lunes, 30 de noviembre de 2009

Hasta que la muerte los separe (en pedacitos) II

Bien, ya hablamos en la entrada pasada sobre el proceso que hace a las estrellas envejecer. Y se ha mencionado brevemente los posibles resultados del proceso de muerte estelar, es decir; la enana blanca, estrella de neutrones y hoyos negros, pero ahora veremos ya bien a bien, de que se trata.

Como se dijo en la última entrada, las estrellas al morir se despedazan y solo queda el núcleo para formar el llamado "remanente" (es decir el "cadáver" de la estrella) el cuál puede ser de diferente masa. Y esto es lo fundamental, ya que al ser el remanente de diferente masa su destino cambiará, veamos los tres casos:


Diagrama de la vida de una estrella como el Sol, terminando en una Enana Blanca.

Hasta 1.4 veces la masa del Sol.- Es el caso de estrellas relativamente chicas, que al morir dejan un remanente pequeño. En este caso, la materia que queda después de la formación de la nebulosa planetaria se comienza a enfriar y a compactarse. Inicialmente emitirá luz y calor por la temperatura que tiene (por eso es "enana BLANCA") y tarde o temprano llega a la una temperatura tan baja en la cual no puede emitir mas de manera apreciable y se termina transforma en enana negra.
En estos cuerpos la materia se compacta tanto como al materia que tenemos en la Tierra, donde las parte exterior de un átomo (la nube de electrones) chocan directamente contra la de su vecino y eso detiene el proceso de colapso. Es decir, una enana blanca se mantiene de un tamaño determinado por el choque sus átomos.
Un remanente con la masa del sol que sea enana blanca tendría el tamaño aproximado de la Tierra.

De 1.4 a 3 veces la masa del Sol.- Supongamos que la estrella recién fallecida deja un remanente en este rango de masas, al enfriarse y compactarse se llega al punto en el cuál un átomo cualquiera choca con sus vecinos. Pero por la enorme masa, la gravedad será suficiente como para aplastar los átomos y quebrarlos, haciendo chocar electrones de la nube exterior con los protones del núcleo. En este caso, lo que quedan son neutrones, tanto los que ya tenían los átomos originales como los resultantes del choque electrón-protón. De aquí el nombre de Estrella de Neutrones.
Curiosamente, estos cuerpos que son mas masivos que las enanas blancas son mas pequeños ya que su gravedad es mucho mayor y en consecuencia se compactan mas. Además, la fuerza que las sostiene es el choque de un neutrón contra otro, lo que permite que la materia se compacte mucho ya que los átomos tienen mucho espacio vacío (son casi tan vacíos como el sistema Solar) y ese espacio es mejor aprovechado al tener puros neutrones uno contra el otro.
Un cuerpo de la masa del Sol, pero con la densidad de una estrella de neutrones tendría el tamaño de una ciudad.


Esquema ilustrativo de la diferencia entre materia normal y la degenerada (como se le llama a la materia muy compacta) la materia normal se encuentra en casi toda la enana blanca, salvo el núcleo que contiene un poco de materia electro-degenerada. Las estrellas de neutrones contienen de la baryo-degenerada.

Mas de 3 veces la masa del sol.- Ok, se necesita una estrella realmente grande para dejar un remanente de estas dimensiones, pero si sabemos de algunas. Pero ¿que pasa con la materia bajo estas condiciones? Pues pasa por la etapa de enana blanca, se continúa compactando hasta ser puros neutrones.....pero continúa compactándose. La gravedad de estos cuerpos es tan alta que no existe fuerza, proceso o proceso burocrático que la detenga (la Secretaría de Hacienda está trabajando en ello, creo que quieren poner un impuesto a la gravedad) en tal caso se forman los hoyos negros.
Por definición la materia que formó al hoy negro no tiene tamaño alguno, de hecho el concepto de "tamaño" no se aplica muy fácilmente en estos sistemas. El nombre de "hoyo negro" se da por que la gravedad se dispara de manera tal que se forma un "región" de donde la velocidad de escape es mayor a la de la luz que es lo más rápido en el universo, por lo tanto nada puede salir.


Simulación del paso de un hoyo negro entre una galaxia lejana y un observador. El hoyo negro no emite luz, pero su gravedad es tan fuerte que curva la luz que pasa cerca de él distorsionando las imágenes.

Así vemos que lo que sea de la estrella muerta dependerá de su masa, espero en otra entrada hablar mas al detalles sobre como al masa determina el futuro de las estrellas.


miércoles, 25 de noviembre de 2009

Hasta que la muerte los separe (en pedacitos) I

No es que nos vayamos a poner románticos, pero hablemos un poco sobre la separación, por lo general drástica, que marca el final de la vida de una estrella. En primer lugar veremos estableceremos lo que entendemos por "vida" de una estrella para entender las formas posibles en las que puede concluir.


Estrella muerta y adecuadamente despedazada. El pequeño punto brillante del centro es lo que quedó del núcleo, mientras que la estructura en forma de anillo de colores es lo que constituyó en el pasado la parte exterior de la estrella. Este es un ejemplo de nebulosa planetaria llamada M57.

Como ya se había mencionado en otras entradas (véase Brillando bajo presión) las estrellas son sistemas regulados por el calor que producen. Y siempre hemos de recordar que una estrellas es una enorme esfera de gas (ok ok, en realidad es plasma, pero un tipo de gas a fin de cuentas). Y al estar la parte interna de esta esfera de gas sometida a muy alta presión por tener que soportar el enorme peso de las capas exteriores se calienta llegando a temperaturas sumamente elevadas, y como el hecho de que un cuerpo se encuentre muy caliente implica que sus partículas se estén moviendo muy rápido, se tienen las condiciones suficientes como para iniciar el proceso de fusión nuclear, que consiste en chocar un núcleo de un átomo contra otro a velocidades tan altas que se queden pegados formando un nuevo núcleo mas grande. De esta manera, las estrellas fusionan su componente mas abundante que es el Hidrógeno para generar Helio el cuál se va a cumulando en el centro (por ser mas pesado que el Hidrógeno, el Helio "cae" al centro de la estrella).

De esta manera la estrella va fabricando átomos cada vez mayores, pasando por el litio, berilio, oxigeno, nitrógeno, etc etc, hasta llegar al Fierro. Pero las condiciones de presión y temperatura necesarias para fusionar Fierro no las puede alcanzar una estrella ya que se requiere tanto calor, por lo tanto, un presión tan elevada que implica un masa que haría que la estrella se autodestruya instantáneamente antes de alcanzarla. Por lo que tener un núcleo lleno de Fierro implica el final de la actividad normal de una estrella. Es lo que se le llama "fin de la vida adulta de la estrella" o en términos astronómicos, "salir de la secuencia principal".

En cuanto suceda que la estrella sale de la secuencia principal pasa a una etapa llamada "Gigante roja" que dura unos cuantos millones de años (muy poco para términos de la vida de una estrella) en la cuál fusiona Helio para producir núcleos de átomos mayores. Pero el tiempo que tarde dentro de la secuencia principal y lo que pase cuando sale ya dependerá de cada estrella, veamos algunos casos:


Posibles rutas de evolución, es decir, diferentes tipos de "vidas" que pueden tener las estrellas en función de la masa que tengan.

Estrellas muy chicas.- Para estrellas que tenga la mitad de la masa del sol o menos, tardarán mucho en terminarse el hidrógeno disponible ya que en sus núcleos tendrán presiones y temperaturas para mantener la fusión sólo en regiones limitadas. Y al terminar de fusionar todo el hidrógeno del núcleo y llenarse este de Helio, la estrella se encontrará en una situación en la que será una esfera de Helio cubierta de una delgada capa de Hidrógeno. Pero esa capa no será lo suficientemente pesada como para comprimir el Helio lo suficiente como para fusionar el Helio, por lo que la fuente de energía de la estrella se apagará y la estrella habrá terminado su "vida" entrando en una etapa conocida como "enana roja" en la cuál se irá enfriando lentamente hasta llegar a ser una "enana blanca" y por último una "enana negra". Esta última es ya la etapa final, un cuerpo frío que no genera energía y es muy parecido a un planeta como Júpiter en versión gigante.

Estrellas de masa media.- Cuando la estrella es mayor a las 0.5 masas solares el Helio producido se acumula formando un núcleo de considerable masa cuya gravedad llega a comprimir las capas de Hidrógeno directamente sobre él permitiendo que continúe la fusión aunque esta vez sería fuera del núcleo. Este proceso continúa hasta que se acumule tanto Helio que se den las condiciones para iniciar la fusión de este elemento. Así comienza a cadena CNO que es una seria de reacciones nucleares que produce toda una variedad de elementos químicos pesados. En estas estrellas, se genera una gran cantidad de energía en esta etapa tardía de su vida, por lo que las capas exteriores se calientan y se expanden, pero dicha expansión provoca que la parte mas exterior de la estrella sea mas fría y se vea roja, de ahí que estas estrellas viajas se les llama "gigante roja".
El final de esta etapa llega cuando el cuerpo se torna inestable y comienza a arrojar las capas exteriores formando una nebulosa planetaria, al suceder esto el núcleo se queda sin las capas que lo presionaban y consecuentemente se detiene la fusión por lo que se comienza a enfriar y termina sus días como una enana blanca.


Estructura de una estrella muy masiva de edad avanzada. Se muestran las zonas de fusión de varios elementos dejando un núcleo de Hierro.

Estrellas muy masivas.- Ahora llegamos a lo bueno, las estrellas masivas. En estos cuerpos con núcleos enormes, no solo se fusiona Hidrógeno y Helio sino que se logran las condiciones para fusionar otros elementos expandiendo la estrella hasta tamaños considerables, y como se mencionó antes, llegando hasta el Hierro. Pero en estos casos el momento en el que se detiene la fusión es cuando el núcleo se llena de Hierro, lo que causa un repentino descenso en el temperatura. Y manda a las capas exteriores acelerándose en caída sobre el núcleo hasta que "rebotan" sobre él y chocan unas partes contra otras generando una explosión muy violenta llamada "super-nova". Durante este proceso es cuando se generan los elementos mas pesados que el Hierro y suele terminar con un remanente estelar (lo que queda del núcleo) que puede llegar a ser de masa considerable.
Lo que pase de este remanente de supernova dependerá de su masa y será tema para la siguiente entrada ya que se requiere mucho mas espacio para hablar de las opciones, enanas blancas, estrellas de neutrones y hoyos negros.


miércoles, 18 de noviembre de 2009

Contando bajo la lluvia

Contar bajo la lluvia puede conllevar serias consecuencias para la salud si no se toman las precauciones debidas. Pero si la lluvia es de estrellas se tiene una mayor probabilidad de recuperarse y en cualquier caso, una convalecencia mas corta. Todo este hablar de las lluvias de estrellas se debe a la proximidad de las Leónidas, una de las lluvias mas famosas por sus meteoros brillantes y continuos.


Imagen del cometa Holmes, donde se muestra la expansión de la nube de fragmentos y gas despedidos por el cuerpo principal.

Primero veamos lo que es una lluvia meteórica. Estas lluvias tiene su origen en los cometas. Como ustedes ya saben, los cometas son cuerpos de hielo de varios gases contaminados con polvo, este hielo, al acercarse al sol se gasifica y forma la enorme cola con la que se caracteriza a dichos cuerpos. Dicha cola esta formada en su mayor parte de gas, pero contiene algunos cuantos fragmentos del hielo que solía constituir al cometa. Los fragmentos salen disparados del cometa pero a velocidades relativamente bajas, por lo que suelen quedarse en la vecindad de la órbita del cometa durante varios años (en realidad puede llegar a ser siglos).


Fotografía de larga exposición de las Leónidas.

De esta manera tenemos una gran nube de pedacitos de hielo que miden alrededor de un milímetro (los mas grandes andan en aproximadamente 5 mm, con los ejemplares mayores siendo muy raros) que comparte una órbita en torno al Sol muy parecida a la del cometa de donde salieron, con la particularidad de que se van separando poco a poco de la trayectoria original. Si se da el caso de que dicho cometa tenga una trayectoria que lo lleve "cerca" de la órbita de la Tierra (existen mucho cometas con órbitas que los llevan a distancias considerables de nuestro planeta pero que son cercanas en términos astronómicos), llegará el momento en la nube de fragmentos se acerque los suficiente a nuestro planeta como para permitir que la gravedad terrestre las capture y las haga caer a la atmósfera, donde se calentarán y quemarán por el calor derivado de la fricción con el aire, con lo que emitirán luz y se podrán ver desde la superficie del planeta.

Y por su puesto si el cometa pasó por la cercanía del Sol recientemente se encuentran muchos fragmentos nuevos en la nube y se puede dar que se presente una tormenta meteórica, es decir una lluvia de muy considerable intensidad.


Ejemplar particularmente brillante y famoso de las Leónidas, este meteoro era de tamaño suficiente como explotar al llegar a la atmósfera baja y dejar tras él una nube de gas. La animación son fotografías abarcando mas de una hora mostrando la disolución de esa nube en nuestra tropósfera.

De esta manera tenemos que los meteoros que vemos en una lluvia meteórica son en realidad fragmentos de algún cometa dado. En vista de ello, el estudiar los fragmentos será una forma indirecta de estudiar al cometa, cuerpos que de otras forma suelen ser difíciles de estudiar. De aquí que la información obtenida, si se el recolecta con cuidado puede ser de gran utilidad. Entre los datos mas importantes que se toman de una lluvia meteórica están: la cantidad de meteoros por unidad de tiempo (ejemplo, por minuto), el brillo, y en caso de ser posible, el color.


Simulación de la órbita del cometa Holmes, se ve como se acerca a la órbita de la Tierra sin llegar a tocarla.

Si se dedican a buscar un poco de información sobre las lluvias meteóricas, verán que suelen tener un nombre derivado de alguna constelación, esto es por que les otorga el nombre e la constelación donde esta el radiante, es decir, el punto en el cielo de donde aparentan venir los meteoros, astronómicamente es el punto que se encuentra en línea recta con el movimiento de la Tierra en su órbita. Y como cada lluvia es en una fecha diferentes, esto corresponde a diferentes constelaciones.


Grabado en madera de las Leónidas hecho en el siglo XIX durante uno de los eventos de "tormenta" cuando la intensidad es mucho mayor a lo normal.

En caso de que deseen observar y registrar lluvias meteóricas, se les recomienda visitar la pagina de la IMO para obtener mas información. Y si simplemente quieren disfrutar del espectáculo basta con que se abriguen bien y no se duerman. A propósito, se les recomiendan las Gemínidas, que será del 7 al 17 de Diciembre con un pico de actividad el 14, se pronostica que será la mejor del año.


lunes, 16 de noviembre de 2009

Alerta de Observación

E sta noche, del 16 al 17 de Noviembre es cuando se calcula será el pico de actividad de la lluvia meteórica Leónidas. La siguiente entrada será sobre la naturaleza de las lluvias de estrellas, pero por mientras les aconsejo que si pueden se desvelen un poco (la actividad buena suele ser entre la medianoche y las 5 am) para poder apreciar este espectáculo. Claro, sin embargo que los pronósticos no son muy buenos y que las Leónidas de este año no será como las de los pasados (en particular, el 2001). Pero si entre los lectores se encuentra un astrónomo "con el quasar en los huesos" bien podría apreciar el show.

Para observar una lluvia de estrellas no se necesita instrumentos, solo ropa abrigada y una buena tasa de café, en caso de que deseen hacer algún conteo y mandarme luego los resultados (con sus datos personales) sobre cuantos meteoros vieron en cuanto tiempo (por ejemplo; cada 10 o 5 minutos entre tal hora y tal otra se vieron X meteoros), su localización y la cantidad de estrellas que vieron en la constelación de Orión (luego les explico, en la próxima entrada) con gusto lo reportaré con su nombre ante la Organización Internacional de Meteoros.

Recuerden que no importa hacia donde se voltee ya que la lluvia será por todo el cielo, se recomienda el uso de sillas de jardín y una buena chamarra :)

¡Buena suerte y cielos despejados a todos!


domingo, 15 de noviembre de 2009

Las luces de los osos

Las auroras boreales son de los espectáculos mas llamativos de la naturaleza y a pesar de que salen en muchos comerciales de refrescos junto con osos polares y villas navideñas alas cuales suele llegar la alegría por estas fechas, siguen siendo de los fenómenos menos entendidos.


Fotografía de una aurora sobre las regiones polares de la Tierra. Nótese el paisaje nocturno en el horizonte. A pesar de que las auroras se presentan las 24 horas del día, es de noche cuando el tono oscuro del cielo favorece ver este fenómeno.

En primer lugar, para aquellos que no son viven entre osos polares o no ven mucha televisión les diremos lo que son la auroras. Se trata de unas cortinas de luz que se ven en la atmósfera alta sobre la regiones polares del planeta.


Esquema de la magnetósfera terrestre cerca del planeta, se presentan las dos zonas circumpolares donde las partículas del viento solar se adentran en la atmósfera.

En realidad todo es culpa del Sol, nuestra amarilla y caliente estrella gusta de emitir cantidades considerables de partículas cargadas eléctricamente en lo que llamamos "viento solar" y el cual impregna la totalidad del sistema planetario. Pero cuando estas partículas cargadas entran en contacto con un campo magnético interaccionan con él. En el caso del campo magnético de la Tierra (conocido como Magnetósfera), tanto el viento solar empuja al campo magnético dándole forma de la cola de un cometa y la magnetósfera desvía al viento solar. Esto es una considerable gracia, ya que es el primer escudo que protege a nuestro planeta de un potencial peligro, ya que el viento solar podría, poco a poco erosionar nuestra atmósfera de no estar protegida por tan intenso campo magnético (se piensa que esta es la explicación de por que Marte tiene hoy una atmósfera tan tenue si existen tantas evidencias de que solía tener una muchas mas considerable, Marte no tiene una magnetósfera tan intensa como la de la Tierra pero si le han detectado débiles auroras).



Espectro de las auroras, se trata de la firma lumínica de los compuestos que están brillando. Estas imágenes revelan la presencia de Oxigeno y Nitrógeno en el aire.

Ahora bien, el campo magnético desvía al viento solar evitando que llegue a la Tierra, pero este proceso no es perfecto, una reducida fracción del viento solar llegar a nuestra atmósfera. Esto es gracias a que existen dos lugares donde tales partículas, si siguen a las líneas de la magnetósfera, serán guiadas hacia abajo, esos lugares son los polos. Sobre los polos, el mismo campo magnético que evita la proximidad del viento solar, lo obliga a adentrarse en nuestra atmósfera. En tales casos, las partículas cargadas chocan con las partículas del aire y al hacerlo se disipa la energía en forma de luz.


Imagen desde el espacio de la Aurora Austral sobre la región polar sur de la Tierra.

Por lo tanto, cuando el viento solar llega y entra en contacto con la magnetósfera Terrestre, esta lo desvía y le permite entrar solo a una reducida fracción y únicamente por las regiones polares. En estas zonas, cerca de los puntos mas al norte y sur del planeta se da la interacción entre el viento solar y el aire causa la emisión de luz, y para cada átomo diferente, la luz será de diferentes color. Todo esto nos genera un espectáculo muy entretenido con cortinas de colores en el aire.

Una característica llamativa de las auroras es que la parte superior es muy difusa, es decir, empiezan a brillar poco a poco conforme bajan. Y el brillo en la parte inferior termina abruptamente. Esto se debe a la presión atmosférica, en las regiones mas altas se tiene poco aire con el cuál el viento solar interactuará, por lo que inician poco a poco haciéndose mas brillantes conforme bajan. Y se llega un momento en el cuál el aire es tan denso que ya no permite la penetración del viento solar que se ha ido debilitando poco a poco (cada interacción frena alguna partícula del viento solar).

Y claro, en cualquier planeta con magnetósfera fuerte se presentarán auroras, por ejemplo; en Júpiter.

Auroras en Júpiter. Las bases del fenómenos son las mismas, pero en este caso los satélites Galileanos interfieren al modificar el campo magnético del planeta.




miércoles, 11 de noviembre de 2009

Un tubito de plástico negro

Como ya es conocido, este año a sido el "Año Internacional de la Astronomía" (AIA) declarado por la ONU en conmemoración de los 400 años del uso del telescopio por Galileo y la publicación de las primeras dos leyes de Kepler. Esto fue con el propósito de contribuir a la divulgación e investigación astronómica a nivel mundial. Pero algo poco conocido es el proyecto abanderado del AIA, el Galileoscopio. Y no es que me haya dado por imitar a otros blogs que se dedican a hablar de tal o cual producto para fines publicitarios (aunque lo interesante es que si uno les dice un par de no muy halagüeñas verdades también pagan) pero si creo que vale la pena hablar un poco sobre este producto.


Logotipo del Galileoscopio como proyecto abanderado del Año Internacional de la Astronomía, muestra las Pléyades, la Luna y Júpiter, algunos de los principales objetos estudiados por Galileo.

Primero responderé a la pregunta mas natural que salta a la mente: No, el Galileoscopio no es un aparato para ver a Galileo. Es un aparato utilizado para poner a la gente en contexto histórico. El Galileoscopio es una replica del telescopio de Galileo (el último), aunque solo en el aspecto óptico. El diseño fue obra de varias instituciones entre las cuales se encuentran el instituto Smithsoniano y la Unión Astronómica Internacional, es decir, las ligas mayores.

He tenido oportunidad de armar y observar con uno de estos aparatos, (aquí, en el Área de Astronomía de la Universidad de Sonora adquirimos 15 :) y he tenido el encargo de familiarizarme y dar algunos talleres con dicho "juguetito") y en realidad me pareció que su diseño es impresionante. No solo es muy sencillo armarlo, sino que se puede reconstruir una gran cantidad de veces gracias a que no tiene partes que se quiebren fácilmente durante el ensamblaje. De igual manera la óptica es muy buena, a pesar de que los lentes de los oculares son de plástico (solo el lente objetivo es de vidrio de alta calidad) se logra una visión muy buena.


Imágen de Júpiter y sus 4 lunas mayores, los llamados "satélites Galileanos" en honor a Galileo por haberlos descubierto en 1609. La fotografía fue tomada con un Galileoscopio.

Pero lo principal del Galileoscopio es que permite ponerlo a un en contexto histórico. La forma en la prefiero usarlo es cuando inicialmente se le habla a un grupo de gente sobre la obra de Galileo, sobre sus observaciones de la Luna y Júpiter, y después guiarlos en el proceso de ensamblaje para salir y usarlo.

El pequeño Galileoscopio parece casi ridículo ante lo enormes y potentes telescopios modernos, muchas de las personas que han asistido a los talleres donde los ensamblamos ya han visto por otros instrumentos, incluyendo mi CPC 11", con el cuál se pueden observar nebulosas y galaxias lejanas dejando a la computadora la tarea de encontrarlas y rastrearlas o se puede dar uno un "paseo" por la Luna o las Pléyades. Pero cuando uno sabe que con un instrumento de la misma potencia del Galileoscopio, se pueden notar los detalles sobre el relieve de la Luna, los satélites de Júpiter y descomponer la Vía Láctea en estrellas individuales y que con estas observaciones Galileo le quitó lo divino al cielo y lo hiso parte del mundo natural, se aprecia el impacto de este aparato.

Para los astrónomos, el cielo es nuestro lugar de estudio, el laboratorio donde aprendemos sobre el universo, pero para mucha gente el cielo es casi igual a como era en tiempos medievales, una esfera con algunos detalles en su superficie y para algunos es algo "divino y perfecto". Y para ellos, el ver por un telescopio moderno, les puede parecer casi cosa de magia, el instrumento es algo misterioso de funcionamiento oscuro. Pero si a estas mismas personas se les pone en las manos un Galileoscopio que ellos acaban de ensamblar, y vieron los detalles y el efecto de las lentes en la luz, entonces se darán una noción de lo se significa escudriñar el cielo y descubrir cosas que uno nunca antes vio. Entonces entienden la relevancia de la obra de Galileo y el por qué, 400 años después conmemoramos la publicación de sus primeros estudios declarando al 2009 "Año Internacional de la Astronomía".

Los astrónomos solemos decir que estamos celebrando el nacimiento de la ciencia moderna al utilizar los Galileoscopios. Pero los que hemos estudiado filosofía de la ciencia sabemos que lo que estamos haciendo es utilizar ese tubito de plástico negro para ayudar a las personas a dar el primer paso del método científico, la observación de un fenómeno nuevo.


Galileoscopio ya ensamblado.

Tal vez descubran cosas ya conocidas, como las montañas de la Luna o los satélites de Júpiter, pero también se darán cuanta de lo mismo que Galileo, el cielo es un lugar mas que podemos estudiar y tan natural como la Tierra.