El descubrimiento

La nueva evidencia de la existencia de una estrella de neutrones en medio de los restos de la supernova SN 1987A me hizo recordar que había leído algo lindo sobre su descubrimiento, que alguna vez quise contar y se me fue pasando. 

El norte de Chile es ideal para la astronomía porque es árido y desértico, con aire muy seco, de poca turbulencia y nubosidad. Hoy en día alberga muchos de los mejores y más grandes telescopios del mundo. Hace 40 años no había tantos ni tan grandes, pero a unos 100 km de La Serena ya estaba el Observatorio Las Campanas del Instituto Carnegie, heredero del glorioso Monte Wilson, donde Edwin Hubble había revolucionado la astronomía 60 años antes. Hoy alberga, entre otros, el Telescopio Magellan, formado por dos instrumentos gemelos de 6.5 m, el Telescopio du Pont, de 2.5 m, y el Telescopio Swope, con un espejo de 1 metro de diámetro, que fue el primero que tuvo el observatorio. Y está en construcción el Giant Magellan Telescope, de 25 metros, un monstruo de la nueva generación de telescopios extremadamente grandes.

La noche del lunes 23 de febrero de 1987 el cielo estaba despejado. En el telescopio de 1 m estaban Barry Madore, de la Universidad de Toronto y Robert Jedrzejewski, del Space Telescope Science Institute de Baltimore. El operador era Oscar Duhalde, un ingeniero chileno que conocía el complejo instrumento para adelante y para atrás. Los astrónomos apenas conocen los telescopios, ya que los usan unos pocos días al año (hoy en día ni eso: se quedan en sus oficinas y los usan de manera remota). Los operadores como Oscar son los verdaderos pilotos de las naves que nos hacen viajar a las estrellas, aunque sea con la imaginación. La del 23 de febrero era una noche de rutina: Madore y Jedrzejewski pedían una estrella, Duhalde movía el aparato, y esperaban que los fotones se depositaran en el "moderno" sensor electrónico. Pasada la medianoche Oscar se levantó para estirar las piernas. Sonaba un cassette de Talking Heads. Fue a la cocina a prepararse un café. Mientras esperaba salió del domo para ver un poco el cielo. La puerta daba al sur. A su izquierda se alzaba la Vía Láctea austral, a su frente nuestras dos galaxias satélites, las Nubes de Magallanes, y Canopus en lo alto. Como de costumbre, Oscar revisó 30 Doradus en la Nube Mayor, que se ve como una estrella al límite de la visibilidad. Es en realidad la Nebulosa Tarántula, la gigantesca región de formación estelar que hemos comentado tantas veces. Sabía que, si le costaba distinguirla, entonces había bruma. Esa noche, a las 00:48 (ya día 24), Oscar Duhalde podía ver con toda claridad 30 Doradus. Era una noche perfecta para la astronomía. Vio algo así:

Y allí, un poquito por debajo de 30 Doradus, vio una estrella de cuarta o quinta magnitud, más brillante que cualquier otra cosa en la Nube de Magallanes. Una estrella que nunca había visto, en las muchas noches que había disfrutado del oscuro cielo del Norte Chico chileno.

Oscar volvió a la cocina, terminó de preparar el café y fue a buscar a los astrónomos, dispuesto a contarles lo que había visto. Se daba cuenta de que era algo notable e inusual, y le daba curiosidad saber de qué se trataba. Pero cuando llegó a la consola ya había que apuntar a otra estrella, se distrajo, y no contó nada. Siguieron trabajando por varias horas. Durante un buen rato, sin saberlo, Oscar fue el primer ser humano, en 383 años, en ver una supernova con sus propios ojos. 

Unos minutos antes de que Oscar saliera del domo y descubriera la supernova SN 1987A, el estudiante de posgrado Ian Shelton, astrónomo residente del observatorio, empezó a tomar una exposición larga de la Nube Mayor de Magallanes con un telescopio mucho más modesto que estaba en desuso desde hacía 10 años, un astrógrafo de 25 cm (que se ve detrás de él en esta foto). Shelton había convencido al director de Las Campanas, Bill Kunkel, para que le permitiera usarlo en tiempo libre para patrullar la Nube de Magallanes en busca de estrellas variables y novas clásicas. Era un instrumento viejo, que Shelton tenía que guiar a mano, mirando fijamente por un ocular reticulado para hacer correcciones del movimiento y mantener las estrellas bien quietas durante las exposiciones en placas de vidrio. Es un trabajo tedioso y físicamente extenuante, doy fe. La noche del 23 era la tercera, y las dos primeras no habían sido buenas, las estrellas le habían salido un poquito movidas. Empezó antes de la medianoche y unas 3 horas después, cuando una ráfaga de viento le cerró el techo corredizo, paró. Era tarde, pero Shelton quería asegurarse de que esta vez tenía una buena foto, así que fue al cuarto oscuro y reveló la placa. Lo que vio le gustó: las estrellas estaban perfectamente expuestas de borde a borde del vidrio. Pero algo le llamó la atención y por un momento creyó que de nuevo la había embarrado: junto a la Tarántula había una gran mancha negra (las placas son fotos en negativo). ¿Sería un defecto de la placa? ¿La había arruinado al manipularla en la oscuridad, sin querer? No, era indudablemente una estrella, una estrella más brillante que cualquier cosa de la Nube de Magallanes. Revisó la foto de la noche anterior y la estrella no estaba allí. Recién ahí se le ocurrió salir a mirar. Como Oscar, Ian salió al frío de la montaña y vio con sus propios ojos una supernova. Fue el primer ser humano en ver una supernova en más o menos una hora: Oscar ya la había visto antes.

Shelton agarró sus placas de vidrio y corrió (en la oscuridad de la cima de la montaña) al telescopio Swope para compartirlo con los demás. Les contó lo que había encontrado en la Nube de Magallanes. Madore dijo sin dudarlo: "Supernova", y agregó: "¿me estás cargando?" "No... si yo también la vi cuando fui a hacer el café", dijo Oscar. Salieron todos a ver. Una estrella de quinta magnitud no es algo que te quita el aliento. No se veía como una supernova en un documental de Discovery Channel. Para decirlo técnicamente: era una estrellita de morondanga. Pero si estaba realmente en la Nube Mayor de Magallanes, a 160 mil años luz de distancia, era sin duda una supernova, la más brillante desde la que había visto Kepler en 1604. Y Shelton la tenía fotografiada. 

Ya estaba oscureciendo en Australia y Nueva Zelanda, donde hordas de astrónomos, profesionales y aficionados, no tardarían en notarla. Tenían que apurarse para asegurarse la prioridad del descubrimiento. Madore empezó a llamar por teléfono a Brian Marsden, del Bureau Central de Telegramas Astronómicos en Cambridge, Massachusetts. "No cae un árbol en el bosque, hasta que Brian dice que cae", decían los astrónomos. ¡Pero Brian no atendía! Finalmente, le encargaron a otro operador, Ángel Guerra, que estaba por irse en auto a La Serena, que le avisara a Kunkel, el director. Guerra manejó los 100 km, despertó a Kunkel, pasó el mensaje, y Kunkel mandó un télex a Marsden, que lo recibió a la 9 de la mañana del 24. Éste: 

¡En el mensaje no está el nombre de Duhalde! En minutos la oficina de Marsden empezó a inundarse de mensajes de la supernova, provenientes de Australia y Nueva Zelanda, antes de que pudiera mandar el telegrama oficial del descubrimiento. A las 10 Marsden hizo el anuncio:

Acá sí aparece Oscar Duhalde como codescubridor (Marsden debe haber llamado a Las Campanas, o finalmente atendió las insistentes llamadas de Madore, no sé). A continuación, se reconoce también a Albert Jones, de Nueva Zelanda, quien la observó algunos minutos después, y a otros observadores de las primeras horas. Entre ellos Robert McNaught, de cometaria fama, que había fotografiado la supernova varias veces, incluso la noche anterior cuando brillaba a magnitud 6, pero no había revelado el film.

SN 1987A es la supernova más estudiada de la historia y casi 40 años después todavía no hemos terminado de desentrañar sus misterios. Shelton volvió a Canadá, donde terminó su maestría y su doctorado, e hizo una carrera como astrónomo en varios observatorios del mundo. Duhalde trabajó toda su vida en Las Campanas, y se jubiló hace poco, tras 43 años de operar sus telescopios. Tuvieron la suerte de ser los primeros, pero todos los que estábamos interesados en la astronomía vimos con nuestros propios ojos, durante meses, esa lucecita que había iniciado su viaje 160 mil años antes, y que nos llegó cuando Talking Heads ya había sacado siete de sus ocho discos. Ese puntito de luz era la descomunal explosión de una estrella, uno de esos raros pero imprescindibles eventos que siembran de elementos pesados el medio interestelar, a partir de los cuales se forman las nuevas generaciones de estrellas, con sus planetas, sus lunas, sus cometas y, eventualmente, sus gentes.

 

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El libro donde leí este relato (casi literal) es The supernova story, de Laurence Marschall. De allí están tomadas las fotos. 

Las ilustraciones del cielo están hechas con Stellarium, usando un paisaje del Telescopio Swope que tomé de Google Street View. En Stellarium la magnitud de la supernova está exagerada porque el plugin de supernovas históricas usa un cálculo automático; tuve que hacer alguna manipulación para que no resultara más brillante que lo que realmente fue en la noche de su descubrimiento.

En Wikipedia la data del descubrimiento estaba mal reportada: decía que fue el día 24 a las 23:00 UTC. Como se ve en el telegrama, la fecha reportada es 24.23 UT. Es un formato decimal: 0.23 días son las 5 horas y media UT, 1 y media hora local en Las Campanas. Fue en la noche del 23 al 24, no en la siguiente. Ya lo corregí, espero que quede.

Hay una interesante conferencia de prensa con Ian Shelton en YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=1GLAvXqSzos. Es de junio de 1987, cuando regresó a Canadá, y Talking Heads todavía no había sacado su último disco.

Astronautas

Poyéjali! (¡Vamos!)
Yuri Gagarin, antes de despegar

Ayer, 12 de abril, se celebró el Día Internacional de los Vuelos Espaciales Tripulados, un nombre horrible, que debería ser simplemente el Día del Astronauta. Fue declarado por las Naciones Unidas en 2011, para celebrar la hazaña de Yuri Gagarin, que el 12 de abril de 1961 se convirtió en el primer ser humano en volar al espacio exterior. Habían pasado apenas 58 años desde que los hermanos Wright hicieron su primer vuelo, y la humanidad ya estaba saliendo de la Tierra. Había sido un anhelo ancestral. Recordemos por ejemplo las palabras de Johannes Kepler en su Conversación con el Mensajero de los Astros, la carta abierta a Galileo en respuesta al librito en el que el toscano había contado sus extraordinarios descubrimientos astronómicos. Dice Kepler:

"No faltarán pioneros cuando hayamos dominado el arte del vuelo. ¿Quién habría pensado que la navegación a través del vasto Océano era menos peligrosa y más tranquila que en los estrechos golfos del Adriático, o del Báltico, o de la Gran Bretaña? Construyamos naves y velas adecuadas para el éter celestial, y habrá abundantes candidatos sin temor de cruzar esos desiertos vacíos. Mientras tanto preparemos, para los valerosos viajeros del cielo, mapas de los cuerpos celestes. Yo lo haré con la Luna y Ud., Galileo, con Júpiter."

Candidatos y candidatas, por cierto. Un par de años después del vuelo de Gagarin en la Vostok 1, Valentina Tershkova se convirtió en la primera mujer astronauta. En la foto de aquí al lado la vemos poniéndole una medalla a otro valeroso pionero, héroe de la humanidad, Neil Armstrong, primer ser humano en pisar el suelo de otro cuerpo celeste. Es una escena encantadora: los soviéticos, habiendo perdido la carrera, invitaron al rival a Moscú para honrarlo y condecorarlo. 

Gagarin los mira desde la foto: a pesar de que quisieron preservarlo, prohibiéndole que arriesgara su vida volviendo a viajar al espacio, en 1968 se mató al estrellarse en un MiG, durante un entrenamiento. 

También el 12 de abril, pero de 1981, apenas 20 años después del vuelo de Yuri, despegó el primer transbordador espacial. Capaz de llevar 7 pasajeros y decenas de toneladas de carga, la flota de space shuttles hizo 135 vuelos en 30 años, permitiendo la construcción del laboratorio orbital que es la Estación Espacial Internacional y la puesta en funciones (y múltiples servicios) del Telescopio Espacial Hubble, entre tantas otras cosas. 

El vuelo de Gagarin fue el inicio de una nueva era. Apenas 60 y pico años después, cientos de hombres y mujeres, de decenas de países y de todas las edades, han viajado al espacio. Las recientes iniciativas comerciales ya han llevado turistas a vuelos orbitales y suborbitales, y es fácil imaginar que su número se multiplicará enormemente muy pronto. ¿Habrá un día en que los vuelos espaciales tripulados sean rutina, como son hoy los vuelos atmosféricos, un siglo después de los pioneros? Probablemente sí. Entonces habremos internalizado definitivamente el descubrimiento de Galileo: que si la Luna era como la Tierra, entonces la Tierra era como la Luna, un cuerpo celeste, precioso y frágil, flotando en la oscuridad del espacio. 

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La primera foto es de Valentina Tershkova, aunque muchas veces se reproduce como de Yuri Gagarin. ¡Con el casco puesto son reparecidos! Gracias Marcelo por señalarlo. La dejo igual, porque es el día de todos ellos. Esta sí es de Yuri, pero es una foto más fea. ¡Encuentren las 5 diferencias!

Los suburbios del sistema solar

Los sistemas gravitatorios de tres o más cuerpos tienden a volverse caóticos. Lo hemos comentado aquí en el blog, y también es el tema de una popular nueva serie, llamada precisamente El problema de los tres cuerpos. Por esa razón, la predicción de la evolución del sistema solar, o la reconstrucción de su historia lejana, resultan problemas muy difíciles de afrontar, tanto teórica como computacionalmente. Sabemos, por el registro geológico y fósil, que la Tierra ha sufrido variaciones grandes en algunos de sus parámetros orbitales, que a escala humana nos parecen constantes y eternos. Pero inclusive antes de chocar con ese horizonte de predictibilidad (que está a unos 100 millones de años) ¿qué habría pasado si el sistema solar hubiera sido perturbado de manera externa? Cien millones de años es mucho tiempo, lo cual permite que las estrellas se muevan apreciablemente en su circulación galáctica. Si bien es extremadamente improbable que dos estrellas choquen, la gravedad es una fuerza de largo alcance y, si dos estrellas se acercan, pueden perturbar sus sistemas planetarios y desatar un caos. 

Me interesó un paper que discute precisamente esto, analizando la órbita de la Tierra a medida que las estrellas del vecindario solar, cuyas velocidades hoy se conocen con gran precisión gracias al telescopio espacial Gaia, pasaron relativamente cerca. Entre ellas se destaca HD 7977, una estrella similar al Sol que hace 2.8 millones de años pasó a algunos miles de unidades astronómicas, bien dentro de la nube de Oort, y suficientemente cerca como para afectar las órbitas de los planetas. Esta figura, que forma parte de un lindo video de los autores, muestra la dispersión en la órbita de la Tierra, tras unos 50 millones de años de simulación, cuando existe una incerteza de ¡un centímetro! en las órbitas de los planetas, cuando HD 7977 pasa cerca. Cuando la estrella no pasa, la dispersión es casi inexistente. 

Esto me recordó algo que conté hace años: el misterio de los sednitos. Varios de los objetos del cinturón de Kuiper (Sedna y otros) tienen sus órbitas particularmente alineadas, como si alguien las hubiera soplado de costado. Una hipotética razón para esto es que exista un planeta todavía desconocido en el sistema solar, el Planeta Nueve (llamado a veces Planeta X, lo cual es entre confuso y gracioso):

Mike Brown (descubridor de Sedna, Eris, etc. y experto transneptuniano) está convencido de que el Planeta Nueve  existe, y muestra en sus charlas y sus escritos la cantidad de propiedades inusuales de estas órbitas que resultan explicadas por las perturbaciones que éste produce en el sistema solar exterior. Más aún: estas propiedades le permiten calcular la órbita de Planeta Nueve, tal como aparece dibujada ahí arriba. 

A propósito: fíjense qué ridícula es la órbita misma de Sedna. Compárenla con la de Neptuno, que aparece ahí en el medio. ¿Cómo puede existir un casi-planeta en una órbita que parece la de un cometa, casi desligada del sistema solar? ¿Quién lo puso ahí? ¿Quién lo sostiene sin que el caos lo eyecte? Y bueno, después están los sednitos, una cosa lleva a la otra, qué se yo. Vean el webinar de Brown que enlacé arriba, vale la pena.

Pero claro, la naturaleza caótica de la dinámica hace que la posición del planeta en esta órbita no sea tan fácil de predecir, así que el planeta podría estar en cualquier lugar de la eclíptica. ¿En cualquier lugar? En realidad no: es más probable que se encuentre en algunos lugares que en otros. Precisamente un paper reciente de Brown muestra que ya ha podido eliminar prácticamente toda la franja eclíptica, basándose en las observaciones del survey Pan-STARRS. 

Esto puede interpretarse de dos maneras, una optimista y una pesimista. Por supuesto, Brown toma la posición optimista, y dice que tiene al Planeta Nueve "acorralado", y que lo va a encontrar en esas partes coloridas del mapa celeste. Está seguro de que esto ocurrirá con ayuda del telescopio Vera Rubin, y el fantástico Legacy Survey of Space and Time que producirá en los próximos años. Es decir, el descubrimiento no será como el de Neptuno, cuando el matemático le dijo al astrónomo "apunte para ahí", el astrónomo apuntó y ahí estaba el planeta. Si existe, lo van a encontrar con fuerza bruta, fotografiando todo el cielo cada 3 días.

Ahora, ¿y si pasan 10 años y el Planeta Nueve no aparece? Esa sería la interpretación pesimista del mapa de arriba: la región donde puede estar el Planeta Nueve es tan pequeña porque —lo lamento, Mike— el Planeta Nueve no existe. Es lo que yo creo, aunque me encantaría que hubiese una supertierra en el sistema solar, por supuesto. Mi intuición es que una estrella, de las muchas que han pasado cerca del cinturón de Kuiper en la historia del sistema solar, peinó las órbitas de los sednitos. Veremos veremos. 

Mientras tanto, voten en los comentarios ¿existe o no existe el Planeta Nueve? ¿Eh?

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El paper sobre el paso de HD 7977 es: Kaib et al., Passing stars as an important driver of paleoclimate and the solar system’s orbital evolution, AJLetters, 962:L28, 2024 February 20.

El paper del Planeta Nueve acorralado es: Brown et al., A Pan-STARRS1 search for Planet Nine, arXiv:2401.17977v1, 31 Jan 2024.

Por si alguien se lo pregunta: la primera figura no muestra la trayectoria de la Tierra, sino sus parámetros orbitales: en la dirección radial, la elipticidad, y en la dirección angular, la dirección del perihelio. Cada color es una simulación.

Estrella de neutrones recién salida del horno

Desde hace años los astrónomos está esperando que en el centro de la nebulosa que dejó la explosión de la supernova SN 1987A aparezca su residuo: una estrella de neutrones. Esta nebulosa es muy compleja, con estructuras que la explosión va recalentando a medida que atraviesa materia emitida previamente por la estrella gigante que explotó:

Esta foto combina observaciones de rayos X (en púrpura), visuales (el "collar de perlas"), y de radio (en naranja). La señal de radio, tomada por el sistema de radiotelescopios ALMA, está concentrada en el centro y es principalmente polvo caliente. En 2019 los llevó a decir que habían identificado en ella la estrella de neutrones:

Para el polvo caliente, el nuevo telescopio Webb está mandado a hacer. Así que la nebulosa de SN 1987A fue uno de los primeros objetos que observó. Hace algunos meses dieron a conocer esta fascinante imagen de la compleja estructura, que muestra más perlas fuera del "collar" que conocíamos:

Y ahora ha aparecido un paper que analiza, con una batería de instrumentos (incluso una cámara que hace simultaneamente una foto y un espectro de cada pixel de la imagen), la radiación producida por la estructura central de polvo y gas molecular, con una resolución mucho mayor que la de ALMA:

Los espectros capturados permiten observar una fluorescencia de argón y azufre, así como sus velocidades. Según dicen, esas lineas espectrales indican la presencia de fotones de alta energía que sólo pueden originarse en la vecindad de una estrella de neutrones en el punto denso central (analizan y descartan otras cuatro explicaciones). Es también una evidencia indirecta, pero se suma al pulso de neutrinos que se observó durante la explosión, y a las otras observaciones que mencioné arriba. El campo visual y las longitudes de onda que observa Webb son ideales para SN 1987A, así que seguramente tendremos más información sobre este fascinante objeto, que está evolucionando ante nuestra vista, algo de por sí raro para un fenómeno astronómico. ¿Será un púlsar? ¿Estará emitiendo rayos X duros directamente desde la superficie? ¿Tendrá un disco de acreción supercaliente? Lo iremos sabiendo en pocos años.

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El paper es: Fransson et al., Emission lines due to ionizing radiation from a compact object in the remnant of Supernova 1987A, Science 383:898–903 (2024).

Hay una versión más accesible en: Clery, Stellar remains of 1987 supernova found at last, Science 383:808 (2024).

El paper de ALMA es: Cigan, High angular resolution ALMA images of dust and molecules in the SN 1987A ejecta, The Astrophysical Journal, 886:51 (2019).