubosa desaparece de los grandes volcanes, como Arsia Mons, cuya cumbre permanece cubierta por nubes durante el resto del año marciano.

No obstante, se sabe que en el flanco suroeste de este volcán se forma una nube de hielo de agua, como la que vemos en la imagen, de forma estacional y recurrente. Mars Express y otras misiones ya la habían observado en 2009, 2012 y 2015.





El aspecto de la nube cambia a lo largo del día marciano, elongándose en el sentido del viento durante la mañana, alejándose del volcán y casi en paralelo al ecuador, hasta alcanzar un tamaño impresionante que hace que pueda verse hasta con telescopios en la Tierra.

La formación de nubes de hielo de agua se ve afectada por la cantidad de polvo presente en la atmósfera. Estas imágenes, obtenidas tras la gran tormenta de polvo que envolvió el planeta en junio y julio, ofrecerán información importante sobre el efecto del polvo en el desarrollo de la nube y su variabilidad a lo largo del año.

La nube alargada que flota cerca de Arsia Mons este año también ha sido observada con el espectrómetro cartográfico de luz visible e infrarrojo cercano, OMEGA, y la Cámara Estéreo de Alta Resolución (HRSC) de Mars Express, ofreciendo a los científicos distintos datos para estudiar el fenómeno.

El desarrollo de esta nube se puede seguir a través de las imágenes diarias enviadas por la VMC:

https://www.flickr.com/photos/esa_marswebcam/

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