¿Se puede ver un agujero negro?

Si introducimos el texto ‘agujero negro’ en el buscador Google y pulsamos sobre el botón de imágenes, nos aparecen los siguientes resultados

agujero_negro

Crédito: Google

Todas esas imágenes son recreaciones artísticas o simulaciones, realizadas con mayor o menor fortuna, pero ninguna de ellas es una fotografía real de un agujero negro tomada por un telescopio.

Aunque el concepto de agujero negro data de 1783, cuando el británico John Michell especulaba sobre ello en un artículo que remitió a la Royal Society, fue Einstein el que teorizó sobre la gravedad afectando a la luz hacia principios del  s.XX.

En el eclipse total de Sol de 1919, Eddington obtuvo fotografías de las estrellas que había justo al lado del Sol durante el eclipse y observó como su posición se había modificado frente a cuando se fotografiaban durante una noche normal. Se demostró así que la masa del Sol había modificado la trayectoria de la luz de esas estrellas de fondo. Fue el espaldarazo definitivo a la teoría de Einstein.

While one could argue that Newtonian gravity either predicted no deflection or deflection of a specific amount due to the force law and E=mc^2, Einstein's predictions were definitive and different from them both.

Explicación sobre cómo afecta el Sol a las estrellas que se ven a su alrededor durante un eclipse de Sol (Crédito:  Jim Lochner and Barbara Mattson/GSFC/NASA)

Ya se sabía pues que la gravedad no solo atraía a la materia, sino que también era capaz de afectar a la luz y ‘curvar’ su dirección de propagación que siempre se había supuesto rectilínea.

A partir de ahí, se desarrollo todo un modelo teórico que hablaba de cuerpos muy masivos como, por ejemplo, una estrella en una fase muy tardía de su vida que podría colapsar sobre sí misma y formar un agujero negro. Y de ese extraño cuerpo, nada podría escapar, ni la materia ni la luz.

Y si un cuerpo no deja escapar la luz, entonces no se puede ver. Por definición, si se apunta a un agujero negro un telescopio óptico normal lo que se vería es… nada.

Los agujeros negros, con su capacidad de atracción, tragan cualquier materia que se encuentre a su alrededor. En algunos casos hay una estrella cercana a la que le roba materia de forma continua y muy violenta. Eso hace que aunque no veamos el propio agujero negro si que vemos cómo se acelera la materia en su viaje al glotón agujero.

La materia cae tan violentamente que se acelera de forma brutal, alcanzando millones de grados y emitiendo rayos X. Esa es la forma que delata a muchos agujeros negros, la emisión de rayos X que hay asociada.

330px-Cygnus_x1_xray.jpgEmisión de rayos X de un posible candidato a agujero negro.

Crédito: HERO project. NASA

Por tanto, con un telescopio óptico no veremos a nuestro esquivo amigo, pero si que lo podremos ver utilizando un telescopio de rayos X.  Lástima que la atmósfera de la Tierra no deja pasar los rayos X y tenemos que poner telescopios en satélites para poder observar en esa banda.

Otra forma de observar un agujero negro es en la banda de radio. La materia acelerada también emite como ondas de radio, que es una banda del espectro electromagnético que afortunadamente puede ser detectada desde la superficie de la Tierra. Para trabajar en esa banda hay que utilizar un radiotelescopio en lugar de un telescopio.

89858

Radiotelescopio IRAM (Granada-España)

 

Sin embargo, los radiotelescopios, a pesar de sus enormes paraboloides, obtienen observaciones de poca resolución cuando se utiliza una única antena. Por eso, se emplea una técnica conocida como interferometría que utiliza dos antenas separadas (a veces por muchos km) para mejorar el detalle de la observación. Se demuestra que la combinación de datos obtenidos simultáneamente de dos radiotelescopios separados cierta distancia equivale a utilizar una única antena del diámetro igual a la distancia que separa dichas antenas.

Esto ha llevado a la instalación de redes de radiotelescopios como VLA (USA), con antenas distribuidas en forma de ‘Y’ y con brazos de 21 km de largo, ALMA(en Atacama, Chile) que también puede separar sus antenas hasta 15 km.

 Array de radiotelescopios. Crédito: VLA Observatory

En esta línea pero mucho más ambicioso, el proyecto Event Horizon Telescope (EHT) consiste en una serie de radiotelescopios repartidos por todo el planeta trabajando conjuntamente. De esa forma, se obtienen datos de una resolución sin precedentes dado que estamos observando con un radiotelescopio equivalente a los miles de km que separan las antenas. En cada uno de los radiotelescopios se dispone de un reloj atómico que permite datar una observación con una precisión muy elevada, lo que posibilita, más tarde, durante la tarea de procesamiento, cruzar observaciones de todos los centros sabiendo que se han realizado al mismo tiempo.

 EHT arrayRadiotelescopios en la red EHT. Cortesía: EHT web

En Abril de 2017, EHT ha realizado una observación de Sagitario-A, una fuente de radio que se encuentra en el centro de nuestra galaxia. Se cree que dicha fuente es un agujero negro.

Los observatorios participantes en la observación de Sagitario-A han enviado sus datos hace meses al centro de procesamiento (en el MIT) y se están añadiendo los procedentes del radiotelescopio del Polo Sur que eran los únicos que faltaban y que llegaron a mediados de Diciembre.

Ahora mismo se están procesando todas las observaciones de Abril y se espera obtener la imagen fruto de todo este trabajo en breve.

En cuestión de pocos días, es posible que el equipo del EHT nos ofrezca la primera imagen, esta vez sí, real de un agujero negro. Nos podremos olvidar de las recreaciones artísticas y las simulaciones. Estaríamos viendo, cara a cara, un agujero negro y podríamos responder a la pregunta de este artículo: sí, sí se puede ver.

Anuncios

Gigantescas SUPERLUNAS y minúsculas minilunas

Siempre que los medios anuncian una Superluna (esta noche del 3 al 4 de Diciembre se producirá una), alguien me pregunta sobre qué ocurrirá…¿veremos la Luna mucho más grande? ¿brillará mucho más?

Podéis encontrar la respuesta AQUÍ en una entrada de AstronomiaConCuchara del año 2015:

¿se puede ver una galaxia sin telescopio?

El cinturón de Andrómeda es un asterismo poco conocido que va desde la amarilla estrella Mirach, pasa por las estrellas Mu y v hasta llegar a la galaxia de Andrómeda M31.

Este verano decidí obtener una imagen de dicho asterismo y aquí está el resultado. La estrella brillante de la parte inferior derecha es Mirach, la beta (segunda estrella más importante de Andrómeda), después, subiendo hacia la izquierda desde dicha estrella, hacia el centro de la imagen, podemos encontrar las estrellas azuladas Mu y v. Finalmente, casi al lado de v, encontraremos la galaxia Andrómeda.

 

Asterismo del cinturón de Andrómeda. Crédito: Antonio Peña

Este asterismo es muy útil para localizar esta galaxia, la única que podemos ver a ojo, sin ayuda de telescopio, en el hemisferio Norte. Las tres estrellas de la constelación de Andrómeda (Mirach, Mu y v) son fáciles de ver ver, pero si además contamos con un cielo oscuro (sin polución lumínica) y no hay Luna, podemos intentar ver la galaxia. Lo que veremos será mucho más débil que la imagen de la galaxia de arriba, tan solo podremos ver el núcleo de la galaxia, como una débil mancha difusa. Es poca cosa, pero los fotones que están recogiendo nuestros ojos habrán salido de la galaxia hace 2.2 millones de años. Eso, por si sólo, ya tiene su magia. La luz que nos ofrece la estrella Mirach, sin embargo, salió del astro hace tan solo doscientos años.

 

En el hemisferio Sur tienen más suerte y pueden ver dos galaxias a simple vista, se trata de las Nubes de Magallanes, dos galaxias del grupo local que pueden ser vistas en noches sin Luna.

Aunque existe alguna referencia anterior, parece ser que fue Fernando de Magallanes quien observó dichas galaxias australes hacia 1520 dejando registro de dicha observación. De ahí que, actualmente, se las conozca como las Nubes de Magallanes, aunque realmente son galaxias.

 

magallanes.jpg

Las dos galaxias (Las nubes de Magallanes) en el hemisferio Sur, en el centro de la imagen. Crédito: Petr Horálek

 

 

De forma que, la respuesta a si es posible ver galaxias a simple vista, la respuesta es que sí. Desde el hemisferio Norte se puede ver una. Desde el hemisferio Sur, se pueden ver dos.

 

Record en planetas habitables alrededor de una estrella

Un grupo de investigadores liderado por el belga Michaël Gillon ha anunciado el descubrimiento de un sistema planetario completo en una estrella situada a 40 años luz. Nada menos que siete planetas se encuentran orbitando alrededor de esta estrella que preside todo el sistema llamado TRAPPIST-1

Esto de descubrir exoplanetas (planetas alrededor de estrellas fuera de nuestro Sistema Solar) no es nuevo. Hace ya más de veinte años que se han detectado este tipo de sistemas, en concreto, en 1995 se descubrió Pegasi 51b, un planeta bastante grande girando en torno a una estrella a unos 50 años luz de nosotros. Desde aquel entonces se han detectado muchos cientos de planetas fuera del Sistema Solar pero siempre en las estrellas más cercanas a nosotros

La novedad que ha llevado la noticia a primeras páginas de todos los medios es que son planetas parecidos al tamaño de nuestra Tierra y que hay tres de ellos que están en la zona habitable del sistema. La zona de habitabilidad es aquella que rodea a la estrella en la que el rango de temperaturas permite que exista agua en estado líquido. Hasta ahora se habían descubierto una mayoría de planetas gigantes y el porcentaje dentro de la zona de habitabilidad era realmente bajo. Encontrar siete planetas en un mismo sistema y que tres de ellos estén claramente ubicados en la zona de habitabilidad es algo especial.

4_cover_pia21421

Representación artística del sistema descubierto Trappist-1 (cortesía NASA)

La tecnología actual permite detectar estos pequeños planetas. Existen varios sistemas de detección que siempre llevan la tecnología al límite para poder intuir estos pequeños cuerpos que están girando alrededor de una estrella. En algunos casos, lo que se detecta es el vaivén de la estrella por el pequeño tirón gravitacional que supone el planeta girando alrededor de la misma. Está claro que la estrella, con su gran masa,  atrae al planeta debido a la fuerza de gravedad, pero sí, también el planeta, a pesar de tener una masa que es cientos de miles de veces menor, consigue atraer a la estrella y hacer que oscile ligeramente. Y es ese pequeñísimo movimiento el que puede ser detectado desde la Tierra porque percibimos que la estrella se está alejando y acercando a nosotros, de forma periódica, a medida que el planeta recorre su órbita.

 

radialveloc

Gráfico en el que se puede apreciar como la estrella lejana (en amarillo) se aleja y aproxima levemente a nosotros a medida

que el pequeño exoplaneta (en color azul) recorre su órbita. (crédito: AstronomiaConCuchara)

Esa oscilación periódica de la estrella se puede medir analizando la variación del espectro de la misma y es una medida en la que se alcanzan precisiones increíbles. Con la tecnología actual podemos conocer si una estrella ha variado su velocidad respeto a nosotros en 1 metro/segundo. Además, el movimiento será reconocible por ser periódico, veremos que la estrella se acerca a nosotros cuando el planeta está entre la estrella y nosotros y la veremos alejarse cuando el planeta está en el otro lado tirando de ella alejándola de nosotros. Esta técnica se denomina de la velocidad radial y ha permitido encontrar una buena parte de los exoplanetas conocidos.

 

Otra forma de encontrar exoplanetas es detectando la pequeñísima pérdida de brillo de la estrella cuando el planeta transita por delante de la misma. Es la técnica denominada de tránsito. Incluso con los telescopios más grandes del mundo, las estrellas aparecen como simples puntos de luz, sin embargo, si medimos el brillo de una de esas estrellas que albergan planetas y tenemos la suerte que cruza por delante de la línea entre esa estrella y la Tierra, entonces, podremos medir una disminución de brillo de la misma, puesto que el exoplaneta se habrá interpuesto entre la estrella y nosotros.

La disminución de brillo de la estrella será del orden de unas pocas milésimas de magnitud. Imaginemos la cabeza de un alfiler pasando por delante de una bombilla que tuviese un metro de diámetro. Ese decremento de brillo es detectable con la tecnología actual.

transit1

La técnica del tránsito permite detectar un exoplaneta por la pequeña pérdida de brillo de la estrella cuando aquel se interpone entre nosotros y la estrella que lo alberga. En el gráfico, la curva en color rojo muestra la evolución del brillo a medida que el planeta se interpone. (crédito: AstronomíaConCuchara)

La técnica del tránsito ha permitido incluso a los aficionados el medir estos misteriosos cuerpos. En la gráfica abajo se muestra una típica observación de un famoso exoplaneta del doble del tamaño de Júpiter y a unos 1300 años luz de distancia. Es el TrES-3b. La observación es de unos de los mejores observadores amateur españoles, Ramón Naves.

El eje vertical muestra el brillo de la estrella medida y el eje horizontal es el tiempo. Se ve claramente como el brillo de la estrella se hunde durante algo más de una hora. El brillo cae unas diez milésimas de magnitud durante ese periodo.

 

tres-naves

 Observación del exoplaneta TrES-3B (Crédito: Ramón Naves)

Estas dos técnicas descritas son las más populares para detectar exoplanetas. Hay otras más especiales y menos asequibles que también han permitido engrosar la lista de exoplanetas conocidos.

Por otra parte, cualquier observatorio profesional en Tierra tiene su correspondiente plan de observación de exoplanetas y las agencias espaciales orientan su actividad en este frente con misiones como CHEOPS (ESA) o Kepler y TESS (NASA) para buscar y caracterizarlos. La búsqueda de exoplanetas es uno de los campos más activos de la astronomía observacional y algo de moda también hay en esto de la astrofísica. Alguien me comentaba que, hoy en día, si quieres que te concedan financiación para observaciones astrofísicas, tienes que decirle que vas a realizar un plan de observación de exoplanetas…

Bromas aparte, ahora mismo, el reto es identificar exoplanetas en los alrededores de nuestro Sistema Solar, que estén en la zona de habitabilidad y que presenten un tamaño parecido al de nuestra Tierra. Precisamente, como los que se han convertido en noticia esta semana de Febrero.

El siguiente objetivo en lo que se refiere a observación de exoplanetas es claro; observar su atmósfera. Una vez que hayamos hecho un censo de exoplanetas en zona de habitabilidad, tenemos que conseguir medir sus atmósferas para ver si tienen gases que sugieran la existencia de vida.

 

Con la exploración sobre la superficie de planetas como Marte y la observación de exoplanetas, vivimos un momento realmente emocionante en lo que a búsqueda de vida fuera de la Tierra se refiere.

 

Imágenes de alta resolución del impacto de Schiaparelli

Tal y como comentábamos hace unos días, la cámara de alta resolución de MRO (HiRISE) ha fotografiado la zona en la que se estrelló Schiaparelli.

La imagen muestra tres zonas de interés; arriba a la izquierda que es la zona de impacto de Schiaparelli, con aparentes restos de una explosión y, muy cercano también, un extraño arco en la superficie de Marte para el que aún no se ha encontrado explicación.

En la parte inferior izquierda, a unos 1.4 Km de la nave, se encuentran los restos del paracaídas y el escudo trasero de la nave.

Por último, en la parte superior izquierda de la imagen, se puede apreciar el impacto de otro objeto que probablemente sea el escudo térmico delantero.

Aquí está la imagen original del orbitador MRO

mro-hirise-esa-exomars-schiaparelli-rover-pia21131-unannotated-full_th

Imagen de alta resolución de la zona de impacto de Schiaparelli

(Crédito: NASA/JPL/University of Arizona)

El violento impacto de Schiaparelli contra el suelo marciano ha creado un cráter de unos 50 cm de profundidad según los cálculos de la ESA.

Desde dicho cráter, se puede apreciar una extensión oscura hacia la izquierda de la imagen que parece ser el efecto de la explosión que se considera muy probable porque los tanques de combustible que portaba la nave (hidracina) estarían cargados en el momento del choque puesto que, según la telemetría, los retrocohetes se encendieron mucho menos tiempo del planeado (tan solo unos 4 segundos).

A continuación mostramos un zoom de la imagen original de la web de la misión MRO. Además de la zona del cráter y el extraño arco, parece haber algo de color blanco en la parte inferior derecha que podría ser un resto de la nave. Se espera que las sucesivas pasadas del orbitador MRO de JPL/NASA muestre esta zona aún con mejor calidad en unos días.

highres_schiaprelli.jpg

Zoom de la imagen original en la zona del impacto del lander

(Crédito: MRO NASA/JPL/University of Arizona)

He procesado algo la imagen para poder visualizar mejor toda la zona afectada por el brutal choque. Se puede apreciar que la superficie afectada por impacto es mucho mayor de lo que podría parecer en la imagen original y que salen varios ‘jets’ desde el impacto central. El ‘jet’ que sale hacia la parte superior derecha es del terreno y no parece relacionado con el choque.

A la derecha, la traza con forma de arco sí que es claramente un efecto de la caída de Schiaparelli. Se puede apreciar que tiene una parte acentuada y otra, mucho más difusa, que se extiende hacía la parte superior de la imagen. No hay, por el momento, explicación para dicho rastro.

mro-hirise-esa-exomars-antonio_pena

Procesado de la imagen en la zona del impacto del lander

(Crédito: NASA/JPL/University of Arizona –Procesado: Antonio Peña)

Contrastando mucho la imagen y manteniendo la referencia de escala a su lado permite percatarse que los efectos del choque del lander tienen unos 100 metros de largo y que se extiende de forma difusa hacia la parte superior.

mro-hirise-esa-exomars-Antonio_Peña_negative.jpg

Extensión del efecto del choque sobre el suelo de Marte

(Crédito: NASA/JPL/University of Arizona –Procesado: Antonio Peña

Ingenieros de la ESA están analizando la telemetría disponible (unos 600 Mb) y estiman tener un informe con conclusiones a mediados del mes de Noviembre.

El escudo térmico parece ser la pieza que se encuentra en la parte superior derecha de la imagen.

heatshield

Restos del escudo térmico frontal

(Crédito: NASA/JPL/University of Arizona –Procesado: Antonio Peña)

Por último, en la parte inferior de la imagen original que ha adquirido MRO, se pueden apreciar dos objetos de color blanco que, casi con certeza, son el paracaídas y el escudo trasero.

HIROSE_MRO_Schiaparelli_parachutezoom.jpg

Zoom de la zona en la que aparecen el paracaídas y el escudo trasero

(Crédito: MRO NASA/JPL/University of Arizona)

 

Permaneceremos atentos porque se espera que el orbitador MRO aporte imágenes en color y parejas de imágenes estereoscópicas en unos días.

 

 

El orbitador MRO de JPL/NASA encuentra Schiaparelli

Ya adelantábamos que era cuestión de horas. El planeta rojo está siendo monitorizado constantemente mediante varios orbitadores, tanto de JPL/NASA como de ESA, por lo que era previsible que se encontrase pronto a la maltrecha Schiaparelli.

Ha sido el orbitador norteamericano MRO el que lo ha hecho con su cámara de baja resolución. La imagen inferior tiene 6 metros por pixel de resolución.

exomars2016_mro_view_of_schiaparelli_landing_site_600w

Imagen del orbitador MRO en el que se muestran los restos de Schiaparelli (Crédito: JPL/NASA)

En la imagen parecen encontrarse el enorme paracaídas de 12 metros (es el punto brillante que aparece en la imagen superior). Más arriba, como a un kilómetro de distancia, aparece un punto más oscuro que parece el lugar en el que aterrizó Schiaparelli.

 

Lo último de Exomars

La misión que ESA ha puesto en Marte estos pasados días puede ser calificada de exitosa en el sentido que se ha colocado un orbitador (la nave TGO) correctamente sobre la trayectoria programada. Esta nave comenzará a proporcionar datos científicos relevantes en las próximas semanas analizando gases de interés biológico y otros.

ExoMars_approaching_Mars_large.jpg

TGO está en la órbita correcta alrededor de Marte (crédito: ESA)

Otra función relevante de esta nave TGO es que hará de intermediario de comunicaciones entre rovers posados en la superficie de Marte y la Tierra. Los rovers sobre la superficie de Marte utilizan relays (intermediarios) para comunicar con Tierra ya que tienen unas mínimas capacidades de comunicación directa. TGO, junto con otros orbitadores, hará de canal de comunicaciones con Tierra para rovers tanto los futuros europeos como norteamericanos.

En lo referente a las últimas noticias sobre la sonda Schiaparelli la situación no es tan positiva. La sonda debía haberse posado de forma controlada sobre la superficie de Marte el pasado día 19 pero algo funcionó mal.

Se han analizado las telemetrías que la nave emitió durante la fase inicial de la entrada en la atmósfera marciana y en un primer momento, todo parecía ir bien. El escudo térmico funcionó correctamente. La secuencia de apertura del paracaídas también parece haberse ejecutado con normalidad, sin embargo, algo no programado ocurrió en el momento en el que el paracaídas y escudo térmico deberían haberse separado de la nave.

Schiaparelli_on_Mars.jpg

Recreación artística de cómo Schiaparelli debería reposar sobre Marte (crédito:ESA) 

También hay datos que indican que los retrocohetes se encendieron brevemente. Algo que debía ocurrir en la última fase de aterrizaje.

ESA hace hincapié en que hay que esperar a analizar los datos a fondo, tanto las telemetrías procedentes del radiotelescopio GMRT que observó la entrada de Schiaparelli desde Tierra, como desde el orbitador Mars Express en las proximidades de Marte.

Permaneceremos atentos. Los orbitadores nos mostrarán una imagen de alta resolución de la zona en poco tiempo.