Amigo lector,

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Bienvenido a este blog dedicado a la Astronomía y a la Astrofotografía, dos de mis grandes pasiones. Aquí podrás encontrar las noticias más recientes relacionadas con la Astronomía , así como mis últimos trabajos en fotografía astronómica. Quiero dedicar esta bitácora a la memoria de Carl Sagan, gran científico y excelente divulgador. Gracias a él varias generaciones de lectores y telespectadores se interesaron por la Astronomía en todo el mundo, hizo asequible a todos los públicos los conocimientos de la época sobre el cosmos y transmitió su pasión por la ciencia y el respeto al método científico.

______________________________________________________________________________________________________Jesús Canive

sábado, 31 de diciembre de 2011

Biografía de Christiaan Huygens

Nació el 14 Abril 1629 en La Haya, Holanda
Murió el 8 Julio 1695 en La Haya, Holanda

Christiaan Huygens nació en una importante familia holandesa. Su padre Constantín Huygens estudió filosofía natural y fue diplomático. Fue a través de él que Christiaan tuvo acceso a los altos círculos científicos de la época. En particular Constantín tenía muchos contactos en Inglaterra y se escribía regularmente con Mersenne y fue amigo de Descartes.
Educado en casa por profesores particulares hasta los 16 años, Christiaan aprendió geometría, cómo hacer modelos mecánicos y otras habilidades como tocar el laúd. Su educación matemática estuvo claramente influenciada por Descartes que fue un visitante ocasional en la casa de Huygens y puso un gran interés en el progreso matemático del joven Christiaan.
Christiaan Huygens estudió leyes y matemáticas en la Universidad de Leiden desde 1645 hasta 1647. Van Schooten le dio clases de matemáticas mientras estuvo en Leiden. Desde 1647 hasta 1649 continuó estudiando leyes y matemáticas pero ahora en el Colegio de Orange en Breda. Allí fue afortunado al tener otro experto profesor de matemáticas, John Pell. A través del contacto de su padre con Mersenne, comenzó una correspondencia entre Huygens y Mersenne durante esta época. Mersenne desafió a Huygens a resolver gran número de problemas incluyendo la forma de la cuerda sujeta por sus puntas. Aunque falló en este problema resolvió el problema relacionado de cómo colgar pesos en la cuerda para que cuelgue en forma de parábola.
En 1649 Huygens fue a Dinamarca como parte de una delegación diplomática y esperaba continuar hasta Estocolmo para visitar a Descartes, pero el tiempo no le permitió hacer este viaje. Tras su viaje a Dinamarca realizó otros a través de Europa incluyendo Roma.
Las primeras publicaciones de Huygens en 1651 y 1654 trataban problemas matemáticos. La publicación Cyclometriae de 1651 mostraba la falacia en los métodos propuestos por Gregory de Saint-Vincent, quien afirmaba haber hallado la cuadratura del círculo. La obra de Huygens de 1654 De Circuli Magnitudine Inventa fue un trabajo más importante sobre temas similares.
Huygens pronto dirigió su atención al pulido de lentes y la construcción de telescopios. Alrededor de 1654 desarrolló una nueva y mejor forma de tallar y pulir lentes. Usando una de sus propias lentes, Huygens detectó, en 1655, la primera luna de Saturno. En el mismo año hizo su primera visita a París. Informó a los matemáticos de París incluyendo a Boulliau de su descubrimiento y a su vez Huygens aprendió del trabajo sobre probabilidades llevado a cabo en la correspondencia entre Pascal y Fermat. A su regreso a Holanda Huygens escribió un pequeño trabajo De Ratiociniis in Ludo Aleae sobre el cálculo de probabilidades, el primer trabajo impreso sobre el tema.
El año siguiente descubrió la verdadera forma de los anillos de Saturno. Sin embargo otros, como Roberval y Boulliau, tenían teorías diferentes. Boilliau había errado al detectar la luna de Saturno Titán por lo que Huygens comprendió que estaba usando un telescopio inferior.
Alrededor de 1656 Huygens fue capaz de confirmar su teoría del anillo a Boulliau y los resultados fueron informados al grupo de París. En Systema Saturnium (1659), Huygens explicaba las fases y cambios en la forma del anillo. Algunos, incluido el Jesuita Fabri, atacaron no sólo las teorías de Huygens sino también sus observaciones. Sin embargo, en 1665 incluso Fabri fue persuadido a aceptar la teoría del anillo de Huygens a medida que sus observaciones fueron confirmadas por telescopios mejores.
El trabajo en astronomía requería un cronometraje preciso y esto impulsó a Huygens a abordar este problema. En 1656 patentó el primer reloj de péndulo, que incrementó enormemente la precisión de la medida del tiempo. Su trabajo sobre el péndulo estaba relacionado con otro trabajo matemático que había estado haciendo sobre el cicloide como resultado del desafío de Pascal. Huygens creía que un péndulo oscilando en un área grande sería más útil en el mar e inventó el péndulo cicloidal con esta idea en mente. Construyó varios relojes de péndulo para determinar la longitud en la navegación y fueron sometidos a pruebas en el mar en 1662 y de nuevo en 1686. En el Horologium Oscillatorium sive de motu pendulorum (1673) describió la teoría del movimiento del péndulo. También derivó la ley de la fuerza centrífuga para el movimiento circular uniforme. Como resultado de esto Huygens , Hooke, Halley y Wren formularon la ley del inverso del cuadrado de la atracción gravitatoria.
Huygens regresó a París en 1660 y allí asistió a reuniones de varias sociedades científicas. Escribió, en una carta a su hermano: 
... Hay una reunión cada martes [en la casa de Montmor] en la que veinte o treinta hombres ilustres se reúnen. Nunca me la pierdo ... He ido también ocasionalmente a la casa de M Rohault, que expone la filosofía de M Descartes y hace muy buenos experimentos con buenos razonamientos sobre ellos.
En estas sociedades se encontró con muchos matemáticos, entre ellos, a Roberval, Carcavi, Pascal, Pierre Petit, Desargues y Sorbière. Después de visitar Pascal en Diciembre de 1660 Huygens escribió:
... charlamos de la fuerza del agua rarificada en los cañones y del vuelo, le mostré mis telescopios...
En 1661 Huygens visitó Londres, especialmente para infromarse sobre la recientemente formada Royal Society que se reunía en esa época en el Gresham College. Quedó enormemente impresionado con Wallis y el resto de científicos ingleses con los que se encontró y, a partir de esta época, mantuvo sus contactos con este grupo. Enseñó sus telescopios a los científicos ingleses demostrando su superioridad sobre los que se usaban en Inglaterra. El duque y la Duquesa de York vinieron a observar la Luna y Saturno a través del telescopio de Huygens. Mientras estuvo en Londres Huygens vio la bomba de vacío de Boyle y quedó impresionado. Tras su regreso a La Haya llevó por a cabo por sí mismo gran número de los experimentos de Boyle. Huygens fue elegido para formar parte de la Royal Society de Londres en 1663.

Por esta época Huygens patentó su diseño del reloj de péndulo con la solución del problema de la longitud en mente. En 1665 supo que la Royal Society estaba investigando otros tipos de reloj, en particular Hooke estaba experimentando con un reloj regulado por muelle espiral. Huygens escribió a Hooke dudando de este método que él suponía se vería excesivamente afectado por los cambios de temperatura. A pesar de esto Huygens comenzó a experimentar con relojes regulados por muelles, pero su precisión era más pobre que sus relojes de péndulo.
Huygens aceptó una invitación de Colbert en 1666 para formar parte de la Académie Royale des Sciences. Llegó a Paris ese año para descubrir que la Society no estaba todavía organizada. Tras las reuniones mantenidas con Roberval, Carcavi, Auzout, Frenicle de Bessy, y Buot en la biblioteca de Colbert la Sociedad se mudó a la Bibliothèque du Roi en la que Huygens ocupó una residencia. Él asumió el liderazgo del grupo basándose mucho en su conocimiento de la forma en que operaba la Royal Society en Inglaterra.
El trabajo de Huygens sobre la colisión de cuerpos elásticos mostró el error de las leyes del impacto de Descartes y su memoria sobre el tema fue enviada a la Royal Society en 1668. La Royal Society había planteado una cuestión sobre el impacto y Huygens probó con experimentos que el momento de una dirección fija antes de la colisión de dos cuerpos es igual al momento en esa dirección tras la colisión. Wallis y Wren también respondieron a esta cuestión.
El movimiento circular fue un tema del que Huygens se ocupó en esta época pero también continuó tabajando sobre la teoría de la gravedad de Descartes basada en los vórtices. Parece haber mostrado signos de no estar contento con la teoría de Descartes por esta época pero él todavía se dirigió a la Académie sobre este tema en 1669 aunque después de su discurso Roberval y Mariotte argumentaron fuertemente, y de forma correcta, contra la teoría de Descartes y esto pudo haber influenciado a Huygens.
Desde su juventud la salud de Huygens nunca fue buena y en 1670 tuvo una seria enfermedad que provocó su partida de París hacia Holanda. Antes de dejar París, creyendo estar cerca de la muerte pidió que sus artículos no publicados sobre mecánica fueran enviados a la Royal Society. El secretario del embajador inglés fue llamado y describió las razones de Huygens:
... cayó en un discurso relativo a la Royal Society de Inglaterra que dijo era una asamblea de los más finos ingenios de la Cristiandad ... dijo que elegía depositar esos pequeños trabajos ... en sus manos antes que nada. ... dijo que preveía la disolución de esta Academia porque estaba mezclada con tintes de envidia por que estaba basada sobre supuestos de beneficio porque dependía totalmente del humor de un príncipe y del favor de un ministro...
Sobre 1671 Huygens regresó a Paris. Sin embargo en 1672 Luis XIV invadió los Países Bajos y Huygens se encontró en la posición extremadamente difícil de estar en una importante posición en París en una época en que Francia estaba en guerra con su propio país. Los científicos de esta época se sentían a sí mismos por encima de las guerras políticas y Huygens fue capaz, con mucho apoyo de sus amigos, de continuar su trabajo.
 
En 1672 Huygens y Leibniz se encontraron en París y en lo sucesivo Leibniz fue un visitante asiduo de la Académie. De hecho Leibniz debe mucho a Huygens del que aprendió gran parte de sus matemáticas. En el mismo año Huygens supo del trabajo de Newton sobre el telescopio y sobre la luz. Él, equivocadamente, criticó la teoría de la luz de Newton, en particular su teoría del color. Su propio trabajo, Horologium Oscillatorium sive de motu pendulorum apareció en 1673 y mostró que Huygens se había separado bastante de la influencia de Descartes.
Horologium Oscillatorium contiene el trabajo sobre el péndulo. En él Huygens prueba que el cicloide es tautocrono, un importante resultado teórico pero que había tenido poca aplicación práctica al péndulo. También resuelve el problema del péndulo compuesto. Sin embargo hay mucho más que el trabajo sobre los péndulos. Huygens describe el descenso de los cuerpos en el vacío, bien verticalmente o a lo largo de curvas. Define las evolutas e involutas de las curvas y, tras dar algunas propiedades elementales, halla las evolutas del cicloide y de la parábola. Huygens intenta por primera vez en su trabajo estudiar la dinámica de los cuerpos más que de las partículas.
Papin trabajó como ayudante de Huygens por esta época y después de que lo dejara para trabajar con Boyle, a Huygens se le unió Tschirnhaus. Otro brote de enfermedad en 1676 vió el regreso de Huygens a la Haya de nuevo. Estuvo dos años allí, estudiando la doble refracción que Bartholin había descubierto en el cristal espato de Islandia. También trabajó sobre la velocidad de la luz que él creía que era finita y se complació al oír hablar de los experimentos de Römer que daban una velocidad aproximada para la luz determinada por la observación de las lunas de Júpiter.
En 1678 Huygens regresó a París. En ese año apareció su Traité de la lumiere, en él Huygens argumentaba a favor de la teoría ondulatoria de la luz. Huygens constató que una esfera de luz en expansión se comporta como si cada punto en el frente de onda fuera una nueva fuente de radiación de la misma frecuencia y fase. Sin embargo su salud se hizo más inestable y cayó enfermo en 1679 y de nuevo en 1681 regresó a La Haya por última vez. La Hire, que siempre había argumentado en contra de los extranjeros en la Académie, envió sus mejores deseos a Huygens pero claramente esperaba que no regresara de forma que él pudiera adquirir su posición.
El problema de la longitud supuso una preocupación constante para Huygens de nabera que continuó trabajando en los relojes toda su vida. De nuevo cuando su salud se recuperó trabajó sobre un nuevo reloj marino durante 1682 apoyado por el interés mostrado por la Compañía de la Indias Orientales Holandesas siguió trabajando duro con los relojes. Colbert murió en 1683 y el regreso a París sin el apoyo de su patrón parecía imposible. Su padre murió en 1687, habiendo alcanzado los 91 años de edad, y el año siguiente su hermano partió para Inglaterra. Huygens echaba de menos tener gente alrededor con quienes poder discutir de temas científicos. En 1689  llegó a Inglaterra.
En Inglaterra Huygens se encontró con Newton, Boyle y otros en la Royal Society. No se sabe qué discusiones hubo entre Huygens y Newton pero sabemos que Huygens tenía una gran admiración por él aunque al mismo tiempo no creía en la teoría de la gravitación universal de la que dijo:
..me parece absurda.
En algún sentido por supuesto Huygens estaba en lo cierto, cómo puede uno creer que dos masas distantes se atraen mutuamente cuando no hay nada entre ellas, nada en la teoría de Newton explica cómo es posible que una masa pueda incluso saber que la otra masa está allí. Escribiendo sobre Newton y los Principia algún tiempo después Huygens escribió: 

Estimo su comprensión y sutileza en gran medida, pero considero que se les ha dado un mal uso en la mayor parte de este trabajo, donde el autor estudia cosas de poco uso o cuando construye el improbable principio de la atracción.

Se retiró con mucha tristeza con los pensamientos de su aislamiento científico en Holanda.
En los últimos años de su vida Huygens compuso una de las primeras discusiones de la vida extraterrestre, publicada tras su muerte como el Cosmotheoros (1698). Continuó trabajando en la mejora de las lentes y sobre el reloj regulado por muelles y sobre nuevos relojes de péndulo.
Huygens describió el temperamento constante de 31 tonos en Lettre touchant le cycle harmonique. Esto llevó indirectamente a una tradición musical de 31 tonos en Holanda en ese siglo.
En una carta a Tschirnhaus escrita en 1687, Huygens explicaba su propio método:
.. se sienten grandes dificultades al principio y estas no pueden ser superadas excepto comenzando con los experimentos ... Pero incluso así, queda mucho trabajo duro por hacer y uno necesita no sólo gran perspicacia sino a menudo un grado de buena suerte.
Los logros científicos de Huygens se resumen como sigue:
... Huygens fue el mejor mecánico del siglo diecisiete. Combinó el tratamiento matemático de Galileo de los fenómenos con la visión de Descartes del diseño último de la naturaleza. Comenzando como un ardiente Cartesiano que buscaba corregir los errores más manifiestos del sistema, terminó como uno de sus críticos más agudos. ... las ideas de la masa, peso, momento, fuerza y trabajo fueron clarificadas finalmente en el tratamiento de Huygens de los fenómenos de impacto, la fuerza centrípeta y el primer sistema dinámico jamás estudiado, el péndulo compuesto.


Artículo de: J J O'Connor y E F Robertson (Mctutor History of Mathematics)
Trtaducción: Jesús Canive



jueves, 29 de diciembre de 2011

La metalicidad de una estrella

Las estrellas pueden clasificarse de diversas maneras, no sólo por su tamaño y masa. La metalicidad de una estrella es una de las formas en las que se pueden clasificar estos objetos.  Esta característica facilita a los astrónomos información sobre cómo ha cambiado nuestra galaxia a lo largo del tiempo. Pero la metalicidad no sólo proporciona información sobre la Vía Láctea sino también sobre los cambios sufridos por las propias poblaciones de estrellas a lo largo de la historia del universo y de cómo las estrellas que nacen hoy son muy diferentes de las primeras estrellas.

La tarea de clasificación de las estrellas es sumamente compleja y supone un reto para los astrónomos. Se trata de objetos muy distantes y que tienen una vida extremadamente larga. Incluso las estrellas de vida más corta, con unos pocos cientos de miles de años, abarcan un periodo de tiempo mucho mayor del tiempo que los humanos existimos como especie.

Existen algunas fases en la vida de una estrella que ocurren en una escala de tiempo lo suficientemente pequeña para ser observada en detalle. Una de estas fases es la muerte violenta y rápida de una estrella como supernova. Pero aunque esta fase es relativamente corta en tiempo comparada con la edad de la estrella, es poco frecuente.

Las estrellas generan su energía transformando el hidrógeno en helio, pero en el interior de la estrella también se generan otros procesos que producen, en menor cantidad, otros elementos distintos del hidrógeno y el helio.



Los astrónomos afrontan la composición química de una estrella de una manera muy pragmática. Dividen los 92 elementos en tres grupos: Hidrógeno, helio y el resto de elementos.  Al tercer grupo, al resto de elementos químicos que no son ni hidrógeno ni helio es a lo que llamamos metalicidad, que se define por tanto, como la proporción del material de una estrella que no es ni hidrógeno ni helio.

La cantidad de estos elementos es proporcional a la rapidez y duración del proceso de transformación de hidrógeno en helio, también conocido como nucleosíntesis. Por lo tanto, la metalicidad pude servir de indicador de la edad de una estrella y puede ser usado además para ayudar a clasificar las estrellas según las distintas fases que atraviesan a lo largo de su vida.

Sin embargo en ritmo de nucleosíntesis y la edad de una estrella no son los únicos factores que afectan a su metalicidad. También depende de la cantidad de otros elementos que estaban presentes cuando se formó la estrella. Todas las estrellas, excepto aquellas de la primera generación, contienen material que ya ha sido parte de otra estrella anteriormente. A lo largo del tiempo la cantidad de otros elementos va aumentando a medida que el hidrógeno y el helio son transformados. Por lo tanto, la metalicidad de las estrellas se va incrementando en cada una de las sucesivas generaciones.

Esta metalicidad creciente a lo largo de las distintas generaciones de estrellas es el factor clave para definir las distintas poblaciones de estrellas en la Vía Láctea. Empecemos por las fáciles, aquellas compuestas de jóvenes estrellas como nuestro Sol. Se trata de estrellas con una metalicidad relativamente alta, haciendo hincapié en el término “relativamente”, ya que las cantidades absolutas de estos elementos sigue siendo muy pequeñas comparadas con la cantidad total de hidrógeno de la estrella. Este tipo de estrellas componen la llamada Población I.

Las estrellas de la Población I son estrellas relativamente jóvenes, con menos de 10.000 millones de años de edad y se encuentran con más frecuencia en los brazos espirales de nuestra galaxia. Igualmente, las estrellas de los cúmulos abiertos son todas estrellas de la Población I.


Cúmulo abierto M45 - Las Pléyades

En términos generales, se puede decir que las estrellas de Población I tienen un movimiento ordenado dentro de la galaxia, con órbitas casi circulares y con frecuencia tienen sistemas planetarios a su alrededor.

A medida que volvemos atrás en el tiempo y observamos estrellas más antiguas, observamos que decrece la metalicidad.  Estas estrellas forman la denominada Población II y son las estrellas más antiguas que podemos observar. Se pueden encontrar a lo largo de la galaxia y forman órbitas elípticas y excéntricas. Se concentran en mayor número en centro y en el halo galáctico e incluyen estrellas variables tipo RR Lyrae y sub-enanas. Son también las componentes de los cúmulos globulares, por lo que sabemos que estos cúmulos son muy antiguos.

No existe una clara línea divisoria entre los dos tipos de estrellas, y la metalicidad varía entre los dos extremos haciendo posible varios tipos de subpoblaciones. Sin embargo sí existe un patrón claro en la distribución de los dos tipos de poblaciones, lo que plantea interesantes cuestiones. ¿Porqué no se encuentras estrellas de Población I en el centro de la galaxia? ¿Porqué se encuentran con frecuencia estrellas de Población II en los cúmulos globulares? Las respuestas a estas preguntas arrojan luz sobre la forma en la que la Vía Láctea ha cambiado a lo largo del tiempo. Dado que el ritmo de formación de estrellas ha variado en el tiempo en las distintas zonas de la galaxia, las variaciones de metalicidad que ahora observamos reflejarán esas diferencias.


Cúmulo globular M5.
Hay otra interesante pregunta a la que dar respuesta. Las estrellas de Población II tienen una baja metalicidad, pero ¿De dónde procede ese material? La teoría de cómo se formó el universo nos dice que el material inicial del que se formaron las primeras estrellas no tenía ningún otro elemento que no fuera hidrógeno y helio lo que implica que las estrellas de la Población II no son estrellas de primera generación, por lo que existió una generación anterior de cuyos restos de formaron las estrellas de la Población II.

Estas estrellas más antiguas pertenecen a la Población III y se supone que son las primeras estrellas que se formaron en el universo. Su existencia es teórica e hipotética ya que este tipo de estrellas no es visible hoy en día. Por esta razón existe una gran especulación sobre la naturaleza de estas estrellas. Podrían haber sido muy calientes y brillantes y con masas muy superiores a las que podemos observar hoy en día.  De ser cierto este extremo, disminuirían enormemente las posibilidades de poder observar una de estas estrellas, ya que habrían tenido una vida relativamente corta.

L Cate Kendal

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miércoles, 28 de diciembre de 2011

La forma del universo

Según los científicos, el universo podría ser cerrado, infinito, plano o curvo, retorcido como una cinta de Moebius o enredado como una maraña de lana. Cada uno tiene sus preferencias, aunque apenas hay certezas. Para el resto de los mortales, lo lógico es preguntarse si tiene sentido hablar siquiera de una ‘forma’ para el cosmos.
 

“Cuando hablamos de la forma del universo nos referimos a la geometría del espacio-tiempo, que va evolucionando”, advierte Mariano Moles, investigador y director del Centro de Estudios de Física del Cosmos de Aragón. La Teoría de la Relatividad de Einstein dice que el espacio y el tiempo son inseparables, así que nos topamos con un objeto de cuatro dimensiones imposible de visualizar. Pero podemos simplificar y obtener fotos de él en cada momento, “aunque en el instante cosmológico después será distinto”, advierte Moles.

Una mirada desde fuera

Una opción es retratar el entorno desde dentro del propio universo para obtener su curvatura o forma local. La otra es estudiar su forma global o topología. “La topología es la forma que veríamos desde fuera. Claro que ‘fuera’ del universo no existe”, afirma Eduard Salvador, catedrático de Astrofísica de la Universidad de Barcelona. Este es uno de los grandes problemas: no podemos salir a mirar el ‘todo’.

“Estamos limitados para entender cuerpos en tres dimensiones por estar nosotros mismos inmersos en un mundo tridimensional”, apunta Vicente Muñoz, catedrático de Geometría y Topología de la Universidad Complutense de Madrid y autor del libro La forma del universo. Nos pasa lo mismo que a los ‘chatoides’, seres planos inventados por Eduardo Battaner, catedrático de Cosmología de la Universidad de Granada.

Los chatoides habitan en la superficie de una esfera y solo perciben la longitud y la anchura. Para ellos el mundo es un plano que se extiende indefinidamente; sin embargo, si emprenden un viaje con rumbo constante, después de recorrer una circunferencia entera llegarán al mismo punto y serán capaces de comprender que viven en ‘algo parecido’ a la superficie de una esfera.

Esto mismo, en una dimensión más, es lo que intentan hacer algunos para estudiar la forma global del cosmos. “En un universo cerrado, deberían producirse repeticiones de algún tipo cuando miramos a lo lejos –explica Eduard Salvador–. Pero hasta el momento no hay observaciones que puedan confirmar ninguna hipótesis de topología. Las repeticiones son muy difíciles de detectar y ni siquiera se sabe si se darán, así que no se trabaja mucho en esta línea”.

Después de todo, el universo es plano


El estudio de la curvatura del espacio está dando mejores frutos. La respuesta es casi unánime: el universo es plano. Es lo que confirman observaciones independientes sobre las anisotropías de la radiación de fondo, lentes gravitatorias, la distribución de materia a gran escala, la temperatura del gas dentro de los cúmulos, etc. “No nos referimos a que sea como un folio, sino a que se cumplen las propiedades de la geometría euclídea”, explica Salvador. “Es decir, si lanzamos dos haces de luz paralelos, nunca se acercarán o se alejarán, como sucedería si fuera curvo”, describe José Alberto Rubiño, cosmólogo del Instituto de Astrofísica de Canarias.

La gran herramienta para estudiar el universo es la radiación de fondo de microondas (CMB, por sus siglas en inglés), el eco electromagnético del Big Bang. Tras siete años de observaciones, la Sonda Anisotrópica de Microondas Wilkinson (WMAP) de la NASA ha trazado en 2011 el primer plano completo del cielo de microondas en alta resolución. “Hasta ahora, la mejor determinación de la forma del universo la ha aportado el WMAP”, asegura a SINC Charles Bennett, investigador principal del proyecto. Si nos fiamos de la NASA, podemos asumir con un margen de error de un 0,5% que estamos en una geometría plana.

Quizá estos datos nos lleven a alguna forma global. Charles Bennett contesta: “si la curvatura es nula, entonces el universo global no puede ser esférico”. ¿Podemos entonces olvidarnos de la esfera? “No”. El especialista de la Nasa recuerda que las observaciones siempre tendrán alguna incertidumbre. “En este momento nuestras medidas son indistinguibles de la curvatura nula, pero no podemos desechar la geometría esférica. Eso sí, el radio de curvatura sería enorme”, explica Bennet.

Algunas verdades universales


Tenemos sobre la mesa todas las opciones: abierto o cerrado, finito o infinito. “No sabemos si el cosmos es finito o infinito. Sí podemos asegurar que la región que podemos ver es finita”. Bennett se refiere al ‘horizonte cosmológico’, un límite infranqueable a partir del cual no se puede saber absolutamente nada. Hoy podríamos conocer, como mucho, los objetos que estén a distancias inferiores a 13.700 millones de años luz, es decir, lo que ha recorrido la luz desde el Big Bang. “La luz de todo lo que esté más lejos aún no nos ha llegado”, afirma Rubiño.

Pero que no se pueda observar no significa que no exista. “Hay pruebas que muestran que el universo es mucho más grande. Si su tamaño fuera menor que 70.000 millones de años luz, entonces veríamos múltiples copias en los mapas de microondas. Hemos buscado este patrón y no lo hemos visto. Esto nos permite situar una cota del mínimo tamaño que tiene el universo”, afirma a SINC David Spergel, profesor de astrofísica en la Universidad de Princeton (EE UU). “También podemos asegurar que no tiene bordes”, añade Rubiño.
 
 
Recapitulando: es limitado en el tiempo, es mayor de lo que vemos, no tiene bordes, pero ¿es infinito? El concepto se escapa de nuestras manos y da lugar a paradojas. Spergel plantea una de las más inquietantes: “Sabemos que hay un número finito de átomos en cada ‘parche’ observable del espacio (de radio 13.700 millones de años luz) y las maneras de recolocarlos también son finitas. Nuestra existencia viene determinada por una recombinación de átomos concreta. En un universo infinito tendría que haber otros lugares en los que se volviera a dar esta combinación. De hecho, infinitos lugares. Por tanto, existirían infinitas copias de nosotros mismos. Esto es raro”.

Si para el lector lego esto es un galimatías, los cosmólogos tampoco se sienten cómodos con estos trabalenguas. “Yo, personalmente, prefiero un universo finito, aunque muy grande”, admite Spergel.

Atrapados por nuestra visión finita

Si el universo es más grande que el horizonte cosmológico, puede que nunca lleguemos a conocer su forma global. El espacio podría ser finito, pero tan grande que cualquier señal de su finitud esté fuera de nuestro alcance. “No puede observarse más allá del horizonte cosmológico. Eso violaría el principio de la velocidad finita de la luz –afirma Battaner–. Lo que está más allá puede vislumbrarse por la teoría, pero no por la observación”.

La verdad es que, hasta ahora, ‘mirar’ a través de la teoría nos ha permitido saber muchas cosas. “Tenemos un modelo cosmológico que puede explicar todas las medidas, incluyendo las geométricas, con solo seis parámetros”, afirma Benett. Es la Teoría de la Inflación, la revisión del Big Bang que sitúa un periódico de inflación dramático y exponencial en el comienzo del universo.

“Fuera como fuese la curvatura inicial, el cosmos se ‘aplastó’ por la enorme expansión, hasta llegar a un estado prácticamente plano. A partir de entonces, ha seguido expandiéndose y enfriándose. Conocemos su contenido: un 73% de energía oscura, 23% de materia oscura y 4% de átomos. Sabemos que tiene 13.700 millones de años. Entendemos muchas cosas, pero hay todavía tantísimas otras que no comprendemos”, admite el experto de la NASA.

Para los que tienen que ver para creer, los métodos observacionales todavía tienen mucho que ofrecernos. “El camino más prometedor es el que proporcionó WMAP, aunque su sucesor, el satélite Planck de la Agencia Espacial Europea (ESA) está ya orbitando y midiendo con una sensibilidad de tres a diez veces mayor que el WMAP. A principios de 2013 ofrecerá datos que nos permitirán conocer la geometría del universo”, anticipa Battaner. Bueno, digamos ‘conocer mejor’. En particular, corroborar las correcciones de la inflación.

Mapa de la radiación cósmica. Crédito: WMAP Science Team
“Analizando las anisotropías de la radiación observada por Planck, podremos afirmar, o no, que vivimos en un universo plano, dominado por la energía oscura, que terminará en un ‘gran desgarrón’, con una expansión indefinidamente cada vez más rápida”. Entonces, seremos capaces de ver con un poco más de precisión qué se esconde en el fondo del abismo.

Triángulos en el cielo


A partir de observaciones del Fondo Cósmico de Microondas, la misión WMAP ha determinado, con un margen de error del 0,5%, que el universo es plano. “Si dibujas un triángulo enorme en la superficie de la Tierra, la suma de los ángulos será mayor a 180 grados, porque es curva. La misión espacial WMAP ha hecho el mismo razonamiento en tres dimensiones: sobre un triángulo tridimensional que se extiende sobre vastas regiones del espacio ha mostrado que la naturaleza del espacio es euclídea, es decir, que su curvatura es cero”, afirma Charles Bennett.

La curvatura, que describe la geometría local, está íntimamente relacionada con la densidad y con el destino del universo. La distribución de la materia y la energía determina la relación entre las fuerzas que mueven el cosmos a gran escala: la expansión y la gravedad. Según venza una o la otra, el mundo sufrirá una contracción que le llevará al colapso, una expansión acelerada que lo desgarrará, o quedará en equilibrio hasta la muerte térmica.

Ágata A. Simón (SINC)



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martes, 27 de diciembre de 2011

Las luces de la Península Ibérica

El Observatorio Terrestre de la NASA dedica su imagen del día a una panorámica nocturna de la Península Ibérica. En la fotografía, tomada por el astronauta William J. Stepanov desde la Estación Espacial Internacional, pueden distinguirse con claridad las mayores áreas metropolitanas de España y Portugal.
Imagen: NASA Earth Observatory

Las farolas de España y Portugal definen la península Ibérica en esta fotografía tomada desde la Estación Espacial Internacional (ISS). Son visibles algunas de las mayores áreas metropolitanas, como Madrid (hacia el centro), Lisboa (situada a lo largo de la costa suroeste) y Sevilla, destacada al norte del estrecho de Gibraltar.

La red de poblaciones a lo largo de la costa y el interior dan fe de cómo se distribuye la presencia humana en el paisaje ibérico. El emborronamiento de las luces de la ciudad está causado por una fina capa de nubes (en el centro y a la izquierda de la imagen) , mientras la parte alta de estas nubes aparece tenuemente iluminada por la luz de la luna. A lo lejos, las luces de Francia se hacen visibles cerca del horizonte, arriba a la izquierda, mientras las luces del norte de África se disciernen más claramente a la derecha.

El brillo débil, verde y dorado, que lo recubre todo y transcurre paralelo al horizonte está causado por la radiación ultravioleta, que excita las moléculas de gas presentes en la parte superior de la atmósfera.

La fotografía ISS030-E-10008 fue tomada el 4 de diciembre de 2011 con una cámara digital Nikon D3S, utilizando una lente de 24 milímetros. La imagen que fue tomada por el astronauta William J. Stefanov, ha sido suministrada por el experimento de Observación de la Tierra de la ISS y el Laboratorio de Análisis e Imágenes Científicas del Johnson Space Center.


viernes, 23 de diciembre de 2011

El árbol de Navidad

Las pocas horas que he tenido disponibles para la astrofotografía durante la pasada luna nueva las he dedicado a este objeto. Se trata de NGC 2264, también conocida como Nebulosa del Cono o Cúmulo del árbol de Navidad.


Situada a 2.600 años luz de la Tierra, esta nebulosa puede verse en la constelación de Monoceros (El Unicórneo). Se trata de un cúmulo de jóvenes estrellas rodeado de una nebulosa difusa.

La imagen es una acumulación de 18 subexposiciones de 300 segundos para cada uno de los canales RGB y 18 subexposiciones de 900 segundos para la Luminancia. Un total de 8 horas de exposición con el equipo habitual: FSQ-106 y STL 11000 con una resolucion de 2.19 segudos por pixel y una focal F8.

No es casualidad que ponga esta imagen precísamente en estas fechas. He realizado esta fotografía con la idea de poder utilizarla a modo de Chritma para desear a todos los que visitan este blog la mejor Navidad  posible así como transmitiros mis mejores deseos para el próximo año. 

FELIZ NAVIDAD A TODOS.




jueves, 22 de diciembre de 2011

La galaxia más lejana

Los telescopios actuales nos permiten adentrarnos cada vez más en el espacio profundo, que es tanto como decir que nos permiten adentrarnos en el pasado. Un grupo de astrónomos liderado por Masami Ouchi de la Universidad de Tokio ha encontrado una de las galaxias más lejanas y antiguas. Lo más destacable de GN-108036 es que es una galaxia excepcionalmente brillante. La explicación para una luminosidad tan alta es que en el estadio de desarrollo en el que ahora la vemos esta galaxia estaba formando muchas estrellas.

Imagen de una de las galaxias conocidas más lejanas. Credit: NASA, ESA, JPL-Caltech, STScI, and the University of Tokyo

Otro aspecto destacable de esta galaxia es su antigüedad, estimada en 12.900 millones de años. Eso supone que la imagen que ahora vemos es el aspecto que este objeto tenía tan sólo 750 millones de años después del Big Bang, cuando el universo tenía un 5% de su edad actual.
El equipo internacional de astrónomos inició su investigación a partir de una imagen del telescopio Subaru en Mauna Kea, Hawái. Posteriormente el observatorio W.M. Keck, situado también en Mauna Kea, confirmó su distancia, y finalmente se realizaron observaciones en infrarojo con los telescopios Sptzer y Hubble que resultaron cruciales para medir la actividad en formación de estrellas de la galaxia.

Lo que más llamó la atención del equivo de investigación fue la inusual actividad en formación de estrellas en una galaxia tan pequeña y en una etapa cósmica tan temprana. El ritmo de producción estelar es el equivalente a 100 soles por año. A modo de referencia, nuestra galaxia, la Vía Láctea que es cinco veces más grande y tiene una masa 100 veces superior produce estrellas a un ritmo 30 veces inferior al de GN-108036.

Los astrónomos hacen referencia a la distancia en función del desplazamiento al rojo. En el caso que nos ocupa, el desplazamiento al rojo es de 7.2. Sólo un puñado de galaxias tienen desplazamientos al rojo superiores a 7.


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lunes, 19 de diciembre de 2011

Los límites de la zona habitable

En astrobiología, se entiende por zona habitable la pequeña área alrededor de una estrella que no es ni demasiado caliente ni demasiado fría, sino que tiene las condiciones de temperatura ideales para el desarrollo de  la vida. Los astrobiólogos discrepan sobre cuáles son los factores que definen la vida, pero están de acuerdo en tres condiciones que deben existir:  La vida necesitaría un líquido, como por ejemplo el agua, en el que se produzcan las reacciones químicas que la propicien, una fuente de moléculas orgánicas, ya que el carbono es el elemento más probable en el que se basa la vida, y una fuente de energía lo suficientemente fuerte como para mantener las funciones vitales, esta fuente de energía puede ser luz solar, calor volcánico o alguna otra forma de energía.
Zona habitable (azul claro) en función de la distancia a la estrella y de la masa de ésta. En azul oscuro las zonas de incertidumbre.
Nuestro planeta, la Tierra, está en el centro de la zona habitable alrededor de nuestra estrella, el Sol. La luz del Sol proporciona suficiente energía para producir la fotosíntesis en la mayor parte de la superficie terrestre, el agua normalmente se encuentra en forma líquida, y hay moléculas orgánicas en cualquier rincón del planeta. Por su parte, Marte se encuentra el borde exterior de la zona y Venus justo fuera del borde interior de la misma. Así que sería posible que Marte albergara vida, ya que tiene hielo en el subsuelo. Aunque su atmósfera es demasiado delgada para permitir que haya agua líquida en la superficie, esta podría existir en soluciones por debajo de la superficie.
Antes de contar con los datos de las sondas Voyager, los científicos pensaban que sólo la Tierra y Marte se encontraban en la zona habitable y por tanto que estos planetas eran los únicos que podían albergar vida. Sin embargo a medida que se ha profundizado en las investigaciones fuera de la zona habitable, se ha llegado a la conclusión de que la vida quizás sea también posible en alguna de las lunas de otros planetas situados fuera de la zona habitable como es el caso de Júpiter o Saturno.

Superficie helada de Europa.
Europa es una de las lunas de Júpiter y tiene una corteza de hielo sobre una capa de agua salada. Dicha capa de agua puede llegar a tener hasta 100 kilómetros de profundidad, lo que significa que Europa tiene más agua líquida bajo su corteza que la que tenemos en toda la Tierra. Gran parte de este agua procede de cometas que colisionaron con esta luna. Si los cometas trajeron el agua, también pudieron traes moléculas orgánicas. Por lo tanto no es descabellado creer que es posible encontrar vida en Europa.
La sonda Galileo, que orbitó Júpiter, descubrió que la superficie de Europa es suave, y tiene grietas y bloques que se asemejan mucho a las corrientes de hielo en el Océano Ártico de la Tierra. Sólo se han hallado tres cráteres, lo que significa que tiene una superficie activa muy joven. La atmósfera en Europa tiene poco oxígeno, sin embargo este oxígeno no se ha producido biológicamente. La atmósfera se mantiene gracias a las pequeñas partículas que golpean la superficie fría de la corteza y producen vapor de agua, a continuación, este vapor de agua se disocia en oxígeno e hidrógeno, posteriormente el hidrógeno sale de la atmósfera dejando atrás el oxígeno restante.
Las mediciones realizadas al campo magnético de Europa indican que debe tener una gruesa capa de agua salada para producir los campos magnéticos registrados. La razón más probable que explique la presencia de agua en estado líquido en esta luna situada fuera de la zona habitable, es que Europa está sometida a enormes tirones gravitacionales entre el campo gravitatorio de Júpiter y el de otras lunas como Ganimedes y Calisto. Las flexiones mecánicas producidas por esta causa generan calor en el interior de Europa hasta el punto de que probablemente tenga volcanes activos en erupción bajo el agua en estado líquido, igual que la Tierra tiene respiraderos volcánicos en las dorsales oceánicas. Por lo tanto, Europa tiene los ingredientes necesarios para la vida.

Titán rodeado de es densa atmósfera.
Otros lugares que pueden contar con los ingredientes para la vida son las lunas de Saturno, Titán y Encelado. Titán ha sido un gran misterio hasta hace poco. La sonda Huygens se zambulló en su gruesa y espesa atmósfera de metano, aterrizando en su superficie. Mientras descendía, envió fotos que mostraban algo muy sorprendente. En Titán hay valles, ríos, lagos y montañas erosionadas que forman un paisaje análogo al de la Tierra. Excepto que Titán es tan frío que las montañas están hechas de hielo y los lagos son de propano y metano líquidos. Por lo tanto hay líquidos y compuestos orgánicos, pero ¿Tiene Titán la temperatura adecuada para albergar vida?

Chorros de agua en Encelado. Imagen: NASA/JPL/SSI.
La sonda Cassini ha encontrado que Encelado tiene una superficie suave, incluso más suave y más brillante que Europa. También tiene una serie de grietas cerca del Polo Sur que irradian calor y lanzan hacia el espacio una fuente de agua líquida, que se congela formado la nieve que cubre su superficie. Dado que parece que hay agua líquida por debajo del hielo, así como una fuente de calor similar a la de Europa y, probablemente, compuestos orgánicos, podemos afirmar que Encelado es otro candidato para la vida dentro de nuestro sistema solar.
Para tratar de entender cómo se inicia y se mantiene la vida bajo condiciones extremas, los astrobiólogos han buscado en nuestro planeta ambientes con condiciones de temperatura y falta de humedad extremas. Dondequiera que vayan, se encuentran con vida. Parece que una vez que se inicia la vida, es muy difícil de borrar. Se han encontrado seres vivos en los lugares más extremos del planeta. Todo esto nos lleva a pensar que quizás los límites de la zona habitable sean mayores de lo que pensábamos.
Hasta el momento sólo podemos buscar vida en nuestro sistema solar, pero a medida que avance la tecnología, nuestra búsqueda podrá ampliar sus horizontes. ¿Cuál es la posibilidad de encontrar vida en otros lugares del universo? Cada día se descubren nuevos exoplanetas orbitando cerca de estrellas. Estamos empezando a buscar planetas de tamaño de la Tierra dentro de la zona habitable de sus respectivas estrellas. Incluso los planetas gigantes gaseosos podrían tener lunas habitables. Teniendo en cuenta las posibilidades de vida que estamos encontrando dentro de nuestro propio sistema solar, tiene sentido pensar que esas mismas posibilidades pueden darse en otros sistemas fuera del nuestro.
Los resultados de todas las investigaciones dentro de nuestro sistema solar nos muestran que los límites de la zona habitable son más difusos de lo que en principio se pensaba, pero además indican que dichos límites definen una zona habitable de un tamaño más grande del inicialmente calculado. Tener una zona habitable de mayor tamaño hace que aumenten considerablemente las posibilidades de encontrar algún tipo de vida ahí fuera. De ahí la enorme importancia de definir correctamente los límites de la zona habitable.

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viernes, 16 de diciembre de 2011

Titán y su hermana pequeña

Son ya muchas las fotografías enviadas por la nave Cassini de la NASA de Saturno y sus lunas. En esta impresionante imagen podemos ver a Titán y Dione, dos de las lunas del planeta de los anillos.

Titán y su hermana menor Dione fotgrafiados por la nave Cassini de la NASA. Foto: (NASA/JPL/SSI and J. Major).
Titán con 5.150 km de diámetro, es la más grande de las lunas de Saturno y una de las más grandes del sistema solar, más grande incluso que Mercurio.  Cuenta con una espesa atmósfera de metano e hidrocarburos que puede apreciarse en la fotografía.

Dione, al igual que Titán tiene una alta densidad y está compuesta principalmente de agua congelada aunque se cree que también contiene material rocoso. Carece de atmósfera y tiene un diámetro de 1.118 km.

La nave espacial Cassini, proyecto conjunto de la NASA, ESA y ASI, fue lanzada en 1997, alcanzando Saturno en 2004. El día de Navidad de ese año se separó de su compañera de viaje, la sonda Huygens que se dirigió a Titán para poder enviar datos sobre su atmósfera, sobre todo nos permitió saber cómo era su superficie oculta por las desnsas nubes de metano e hidrocarburos.


Para saber más: Cassini - Huygens


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jueves, 15 de diciembre de 2011

¿Qué hay en el centro de nuestra galaxia?

Probablemente en más de una ocasión habrá dirigido su mirada hacia las constelaciones de Sagitario y Escorpio en una estrellada noche veraniega pensando en la posibilidad de poder adentrarse, al menos visualmente, en esa zona de alta concetración de gas, polvo, nebulosidad y estrellas en la que se encuentra el centro de la Vía Láctea. Yo no puedo evitar pensarlo cada vez que miro en esa dirección. En el vídeo del Observatorio Europeo Austral (ESO), que vemos a continuación podemos hacerlo.

Haciendo zoom sobre el centro de nuestra galaxia. Vídeo ESO.

Se cree que Sagitario A* es un agujero supermasivo situado en el centro de nuestra galaxia que tiene una masa de cuatro millones de veces la masa de nuestro Sol concentrada en un espacio muy pequeño y a unos 27.000 años luz de la Tierra. Como todos los agujeros negros es invisible a la observación directa, ya que si siquiera la luz puede escapar de su descomunal fuerza gravitatoria, sin embargo podemos detectar su presencia por los efectos que porduce en su entorno inmediato, especialmente en las estrellas que le rodean, haciendo que se muevan a velocidades de hasta 1000 km por segundo y generando una débil pero constante emisión de rayos X.  

El destino de cualquier cosa que tenga masa y se encuentre en las inmediaciones de este objeto está marcado. Inexorablemente será estirado y finalmente abosrvido por una fuerza gravitatoria tan dífícil de imaginar como de describir y que hará que aumente aun más la masa de este enorme agujero negro y con ella su fuerza gravitatoria.

En el siguiente gráfico pueden apreciarse las órbitas inferidas de las estrellas más próximas a Sagitario A*
Tras años de observación se han podido establecer los parámetros orbitales es estas estrellas. Por ejemplo S2 traza una órbita elíptica con un periodo de 15.2 años y con su pericentro (punto más cercano al agujero negro) de tan sólo 17 horas luz. Han sido precísamente los moviemientos de S2 los que han permitido establecer la masa de Sagitario A* en 4.1 millones de masas solares.

Conociendo su masa y sabiendo que su radio debe ser significativamente menor de 17 horas luz (se cree que es de 6.25 horas luz), se puede inferir que Sagitario A* es de hecho un agujero negro, lo que confirmaría la hipótesis más aceptada respecto a su naturaleza.



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martes, 13 de diciembre de 2011

39 años del Apolo 17

Imagen: NASA/Eugene Cernan
Se cumplen 39 años desde que el científico y astronauta miemblo de la tripulación del Apolo 17 Harrison H. Schmitt se diera un paseo juno a esta enorme roca lunar próxima al lugar de alunizaje del módulo de descenso challenger. La imagen es una composición de dos fotografías tomadas por Eugene A. Cernan quien acompañó a Schimtt en la tercera actividad extravehicular (Extravehicular activity, EVA) realizada en la misión con el Lunar Rover Vehicle (LRV) que puede verse a la derecha de la imagen.

Imagen: NASA

El Apolo 17 fue enviado al espacio el 7 de diciembre de 1972 por un cohete Saturno V, desde la plataforma 39A del complejo de Cabo Kennedy y realizó la sexta y última misión de alunizaje. El lugar de alunizaje del Apolo 17 se encuentra en el Valle Taurus Litrrow, en el extermo suroeste del Mar de la Serenidad.

La tripulación del Apolo 17 estaba compuesta por el comandante y veterano de la misión Gémini 9 y Apolo 10 Eugene A. Cernan, el piloto del módulo lunar y geólogo Harrison H. Schmitt llamado Jack y el piloto del módulo de mando Ronald E. Evans. El comandante Gene Cernan es hasta la fecha, el último ser humano que ha pisado superficie de la Luna.

Tripulación del Apolo 17.
La misión Apolo 17, consistió en la exploración, realización de pruebas científicas, instalación de equipos de medición y la recolección de 11o kilogramos de rocas lunares, pero además la instalación de un ASLEP (Apollo Lunar Surface Experiments Package) con varios instrumentos:
  • Gravímetro de superficie para analizar la atracción que el Sol y la Tierra ejercen sobre la Luna.
  • Un medidor de masas, velocidad y frecuencia de caída de meteoritos además de la erosión del material que es expulsado por el impacto.
  • Un aparato para determinar el perfil sísimico por medio de cargas explosivas.
  • Un medidor de composición atmosférica lunar próxima a la superficie.

Además del ASLEP se instaló un aparato para investigar la existencia de capas de agua bajo la superficie de la Luna, un gravímetro móvil instalado sobre el LRV y un aparato de sondeo de neutrones para medir el ritmo de captura de neutrones secundarios de baja energía de rayos cósmicos en relación con la profundidad del suelo lunar.


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domingo, 11 de diciembre de 2011

Cúmulo globular M-15


Situado en la constelación de Pegaso, M15 o NGC 7078 es un cúmulo globular que se encuentra a unos 33.000 años luz de la Tierra. Hasta la fecha se sabe que la Vía Láctea tiene unos 150 cúmulos globulares, y M15 es el más denso de todos ellos.
La fotografía la realicé el pasado 28 de noviembre con el FSQ-106 y la STL-11000 y tiene una resolución de 2.19 segundos de arco por pixel. La exposición de tres horas es la acumulación de 12 subexposiciones de 300 segundos para cada uno de los canales RGB.

Para saber más: M-15


sábado, 10 de diciembre de 2011

El campo magnético de nuestra galaxia

Las estructuras de las galaxias se encuentran impregnadas de campos magnéticos y eso también se aplica a nuestra propia galaxia, la Vía Láctea.  A pesar de los enormes esfuerzos en investigación, lo cierto es que aún se desconoce el origen de estos campos magnéticos galácticos. Se asume que son producidos por el efecto dinamo, mediante el cual la energía mecánica genera un campo magnético de forma análoga a lo que sucede en una dinamo y tal y como se cree que sucede en el interior de la Tierra y del Sol.

Mapa del efecto Faraday causado por los campos magnéticos de la Vía Láctea. Imagen: Max Planck Institute for Astrophysics

Una manera de medir los campos magnéticos cósmicos es utilizar un fenómeno conocido desde hace 150 años y que lleva el nombre de rotación de Faraday.  Cuando la luz polarizada pasa a través de un medio magnetizado, su plano de polarización gira. La cantidad de giro depende, entre otras cosas, de la intensidad y dirección del campo magnético. De esta manera, observando dicha rotación se puede investigar las propiedades del campo que la produce.

Para medir el campo magnético de nuestra galaxia, un grupo de internacional de radioastrónomos, en colaboración con el Instituto de Astrofísica Max Planck, han observado la luz polarizada de fuentes de radio distantes que atraviesan la Vía Láctea antes de llegar a la Tierra. La cantidad de rotación debida al efecto Faraday puede deducirse midiendo la polarización de la misma fuente en diferentes frecuencias.

Cada una de estas medidas solo puede proporcionar información sobre un solo punto de la galaxia. Para tener un mapa completo del campo magnético de toda la galaxia por este procedimiento es necesario observar tantas fuentes de emisión de radiofrecuencia como sea posible y que estén distribuidas por todo el firmamento.  En este trabajo de investigación conjunto se han aunado los esfuerzos de 26 proyectos diferentes que han proporcionado un total de 41.330 medidas individuales.  Esto supone un catálogo que contiene, de media, una emisión de radiofrecuencia por grado cuadrado del cielo.

Incluso con esta ingente cantidad de datos es difícil cubrir todo el firmamento. Hay grandes regiones, especialmente en el cielo del hemisferio sur, donde se han realizado pocas mediciones. Por lo tanto para obtener un mapa realista se deben interpolar los datos disponibles.  Esto hace que surjan dos problemas. En primer lugar la precisión de las respectivas mediciones varía considerablemente, además se desconoce la medida en la que el dato de un punto determinado proporciona información fiable del área que le rodea.

Por otro lado, debido a los complejos sistemas de medida, se desconoce los umbrales de error de las mediciones, lo que puede distorsionar mucho el mapa resultante. Para solucionar todos estos problemas, los científicos del Instituto Max Planck han desarrollado un algoritmo de reconstrucción de la imagen denominado “filtro crítico extendido”.  Para desarrollar este algoritmo el equipo ha utilizado las herramientas proporcionadas por la nueva disciplina conocida como Información de la Teoría de Campo.
Mapa de las zonas de incertidumbre. Imagen: Max Planck Institute for Astrophysics.
 
Además del mapa detallado del efecto Faraday, el algoritmo genera un mapa de las zonas de incertidumbre que informa de los distintos márgenes de error en cada punto.

En la imagen del mapa resulta significativa la clara imagen del disco central de la galaxia así como las direcciones opuestas del campo magnético por encima y por debajo del disco. Igualmente se produce una inversión de dirección entre las zonas izquierda y derecha de la imagen.

Uno de los escenarios particulares de la teoría de la dinamo galáctica predice este tipo de estructura simétrica. En este escenario, los campos magnéticos se alinean de forma paralela al plano del disco galáctico en una configuración circular o espiral. La dirección de la espiral es opuesta en la zona superior del disco con respecto a la zona inferior. Todo ello parece coincidir con el mapa obtenido.

La próxima generación de radiotelescopios como el LOFAR, eVLA, ASKAP, Meerkat y SKA podrá aportar más y mejores datos que permitan mejorar el conocimiento que tenemos  de las estructuras del campo magnético de nuestra galaxia y quizás descubrir el verdadero origen de dichos campos magnéticos.



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