24 de julio de 2014

Materia menos oscura

Medir la cantidad y la distribución de la masa dentro de los objetos más distantes del Universo no es una tarea fácil. Una técnica usada muy a menudo por los astrónomos es la de explorar los grandes cúmulos de galaxias mediante los efectos gravitacionales que tienen lugar en la luz de objetos alineados con estos cúmulos pero situados muchísimo más lejos, es decir, usando las conocidas como lentes gravitatorias. Este es uno de los principales objetivos de Frontier Fields, un ambicioso programa de observación del Hubble (NASA/ESA) donde entran en juego seis cúmulos de galaxias diferentes, incluido MACS J0416.1-2403 que aparece en la siguiente imagen:

Imagen 1: Aspecto del cúmulo de galaxias MACS J0416.1-2403 captado por el telescopio espacial Hubble. Créditos: Hubble (NASA/ESA), HST Frontier Fields.

Las lentes gravitatorias son una de las consecuencias demostradas de la teoría de la Relatividad de Albert Einstein donde las grandes acumulaciones de masa distorsionan el espacio-tiempo. Esta distorsión está cuantificada y actúa como una lente ampliando y desviando la luz que próxima a estas grandes acumulaciones de materia.

No es suficiente

Pero a pesar de las grandes masas de estos cúmulos de galaxias, el efecto en su entorno suele ser mínimo. En su mayor parte se producen lo que se conoce como efecto débil de lente (weak lensing), por lo que incluso las fuentes más distantes tan sólo aparecen ligeramente más elípticas.

En el caso de que el cúmulo sea grande, lo suficientemente denso y la alineación del cúmulo con el objeto distante sea la correcta, los efectos pueden llegar a ser significativos. Imágenes de galaxias normales pueden transformarse en anillos y arcos de luz, incluso mostrarse varias veces en una misma imagen. Este efecto es conocido como un efecto fuerte de lente (strong lensing), y es este fenómeno hacia donde va dirigido el programa Frontier Fields, utilizado para cartografiar la distribución masiva de cúmulos galácticos como MACS J0416.1-2403, y así ha sido.

"La solidez de los datos nos permite ver objetos muy débiles y nos ha permitido identificar las galaxias a través lentes como nunca antes", explica Mathilde Jauzac de la Durham University (Reino Unido) y el Astrophysics & Cosmology Research Unit (Sudáfrica), autora principal de la investigación. "A pesar del fuerte efecto de lente, las galaxias de fondo están muy lejos y todavía se muestran muy débiles. La grandeza de estos datos implica que podemos identificar galaxias de fondo muy distantes. Ahora conocemos cuatro veces más galaxias con efecto fuerte de lente que antes."

Más galaxias

Usando el instrumento ACS (Advanced Camera for Surveys) del Hubble, los astrónomos han identificado 51 nuevas galaxias en el clúster, multiplicando por cuatro el número encontrado en estudios anteriores y lleva el número total de galaxias con efecto lente a 68. Algunas de estas galaxias aparecen varias veces en las imágenes debido a efectos de multiplicación lenticular. En total se pueden ver casi 200 eventos fuertes de lente, lo que ha permitido a Jauzac y su equipo obtener la distribución de la materia en el cúmulo y producir un mapa de su masa.

Además, la lente gravitatoria es uno de los pocos métodos para detectar la materia oscura, esto es, materia que no puede ser vista directamente, ya que no somos capaces de detectar ni emisión ni reflexión de su luz. Por lo tanto, el nuevo mapa de materia está compuesto tanto de materia visible como de materia oscura.

"A pesar de que sabemos desde hace más de veinte años cómo cuantificar la masa de un cúmulo mediante un efecto fuerte de lente, hemos necesitado mucho tiempo para conseguir telescopios que puedan hacer observaciones lo suficientemente precisas como para que nuestros modelos obtengan tanto detalle de un sistema tan complicado como MACS J0416.1-2403 ", afirma Jean Paul Kneib, miembro del equipo científico.

Mediante el estudio de las nuevas 57 galaxias con efecto de lente, los astrónomos modelaron la masa de tanto la materia normal como de la oscura dentro MACS J0416.1-2403. "Nuestro mapa es dos veces mejor que cualquiera de los modelos anteriores del cúmulo", añade Jauzac.

Imagen 2: Aspecto del cúmulo MACS J0416.1-2403 donde aparecen rodeadas en rojo las imágenes lente utilizadas para este estudio. Créditos: Hubble (NASA/ESA), HST Frontier Fields. Agradecimientos: Mathilde Jauzac y Jean-Paul Kneib.

La masa total dentro de MACS J0416.1-2403, modelado a lo largo de 650.000 años luz de diámetro, equivaldría a 160 billones de masas solares con una incertidumbre en la medida de 0,5%, es decir, una medición varias veces más precisa que cualquier otro mapa de cúmulos. Es tal la precisión que los astrónomos también están midiendo la deformación del espacio-tiempo.

"Las observaciones de la campaña Frontier Fields y las técnicas de lente gravitacional han abierto un camino para caracterizar de forma muy precisa los objetos distantes, en este caso un grupo de galaxias tan lejano que su luz ha tardado 4.500 millones de años en llegar a nosotros", añade Jean-Paul Kneib. "Pero no vamos a parar aquí. Para obtener una imagen completa de la masa también es necesario incluir medidas de efectos débiles de lente que, aunque sólo puede dar una estimación aproximada de la masa del núcleo interno de un cúmulo, la lente débil proporciona información valiosa sobre la masa que lo rodea".

Nuevos objetivos

El equipo continuará estudiando el cúmulo mediante imágenes ultra profundas del Hubble obteniendo información detallada de efectos de lente tanto fuertes como débiles con el objetivo de seguir mapeando las regiones exteriores del cúmulo y por lo tanto, detectar las subestructuras de los alrededores. Ese es el próximo objetivo. También se utilizarán los datos en rayos X proporcionados por el observatorio Chandra de los corrimientos al rojo y espectroscopía de gases calientes para saber más sobre el contenido del cúmulo contribuyendo así al mayor conocimiento de la materia oscura.

Imagen 3: Aspecto del cúmulo MACS J0416.1-2403 donde la intensidad variable de neblina azul corresponde al nuevo mapa de masas. Créditos: Hubble (NASA/ESA), HST Frontier Fields.

La combinación de estas fuentes de datos mejorará todavía más el detalle de este mapa de distribución de masas. Se podrá mostrar en 3D incluyendo las velocidades relativas de las galaxias que lo componen. Esto allana el camino para la comprensión de la historia y la evolución de este cúmulo de galaxias. Por otro lado, con estudios como estos la materia oscura es cada vez un poco menos oscura.
Los resultados de esta investigación serán publicados en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society el 24 de julio de 2014 bajo el título “Hubble Frontier Fields: A High-Precision Strong-Lensing Analysis of Galaxy Cluster MACS J0416.1-2403 Using ~200 Multiple Images”

El equipo científico que ha participado en la investigación está compuesto por M. Jauzac (Durham University, Reino Unido; Astrophysics & Cosmology Research Unit, Sudáfrica), B. Clement (University of Arizona, Estados Unidos), M. Limousin (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, Francia; University of Copenhagen, Dinamarca), J. Richard (Université Lyon, Francia), E. Jullo (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, Francia), H. Ebeling (University of Hawaii, Estados Unidos), H. Atek (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Suiza), J.-P. Kneib (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Suiza; Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, Francia), K. Knowles (University of KwaZulu-Natal, Sudáfrica), P. Natarajan (Yale University, Estados Unidos), D. Eckert (University of Geneva, Suiza), E. Egami (University of Arizona, Estados Unidos), R. Massey (Durham University, Reino Unido) y M. Rexroth (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Suiza).
Imágenes 1, 2 y 3: Composición creada a través de imágenes tomadas por el instrumento ACS (Advanced Camera for Surveys) del Hubble en los siguientes filtros:
Banda Infrarroja (filtro I: 814 nm)
Banda Óptica (filtro G: 606 nm)
Banda Óptica (filtro B: 435 nm)

Nota de prensa:

Artículo científico:

Referencias:

Agradecimientos:
Mathilde Jauzac y Jean-Paul Kneib.

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23 de julio de 2014

Unas hermanas muy extrañas


Hoy toca hablar de una de esas imágenes que llenan los fondos de escritorio de muchos ordenadores, tablets y smartphones. Se trata de un cúmulo estelar situado a 8.000 años luz de la Tierra en la constelación de Carina. NGC 3293, que así se llama, fue descubierto en 1751 por el astrónomo francés Nicolas Louis de Lacaille desde la actual Sudáfrica con un pequeño telescopio. Se trata de un cúmulo brillante visible incluso a simple vista ante unas buenas condiciones de observación.

Imagen 1: Aspecto del cúmulo abierto NGC 3293. Créditos: ESO/G. Beccari.

La particularidad de estos cúmulos es que contienen estrellas nacidas al mismo tiempo, es decir, millón de años arriba, millón de años abajo, lo que hace que estas estrellas tengan la misma composición química, ofreciendo un marco inmejorable para poner a prueba las teorías de la evolución estelar.

El caso de las estrellas de este cúmulo, son extremadamente jóvenes. Para hacerse una idea, el cúmulo tiene una edad inferior a 10 millones de años. A escala cósmica, se trata de un cúmulo recién nacido.

El nacimiento del cúmulo

En los cúmulos abiertos es común la forma en la que nacen: se forman a partir de una gigantesca nube de gas molecular, por lo tanto las estrellas incorporan los elementos químicos de la nube. Una vez formadas las estrellas, permanecen unidas gravitatoriamente entre ellas, pero esta fuerza no es suficiente como para mantenerlas unidas por lo que se van separando unas de otras con el paso del tiempo, por lo que el cúmulo desaparecerá en pocos cientos de millones de años. Por contra, el otro tipo de cúmulos, los globulares, pueden permanecer unidos miles de millones de años.

Imagen 2: Mapa celeste donde se muestra la constelación de Carina. El cúmulo NGC 3293 está marcado con un círculo rojo. Créditos: ESO, IAU and Sky & Telescope.

La gran mayoría de las casi cincuenta estrellas de NGC 3293 se formaron en un mismo evento, aunque hay científicos que piensan que aún hoy se están generando procesos de formación estelar. Un dato curioso es que a pesar de haber nacido al mismo tiempo, dependiendo de la masa que posean evolucionan a distintas velocidades, así pues los astrónomos pueden analizar diferentes etapas evolutivas en un mismo cúmulo de estrellas hermanas.

Cosas de hermanas

Tenemos el ejemplo de la estrella anaranjada de la parte inferior derecha de la imagen. Esta gigante roja nació junto a sus hermanas. Debido a su descomunal tamaño, quemó su combustible nuclear rápidamente, cambió su dinámica interna y se expandió, enfriándose en superficie, volviéndose rojiza y alcanzando el tamaño que tiene actualmente. Sin embargo, las estrellas más azules están evolucionando mucho más lentamente.

Mientras que las gigantes rojas están llegado al final de su vida incluso al estar recién nacidas, las azules están todavía por alcanzar la madurez. Estamos ante un caso de hermanas que nacen a la vez pero unas envejecen más rápido que otras. Curioso, ¿no?
Esta imagen fue captada por el WFI (Wide Field Imager) instalado en el telescopio MPG/ESO de 2,2 metros, emplazado en el Observatorio La Silla de ESO en Chile.
Imagen 1: Composición creada a través de imágenes tomadas por el instrumento WFI (Wide Field Imager) del MPG/ESO 2.2m Telescope en los siguientes filtros:
Banda Óptica (filtro B: 456 nm)
Banda Infrarroja (filtro I)
Banda Óptica (filtro H-alpha: 659 nm)
Banda Óptica (filtro V: 540 nm)


Nota de prensa:

Nota de prensa (versión original):

Referencias:

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22 de julio de 2014

Sorpresas en la galaxia Centaurus A

Cuando observamos una galaxia, lo primero que nos llama la atención es su núcleo ya que es la zona más brillante. De ese centro nacen los brazos espirales o la nube a modo de pelusilla estelar, dependiendo de la morfología de la galaxia. Más allá, un halo tenue de estrellas se expande por el espacio.

Estos halos son componentes importantes en una galaxia ya que conserva las firmas tanto de su formación como de su evolución. Sin embargo, sabemos muy poco acerca de los halos de galaxias más allá de la nuestra ya que su baja densidad estelar la hace muy difícil de explorar. De hecho, los astrónomos han logrado detectar hasta el momento muy pocos halos estelares alrededor de otras galaxias.

De nuevo, el Hubble

Ahora, usando el telescopio espacial Hubble (NASA/ESA) y los instrumentos ACS (Advanced Camera for Surveys) y WFC3 (Wide Field Camera 3) ha sido posible sondear el halo que rodea la galaxia elíptica gigante Centaurus A, también conocida como NGC 5128. Han detectado que su halo se extiende en el espacio mucho más allá de lo esperado.

Imagen 1: La galaxia elíptica Centauro A. Dos de las áreas sondeadas con el Hubble se muestran aquí en los recuadros rojos, y con más detalle en las inserciones. La imagen es una composición de imágenes del Digitized Sky Survey 2 (DSS2), el telescopio MPG/ESO de 2,2 metros y la cámara ACS del Hubble. Créditos: Hubble (NASA/ESA), Digitized Sky Survey, MPG/ESO. Agradecimientos: Davide De Martin.

"El rastreo de este halo galáctico nos ofrece sorprendentes conocimientos sobre la formación de galaxias, su evolución y su composición", dice Marina Rejkuba del ESO (Observatorio Europeo Austral) en Garching (Alemania) autora principal de este nuevo estudio. "Encontramos más estrellas dispersas en una dirección que en otra, dando al halo una forma torcida que no esperábamos", añade.

A lo largo de la longitud de la galaxia, los astrónomos sondearon una zona inmensa. Para hacerse una idea, el diámetro aparente del halo sondeado se corresponde con 4 grados en el cielo, esto es, un total de 8 lunas llenas puestas una junto a la otra.

Elementos pesados

Junto a su distribución desigual inesperada, las estrellas en el halo también mostraron propiedades sorprendentes relacionadas con la proporción de elementos más pesados ​​que el hidrógeno y el helio que se encuentra en el gas que compone las estrellas. Mientras que las estrellas dentro de los halos de la Vía Láctea y otras espirales cercanas son generalmente bajos en elementos pesados​​, las estrellas dentro de la aureola de Centaurus A parecen ser ricas en elementos pesados​​, incluso en los lugares más exteriores exploradas.

Junto a la inesperada distribución desigual, las estrellas del halo también mostraron propiedades sorprendentes en cuanto a la proporción de elementos pesados en su composición. Mientras que las estrellas dentro de los halos de la Vía Láctea y otras espirales cercanas poseen un bajo porcentaje en estos elementos, las del halo de Centaurus A son ricas incluso en los lugares más exteriores explorados.

La vieja generación

"Incluso a estas distancias tan extremas todavía no hemos llegado al borde del halo de Centaurus A ni hemos detectado la generación más antigua de estrellas", dice la coautora Laura Greggio del INAF (Istituto Nazionale di Astrofisica) en Italia. "Esta generación es muy importante. Las estrellas más grandes son las responsables de la fabricación de los elementos pesados ​​que ahora se encuentran en la mayor parte de las estrellas de la galaxia. Y a pesar de que las estrellas más grandes murieron hace mucho tiempo, las estrellas más pequeñas de esa generación todavía viven y nos puede decir mucho", añade.

Imagen 2: Aspecto de una de las áreas del halo de Centaurus A sondeada por la cámara ACS del Hubble. Créditos: Crédito: Hubble (NASA/ESA). Agradecimientos: Marina Rejkuba (Observatorio Europeo Austral).

La pequeña cantidad de elementos pesados ​​en los halos estelares de las galaxias espirales como la nuestra se cree que proceden del proceso de formación de la galaxia y de su posterior evolución, teniendo un papel importante las pequñas galaxias satélite que poseen. Para Centaurus A, la presencia en el halo de estrellas ricas en elementos pesados remotas sugiere una fusión en el pasado con una gran galaxia espiral. Este evento habría expulsado parte de las estrellas del disco de la galaxia espiral hacia lo que hoy es el halo exterior de Centaurus A.

"La medición de la cantidad de elementos pesados ​​en estrellas individuales de una galaxia elíptica gigante como Centaurus A es gracias al Hubble, ya que no se habría podido hacer con cualquier otro telescopio, y ciertamente, no desde tierra", afirma Rejkuba. "Este tipo de observaciones son de importancia fundamental para la comprensión de las galaxias en el Universo que nos rodea”, añade.

Sin duda el telescopio espacial más famoso ya ha sido amortizado sobremanera. No hay más que ver la cantidad de resultados y descubrimientos que nos ha ofrecido durante todos estos años. Pero también es cierto que su relevo por parte del James Webb Space Telescope está cada vez más cerca. Y si el Hubble nos soprende, imaginaros de lo que será capaz su sucesor.
Los resultados de esta investigación aparecen online el 22 de julio en Astrophysical Journal y serán publicados en el número de agosto de esta revista.

El equipo que ha realizado la investigación está compuesto por M. Rejkuba (European Southern Observatory, Alemania; Excellence Cluster Universe, Alemania), W. E. Harris (McMaster University, Canadá), L. Greggio (INAF, Italia), G. L. H. Harris (University of Waterloo, Canadá), H. Jerjen (Australian National University, Australia), O. A. Gonzalez (European Southern Observatory, Chile).
Imagen 1: Composición creada a través de las imágenes tomadas por el DSS2 (Digitized Sky Survey 2), el instrumento WFI (Wide Field Imager) del MPG/ESO 2.2m Telescope y la cámara ACS a bordo del Telescopio Espacial Hubble en los siguientes filtros:
Banda Óptica (filtro R - DSS2)
Banda Óptica (filtro B - DSS2)
Banda Infrarroja (filtro I - DSS2)
Banda Óptica (filtro B: 456 nm - WFI)
Banda Óptica (filtro V: 540 nm - WFI)
Banda Óptica (filtro R: 652 nm - WFI)
Banda Óptica (filtro H-alpha: 659 nm - WFI)
Banda Óptica (filtro OIII: 502 nm - WFI)
Banda Infrarroja (filtro I: 814 nm - ACS)
Banda Óptica (filtro V: 606 nm - ACS)

Imagen 2: Composición creada a través de las imágenes tomadas por la cámara ACS a bordo del Telescopio Espacial Hubble en los siguientes filtros:
Banda Infrarroja (filtro I: 814 nm)
Banda Óptica (filtro V: 606 nm)

Nota de prensa: 

Referencias:

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20 de julio de 2014

Así vimos el primer paso

La NASA celebra estos días el 45 aniversario de la llegada dle hombre a la Luna. Pero mientras celebra esta efeméride, no se olvida de su siguente gran paso: enviar astronautas a Marte.

Aquel 20 de julio de 1969, dos de los tres miembros de la tripulación del Apolo 11 aterrizaron en la Luna. El mundo vio como los Neil Armstrong y Buzz Aldrin fijaban el módulo lunar Eagle en el Mar de la Tranquilidad y daban los primeros pasos.

Primer paso del hombre sobre la Luna. Créditos: NASA.

Su compañero de tripulación, Michael Collins, orbitaba alrededor de nuestro satélite en el módulo de comando Columbia. "El hombre más solitario del mundo", así bautizaron a Collins en este tiempo que duró su paseo, alejado en algunos momentos miles de Km del ser humano más próximo.

Multimedia en la NASA

Para conmemorar el primer paso del hombre en la Luna, la página web de la NASA albergará vídeos, imágenes históricas y clips de audio que ponen de relieve este aniversario, así como el futuro de los vuelos espaciales tripulados.

También en Twitter podrán seguirse las actividades a través de los hashtags #NextGiantLeap y #Apollo45.

El inventor

La mayoría de nosotros tenemos grabadas las imágenes de Armstrong y Aldrin dando saltitos por la superficie de la Luna. ¿Habéis pensado quién diseñó esa cámara que soportó condiciones extremas? No es una figura muy conocida a nivel popular, pero dado el aniversario, os lo voy a presentar.

Descenso del Armstrong a la Luna a punto de dar "el primer paso". Créditos: NASA.

El inventor de los objetivos que grabaron esta gesta se llama Pierre Angénieux (1907-1998). Francés nacido en Saint-Héand se licenció en ingeniería mecánica en el École des Arts et Métiers en 1928 y en 1929 en ingeniería óptica en la École Superieure d'Optique.

Angénieux defendió el modelo trigonométrico para la trayectoria de rayos luminosos, lo que le permitió hacer realidad los objetivos zoom. Debido a sus innovaciones, varios cineastas le pidieron mejoras y en 1950 desarrolló el teleobjetivo invertido, parte fundamental para el inicio del desarrollo de las cámaras reflex.

Angeniéux junto a una de sus invenciones. Créditos: Thales-Angénieux.

Otra mejora de Angénieux es el aumento de la apertura de objetivos hasta 1:0.95, permitiendo la entrada del doble de luz en la lente. En 1956 diseñó y logró fabricar el primer objetivo zoom de compensación mecánica, que constituye el verdadero principio del éxito que hizo a Angénieux destacar entre sus competidores.

La conqusita del espacio

En la década de los sesenta, Angénieux se embarcó en un maravilloso viaje, la fabulosa epopeya de la conquista del espacio que dio lugar al primer paso del hombre sobre la Luna.

El 31 de julio de 1964, y por primera vez en la historia, el objetivo F = 25 mm f/0.95 tomó una imagen directa de la Luna desde la sonda espacial Ranger VII. La primera imagen se tomó a 2.500 km de altura y la última a solo 500 m con una resolución de 30 cm de la superficie lunar.

Imagen de la Luna captada desde el Ranger VII. Créditos: NASA / Lunar and Planetary Institute / USRA

Angénieux y la NASA tuvieron una colaboración constante en los programas Gemini y Apolo. El 20 de julio de 1969, Angénieux participó en uno de los logros más grandes de la historia de la humanidad, y su colaboración permitió que millones de personas de todo el mundo también pudieran vivir ese momento en directo.

Ese día, el hombre puso el pie en la Luna por primera vez, y las lentes de Angénieux formaban parte del equipo que se fabricó para captar el momento y retransmitir las secuencias a todo el mundo.

En la década de los 70, Angénieux siguió participando en los Skylab y los Apolo-Soyuz, equipando los transboradores con sus objetivos de súper gran angular.

Astronauta grabando con una cámara equipada con un objetivo de Angénieux. Créditos: Thales-Angénieux.

Desde 1993, Thales Angénieux, filial del Grupo Thales, es mundialmente conocido por sus sistemas ópticos y optrónicos de alta tecnología para la producción cinematográfica. Los objetivos de Angénieux han recibido cuatro premios de la Academia de Artes y Ciencias Cinematográficas en 1964, 1989 y 2008 y uno de la Society of Camera Operators en 2012.

Por supuesto, hacer mención de la parte española de la llegada a la Luna, ya que desde la estación de seguimiento de Fresnedillas (Madrid), se recibieron parte de los datos. Un buen amigo, Alberto Martos, estuvo trabajando allí en aquella época y siempre cuenta anécdotas. Si tiene a bien, algún día os contaré cómo vivió él la llegada del hombre a la Luna.

Para terminar, me viene a la cabeza una pregunta: ¿Quién fabricará las cámaras que emitirán la llegada del primer hombre a Marte?

Nota de prensa de la NASA: 

Referencias:

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