Pols d'estels

El bloc d'Enric Marco

Arxiu de la categoria: Forat negre

GW151226: detectada una segona font de radiació gravitatòria

1
Publicat el 16 de juny de 2016

GWmergerComboLa nova astronomia d’ones gravitatòries va fer ahir un gran avanç amb l’anunci de la detecció d’un segon senyal en els detectors LIGO, conseqüència de la fusió de dos forats negres situats a uns 1400 milions d’anys-llum de distància.I és que ahir tornàrem a tindre un dia d’expectació per l’anunci que els membres de LIGO feren de matí en el marc de la reunió de la Societat Astronòmica Americana:

Els científics de la Col·laboració Científica LIGO (LSC) i els de la col·laboració Virgo explicaran la seua recerca més recent en l’esforç per detectar ones gravitatòries, en la 228a reunió de la Societat Astronòmica Americana (AAS) que s’està fent aquesta setmana a San Diego, Califòrnia. La roda de premsa està prevista a les 10:15 AM hora del Pacífic (19:15, hora local).

Alguna noticia important s’estava coent entre els científics gravitatoris (permeteu-me el neologisme) i l’anunci, passades les 19:15, de la detecció de GW151226, el segon flaix confirmat de radiació gravitatòria després del senyal GW150914, la històrica detecció d’ones gravitatòries anunciada fa quatre mesos, no va decebre ningú.

Com va passar amb el primer senyal, GW151225 va ser detectat simultàniament pels dos observatoris de LIGO situats a Livingston, Louisiana i Hanford, Washington als Estats Units.

20160615-noise-and-signal-gw151226-ligo-virgo-physical-review-lettersEl senyal es detectà el 26 de desembre a las 03:38:53 UTC (temps local 04:38:53). S’observà primerament en Livingston i 0.0011 ± 0.0003 segons més tard en Hanford. Donat que els dos observatoris estan separats per uns 3000 km, podem estimar la velocitat de l’ona com a pròxima a la velocitat de la llum. És a dir, era una ona gravitatòria amb velocitat pròxima o igual a la de la llum, tenint en compte els errors.

Cal fer notar un fet ben curiós i, és que a causa del canvi horari, l’ona arribà als EEUU just el 25 de desembre, dia de Nadal. Va ser per tant un regal de Nadal però segurament obligà a treballar a més d’un científic aquell dia.

El vídeo mostra com va canviant la freqüència de GW151226 segons els mesuraments del detector de Hanford (Washington).

Després de l’estudi del senyal GW151226 que ha durat mesos, s’ha arribat a la conclusió que l’emissió de la radiació gravitatòria s’ha produït per la fusió de dos forats negres amb masses inicials d’unes 14 i 8 masses solars amb un desplaçament cap al roig del voltant de 0,09, cosa que vol dir, si és correcte, que la radiació ha trigat uns 1400 milions d’anys en arribar-nos. Observeu que la brillantor i la freqüència —aquí realçada amb un so— de la radiació gravitatòria arriba a un màxim durant l’últim segon de la fusió dels forats negres.

2BH-GW151226La fusió dels dos forats negres de 14 i 8 masses solars va donar un nou objecte de 21 masses solars amb la conversió d’una massa solar en energia en forma d’ones gravitatòries, part de la qual arribà a la Terra el Nadal passat.

El senyal GW151226 és més feble i té una relació senyal/soroll menor que l’anunciat el febrer passat. Tanmateix la durada del senyal ha estat molt més llarga, un segon, en comparació amb la de febrer que només durà 0.2 segons. Això vol dir que s’ha pogut captar uns 55 cicles d’oscil·lació en espiral dels dos forats negres.

El vídeo adjunt explica com la fusió de dos forats negres produeix les ones observades. El moviment en espiral s’accelera i arriba ser ser major de la meitat de la velocitat de la llum (v/c = 0.5) mentre l’energia es va emetent en forma d’ones gravitatòries.

LIGO_Events_Timeline

Hem sabut també que hi ha un altre esdeveniment registrat el 12 d’octubre però amb una relació senyal/soroll baixa. Encara no està, per tant, confirmat. Es veu que LIGO, fa poc millorat, funciona i ha estat capaç de captar tres senyals en el seu primer període d’observació.

A mesura que LIGO continue funcionant i la seua sensibilitat augmente amb el temps i, que a més a més, en els anys vinents, es dispose d’altres detectors de radiació gravitatòria en Europa (Virgo), la Índia (LIGO), etc. la nostra visió del cel canviarà, sense dubte, la comprensió que tenim de l’Univers.

Més informació: Si desitgeu llegir una explicació una mica més tècnica, passeu per l’interessant article GW151226: Nueva onda gravitacional detectada por Advanced LIGO, del sempre interessant bloc La Ciencia de la Mula Francis.

Article original: GW151226: Observation of Gravitational Waves from a 22-Solar-Mass Binary. Physical Review Letters.

Imatges:
1.- Aquesta il·lustració artística mostra la fusió dels sistemes binaris de forats negre GW150914 (imatge esquerra) i GW151226 (imatge de la dreta). Els parells de forats negres es mostren conjuntament en aquesta il·lustració, però en realitat es van detectar en diferents moments, i en diferents parts del cel. Les imatges estan a escala per mostrar la diferència en la massa dels forats negres. En el cas de GW150914, els forats negres eren 29 i 36 vegades la del nostre Sol, mentre que a GW151226, els dos forats negres tenien una massa de 14 i 8 masses solars. Crèdit de la imatge: LIGO / A. Simonnet.
2.- El senyal GW151226 observat pels detectors de Hanford (columna esquerra) i Livingston (columna dreta), on els temps són relatius a les 03:38:53.648 UTC.En la primera fila es presenten els valors donats pels dos detectors, on les dades s’han filtrat. En negre es representa el millor ajust al valor de les dades.
La segona fila represent el diagrama Temps – freqüència de les dades de deformació de  GW151226 . A diferencia del senyal GW150914, el nou senyal no és fàcilment visible.
3.- Primer període observacional de LIGO. Dos senyals confirmats i una en estudi. Un gran èxit. LIGO.

La predicció d’Einstein s’ha fet realitat

14

BHmerger_LIGO_960

Ho han aconseguit. Ahir a la vesprada l’expectació era màxima en tot el món científic per veure si era certa la filtració que finalment la darrera de les prediccions de la Teoria de la Relativitat d’Einstein s’havia acomplit.

La conferència de premsa a la seu de la National Science Fundation (NSF) a Washington DC (EUA) començà amb el parlament del director executiu de LIGO, David Reitze: Senyores i senyors, hem detectat les ones gravitatòries. Ho hem aconseguit.  Hem tardat mesos per confirmar que realment eren ones gravitatòries, però el que és veritablement emocionant és el que ve després, obrim una nova finestra a l’Univers“.

Aquí està la importància del descobriment. Finalment una nova era en l’astronomia s’obre davant nostre. Objectes molt difícils de veure com són els forats negres es faran visibles a través del seu moviment, per les pertorbacions que produeixen en el teixit de l’espai-temps. Podrem veure el mateixa essència de l’Univers. Podrem començar a comprendre com és l’Univers de veritat, veurem les ones dels objectes massius que es mouen i provoquen ones com els vaixells fan ones en la mar. En la conferència de premsa es tenia en ment aquesta idea que han arribat a comparar amb la primera observació del cel amb un telescopi per Galileo Galilei.60212_LIGO_web

El 14 de setembre de 2015 a les 09:50:45 UTC, un senyal d’una durada molt curta passà quasi simultàniament (amb una diferència de 7 milisegons, confirmant que les ones viatgen a la velocitat de la llum) pels detectors del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) situats un a Luisiana i l’altre a l’estat de Washington, estacions separades uns 3000 km. La forma del senyal no va deixar cap dubte. Era el que havien esperat tant de temps i era exactament igual al que havien mostrat les simulacions numèriques prèvies.

L’anàlisi del senyal rebut revelava que era resultat de la col·lisió violenta d’un forat negre d’unes 29 masses solars contra un altre de 26 masses solars. Aquest fet ocorregué a una distància d’uns 1300 milions d’anys llum, sembla que en la direcció del Gran Núvol de Magalhães. I l’unió dels dos forats negres en un únic forat negre va ser tan violenta que unes 3 masses solars (3 Sols!) es van convertir en energia emesa en forma d’ones gravitatòries. Tota eixa energia, capaç de distorsionar l’espai-temps, va estar emesa en una fracció de segon i ha viatjat a la velocitat de la llum durant eixos més de mil milions d’anys fins arribar a nosaltres.Dossenyals

Aquesta gran fita de l’astrofísica relativista que ens contaven en directe ahir de vesprada des de Washington ja ha estat publicada en la revista científica Physical Review Letters Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger. Un futur premi Nobel s’està ja coent.

El xoc dels dos forats negres i el viatge de les ones gravitatòries fins a la Terra es pot veure en el següent vídeo. És el que es mostrà en la conferència de premsa.

Ací està la frase de France Córdova, directora de la National Science Foundation, en presentar el descobriment de les ones gravitacionals ahir. Em lleve el barret i em dóna una enveja del que podríem fer per ací i no es fa..

France-CórdovaEn 1992, quan es van aprovar els fons inicials per a LIGO, van representar la major inversió que la NSF haguera fet mai. Era un gran risc. Però la NSF és l’agència que ha de prendre aqueix tipus de riscos. Recolzem la ciència fonamental i l’enginyeria en els moments del camí cap al descobriment en els quals aqueix camí no és clar. Financem pioners. Per açò els EUA segueixen sent un líder global i avançant en el coneixement“.

Kip Thorne, cofundador de LIGO, i expert en forats negres, tornà a resaltar que LIGO representa el principi de l’astronomia d’ones gravitatòries i donat que LIGO serà tres vegades més sensible en els pròxims anys, baixarà el soroll (efectes aleatoris, pertorbacions conegudes, micro-sismes, etc…) i els detectors podran veure fenòmens no tan violents com els que acabem de detectar.

Kip-Thorne2Després de la tensió dels últims mesos, es notava que la gent estava relaxada i amb ganes de fer broma. Per exemple, France Córdova li ha comentat a Kip Thorne, que també és co-guionista i assessor científic de la pel·lícula Interstellar, si a la vista d’aquests resultats farà la segona part de la pel·lícula: Interstellar 2….

En continuarem parlant.

Més informació: The “sound” of spacetime: Overview. i al bloc de Daniel Marín El nacimiento de la astronomía de ondas gravitacionales.

1.- LIGO detecta ones gravitatòries de dos forats negres en col·lisió. NSF, Aurore Simonnet (Sonoma State U.). Apod de Nasa de l’11 de febrer 2016.
2.- Esquema del descobriment. Gravitational waves, Einstein’s ripples in spacetime, spotted for first time. Science Magazine.
3.- Els dos senyals simultànis a Luisiana i Washington.
4.- France Córdova, directora de la National Science Foundation.
5.- Kip Thorne, cofundador de LIGO.

Les ones gravitatòries descobertes?

4

Ecos del Cosmos: Ones gravitacionals

Les ones gravitatòries – ones de l’espai-temps causades pel moviment d’objectes densos com ara estels de neutrons binaris — són la darrera de les prediccions de la teoria de la Relativitat d’Einstein que encara queda per confirmar. 100 anys després de la predicció d’Albert Einstein, la seua detecció directa encara no s’ha aconseguit. Això és fins ara, ja que sembla que demà dijous els científics de l’experiment LIGO oferiran una roda de premsa en la National Science Foundation (Washington, EUA) i, potser, confirmen que les ones gravitatòries causades per un gran col·lapse còsmic han travessat el seu detector i ha deixat un senyal ben visible.

El vídeo mostra de manera molt didàctica que són les ones gravitatòries. Els físics Umberto Cannella i Daniel Whiteson expliquen que són i per què causen arrugues en l’estructura de l’espai-temps, com funciona el detector LIGO i com la detecció d’aquestes ones tan dèbils i esquives obrirà la porta a una nova astronomia: l’astronomia gravitatòria.

Avui dijous 11 de febrer a les 16:30, hora catalana, podrem seguir en streaming, en directe, la conferència de premsa dels científics de Caltech, MIT i la Col·laboració Científica LIGO.

L’enllac per veure-ho en directe és aquest:

LIGO Update on the search for Gravitational Waves

Només cal posar nom i lloc per questions estadistiques.

També es pot veure a través de Youtube

https://youtu.be/zyo4DFr4D4I

O1_BeginsEn les últimes setmanes s’han succeït els rumors sobre una possible detecció d’ones gravitatòries. En particular, s’ha filtrat que el senyal detectat correspon a la radiació emesa durant la col·lisió de dos forats negres en un sistema binari, i que la detecció té una confiança estadística superior a 5 sigma. D’ací poc en sabrem més.

Fa uns mesos ja parlarem de les ones gravitatòries i la seua detecció al nostre programa de ràdio Ecos del Cosmos amb un expert en el tema, José A. Font.

El Grup de Relativitat i Gravitació de la Universitat de les Illes Balears és un dels grups pioners a l’estat en l’estudi de les ones gravitatòries. Col·labora amb el detector LIGO.

Té una sèrie de videos i jocs educatius per fer entendre que són aquestes ones i la importància del seu descobriment.

Imatge:

1.- Animació en dues dimensions de les ones gravitacionals generades per dues estrelles de neutrons que orbiten entre si. Viquipèdia, Wikimedia Commons.

2.- Sala de control de LIGO.

 

100 anys de relativitat

2

Estatua_de_Einstein._Parque_de_Ciencias_Granada

El 25 de novembre de 1915, Albert Einstein, que ja havia revolucionat la física deu anys abans amb la Teoria de la Relativitat Especial, va presentar a l’Acadèmia Prussiana de les Ciències, a Berlín, l’extensió d’aquesta teoria, la seua Teoria de la Relativitat General. Potser no som conscients de les portes científiques i tecnològiques que aquest treball va obrir al progrés de la humanitat, però sense aquest avanç científic el món en que vivim seria ben diferent.

Einstein no havia quedat del tot satisfet amb la seua teoria de la Relativitat Especial l’any 1905. S’havia eliminat el concepte de simultaneïtat en l’espai: un objecte tenia un temps propi depenent de la seua velocitat. És a dir, el temps d’un objecte mòbil es retarda a mesura que la seua velocitat s’acosta a la velocitat de la llum. No hi ha un temps universal per a tots els observadors com preveu la física clàssica. Tanmateix els objectes reals es mouen en l’espai entre grans masses com les dels planetes, del Sol i de les estrelles. Que passava si s’incorporava la gravetat a la teoria de la relativitat especial? És a dir, calia construir una teoria de la gravitació relativista.

Einstein va trigar uns deu anys en poder contestar aquesta pregunta, enmig de terribles problemes familiars. Però així com en la teoria del 1905 les formules que l’expliquen són ben senzilles i fàcils d’entendre, les equacions de la Relativitat General que va exposar per primera vegada a l’Acadèmia Prussiana de les Ciències són d’una complexitat enorme.

Einstein-equationsPer als lectors d’aquest apunt només ens cal entendre que el que aquestes equacions ens diuen  són l’equivalència entre la matèria-energia de l’Univers i la seua geometria. La part esquerre de la igualtat (on estan les R) ens indica com es comporta l’espai-temps, com es deforma, quin és el camí que segueix la llum, mentre que la part dreta (amb al G, T, c…) ens dóna el contingut matèria i energia de l’Univers. Dit d’una altra manera, la matèria deforma la geometria de l’univers, mentre que la forma de l’espai-temps indica com s’han de moure els objectes. Per tant la Teoria de la Relativitat General és una nova Teoria de la Gravetat, que ha fet més general  la teoria de la Gravitació de Newton.

Parafrasejant John Wheeler, la Teoria de la Relativitat General d’Einstein pot resumir-se d’aquesta manera: l’espai-temps diu a la matèria com ha de moure’s; la matèria diu a l’espai temps com ha de corbar-se.

ch23img3lanvaldfnv

La teoria de la Relativitat General va tindre un enorme èxit des que fou anunciada. Aconseguí explicar el moviment anòmal de Mercuri, que fins aquell moment portava de cap els astrònoms. El periheli del planeta, el punt més pròxim al Sol, no està en un punt fixe en l’espai sinó que va precessant (dibuix dreta). En la marc de la teoria de la Gravetat de Newton l’òrbita ha de ser estable (dibuix esquerra) i, per tant, aquest fenomen no tenia 3cfSAexplicació. Einstein aconseguí explicar-ho com a resultat de la deformació de l’espai-temps causat per la gran massa solar.

L’experiment, però, que confirmà que la teoria d’Einstein era correcta va ser comprovar que el camí que segueix la llum que prové de les estrelles es corba en presència d’una gran massa. Aquest desplaçament de la posició de les estrelles es comprovà en l’observació de l’eclipsi de Sol de 1919. Una vegada amagat el Sol darrere de la Lluna, les estrelles del voltant eren visibles i podien ser fotografiades. Es comprovà que no estaven en la seua posició correcta sinó desplaçades. Per tant la llum es corba en presència d’una massa. Aquesta confirmació de la teoria de la gravetat d’Einstein fou tan espectacular que aparegué en portada dels principals diaris del món. L’experiment s’ha fet múltiples vegades. Una Cassini-science-brprova d’alta precisió de la bondat de la Relativitat General es va realitzar fa uns anys aprofitant l’alineació de la sonda Cassini que està a Saturn, el Sol i la Terra. Els senyals de ràdio enviats entre la Terra i la sonda (ona verda) es va retardar i desviar per la deformació de l’espai-temps (línies blaves), a causa de la massa del Sol.

Però la exactitud de la teoria d’Einstein s’ha confirmat també en el fenomen de les lents gravitacionals. Galàxies massives deformen l’espai temps i fan que la imatge d’altres galàxies més llunyanes apareguen deformades i amplificades.  Moltes vegades aquestes galàxies apareixen com a filaments corbats formant una espècie d’anell de llum.

Una de les prediccions de la Teoria de la Relativitat encara no ha estat totalment confirmada. En principi les masses en moure’s han de provocar unes ones de l’espai-temps. Aquestes encara no han estat observades però diversos experiments estan ja preparats per observar-los abans que s’acabe la dècada, segons ens asseguren els experts. De moment només se les ha detectat de manera indirecta en el moviment d’estels pulsars binaris. Per exemple, només l’existència d’aquestes ones gravitacionals pot explicar el moviment del púlsar binari PSRpulsar B1913+16. Les dues estrelles de neutrons en òrbita estan convergint a poc a poc a causa de la pèrdua d’energia per radiació gravitatòria, cosa que farà que el sistema col·lapse en uns 300 milions d’anys.

La Relativitat General ens ha permés explicar l’Univers com un tot, el seu origen i la seua evolució, el que en diem Cosmologia. Però també ha permés explicar els objectes de gran massa, els objectes compactes com ara els forats negres, els estels de neutrons i la física de la gravetat extrema. A més a més ha tingut un enorme impacte en la societat. Per exemple, l’extrema precisió del GPS no seria possible sense tindre en compte els efectes relativistes. En aquest article també podreu veure uns altres curiosos efectes conseqüència de la relativitat.

Finalment recordar-vos que la pel·lícula Interstellar de Christopher Nolan (2014) utilitza de manera notable i acurada els efectes predits per la Relativitat d’Einstein per desenvolupar la trama. Si no l’heu vista encara no badeu. Seria un bonic homenatge a la grandiosa figura d’Einstein.

Figures:
1.- Estàtua d’Albert Einstein a l’entrada del Parque de las Ciencias de Granada.
2.- Equacions d’Einstein.
3.- Que significa cada terme de les equacions d’Einstein.
4.- Precessió del periheli de Mercuri.
5.- Experiment de la deflacció de la llum realitzat amb la sonda Cassini.
6.- Esquema del pulsar doble PSR B1913+16.

Ecos del Cosmos: 25 anys amb el Hubble

0
Publicat el 25 d'abril de 2015

Avui, el telescopi espacial Hubble fa 25 anys a l’espai. L’instrument que ha canviat la nostra percepció de l’Univers es llançà a bord del transbordador Discovery, en la missió STS-31, el 24 d’abril de 1990. El dia següent, el 25 d’abril, amb l’ajut del braç robòtic i d’algun passeig espacial, el Hubble va ser desplegat en la seua òrbita definitiva per la tripulació del transbordador.

Avui toca celebrar els 25 anys d’èxits i parlar de la revolució dels coneixements de l’univers que ens ha regalat el telescopi Hubble. I és que el Telescopi Espacial Hubble ha canviat significativament la nostra visió de l’Univers. Alguns dels descobriments més innovadors realitzats en el camp de l’astronomia del segle XX han estat realitzats pel Hubble, la qual cosa ha permès als astrònoms comprendre millor el món en què vivim i investigar encara més entorn dels seus misteris.

Hui parlem del Hubble i dels seus descobriments més importants


Podcast, Ecos del Cosmos, 24 d’abril 2015

Hui celebrem el 25è aniversari del llançament del Telescopi Espacial Hubble i parlem de la seua repercussió en la ciència que ha donat una nova visió de l’univers. En En aquell temps rememorem la figura d’Edwin Hubble, en I a mi què, parlem de l’aplicació de la tecnologia del Hubble en la vida quotidiana. I, a més, les nostres seccions habituals Actualitat Astronòmica i el nostre Astroconcurs.

Més informació:

La web creada per a l’aniversari: Hubble 25 Anniversary.

El lloc web on trobar les seues imatges: Hubble site.

El Hubble Heritage Project website. On s’han triat les millors imatges del telescopi Hubble, s’han millorat i s’han explicat per experts amb la finalitat d’educar i inspirar.

Vídeo: Zoom en la Nebulosa de l’Ull de Gat. ESA, NASA, HEIC, NOT, Digitized Sky Survey 2, G. Bacon and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA) and R. Corradi (Isaac Newton Group of Telescopes, Spain)

Hubble, 25 anys de descobriments

0
Publicat el 24 d'abril de 2015

hubble

Avui, el telescopi espacial Hubble fa 25 anys a l’espai. L’instrument que ha canviat la nostra percepció de l’Univers es llançà a l’espai a bord del transbordador Discovery, en la missió STS-31, el 24 d’abril de 1990. El dia següent, el 25 d’abril, amb l’ajut del braç robòtic i d’algun passeig espacial, el Hubble va ser desplegat en la seua òrbita definitiva per la tripulació del transbordador.

El telescopi espacial Hubble és un telescopi robòtic amb un espill de 2,5 metres de diàmetre localitzat en les vores exteriors de l’atmosfera terrestre, en òrbita al voltant de la Terra a uns 500 quilòmetres d’alçada.  El seu període orbital es troba entre 96 i 97 minuts. Concebut des de finals dels anys 70, és un projecte conjunt de la NASA i de l’ESA, l’Agència Espacial Europea.

Des del moment que s’instal·là s’usa d’una forma diferent a la de tots els instruments llançats a l’espai fins aquell moment. Qualsevol investigador de qualsevol país el pot utilitzar de la mateixa manera que pot optar a qualsevol telescopi terrestre.telescope_essentials_data2_lg Només ha de fer una petició raonada i un informe tècnic que un comité científic valorarà. I n’hi ha tanta demanda que, actualment, es calcula que només una cinquena part de les peticions d’ús del Hubble són ateses. Això dóna a entendre el gran interés dels astrònoms per tindre accés a objectes celestes només assolibles amb aquest telescopi.

I fins a finals dels anys 90 el Hubble continuà sent innovador i inclús  hi havia un programa de petició de temps per a astrònoms aficionats, però les restriccions de pressupostos i de personal no van permetre la seua continuïtat.

Hermann Oberth, el pare de l’astronàutica alemanya, va veure la necessitat de disposar d’un gran telescopi a l’espai ja l’any 1923. L’astrònom nord-americà Lyman Spitzer va escriure un famós informe l’any 1946 en què discuteix sobre els avantatges de tindre un observatori astronòmic extraterrestre.

L’avantatge de disposar d’un telescopi més enllà de l’atmosfera radica principalment en què, d’aquesta manera, es poden eliminar els efectes de la turbulència atmosfèrica (un malson per als astrònoms), cosa que permet aconseguir la màxima resolució òptica de l’instrument. A més l’atmosfera terrestre absorbeix fortament la radiació electromagnètica en certes longituds d’ona. Especialment en l’infraroig no es pot observar des de terra, ni en la zona de l’ultraviolat. A més a més és impossible fer espectroscòpia en certes bandes a causa de l’absorció de l’atmosfera terrestre.

També cal afegir que els telescopis terrestres es veuen afectats per factors meteorològics, com ara la presència de núvols, o per pols o turbulències i, d’altra banda, la contaminació lumínica ocasionada pels grans assentaments urbans fa que només es puguen situar els grans telescopis en zones molt allunyades. Un observatori com el Hubble que evite tots aquests problemes inherents a l’observació des de terra, ha de ser, per tant, molt preuat.

Problemes inicials

L’any 1990, una vegada va estar el Hubble en òrbita, tot el món esperava les primeres imatges espectaculars dels planetes, de les nebuloses, de les galàxies però aviat s’adonaren que les imatges estaven totes borroses! Que havia passat? 1600 milions de dòlars llençats al fem per a un telescopi miop? Els enginyers de la NASA anaven de bòlit tractant d’esbrinar què havia passat. Finalment s’adonaren que l’espill del telescopi no enfocava bé els objectes i produïa una imatge amb aberració esfèrica. La culpable, l’empresa constructora de l’òptica.

El telescopi espacial havia estat llançat a l’espai amb el seu espill principal tallat perfectament… però amb la forma equivocada. No era un error molt gran, tan sols d’una vint-i-cinquena part del grossor d’un cabell humà. El microdefecte va ser suficient per a fer que el telescopi d’1600 milions de dòlars, fóra miop i ens regalara unes imatges mai no vistes d’un extraordinari univers…….borrós.

800px-Improvement_in_Hubble_images_after_SMM1Va caldre enviar la primera missió de manteniment del Hubble l’any 1993, per canviar la càmera Wide Field Planetary Camera 1, per la nova Wide Field Planetary  Camera 2 que portava una òptica incorporada per focalitzar bé, una mena d’ulleres. Mireu, abans i després. Amb aquesta càmera es va obtenir, per exemple, la imatge més profunda, la d’objectes més llunyans i més antics (que ve a ser el mateix), el Camp Profund del Hubble.

Tot ha anat bé des d’aleshores. I d’altres missions del transbordador han anat canviant equips obsolets o espatllats.

Ghostscript 24 bit color image dumpGhostscript 24 bit color image dump

Però tots aquests problemes inicials ja s’han resolt afortunadament. Avui toca celebrar els 25 anys exitosos a l’espai i parlar de la revolució dels coneixements de l’univers que ens ha regalat el telescopi Hubble. I és que el Telescopi Espacial Hubble ha canviat significativament la nostra visió de l’Univers. Alguns dels descobriments més innovadors realitzats en el camp de l’astronomia del segle XX han estat realitzats pel Hubble, la qual cosa ha permès als astrònoms comprendre millor el món en què vivim i investigar encara més al voltant dels seus misteris.

Fem un ràpid repàs dels descobriments més importants.

Camps profunds

Una de les raons principals per la qual va ser construït el telescopi espacial Hubble fou per a mesurar la grandària i l’edat de l’univers i provar les últimes teories sobre el seu origen.

Hubble_ultra_deep_fieldsUn gran resultat relacionat amb aquest objectiu va ser aconseguir les Deep Fields (Camp Profund, Camp ultra profund). Són observacions que Hubble ha anat fent en zones molt petites del cel, on aparentment no hi havia res per observar i que, després de mirar durant molt de temps (dies, fins i tot), han anant apareixent milers de galàxies dèbils que no es coneixien. Això ha estat un resultat sorprenent que ningú no s’esperava. I en alguns d’aquests Camps Profunds s’ha aconseguit veure galàxies que daten de només 500 milions d’anys després del Big Bang. El que ens ensenya aquest descobriment és que si mirem molt de temps amb un telescopi a qualsevol direcció de l’univers trobarem milers i milers de galàxies. Un resultat impressionant.

Amb els Camps Profunds els astrònoms van poder veure amb claredat, per primera vegada, el moment en què les galàxies s’estaven formant. Les imatges d’aquestes galàxies febles donen pistes “fòssils” sobre la forma que va tindre l’univers en un passat molt remot i com va poder haver evolucionat amb el temps.

Expansió accelerada

Amb el Hubble també s’ha aconseguit esbrinar el ritme i la forma en què l’Univers s’expandeix. I resulta que no només s’expandeix, sinó que ho fa de manera accelerada. Durant molts anys els cosmòlegs han estat discutint sobre si l’expansió de l’Univers s’aturaria en algun futur distant o si continuaria eixamplant-se  per sempre. I això depenia de la quantitat de massa que té l’Univers en conjunt i, en conseqüència, de quina és la densitat de l’Univers.

Doncs ara sabem que, per les observacions de supernoves llunyanes dutes a terme amb el Hubble, l’expansió no està disminuint en absolut, sinó que, a causa d’alguna propietat misteriosa de l’espai, denominada energia fosca, l’expansió s’està accelerant. Aquesta conclusió sorprenent és el resultat dels mesuraments combinats en observar supernoves llunyanes amb els millors telescopis del món, inclòs el Hubble.

El descobriment de l’expansió accelerada de l’Univers va permetre que l’any 2011 tres astrònoms, Saul Perlmutter, Adam Riess i Brian Schmidt, obtingueren el Premi Nobel de Física.

Esclats de raigs gamma

Les observacions realitzades amb el telescopi espacial Hubble han aconseguit posar llum a un misteri: els esclats de Raigs Gamma (GRB, en anglés). Són emissions molts curtes d’aquesta radiació tan energètica, només observables des de telescopis amb detectors d’alta energia en òrbita. Són tan curtes que de vegades no s’aconseguia distingir la seua petjada visible des de terra. En ser tan energètics semblava que no estarien associats a estrelles. Avui, en part a causa del Hubble, sabem que aquestes explosions s’originen en altres galàxies, sovint a molt grans distàncies.

Després de les observacions del Hubble de l’atípica supernova SN1998bw i de l’esclat de raigs gamma GRB 980425, semblà plausible una connexió física d’aquests dos esdeveniments. Però altres treballs associen els esclats al xoc i col·lapse d’un sistema binari d’estrelles de neutrons.

hs-2005-37-a-large_web

Mirant els planetes

El telescopi espacial Hubble ha dedicat també part del seu temps d’observació a investigar els objectes més pròxims com els cossos del Sistema Solar.

Les imatges del Hubble d’alta resolució dels planetes i llunes del nostre Sistema Solar només poden ser superades per les fotos preses per naus espacials que hi han anat, al seu costat. Hubble, fins i tot, té un avantatge sobre aquestes sondes: pot veure aquests objectes de manera regular, per la qual cosa pot observar-los durant períodes molt més llargs que qualsevol sonda que haja passat a prop. El control regular de les superfícies planetàries és vital en l’estudi d’atmosferes i geologia planetàries.

Ghostscript 24 bit color image dumpA més Hubble és més versàtil per a l’observació planetària. Pot reaccionar ràpidament a successos inesperats que ocorren en el Sistema Solar. Per exemple, açò ens va permetre veure l’impressionant xoc dels trossos del cometa Shoemaker-Levy 9 en l’atmosfera de Júpiter durant uns quants dies del mes de juliol de 1994. Hubble va seguir els fragments del cometa en el seu últim viatge i va enviar increïbles imatges en alta resolució de les cica0124atrius de l’impacte.

Hubble també ha observat el planeta Mart, sobretot en les oposicions, Saturn i les seues llunes i, per suposat Plutó i les llunes que l’envolten. I fins i tot ha descobert noves llunes, així com un planeta nan més enllà de Plutó, la qual cosa va conduir a discutir si Plutó és un planeta. I això comportà la rebaixa final de categoria espacial del  cos celeste.

hs-2009-12-a-full-jpg

 

 

 

Formació planetària

Han estat molt importants les observacions de Hubble que han servit per confirmar les teories de la formació dels planetes. Abans del llançament del telescopi, s’estava segur que el Sol s’havia format a partir d’una nebulosa de gas i pols, que es comprimí deixant al seu voltant un disc de residus del qual, per acreció, s’anaren formant els planetes. Tot molt bonic, però no es tenien altres exemples. Com saber si la teoria era correcta?

L’alta resolució de la càmera del Hubble va permetre, per primera vegada, observar aquests discos de gas i pols, (en anglés “proplyds” de protoplanetary disks), al voltant d’estrelles acabades de nàixer en la nebulosa d’Orió. Recorde perfectament les imatges dels discos menuts amb un punt roig al centre en una imatge del Hubble de l’any 1995. El descobriment va causar impacte. A partir d’aquell moment es va tindre la certesa que existien segurament altres planetes fora del sistema solar i que es formaven com ho va fer el nostre.

Orion Nebula proplyd atlas

Però Hubble també ha tractat d’observar planetes ja formats fora del Sistema Solar. Així és com l’any 2008, va aconseguir fotografiar per primera vegada un planeta extrasolar en llum visible. I així va ser com vam poder veure el planeta Fomalhaut b, un planeta gegant gasós d’aproximadament tres vegades la massa de Júpiter en òrbita de l’estrella Fomalhaut. Dins del disc de residus que l’envolta, un petit punt brillant va canviant de posició d’any en any.

Però fins i tot, fa ben poc, l’any 2012 Hubble descobrí un nou tipus de planeta extrasolar: un món aquàtic, una espècie de Waterworld extraterrestre, envoltat per una atmosfera densa i humida.

hs-2008-39-a-web_print

Forats negres supermassius galàctics

Les altes prestacions del telescopi Hubble no només han confirmat l’existència dels forats negres, sinó que amb l’alta resolució de les càmeres de Hubble s’ha demostrat que efectivament els forats negres existeixen i que, a més a més, el centre de totes les galàxies espirals tenen un forat negre supermassiu, un monstre d’uns quants milions de masses solars. De fet, Gargantua, el forat negre de la pel·lícula Interstellar, és un forat negre d’aquest tipus. No s’han inventat res. I això ho sabem ara gràcies a les observacions fetes amb el Hubble.

Però no ho saben tot encara, per sort. El perquè d’aquesta associació, forat negre – galàxia és encara un misteri que caldrà esbrinar. Això té moltes implicacions per a la teoria de formació i evolució de les galàxies.

hs-1998-22-a-web_print

Lents gravitatòries com a telescopis còsmics

Tothom té assumit en el nostre subconscient que la llum viatja en línia recta. Ho veiem cada dia. Però realment això no és així. Einstein ja va demostrar el 1915, fa 100 anys!, que els objectes massius deformen el teixit de l’espai-temps. Així que quan la llum d’un objecte llunyà passa prop d’una galàxia o d’una estrella, la seua trajectòria es corba cap a ells. Aquest efecte s’anomena lent gravitatòria i s’observa en ben poques ocasions. S’ha de tindre la sort de tindre alineats un objecte llunyà amb una galàxia relativament pròxima. I només la sensibilitat de telescopis com el Hubble les pot estudiar detalladament. De vegades els rajos que vénen en diferents direccions de l’objecte llunyà es dobleguen formant múltiples imatges de la galàxia original. Un exemple recent ha estat veure com una supernova d’una galàxia distant mostrava quatre imatges a causa de la distorsió d’un cúmul de galàxies pròximes.

hs-2015-08-a-web_prints

Matèria fosca

Les observacions amb el Hubble han permés també estudiar la misteriosa matèria fosca. Actualment es creu que unes 3/4 parts de la massa de l’Univers està formada per una matèria que no emet llum, una substància molt diferent de la que composa el món que ens envolta.

La matèria fosca interactua només amb la gravetat, la qual cosa significa que no reflecteix, ni emet, ni tapa la llum de les estrelles. Per això, no es pot observar directament. Ara bé els estudis fets amb el Hubble de com els cúmuls de galàxies dobleguen la llum que passa per ells (les lents gravitatòries de les quals hem parlat abans) permeten deduir on es troba la massa oculta. A partir de les observacions ja s’han fet mapes indicant on està aquesta massa fugissera.

L’enigma de la naturalesa d’aquesta fantasmal matèria encara estem lluny de resoldre’l. Ho comprendrem algun dia? Segur.

Nova visió de l’Univers

Hubble ens ha canviat la nostra visió de l’Univers. Abans de Hubble era com si miràrem el cel amb ulleres brutes. Amb Hubble hem vist el cel directament sense les ulleres, molt més clar i sense impediments. El telescopi espacial és una de les missions científiques més reeixides i duradores de la NASA i de l’ESA. Ha retornat a la Terra centenars de milers d’imatges, llançant llum sobre molts dels grans misteris de l’astronomia. La seua mirada ens ha ajudat a determinar l’edat de l’univers, la identitat dels quàsars i l’existència de l’energia fosca.

I què li passarà finalment a Hubble? Segons el que li queda de combustible sembla que podrà durar fins el 2020 o 2030. Ja s’està preparant un substitut, el telescopi James Webb, amb un nou disseny… però d’això ja en parlarem un altre dia.

Més informació:

La web creada per a l’aniversari: Hubble 25 Anniversary.

El lloc web on trobar les seues imatges: Hubble site.

El Hubble Heritage Project website. On s’han triat les millors imatges del telescopi Hubble, s’han millorat i s’han explicat per experts amb la finalitat d’educar i inspirar.

Imatges:
Foto 1. Hubble observat des d’un transbordador.
Foto 2. Transferència de dades des del Hubble.
Fotos 3. Imatge abans i després de la reparació, 1993
Foto 4. Columnes de gas en la Nebulosa de l’Àguila(M16): Pilars de la Creació. Zona de formació estel·lar. NASA, ESA, STScI, J. Hester and P. Scowen (Arizona State University).
Foto 5. Aquesta imatge d’alta resolució del camp ultra profund del Hubble HUDF inclou galàxies de diferents edats, mides, formes i colors. Les més petites i vermelles, unes 100, són de les més distants i ja existien quan l’univers tenia tot just 800 milions d’anys. NASA/ESA.
Foto 6. Nebulosa del Cranc (M1). Gas en expansió de la supernova 1054.NASA, ESA, J. Hester and A. Loll (Arizona State University).
Foto 7. Imatge en color dels impactes múltiples del cometa P/Shoemaker-Levy 9 en Júpiter. NASA/ESA
Foto 8. Imatge de Mart durant l’oposició del 2001. NASA/ESA
Foto 9. Quatre llunes al voltant de Saturn. NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Foto 10. Sistemes protoplanetaris en Orió. NASA, ESA and L. Ricci (ESO)
Foto 11. Imatge de Fomalhaut i Fomalhaut b Credit: NASA, ESA, P. Kalas, J. Graham, E. Chiang, E. Kite (University of California, Berkeley), M. Clampin (NASA Goddard Space Flight Center), M. Fitzgerald (Lawrence Livermore National Laboratory), and K. Stapelfeldt and J. Krist (NASA Jet Propulsion Laboratory)
Foto 12. Un disc de pols envolta un fotat negre supermassiu en la galàxia espiral NGC 7052. Roeland P. van der Marel (STScI), Frank C. van den Bosch (Univ. of Washington), and NASA.
Foto 13. Hubble veu com una supernova es separada en quatre imatges per una lent còsmica. NASA, ESA, and S. Rodney (JHU) and the FrontierSN team; T. Treu (UCLA), P. Kelly (UC Berkeley), and the GLASS team; J. Lotz (STScI) and the Frontier Fields team; M. Postman (STScI) and the CLASH team; and Z. Levay (STScI)

Interstellar: tot el que volies saber

11
Publicat el 4 de gener de 2015

Interstellar01

La pel·lícula de Christopher Nolan que conta la peripècia d’uns astrònoms amb la missió de salvar la humanitat és el film més interessant de l’any 2014 per l’argument, per la reflexió que fa sobre el possible futur de la vida a la Terra però sobretot per l’acurada precisió en l’aplicació de les lleis de la relativitat general d’Einstein. Ja fa temps que tenia pendent parlar d’aquest film en el bloc però, fa uns dies vam estar parlant amb el professor del departament d’Astronomia i Astrofísica de la Universitat de València José Antonio Font Roda, el camp d’investigació del qual és justament relativitat i gravitació.

1. Les freqüents relliscades presents en superproduccions cinematogràfiques, l’escàs rigor amb que la ciència i la tecnologia són il·lustrades en la gran pantalla, la falta de precisió… poden donar la imatge que ciència i cinema són dos mons incompatibles i antagònics. Què n’opina vostè?

És possible que així siga encara que d’altra banda crec que es pot arribar a un tipus de conclusió similar si s’analitza el tractament que altres àrees del coneixement han tingut en el cinema, com per exemple la història, l’antropologia, o les ciències jurídiques. Possiblement si un expert en dret analitza una pel·lícula que tracte sobre judicis i advocats arribe a la mateixa conclusió — dret i cinema són dos mons incompatibles — per no esmentar el que pot arribar a ocórrer en terrenys més relliscosos com és el cas de la història. Minimitzar els errors i augmentar la veracitat de les pel·lícules requereix temps (formació i revisió) i diners (assessorament professional), la qual cosa no té per què ser prioritari en una producció cinematogràfica.

Interstellar022. En les darreres setmanes ha copsat les cartelleres una pel·lícula de ciència ficció, Intestellar, que està tenint gran rebuda tant entre el públic com entre els crítics del cinema. Com a especialista en astrofísica, quina és la seua valoració de la pel·lícula? Malgrat ser una ficció, és realista en termes científics? En definitiva, hi pesa més la ciència o la ficció?

La meua valoració de la pel·lícula “Interstellar” és bastant positiva doncs conté un bon nombre d’aspectes científics que de forma natural la fan molt interessant per als que ens dediquem professionalment a la investigació en relativitat i gravitació. Hi ha aspectes com la representació del forat negre en rotació amb un disc d’acreció al seu voltant o l’ús de la dilatació temporal gravitatòria que són realistes, en el sentit que són el resultat d’aplicar les lleis de la teoria de la relativitat general.

Hi ha altres aspectes relativistes més difícils d’entendre i més especulatius que també poden ser interessants i que sembla que s’han utilitzat implícitament en el desenllaç final de la pel·lícula quan l’astronauta Cooper (interpretat per Matthew McConaughey) es troba atrapat a l’interior del forat negre, en el teseracte. En el nostre espai quadridimensional el temps només flueix en una direcció (cap avant) al contrari del que ocorre en la pel·lícula, la qual cosa és una picada d’ullet a teories de més dimensions com ara les branes de la teoria M.

Interstellar05Malgrat que la ciència té un pes molt important en la pel·lícula, la ficció té, a la meua manera de veure, un pes encara major. Per exemple, la presència d’un forat negre supermassiu en les proximitats de Saturn és pura ficció. De la mateixa forma, la mera existència de forats de cuc a través dels quals es puga viatjar és més que dubtosa (la seua creació comporta un canvi de la topologia espacial de l’espai-temps) i, de fet, la nostra comprensió actual de la natura nega fins i tot la seua existència. Un forat de cuc no és més que un concepte purament matemàtic del que no existeix confirmació observacional, és simplement una solució matemàticament vàlida de les equacions de camp d’Einstein de la teoria de la Relativitat General. Científics notables com Stephen Hawking o Kip Thorne pensen que és possible no solament que existisquen els forats de cuc sinó que es puga viatjar a través d’ells en les dues direccions (d’entrada i eixida), encara que açò requereix l’existència de matèria “exòtica” (en el sentit de no ordinària com la que constitueix la natura) per a estabilitzar aquest tipus de “túnels” de l’espai-temps. Aquesta matèria exòtica es caracteritza per tenir densitats d’energia negatives, l’existència de la qual podria ser viable, almenys teòricament, per un efecte quàntic denominat efecte Casimir. D’altra banda, en algunes teories més recents que modifiquen la Relativitat General incorporant dimensions extres (més de quatre), s’han trobat solucions matemàtiques admissibles de les equacions de camp tipus “forat de cuc” en els quals es pot viatjar sense necessitat d’utilitzar la hipòtesi de matèria exòtica. La validesa real de totes aquestes possibilitats està encara pendent de ser confirmada.

Interstellar043. Explosions i sons a l’espai, viatges a la velocitat de la llum, planetes amb gravetat terrestre… són alguns dels errors i imprecisions més freqüents a les pel·lícules ambientades en l’espai. En el cas d’Interstellar, ha vist alguna errada o incertesa? I quins són els encerts més destacats? Forats negres, forats de cuc, dilatació temporal… està això ben representat a la pel·lícula?

La pel·lícula, en la seua major part, ha tractat de mantenir el rigor científic encara que s’ha permès alguna llicència artística, supose que per dotar a la trama de certa coherència narrativa. Entre aquestes llicències, que no caldria anomenar errors, estan les ja esmentades anteriorment (la presència del forat negre supermassiu en les proximitats de Saturn i l’existència de forats de cuc pels quals poder viatjar) a les quals cal afegir l’esment a les branes en el desenllaç de la pel·lícula, la qual cosa obliga a l’espectador a acceptar com a vàlida la possibilitat que el temps puga fluir en els dos sentits possibles, que és el que li succeeix a l’astronauta Cooper quan es troba atrapat en el teseracte. Potser alguns dels errors més aparents de la pel·lícula siguen l’existència de gel en els núvols de l’atmosfera d’un dels planetes que visiten els astronautes, l’absència de colors en el disc d’acreció del forat negre mostrant el desplaçament Doppler de l’espectre electromagnètic cap al roig i el blau, o la hipotètica presència de planetes “habitables” en les proximitats del disc d’acreció que ha d’emetre radiació electromagnètica de molt alta freqüència (raigs X).

En contrapartida, la pel·lícula té molts encerts científics. Entre aquests podem citar els quatre següents:

a) Creuar l’horitzó d’esdeveniments d’un forat negre. L’horitzó d’esdeveniments o de successos és la superfície que defineix el forat negre, ja que separa causalment el seu interior (d’on res pot escapar ja que seria necessari assolir una velocitat d’escapament superior a la velocitat de la llum) del seu exterior. Creuar l’horitzó (i no morir en l’intent) és viable depenent de la massa del forat en qüestió. Si el forat negre no té rotació l’horitzó està situat a una distància EquationSque és directament proporcional a la massa del forat negre i a la constant de la gravitació de Newton i inversament proporcional al quadrat de la velocitat de la llum. Si el forat negre té una massa igual a la del nostre Sol, el seu horitzó té una grandària d’uns 3 km. Si és un forat negre supermassiu de, diguem, una massa d’1 milió de sols (s’estima que el forat negre central de la Via Làctia té una massa d’uns 4 milions de sols), el seu horitzó té una grandària d’uns 3 milions de km. En el primer cas, les forces gravitacionals de marea que patiria l’astronauta en els seus peus mentre cau cap al centre del forat negre serien moltíssim més intenses que les que patiria el seu cap, de manera que en creuar l’horitzó l’astronauta patiria un procés d'”espaguetització” del que no n’eixiria sa i estalvi. No obstant açò, en el segon suposat, la magnitud de les forces de marea en l’horitzó de successos d’un forat negre supermassiu és similar a les forces que patim en la Terra, per la qual cosa l’astronauta no notaria res especial en creuar l’horitzó.

b) La representació del forat negre supermassiu en rotació. Per a reproduir un forat negre és necessari descriure el moviment de la matèria i de la radiació en l’exterior del seu horitzó de successos, ja que són els observables que podem intentar detectar. Per a açò es pot analitzar el moviment de partícules prova en el camp gravitatori generat pel forat negre. Aquestes partícules segueixen unes corbes denominades geodèsiques, que matemàticament no són més que equacions diferencials ordinàries que poden resoldre’s amb certa facilitat. En funció de les característiques del potencial gravitatori del forat negre i del moment angular de les partícules prova, és fins i tot possible trobar òrbites circulars estables. Aquest tipus d’òrbites són les que presumiblement es mostren en la pel·lícula, en forma d’un disc de matèria al voltant del forat negre. La reproducció ha de ser, sense dubte, fidel donat que no presenta excessives dificultats numèriques ni de visualització amb el tipus de programari del que es disposa en l’actualitat. De fet, ja l’any 1991 es va presentar aquest tipus de visualització realista d’un disc d’acreció al voltant d’un forat negre com a resultat d’un càlcul numèric pioner realitzat pel Prof. Jean-Alain Marck (Observatoire de Paris-Meudon) i que pot trobar-se, per exemple, en el següent vídeo:

Una breu explicació proporcionada pel propi Kip Thorne de la visualització del forat negre d'”Interstellar” pot veure’s en el vídeo:

c) Dilatació temporal gravitatòria. L’efecte de la dilatació temporal gravitatòria va ser predit per la teoria d’Einstein de la Relativitat General i ha sigut confirmat experimentalment situant rellotges atòmics a diferents altures sobre la superfície de la Terra. Bàsicament ve a dir que quan major és el potencial gravitatori, més lentament passa el temps. En la pel·lícula dos dels protagonistes baixen al planeta Miller mentre que un tercer es queda en la nau. Com el potencial gravitatori és inversament proporcional a la distància, el protagonista que es queda en la nau sent un potencial gravitatori menor que els dos que baixen al planeta. Per a saber si els càlculs de la dilatació temporal que cita la pel·lícula són correctes, caldria conèixer a quina altura es troba la nau respecte del planeta i quina és la dependència de l’acceleració de la gravetat amb l’altura en aquest planeta. Possiblement els càlculs siguen correctes ja que no presenten major complicació.

d) Ones gegants. Les ones gegants del planeta Miller són un efecte cridaner que es produeix com a conseqüència de les forces gravitacionals de marea que experimenta el planeta a causa de la proximitat del forat negre. Aquest efecte és anàleg a les ones dels nostres oceans terrestres, originades per les forces de marea de la nostra Lluna (i del Sol). El fet que en el planeta Miller siguen molt més grans que en la Terra es deu al fet que l’efecte gravitatori que origina la presència del forat negre és molt major que la petita pertorbació que el camp gravitatori de la Lluna origina en la Terra.

El lector interessat a aprofundir en l’explicació de tots i cadascun dels conceptes físics que es discuteixen en “Interstellar” està d’enhorabona, ja que  Kip Thorne mateix, assessor científic de la pel·lícula a més de productor executiu, acaba d’editar un llibre de divulgació en el qual es proporcionen totes aquestes explicacions. El llibre es titula “The Science of Interstellar” (WW Norton, 2014) i, a dia d’avui, es troba tan sols disponible en anglès.

Interstellar03

4. Nolan ha treballat colze a colze amb l’astrofísic Kip Thorne, que l’assessorà sobre l’enfocament científic de la pel·lícula, per exemple en temes com la teoria del forat de cuc, o pont Einstein-Rosen. Creu que aquesta col·laboració ha estat clau en el resultat final d’Interstellar? Considera que caldria treballar sempre amb un comitè assessor en les pel·lícules que tracten aspectes científics?

Sens dubte les idees de Thorne (i d’alguns altres) pel que fa a la possibilitat matemàtica de l’existència de forats de cuc pels quals viatjar entre dos universos paral·lels, són essencials en la pel·lícula. La col·laboració entre Thorne i Nolan en aquest aspecte em sembla d’allò més natural doncs uneix el rigor científic del primer en la descripció i visualització de l’espai-temps d’un forat negre amb el domini cinematogràfic del segon en l’ús d’imatges visuals d’impacte i en la forma d’explicar una història. Potser puga interessar al lector saber que totes les idees científiques subjacents als viatges per forats de cuc i les seues potencials implicacions van ser recopilades per Thorne en un llibre de divulgació titulat “Agujeros negros y tiempo curvo: el escandaloso legado de Einstein” editat per Crítica l’any 2000. Sembla ser que aquest llibre va ser, de fet, el punt de partida de la pel·lícula.

Comptar amb un comitè assessor per a realitzar pel·lícules que tracten aspectes científics és sens dubte una bona idea i, en el cas d'”Interstellar”, ha sigut clau per a ajudar a obtenir un resultat final excel·lent ja que la sinergia entre Nolan i Thorne ha d’haver sigut completa. Dit açò, l’assessorament científic no té per què garantir un èxit de taquilla si la pel·lícula no compleix la seua principal missió que és, al meu entendre, la d’entretenir explicant una bona història.

5. Sovint es dóna una imatge del científic en clau masculina i fidel a determinats arquetips: savi boig, aprenent de bruixot, aventurer heroic i màrtir…  En el cas d’Interstellar, com són representats els i les científiques? Hi ha presencia femenina activa, o la dona segueix en el paper d’ajudant servil?

Sí, tots estem familiaritzats amb la imatge estereotipada del geni o del científic brillant. És un clixé que fa temps que ha sigut socialment acceptat i que sens dubte ha de ser atractiu per al gran públic (vegeu, per exemple, el gran èxit de la sèrie de televisió “The Big Bang Theory“, sèrie que potser haja ajudat a atraure a més d’un alumne o alumna a la Facultat de Física). En el cas d'”Interstellar” aquest estereotip no em sembla que haja sigut massa explotat doncs tan sols es pot aplicar a algunes poques escenes com, per exemple, quan es veure al personatge de Michael Caine discutir sobre les seues idees sobre la gravetat a l’interior dels forats negres o quan Murph, la filla de l’astronauta Cooper (interpretada per Jessica Chastain) aconsegueix, aparentment, resoldre el problema d’unificar la mecànica quàntica amb la relativitat general, obtenint una teoria de gravetat quàntica vàlida fins i tot en regions de l’espai-temps amb singularitats de curvatura (gravetat infinita) com ocorre a l’interior dels forats negres. Hi ha un breu clímax en el qual Murph, amb gran alegria, crida Eureka i actua de manera excèntrica llançant al vent els folis amb tots els seus càlculs. Aquesta escena exemplifica el clixé del científic (o científica) boig en tota la seua esplendor.

La presència femenina en la pel·lícula és molt activa, doncs dos dels personatges principals interpretats per actrius són claus en el desenvolupament de la trama i en el seu desenllaç, l’astronauta Amelia Brand (interpretat per Anne Hathaway) i la científica Murph qui, finalment, resol el problema i aconsegueix salvar la humanitat, que és del que es tracta habitualment en les grans superproduccions d’Hollywood.

6. Les comparacions són odioses, però inevitables. La revista Jot Down titulava «2014: Una odisea del espacio». Què té Interstellar que no tinga Apollo 13, Gravity o 2001: Una odisea del espacio? O, pel contrari, creu que alguna d’aquestes produccions (o altra que vostè propose) mereixen millor valoració que Interstellar?

“Gravity” em va encantar, ofereix una representació que imagine molt real del que ha de sentir un astronauta en un passeig espacial, i les imatges són espectaculars. “2001: Una odissea de l’espai” la vaig veure fa molts anys i és òbviament una obra mestra del cinema, fins i tot una pel·lícula de culte. Si be no recorde molts detalls de “2001” ni possiblement haja entès mai el desenllaç, si recorde la inquietud que em va produir Hal, l’ordinador que en un moment donat decideix prendre control de la nau espacial. Una de les escenes que no he oblidat és aquella en la qual el protagonista, l’astronauta Dave Bowman, decideix finalment desconnectar Hal. La recorde com una escena carregada de tensió i que transcorre molt lentament. A mesura que Dave es va acostant a Hal se sent la veu d’aquest sol·licitant repetides vegades a l’astronauta que no ho faça (“Just, what do you think you’re doing Dave?“). És una escena magnífica, rematada amb el toc mestre del geni Kubrick en fer que Hal comence a cantar una melodia poc familiar en el moment en què està sent desconnectat i les seues bateries s’apaguen. Aquesta cançó es titula “Daisy Bell”, i va ser la cançó utilitzada per IBM en 1961 quan programadors d’aquesta companyia van aconseguir fer cantar per primera vegada a un superordenador, concretament al model IBM 7094. Gràcies a Internet podem recordar com sonava aquesta actuació històrica:

I també com la canta Hal, fins a emmudir:

http://www.youtube.com/watch?v=OuEN5TjYRCE&w=560&h=315

Òbviament les escenes finals de “2001” s’associen també amb un viatge en el temps, i potser es puguen relacionar amb un viatge temporal a través d’un túnel de l’espai-temps, un forat de cuc tal vegada, com en “Interstellar”. No oblidem que “2001” es va estrenar en una època (finals dels anys 60) que, en certa manera, va marcar l’inici de l’època daurada en la investigació en forats negres (tota la dècada dels anys 70) fent que aquests es posaren molt de moda. El propi terme “forat negre” va ser encunyat per John Archibald Wheeler l’any 1967 (un any abans de l’estrena de “2001”) i ràpidament va tenir una gran acceptació no solament entre la comunitat científica sinó també entre el públic en general. Wheeler, per cert, va ser el director de la tesi doctoral de Kip Thorne a la Universitat de Princeton, el famós assessor científic d'”Interstellar”.

Respecte a “Apollo 13” no puc fer cap comentari, doncs no l’he vista.

7. Tornant a la pel·lícula de Nolan, què és allò que més li impressionà en veure-la, allò que voldria destacar? (siga de la trama, dels efectes especials, de la forma de representar l’espai…)

A risc de ser repetitiu, destacaria en general l’ús que es fa de moltes idees i conceptes de la teoria de la Relativitat General i, en particular, del concepte del forat de cuc, concepte central en la trama de la pel·lícula. Des d’un altre punt de vista em va cridar poderosament l’atenció com retrata Nolan les contradiccions de l’espècie humana, com simultaneja la seua grandesa i la seua misèria, no solament per la forma d’actuar, èticament reprotxable, del científic principal encarregat de la missió (interpretat per Michael Caine) sinó, sobretot, per l’escena en la qual l’astronauta interpretat per Matt Damon s’oblida que d’ells depèn el futur de la humanitat i només cerca la seua pròpia salvació intentant acabar amb Cooper. El transfons moral en l’escena de la baralla a mort entre aquests dos “triats” crec que mereix ser destacat.

Dust-storm-Texas-1935s8. Si ens desprenem de l’espectacularitat d’una superproducció, què queda en el fons d’aquesta pel·lícula? Quina tesi planteja aquesta distopia? Amb quin ensenyament moral hem d’eixir del pati de butaques?

Encara que el missatge de la pel·lícula és — com no — optimista, superar les dificultats per a aconseguir l’idíl·lic “final feliç” que ens proposa Nolan sembla un objectiu tan fóra del nostre abast que no puc ser una altra cosa que pessimista sobre aquest tema. En el fons de la pel·lícula hi ha un missatge de profunda preocupació sobre la supervivència de la nostra espècie, unit al fet que aquesta sembla que passa perquè som capaços d’eixir del nostre planeta a la recerca d’altres mons habitables. Aquesta part més filosòfica que tracta la pel·lícula, en el que té a veure amb l’esgotament dels recursos en la Terra, no em sembla en absolut desgavellada. Els recursos del nostre planeta són limitats i la població ve creixent a un ritme exponencial des de finals del segle XVIII. És evident que tal situació és insostenible. D’altra banda, el trasllat massiu dels habitants del nostre planeta a altres mons sembla un assumpte gens trivial. Si la solució passa per que algú — una civilització avançada, un ser superior — col·loque un forat de cuc al nostre abast (a poc més de 8 unitats astronòmiques de distància de la Terra) sembla que el futur és poc encoratjador. En qualsevol cas, estic convençut que si existeix una solució, només la investigació en ciència i tecnologia podrà conduir-nos a ella. Potser aqueixa siga la conclusió més ferma que un haja de portar-se a casa.

Mes informació:

La entrevista d’Íngrid Lafita a José Antonio Font Roda per a Mètode: «Interstellar»: ciència i llicències.

Entrevista a José Antonio Font Roda sobre Interstellar a Ecos del Cosmos, programa d’astronomia de la Ràdio de la Universitat de València. Podcast: Ecos del Cosmos, 12 de desembre 2014

La física de Interstellar, La Ciencia de la Mula Francis.

Imatge:

1-5. Els viatges a través dels forats de cuc per l’univers i els forats negres supermassius són algunes de les meravelles que es poden veure en la pel·lícula “Interstellar.” De ‘Interstellar’ Science: Is Wormhole Travel Possible? Crèdit: Karl Tate, Infographics Artist.

6. Una tempesta de pols s’acosta a Stratford, Texas, en 1935, durant els Dust Bowl (conca de pols), o els Dirty Thirties (els bruts trenta). Tempestes similars a les dels anys 30 són habituals a la Terra en Interstellar. Wikimedia Commons.

Ecos del Cosmos: Interstellar

0

Interstellar-Blackhole-MillerInterstellar, un viatge per l’Univers amb l’objectiu de salvar la humanitat, és la pel·lícula de moda al cinema. I estem de sort per partida doble ja que, primerament, a través d’ella podrem parlar de cinema, del futur de la humanitat, de la sobreexplotació dels recursos però sobretot de ciència, de viatges espacials, de coses tan apassionants com els forats negres, o els forats de cuc, i amb això ens endinsarem en l’interessant món de la relativitat general, ara que l’any pròxim, el 2015, farà 100 anys que Albert Einstein publicà les equacions de la relativitat general, un dels més importants descobriments científics del segle XX.

I Interstellar, la pel·lícula de Chistopher Nolan, conté un gran nombre d’aspectes científics que la fan molt interessant per a astrònoms com nosaltres i per un programa com Ecos del Cosmos.

I hui, a més a més, tenim la sort de tindre entre nosaltres a José Antonio Font, professor del Departament d’Astronomia i Astrofísica i expert en relativitat general. Fa uns dies llegirem la seua entrevista parlant sobre la pel·lícula a la web de Mètode i hui, ací, li preguntarem sobre Interstellar, però també sobre viatges espacials, forats negres, quàntica i relativitat i sobre la difícil relació entre cine i ciència.


Podcast, Ecos del Cosmos, 12 de desembre 2014

Hui entrevistem a l’astrofísic de la Universitat de Valencia, José Antonio Font, que ens parlarà de la física de la pel·lícula Interstellar. I a més, les nostres seccions habituals, “I a mi que”, “Actualitat astronòmica” i el nostre concurs.

Astropregunta:

Qui i on es va pronuciar  les paraules que podeu escoltar al final del programa?

El que primer que ho endevine rebrà un llibre de divulgació de la ciència regal de la Càtedra de Divulgació de la Ciència.

Imatge: El forat negre Gargantua i el planeta Miller sobre el disc d’acreció.

Els forats negres a Onda Cero

0
Publicat el 19 d'agost de 2014
blackholeDilluns passat dia 18 d’agost, a partir de les 16:48, tornàrem a participar en el programa Jelo en verano d’Onda Cero, programa conduït per Arturo Téllez. La nostra contribució és setmanal, cada dilluns, i en l’espai de vesprada parlem de diversos temes d’actualitat dins del camp de l’astronomia i astronàutica.

Ahir, el meu company Fernando Ballesteros i jo parlàrem dels forats negres, montre estel·lar que queda després de la mort d’un estel massiu. Un forat negre és un objecte tan massiu i compacte amb una gravetat tan intensa que ni la llum és capaç d’escapar. On estan els forats negres?, que passa quan te’n trobes un en un viatge galàctic. De tot això i més parlarem l’altre dia a la ràdio.Ací vos deixe l’enllaç per si teniu ganes i paciència per escoltar-me.

Enllaç a l’audio del programa (part 1, a partir del minut 48:00).

Foto: Pòster de la pel·lícula Black Hole (1979) dirigida per Gary Nelson per a Walt Disney Productions. Els actors són Maximilian Schell, Robert Forster, Joseph Bottoms, Yvette Mimieux, Anthony Perkins, i Ernest Borgnine. La música va ser composada per John Barry.

Publicat dins de Ràdio i televisió i etiquetada amb , | Deixa un comentari

El misteri dels raigs gamma, més a prop de resoldre’s

0
Publicat el 11 d'abril de 2011

Neutron Stars mergers

En els anys 60, unes misterioses emissions esporàdiques i molt curtes de raigs gamma escalfaven el cap dels militars al càrrec dels satèl·lits espies nord-americans que escrutaven les planes soviètiques en busca d’explosions nuclears. Les emissions d’aquesta radiació tan energètica que produeixen les bombes atòmiques no venien de baix, com s’esperava, sinó de dalt. De fet arribaven al detector per darrere. Alguna cosa passava a l’espai i de moment no tenia explicació. Aquesta troballa es va mantindre en secret ja que donar-la a conéixer revelaria també l’existència dels satèl·lits espia i la tecnologia que feien servir.

Ara, acabada la guerra freda, múltiples equips investigadors observen les emissions i tracten d’explicar-les amb costoses simulacions als ordinadors més grans del món. Un equip, en el qual participa un investigador del meu departament, explica les explosions com a resultat de la col·lisió entre dues estrelles de neutrons, en el moment en que es transformen en forat negre.

La nota de premsa que ha enviat la Universitat de València per publicitar aquests resultats ho descriu tot molt bé. A més s’ha fet un vídeo on es veu gràficament el que s’explica.


La col·lisió d’estrelles de neutrons produeix potentíssims centelleigs de llum gamma i també ones gravitatòries en l’espai que, tot i haver estat predites per Einstein, no havien estat encara detectades.

La seua comprensió ens acostaria, possiblement, a les claus d’una inesgotable font d’energia procedent de l’acreció de forats negres. Un equip internacional d’investigadors que treballa amb Miguhttp://blocs.mesvilaweb.cat/marco/wp-admin/users.phpel A. Aloy (Universitat de València), acaba d’aportar resultats molt valuosos per a donar resposta a aquest enigma de l’astrofísica.

(A la web de YouTube teniu també la transcripció en anglés del que es conta al vídeo. Punxeu en Visualitza la descripció completa)

La col·lisió d’estrelles de neutrons dóna lloc a potentíssims centelleigs de llum gamma. Durant una fracció de segon, una erupció de rajos gamma és tan lluminosa com totes les estrelles visibles des de la Terra, i produeix ones gravitatòries en l’espai que ja van ser predites per Albert Einstein, en la seua Teoria de la Relativitat, però que fins a avui no han pogut ser detectades. L’amplitud, durada i forma específica d’aquestes ones és un enigma, doncs, per a la ciència. La seua comprensió ens acostaria, possiblement, a les claus d’una inesgotable font d’energia procedent de l’acreció de forats negres. El treball que apareix publicat avui ‘en Astrophysical Journal Letters’, per l’equip internacional d’investigadors de Miguel A. Aloy (Universitat de València), aporta resultats molt valuosos i noves eines per a prosseguir i dur a bon terme les investigacions en aquest camp de l’astrofísica.

Aquestes explosions han desconcertat als científics durant anys: es tracta de centelleigs de llum gamma en els quals arriba a alliberar-se més energia en una fracció de segon que la que produeixen totes les estrelles visibles en aqueix mateix període de temps. Què és el que causa aquestes explosions? Un equip internacional de científics, en el qual treballa el professor de la Universitat de València Miguel A. Aloy, està un pas més aprop de resoldre l’enigma. En els còmputs realitzats durant sis setmanes en els superordenadors de l’Institut Max-Planck de Física Gravitacional, els investigadors van simular com la fusió de dues estrelles de neutrons amb camps magnètics menuts forma un forat negre envoltat per un torus d’acreció calent. En aquest procés, un camp magnètic extraordinàriament intens amb estructura de doll es forma al llarg de l’eix de rotació. Aquest camp magnètic és crucial per a entendre el procés de la generació d’erupcions de rajos gamma de curta durada: del caos que resulta després de la col·lisió, es forma una estructura ordenada, un doll de plasma d’enorme energia en el qual els rajos gamma de curta durada poden produir-se. (Astrophysical Journal Letters, 2011).

La primera erupció de rajos gamma va ser observada per casualitat. A la fi dels anys 60, un satèl·lit espia americà que estava cercant proves d’assajos de bombes atòmiques sobre la terra, va detectar la primera erupció de rajos gamma (ERG). No procedia de la Terra, sinó de l’espai exterior. Entre 1991 i la data de finalització de la seua missió al juny 2000, el satèl·lit americà Compton va registrar al voltant d’una ERG al dia- encara que la causa d’aquestes gegantesques explosions cosmològiques seguia sent un misteri.

Abans d’aquest treball ja es pensava que la fusió d’estrelles de neutrons era un fet propici per a generar ERG de curta durada. No obstant això, els científics no eren capaços d’explicar que el caos resultant de la fusió d’aquestes estrelles ultra compactes, amb ràdios d’uns 20 quilòmetres i summament denses, es podia produir a partir d’un corrent de plasma -un doll- orientat al llarg de l’eix de rotació. Aquests dolls són un ingredient essencial en la formació de les erupcions de raigs gamma. L’enigma a resoldre era, per tant, com podia la força impulsora d’aquest procés crear una estructura ordenada, a través de la qual canalitzar l’enorme energia alliberada pel procés d’acreció de matèria sobre forats negres en rotació. Per a situar al lector, cal dir que l’acreción és el mecanisme de conversió d’energia més eficient que es coneix. Pot arribar a convertir quasi el 30% de la massa en energia. Per comparança, menys d’un 0.6% de la massa es converteix en energia durant la fusió de nuclis d’hidrogen en el cor de les estrelles.

Miguel A. Aloy, investigador principal de l’European Research Councill Starting Independent Grant CAMAP en la Universitat de València, ha estat treballant amb el grup internacional de científics que ha trobat una possible explicació per a les erupcions de rajos gamma de curta durada (poden durar fins a 3 segons). L’equip va resoldre les equacions d’Einstein i les equacions de la magnetohidrodinámica per a dues estrelles de neutrons que arriben a fusionar-se donant lloc a un forat negre, i van deixar que la simulació seguira per un període de temps molt més llarg després de la formació del mateix.

El que van descobrir va ser que, inicialment, es forma un anell de matèria calenta amb un camp magnètic relativament feble envoltant el forat negre resultant, el qual rota sobre el seu eix a velocitats molt properes a les de la llum. El moviment de rotació d’aquest sistema inestable genera un camp magnètic ordenat, que és summament poderós, sent la seua intensitat d’uns 1015 Gauss al llarg de l’eix de rotació.

Per a fer-nos una idea de la increïble magnitud d’aquest camp magnètic, es pot dir que és 1016 (10,000,000,000,000,000) vegades més intens que el camp magnètic de la Terra. Ací radica la importància d’aquest nou resultat: s’ha demostrat, per primera vegada, que es pot formar una estructura al voltant de l’eix de rotació del sistema, a través de la qual, plasma extraordinàriament calent procedent dels voltants del forat negre és llançat a l’espai. És més, la citada estructura és clau perquè el plasma ejectat siga col·limat i forme sengles dolls en els quals es produeix la radiació gamma que dóna lloc a una ERG de curta durada.

Aquesta és la primera vegada que hem estudiat el procés sencer des de la fusió de les estrelles de neutrons fins a la formació dels dolls”, ha afirmat Luciano Rezzolla, un dels membres de la col·laboració internacional de l’Institut Max-Planck de Física Gravitacional (Golm, Alemanya). “Açò suposa un gran pas avant perquè abans no sabíem com era possible crear l’ordre necessari perquè les ERG es crearen a partir del caos regnant després del naixement del forat negre”, assenyala Miguel A. Aloy. Mitjançant un esforç computacional considerable, els científics van engegar una simulació durant el doble del temps normal, completant els seus càlculs en unes sis setmanes. La simulació completa mostra el que passa en només 35 mil·lisegons.

Ara hem alçat un vel important, que estava amagant el motor central de les ERG i hem oferit una connexió entre el model teòric i les observacions, en mostrar que una estructura de tipus doll es produeix realment mitjançant l’organització pròpia del camp magnètic en una fusió d’estrelles de neutrons”, afig Chryssa Kouveliotou de l’Agència Americana de l’Espai, NASA.

Així mateix, “s’ha reconstruït la seqüència correcta dels esdeveniments: primer naix el forat negre i poc després escoltem els seus plors natals en forma de radiació gravitatòria i una formidable erupció de rajos gamma”, apunta Miguel A. Aloy. La forma i amplitud del senyal gravitatori també ha estat calculada pels científics que signen aquest treball. Aquestes menudes ones en espai-temps van ser ja predites per Albert Einstein en la seua Teoria General de la Relativitat, però no han estat detectades de forma directa fins a la data. La raó és que l’efecte que el pas d’aquestes ones gravitatòries produeix sobre la matèria és realment minúscul i, en la pràctica, es confonen amb altres senyals també detectats. S’espera que les propietats del senyal gravitatori simulades ajuden a altres grups de científics a descobrir ones gravitatòries reals entre les dades obtingudes pels detectors actuals o de futura construcció.

Actualment hi ha cinc detectors interferomètrics d’ones gravitacionals al món: el projecte alemany/britànic GEO800, prop de Hanover, Alemanya, els tres detectors LIGO als EEUU- Louisiana i Washington i el projecte franc/italià Virgo, a Pisa, Itàlia. Un nou detector espacial (LISA– Laser Interferometer Space Antenna) es troba entre els plans de l’Agència Europea de l’Espai i la NASA, i el seu llançament està programat per a 2020.

Publicació original: L. Rezzolla, B. Giacomazzo, L. Baiotti, J. Granot, C. Kouveliotou & M. A. Aloy, /The missing link: merging neutron stars naturally produce jet-like structures and can power short gamma-ray bursts/,// ApJ//// *732* L6 http://iopscience.iop.org/2041-8205/732/ /L6 Astrophysical Journal Letters, 2011.

El video adjunt ha estat realitzat pel Goddard Space Flight Center de la NASA per a la divulgació d’aquest treball.

Publicat dins de La Galàxia i etiquetada amb , | Deixa un comentari