astrofísica

Movimiento orbital

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Detectan el movimiento orbital de una pareja de agujeros negros supermasivos

por Amelia Ortiz · Publicada 28 junio, 2017 ·
28/6/2017 de National Radio Astronomy Observatory / The Astrophysical Journal

Ilustración de artista de la pareja de agujeros negros supermasivos del centro de la galaxia 0402+379, a 750 millones de años-luz de la Tierra.

Empleando la visión extremadamente aguda en radio del VLBA, un equipo de astrónomos ha detectado por vez primera el movimiento orbital de una pareja de agujeros negros supermasivos en una galaxia a 750 millones de años-luz de la Tierra. Los dos agujeros negros, con una masa conjunta de 15 mil millones de veces la del Sol, están separados probablemente sólo unos 24 años-luz, lo que es extremadamente cerca para un sistema de este tipo.

“Se trata de la primera pareja de agujeros negros que hemos visto como objetos separados que se desplazan uno respecto del otro, y por tanto se trata de la primera ‘binaria visual’ de agujeros negros”, comenta Greg Taylor (Universidad de Nuevo México).

Los agujeros negros supermasivos, con millones o miles de millones de veces la masa del Sol, residen en el corazón de la mayoría de las galaxias. La presencia de dos de estos monstruos en el centro de una sola galaxia significa que ésta se fusionó con otra en algún momento del pasado. En tales casos, los propios agujeros negros pueden acabar fusionándose, produciendo ondas gravitacionales que cruzan el Universo.

La pareja de agujeros negros ha sido descubierta en la galaxia elíptica llamada 0402+379. Los datos revelan que ambos agujeros negros están en órbita uno alrededor del otro, completando un giro cada 30 000 años. “Pensamos que los dos agujeros negros supermasivos de esta galaxia se fusionarán”, comenta Karishma Bansal (Universidad de Nuevo México), añadiendo que esto ocurrirá dentro de millones de años.

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Nuevo modelo de agujero negro doble

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Descubren un modo nuevo de formar agujeros negros dobles

por Amelia Ortiz · Publicada 28 junio, 2017 ·
28/6/2017 de Astronomie.nl / Monthly Noticies of the Royal Astronomical Society

Ilustración de artista. En el panel de la izquierda dos estrellas grandes están en órbita una alrededor de la otra. Si la estrella mayor colapsa formando un agujero negro, la pequeña permanecerá más o menos intacta durante un largo tiempo (derecha). Créditos: ESO/M. Kornmesser/S.E. de Mink (izquierda) & ESA/C. Carreau (derecha).

Un equipo de tres astrónomos holandeses de las universidades de Leiden y Amsterdam han hallado un modo nuevo de formar agujeros negros que están en órbita un alrededor del otro durante un cierto tiempo y luego se fusionan.

A principios de 2017, se detectó por tercera vez una explosión de ondas gravitacionales producida por la fusión de dos agujeros negros. Sin embargo, los astrónomos no se ponen de acuerdo en cómo se forman estos agujeros dobles. Una hipótesis es que los dos agujeros negros se forman lejos uno del otro, se acercan lentamente y empiezan a orbitar entre sí. La segunda hipótesis es que dos estrellas masivas en órbita una alrededor de la otra explotan y colapsan en dos agujeros negros.

“Si nuestros cálculos son correctos, los agujeros negros dobles, con una masa combinada de entre 15 y 30 veces la masa del Sol, se forman com mayor frecuencia de lo esperado. En nuestra galaxia la Vía Láctea, por ejemplo, según los nuevos cálculos, un agujero negro nacido por una fusión aparece cada 100 000 años. Por supuesto, esto es raro para los humanos, pero es diez veces más frecuente de lo que se pensaba”.

Simon Portegies Zwart, quien llevó a cabo las simulaciones nuevas, explica: “Cuando la más pesada de las dos estrellas colapsa en un agujero negro, hay una situación estable en la que la segunda estrella puede sobrevivir durante un tiempo largo antes de formar el segundo agujero negro. Mientras, el primer agujero negro toma mucha materia de la segunda estrella y expulsa gran parte de ella de nuevo. Esta emisión de masa provoca una considerable reducción de la órbita de la estrella doble. Así que cuando la segunda estrella colapsa en un agujero negro, se forma un sistema doble compuesto por dos agujeros negros que más adelante se fusionarán”.

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Glicerol cósmico

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Descubren la receta para hacer glicerol cósmico

por Amelia Ortiz · Publicada 23 junio, 2017 ·
23/6/2017 de Astronomie.nl / The Astrophysical Journal

Astrónomos holandeses de la Universidad de Leiden han creado una molécula biológicamente importante, el glicerol, a -250ºC sólo a partir de monóxido de carbono e hidrógeno. La foto muestra la cámara de vacío fría que contiene una ilustración de artista de la molécula de glicerol y la región de formación estelar IRAS 16293-2422. Crédito: Harold Linnartz.

Un equipo de astrofísicos de la Universidad de Leiden (Países Bajos) ha conseguido formar glicerol bajo condiciones comparables a las presentes en nubes interestelares oscuras. Permitieron que el hielo de monóxido de carbono reaccionara con átomos de hidrógeno a -250ºC.

En años recientes han sido identificadas en el espacio moléculas cada vez más complejas. Sus esquemas de formación son todavía objeto de debate. Gleb Fedoseev (Osservatorio Astrofisico di Catania): “La densidad de partículas en el espacio es extremadamente baja y el monóxido carbono es altamente volátil. Sin embargo, se congela sobre pequeñas partículas de polvo a temperaturas por debajo de -250ºC, donde actúa como semilla para moléculas mayores y más complejas, una vez empieza a interactuar con átomos de hidrógeno que chocan”.

En 2009 los investigadores holandeses demostraron que, bajo hidrogenación, el monóxido de carbono reaccionaba formando formaldehído (4 átomos) y etanol (6 átomos). En 2015 fue posible crear el azúcar glicoaldehído (8 átomos). Y ahora ha sido posible formar glicerol (14 átomos).

La gran pregunta ahora es si el glicerol está también presente en las nubes interestelares. Las moléculas de formaldehído, metanol y glicoaldehído han sido ya detectadas por telescopios en nubes interestelares de IRAS 16293-2422. Se trata de una región de formación estelar de la constelación de Ofiuco, a una distancia de 460 años-luz de la Tierra. Las estrellas jóvenes que afloran aquí se parecen a nuestro Sol hace 4500 millones de años. El objetivo para el año próximo es utilizar ALMA, el mayor radiotelescopio del mundo, para buscar señales moleculares de glicerol, exactamente allí donde sus precursores han sido identificados.

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Galaxia de disco muerta y masiva

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Una galaxia de disco muerta masiva que desafía las teorías de evolución de galaxias

por Amelia Ortiz · Publicada 22 junio, 2017 ·
22/6/2017 de Hubblesite / Nature

Actuando como un ‘”telescopio natural” en el espacio, la gravedad del cúmulo de galaxias extremadamente masivo MACS J2129-0741 situado en primer plano, magnifica, aumenta de brillo y distorsiona la lejana galaxia del fondo MACS2129-1, mostrada en el recuadro superior. El recuadro central es una imagen aumentada de la galaxia. En el recuadro inferior se muestra una imagen reconstruida, basada en modelos, que muestra el aspecto de la galaxia si no estuviera presente el cúmulo de galaxias. Créditos: parte científica de NASA, ESA, y S. Toft (University of Copenhagen); agradecimientos a NASA, ESA, M. Postman (STScI), y el equipo CLASH.

Combinando el poder de una lente natural del espacio con la capacidad del telescopio espacial Hubble de NASA/ESA, un equipo de astrónomos ha realizado un descubrimiento sorprendente: el primer ejemplo de una galaxia con forma de disco, compacta pero masiva, que gira rápidamente y que dejó de crear estrellas sólo unos pocos miles de millones de años después del Big Bang. Encontrar una galaxia así en la historia temprana del Universo desafía los conocimientos actuales sobre cómo se forman y evolucionan las galaxias, según los investigadores.

Cuando el Hubble fotografió la galaxia, los astrónomos esperaban ver una bola caótica de estrellas formadas por la colisiones de galaxias (una galaxia elíptica). En cambio, vieron pruebas de que las estrellas habían nacido en un disco con forma de tortita (típico de las galaxias espirales).

Se trata de la primera prueba observaciones directa de que por lo menos algunas de las llamadas galaxias “muertas” – en las que se ha detenido la formación de las estrellas – de algún modo evolucionan desde discos con forma de Vía Láctea (galaxias espirales) a las galaxias elípticas gigantes que vemos hoy en día. Esto es una sorpresa puesto que las galaxias elípticas contienen estrella más viejas, mientras que las galaxias espirales contienen típicamente estrellas azules más jóvenes. Por lo menos algunas de estas galaxias de disco tempranas “muertas” tienen que haber pasado por remodelaciones importantes. No sólo cambiaron su estructura sino también los movimientos de sus estrellas para adoptar la forma de una galaxia elíptica.

“Estos nuevos datos nos obligan a replantearnos el contexto cosmológico completo de cómo las galaxias se agotan pronto y evolucionan a las galaxias elípticas locales”, explica Sune Toft (Universidad de Copenhagen). “Quizás hemos estado ciegos al hecho de que las galaxias casi ‘muertas’ podrían ser realmente discos, simplemente porque no teníamos suficiente resolución”.

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Cassipeia A sugiere explosión de neutrinos

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Elementos radiactivos en Cassiopeia A sugieren una explosión producida por neutrinos

por Amelia Ortiz · Publicada 22 junio, 2017 ·
22/6/2017 de Max Planck Institute for Astrophysics / The Astrophysical Journal

Las distribuciones observadas de titanio radiactivo (azul) y hierro (blanco) en Cassiopeia A. El hierro visible es principalmente producto de la desintegración de níquel radiactivo. La cruz amarilla marca el centro geométrico de la explosión, la cruz blanca y la flecha indican la posición actual y dirección de movimiento de la estrella de neutrones. Crédito: Macmillan Publishers Ltd: Nature; de Grefenstette et al., Nature 506, 339 (2014); distribución de Fe cortesía de U.~Hwang.

Las estrellas que explotan como supernovas son las fuentes principales de los elementos químicos pesados del Universo. En particular, los núcleos atómicos radiactivos son sintetizados en las regiones calientes más interiores durante la explosión y pueden, por tanto, servir para estudiar los procesos físicos inobservables que inician el estallido.

Utilizando elaboradas simulaciones de computadora, un equipo de investigadores del Max Planck Institute for Astrophysics (Alemania) y de RIKEN en Japón han sido capaces de explicar las distribuciones espaciales medidas recientemente de titanio y níquel radiactivos en Cassiopeia A, el resto gaseoso de una supernova cercana, de unos 340 años de edad. Los modelos de computadora apoyan la idea teórica de que estos episodios de muerte estelar pueden ser iniciados y alimentados por neutrinos que escapan de la estrella de neutrones que queda en el lugar de origen de la explosión.

Las estrellas masivas acaban sus vidas en explosiones gigantescas llamadas supernovas. Durante millones de años de evolución estable, estas estrellas han construido un núcleo central constituido principalmente de hierro. Cuando el núcleo alcanza 1.5 veces la masa del Sol, colapsa bajo la influencia de su propia gravedad y forma una estrella de neutrones. En este episodio catastrófico se emiten enormes cantidades de energía principalmente por la emisión de neutrinos. Estas partículas elementales casi sin masa son creadas en abundancia en el interior de la estrella de neutrones recién nacida, donde la densidad es mayor que en el núcleo atómico y la temperatura puede alcanzar los 500 mil millones de grados.

Los procesos físicos que inician la explosión han sido un rompecabezas sin resolver durante más de 50 años. Uno de los mecanismos teóricos propuestos se basa en neutrinos. Cuando los neutrinos escapan del interior caliente de la estrella de neutrones, una pequeña fracción de ellos es absorbida en el gas de los alrededores. Este calentamiento provoca movimientos violentos en el gas, parecidos a los del agua hirviendo en una olla. Cuando el burbujeo del gas se hace suficientemente intenso, se inicia la explosión de supernova, como si la tapa de la olla saliera disparada. Las capas exteriores de la estrella agonizante son entonces expulsadas al espacio circunestelar, y con ellas todos los elementos químicos que la estrella ha cocinado durante su vida. Pero en el material caliente expulsado también se forman elementos nuevos, entre ellos, especies radiactivas como titanio y níquel que se desintegran en calcio y hierro, respectivamente.

Las nuevas observaciones de Cassiopeia A podrían ahora confirmar este escenario ya que las distribuciones espaciales de titanio y hierro predichas por el modelo teórico se parecen a las observadas. “Esta capacidad de reproducir propiedades básicas de las observaciones confirma impresionantemente que Cassiopeia A puede ser el resto de una supernova debida a neutrinos con sus violentos movimientos en el gas alrededor de la estrella de neutrones naciente”, explica H.-Thomas Janka (MPA).

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Una protoestrella inicia la formación de otra

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El nacimiento de una estrella puede haber provocado la formación de otra

por Amelia Ortiz · Publicada 21 junio, 2017 ·
21/6/2017 de National Radio Astronomy Observatory / The Astrophysical Journal

La protoestrella HOPS 370 con un chorro de material que puede haber incitado la formación de una protoestrella más joven, HOPS 108 (marcada por un punto rojo) en la región de formación estelar de Orión. Crédito: Osorio et al., NRAO/AUI/NSF.

Un equipo de astrónomas ha hallado pruebas nuevas que sugieren que un chorro de material que se desplaza con rapidez, expulsado de una joven estrella, puede haber instigado la formación de otra protoestrella más joven. “La orientación del chorro, la velocidad de su material y la distancia son todas correctas para este escenario”, explica Mayra Osorio, del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) (España).

Las científicos han estudiado una nube de gas gigante a 1400 años-luz de la Tierra, en la constelación de Orión, donde están formándose numerosas estrellas nuevas. La región había sido investigada antes, pero Osorio y sus colaboradoras realizaron varias observaciones con el conjunto de radiotelescopios VLA a diferentes radiofrecuencias que han revelado datos nuevos.

Las imágenes de la pareja muestran que la estrella más joven, llamada HOPS 108 se halla en la trayectoria de un chorro de material procedente de la más vieja, llamada HOPS 370. Esta alineación hizo que Yoshito Shimajiri y sus colaboradores sugieresen en 2008 que la onda de choque del material en rápido desplazamiento contra una concentración de gas había instigado el colapso de dicha concentración en una protoestrella.

“Encontramos nudos de material dentro de este chorro y conseguimos medir sus velocidades”, comenta Ana K. Diaz-Rodriguez (IAA-CSIC). Estas medidas nuevas dan un apoyo importante a la idea de que el chorro de la estrella más vieja incitó el proceso de formación de la más joven. Los científicos sugieren que el chorro de HOPS 370 empezó a chocar contra la concentración de gas hace unos 10 000 años, iniciando un proceso de colapso que acabó por conducir a la formación de HOPS 108. Otras cuatro estrellas jóvenes de la región podrían ser también resultado de interacciones similares pero las investigadoras encuentran pruebas de ondas de choque sólo en el caso de HOPS 108.

[Fuente]

El Big Bang necesario

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No hay Universo sin Big Bang

por Amelia Ortiz · Publicada 16 junio, 2017 ·
16/6/2017 de Max Planck Institute for Gravitational Physics

Sin “principio suave”: casi paradójicamente, un comienzo suave hace que crezcan grandes fluctuaciones cuánticas (derecha) e impide el desarrollo de un gran Universo como el que conocemos (izquierda). Crédito: J.-L. Lehners (Max Planck Institute for Gravitational Physics).

Según la teoría de la relatividad de Einstein, la curvatura del espacio-tiempo era infinita en el Big Bang. De hecho, en ese punto todas las herramientas matemáticas fallan y la teoría se rompe. Sin embargo, existía la idea de que quizás el principio del Universo pudiera ser tratado de una manera más sencilla y que los infinitos del Big Bang podrían ser evitados. Esta ha sido la esperanza expresada desde la década de 1980 por los famosos cosmólogos James Hartle y Stephen Hawking con su “propuesta de ninguna frontera” y por Alexander Vilenkin con su “propuesta de túnel”.

Ahora científicos del Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute/AEI) en Potsdam (Alemania) y del Perimeter Institute en Canadá, han sido capaces de utilizar métodos matemáticos mejores para demostrar que estas ideas no pueden funcionar. El Big Bang, en su complicada gloria, retiene todo su misterio.

Uno de los principales objetivos de la cosmología es comprender el principio de nuestro Universo. Los datos de la misión del satélite Planck demuestran que hace 13800 millones de años, el Universo consistía en una densa sopa caliente de partículas. Desde entonces el Universo ha estado en expansión. Este es el principal dogma de la teoría del Big Bang caliente, pero falla al describir las fases iniciales ya que las condiciones eran demasiado extremas. De hecho, a medida que nos acercamos al Big Bang, la densidad de energía y la curvatura crecen hasta que alcanzamos el punto en el que se hacen infinitas.

Como alternativa, las propuestas “de ninguna frontera” y ” de túnel” asumen que el diminuto Universo inicial apareció por efecto de túnel cuántico de la nada, y que luego creció convirtiéndose en el gran universo que vemos. La curvatura del espacio-tiempo habría sido grande, pero finita en esta fase inicial, y la geometría habría sido suave, sin fronteras. Ahora, con métodos matemáticos mejores, Jean-Luc Leheners (AEI) y sus colaboradores Job Feldbrugge y Neil Turok (Perimeter Institute) han descubierto que, como consecuencia del principio de incertidumbre de Heisenberg, estos modelos no solo implican que los universos suaves pueden aparecer de la nada por efecto túnel, sino que también lo pueden hacer universos irregulares. De hecho, cuanto más irregulares y arrugados, más probables son. “Por tanto, la propuesta de ‘ninguna frontera’ no implica un Universo grande como este en el que vivimos sino universos curvos bastante pequeños que colapsarían inmediatamente”, concluye Jean-Luc Lehners.

[Fuente]