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El hexágono de Saturno

by Jordi Pereyra

En 1980 y 81, la sonda Voyager sobrevoló el polo norte del segundo planeta más grande del sistema solar, Saturno, y se encontró con algo que fue fotografiado 32 años después por la sonda Cassini, que pasó por allí el 27 de Noviembre de 2012 y tomó la siguiente imagen:

Fotografía en espectro cercano al infrarrojo. Crédito: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute.

Con el 21 de Diciembre de 2012 a menos de un mes de distancia, una avalancha de difusores de pseudo-ciencia barata sacó el caso a relucir, cada uno explicando una mandanga diferente según el producto que intentaran venderte. Sabemos que no era vuestra intención, Mayas.

Menos palabrería y más explicarme qué es eso antes de que me compre un kit de supervivencia.

Ya vaaaa…

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Respuestas XVII: ¿Qué es un quásar?

by Jordi Pereyra

Esta semana, para la sección de respuestas, me he fijado en las cosas que comentáis en las fotos que cuelgo en Facebook, como esta de la galaxia Centauro A:

Como cada vez que subo alguna foto del espacio alguien interviene diciendo que es un quásar, voy a explicar de una vez qué es un quásar para salir de dudas.

En la década de los 60, los astronómos empezaron a detectar fuentes de ondas de radio que llegaban de varias partes del universo pero, cuando apuntaban hacia ellas con sus telescopios, no encontraban nada.  No fue hasta 1962 que se observó por primera vez, 3C 273, el primero de estos objetos que, además, emitía luz visible.

Hong-Yee Chiu, un astrofísico estadounidense de origen chino, acuñó el término «quásar» en 1964. Quería que la palabra fuera fiel a la realidad, pero tampoco había una teoría que explicara qué estaba viendo, así que decidió llamarlos «Quasi Stellar Radio Sources» (Fuentes de Radio Casi Estelares), porque parecen estrellas (de ahí el «quasi») pero no son estrellas y emiten ondas de radio. Tomando las letras que le dieron la real gana, abrevió el término en algo que sonaba bonito.

3C 273 en todo su esplendor. El churro de la parte inferior es parte del quásar. No os preocupéis, también hablaré de ello al final de la entrada.

Gracias al descubrimiento del quásar 3C 273, pudieron medirse algunas de sus propiedades analizando la luz visible que nos llegaba de él. Los resultados revelaron que:

1) Está alejándose de nosotros a una velocidad de 45.000 kilómetros por segundo,

>2) Se encuentra a 2.400 millones de años luz de la Tierra.
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Esto es un inciso para poner esta unidad en perspectiva, porque 2.400 millones de años luz se leen muy rápido.

Un año luz equivale a la distancia recorrida por un rayo de luz durante un año (recordamos que los años luz son unidades de distancia, no de tiempo). Como la luz se desplaza a unos 300.000 kilómetros por segundo, durante un año recorrerá 9.460.528.400.000 kilómetros o, 9.46 billones de kilómetros. Pero esta cosa se encuentra a 2.400 millones de años luz de distancia de la Tierra. Es decir, que está a 27.205.268.160.000.000.000.000 o 27.2 trillones de kilómetros de nosotros.

Esto son tantos kilómetros como átomos hay en 7.43 gramos de oro. No sabemos si esta comparación aclara nada realmente, pero nos ha hecho ilusión calcularlo.
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Una de las características que define a los cuásares es su lejanía. El más cercano que se conoce está a 600 millones de años luz de distancia, por lo que no es de extrañar que resultara muy difícil distinguir la poca luz visible que llega desde tan lejos.

De hecho, algo tan distante tiene que ser extremadamente brillante para poder observarlo desde nuestra posición y 3C 273, por ejemplo, cumple este requisito: si este quásar se encontrara a 32.6 años luz de distancia (2.056.000 veces la distancia entre la Tierra y el Sol),  lo veríamos tan brillante como el Sol.

Pero, ¿Qué demonios puede brillar tanto?

Un brillo extremo sólo puede venir de otro fenómeno extremo: un agujero negro muy grande.

¿Y por qué tiene que ser un agujero negro precisamente?

Porque un agujero negro es capaz de extraer más energía de la materia que cualquier otra cosa que conocemos. Por ejemplo, mientras que la reacción de fusión nuclear de una estrella tan sólo convierte un 0.7% de la materia que interviene en energía, un agujero negro puede extraer hasta el 10%.

Espera un momento… ¡Pero si los agujeros negros no brillan! De hecho, ¡absorben luz! Parece mentira que una página de este calibr…

¡Basta ya!

En el centro de toda galaxia (o casi toda) hay un agujero negro supermasivo alrededor del cual orbitan el resto de las estrellas. En nuestro caso, por ejemplo, el agujero negro que ocupa el centro de la Vía Láctea, Sagitario A, tiene una masa de 4.3 millones de soles.

Los agujeros negros de los quásares más pequeños, en cambio, tienen una masa de unos 100 millones de masas solares y en los más grandes se han registrado agujeros negros de miles de millones de masas solares.

Ya, pero te he preguntado por qué brillan.

Ya vaaaa…

Los cuásares, como hemos dicho, son agujeros negros supermasivos rodeados de materia que gira a su alrededor hasta caer en su interior. Esta materia es, en su gran mayoría, gas. A medida que el gas se acerca al agujero negro, su órbita se va volviendo más cerrada. A su vez, el agujero negro tira con más fuerza del gas que está más cerca, por lo que la materia va moviéndose más deprisa a medida que se aproxima al horizonte del monstruo.

La fricción que se genera entre las partículas que componen el gas a estas velocidades, una fracción respetable de la velocidad de la luz, es inmensa. La fricción inmensa genera una cantidad de calor proporcional, por lo que el material alcanza temperaturas de más de 44.000.000ºC y empieza a brillar con una fuerza que ninguna estrella puede igualar (la superficie del sol, por ejemplo, ronda los 6.000ºC).

Esto, unido al ritmo alarmante con el que estos monstruos tragan materia, es lo que les da su brillo. Se estima que los quásares más brillantes devoran unas 1.000 masas solares cada año, o el equivalente a casi 3 soles al día que a su vez son 10.56 Tierras por segundo.
Lo que a su vez son 840.884.352.000.000.000.000.000… HUMANOS POR SEGUNDO.

Una última pregunta… ¿Y qué son los chorros que salen por los extremos del quásar?

Este, por ejemplo, del objeto M87, descubierto en el siglo XVIII, que resultó ser un quásar.

El gas, como hemos dicho, orbita alrededor del agujero negro central cada vez más deprisa hasta que cae en su interior. Como hemos dicho también, en el borde del agujero negro la materia se desplaza a velocidades cercanas a las de la luz, lo que le otorga una energía inmensa. A tan altas energías, cuando es desviada hacia los polos mientras rota alrededor del agujero negro, parte de ella puede llegar a escapar. Es decir:

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Lentes gravitacionales

by Jordi Pereyra
Dejo aquí esta imagen sin ninguna explicación y te reto a adivinar lo que es sin mirar leer el resto de la entrada.
No, no, aunque lo sepas puedes seguir leyendo.
«Ni siquiera la luz puede escapar de un agujero negro» es una frase que suena familiar aunque no se sienta ningún interés por la astronomía. Y es verdad, la fuerza gravitatoria de un agujero negro es tan grande que absorbe hasta la luz, pese a que viaje por el espacio a 300.000 kilómetros por segundo. Pero no hay que ser una singularidad de densidad infinita para tocarle la moral a la luz.
Pero, si los fotones, las partículas que componen la luz, no tienen masa- estamos simplificando para no soltar una parrafada extra, físicos, por favor, detened a vuestros sicarios- ¿Cómo puede afectarles la fuerza de la gravedad?

La gravedad como la entendemos, según la Relatividad General, no es exactamente una fuerza que ejerce su influencia sobre las cosas, sino una distorsión del espacio-tiempo.

La manera de representarlo es el típico ejemplo de la bola sobre una malla. Si el espacio fuera una malla elástica estirada, entonces la gravedad sería la distorsión que un objeto crea al posarse sobre ella. Cualquier cuerpo que intente atravesar esta distorsión va a ser desviado, ya sea un planeta, Ronnie Coleman, un asteroide o la propia luz.
Aunque, para representar mejor el fenómeno de la gravedad y la malla, habría que añadirle una tercera dimensión a la malla, meter la bola dentro y que de alguna manera esta tirara de ella en todas direcciones. Es un ejemplo algo más contraintuitivo, pero queda algo así.
Así que cuando un objeto muy masivo, normalmente una galaxia, se interpone entre nosotros y algo brillante, la distorsión que crea en el espacio desvía la luz a su alrededor y nos la devuelve con un ángulo diferente. Desde nuestro punto de vista no percibimos esa desviación, y nos parece que el objeto está ahí de donde viene la luz.
A escala en la imagen: nada.
Hay muchos grados de desviación, según la masa del cuerpo que actúa como lente, la distancia a la que esté del objeto y de nosotros. Con esta herramienta se puede jugar un poco con estos parámetros y ver la lente gravitacional resultante.
Hay muchos ejemplos de lentes gravitacionales, el más famoso de ellos es la «cruz de Einstein», a quien se le dio el nombre de este afamado científico porque en parte lo predijo cuando desarrolló la relatividad general.
«¿Revoluciono la física y me lo agradecéis poniéndole
mi nombre a ESTO?» – Albert Einstein.
Y, como siempre, la cosa se sale de madre por algún lado.
En este caso, son las estrellas de neutrones las que rompen el saco. Aconsejo familiarizarse un poco con los agujeros negros en esta entrada antes de seguir leyendo.
¿Ya está? Bien.
Las estrellas de neutrones son las hermanas pequeñas de los agujeros negros. Si habéis leído la entrada que os he mencionado, sabréis que un agujero negro son los remanentes comprimidos hasta el extremo de una estrella muy masiva.
Cuando una estrella inmensa llega al final de su vida, estalla con la explosión más potente que se conoce: una supernova. Esto manda a tomar por saco las capas superficiales de la estrella y comprime el núcleo con una fuerza inimaginable. Lo que queda cuando se disipa todo el desastre es el mismo núcleo de la estrella, sólo que muchísimo más pequeño y con muchísima más masa.
Según lo grande que fuera la estrella, una mayor o menor cantidad de masa quedará compactada en el núcleo y dará lugar a:
1) Un agujero negro, un punto de densidad infinita en la que no pueden aplicarse las leyes de la física.
2) Una estrella de neutrones, una esfera tan densa que si pudiéramos acercarnos, coger una cucharada de té (unos 5 mililitros) de su superficie, traerla de vuelta a la Tierra y…
… Bueno, una cucharadita de estrella de neutrones pesaría unos 5.000.000.000.000 (cinco billones) de kilos, así que el aterrizaje de la nave que trajera eso de vuelta sería un poco accidentado y toda esa masa probablemente acortaría el día unos microsegundos o algo por el estilo, así que olvidémonos de esta expedición estrafalaria.

A parte de su densidad y tamaño, tampoco sabemos mucho de las estrellas de neutrones, de todas maneras.

Fuente: astro.umd.edu.
La cuestión es que, al contrario que un agujero negro, las estrellas de neutrones tienen una superficie sobre la que podrías pasear tranquilamente si fueras capaz de soportar 200 mil millones de veces tu propio peso, mientras conservan un potente campo gravitatorio debido a la enorme cantidad de masa que las compone.
Y, en ese caso, podemos simular cómo verías el cielo a medida que te vas acercando a una estrella de neutrones y la sobrevuelas cerca de la superficie. Básicamente, estarías observando lentes gravitacionales allá donde miraras.

Hay que entrar el siguiente link, ya que es una especie de «gif» convertido en una animación «flash» y no he conseguido adjuntarlo directamente en el «post».

Explico un poco de qué va el asunto, por si hay problemas con el inglés.
La animación nos muestra una nave acercándose a la Tierra, y las estrellas de fondo no cambian porque la gravedad terrestre es demasiado débil como para afectar a la luz.
A partir de este punto, imaginamos que la Tierra es una estrella de neutrones. A medida que nos acercamos a ella, el fondo estrellado empieza a distorsionarse progresivamente porque la luz está siguiendo el espacio-tiempo fuertemente distorsionado. Si nos ponemos a rotar alrededor de la estrella, el panorama se vuelve aún más bizarro.

Finalmente, la animación imagina que sobrevolamos la estrella de neutrones a cierta distancia de la superficie. El cielo parece volverse completamente loco en este punto y las estrellas se desplazan hacia la franja central del cielo y escapan hacia arriba. El propio horizonte se curva hacia arriba por el mismo efecto y cada vez que giraras la cabeza el panorama cambiaría.

La animación termina diciendo que la vida en una estrella de neutrones sería como vivir en una «fun house», que se traduce como «casa de la diversión», que supongo que es alguna atracción de feria divertida.

Personalmente, a este caos no le veo la diversión por ninguna parte.

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¿Cómo se forma un agujero negro? ¿Podría el acelerador de partículas producir uno?

by Jordi Pereyra

Gonzalo Hernández rescata del baúl de los recuerdos una duda que en su día preocupó a más de uno: ¿Podría producir un agujero negro el LHC, el acelerador de partículas más grande del mundo?

Así que vamos a ver primero en qué condiciones se forman los agujeros negros para ver si podría aparecer uno en el interior de nuestros aparatos más sofisticados.

Los agujeros negros aparecen del colapso final de estrellas que tienen, al menos, 20 veces la masa de nuestro propio sol. Pero, para ver cómo ocurre esto, tenemos que saber primero por qué brillan las estrellas.

El centro de una estrella es una explosión termonuclear constante. En todo momento, parejas de moléculas de hidrógeno se están fusionando entre sí para convertirse en helio, un elemento más pesado. La reacción libera una cantidad tremenda de energía… Bueno, la energía resultada es de tal magnitud que en la Tierra usamos la reacción para construir bombas H, las armas más devastadoras jamás creadas. En el siguiente vídeo, a partir del minuto 1:15, podemos ver un ejemplo.

O sea, que en el núcleo de una estrella se genera de manera constante una onda expansiva termonuclear descomunal.

Eh, eh, entonces, ¿Cómo puede una estrella tener forma de esfera si algo dentro está explotando? ¿No debería salir despedida en todas direcciones?

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