La nebulosa del Cranc mostra els seus secrets

Un equip internacional d’astrònoms acaba de publicar una imatge molt detallada de la nebulosa de Cranc, resultat de la combinació de dades de diversos telescopis situats a la superfície terrestre i en l’espai. Aquests instruments cobreixen quasi tot l’espectre electromagnètic, des de les ones de ràdio observades pel Very Large Array fins al potent resplendor en raigs X observat pel telescopi espacial Chandra. I per suposat, el telescopi espacial Hubble ha proporcionat la imatge de la nebulosa en llum visible mentre que la visió en infraroig ha estat proporcionada per telescopi espacial Spitzer.

Moltes vegades no som conscients que l’Univers no és només com ens el mostren els nostres ulls. La radiació que és capaç d’excitar els cons i bastons de la nostra retina, la llum anomenada visible, sols ens mostra un aspecte de la realitat del nostre entorn. Processos molt energètics com el gas gira al voltant d’un estel de neutrons brilla en llum de raig X o gamma mentre que la formació d’estels només es veu si emprem sensors de llum infraroja. Per això si volem comprendre un objecte tan complex com la nebulosa del Cranc cal combinar tota la informació disponible.

La nebulosa del Cranc és el resultat d’una violenta explosió de supernova observada per astrònoms xinesos l’any 1054. L’estiu d’aquell any, des de Xina s’observà una “estrella invitada”, un nou estel que va aparèixer en la que ara anomenen la constel·lació del Cranc. Segons conten les cròniques xineses, l’estel, que va ser visible uns mesos i es podia observar fins i tot de dia, era sis vegades més brillant que Venus.

Nebulosa del Cranc en llum visible. El púlsar, el disc d’acrecció i els dolls són invisibles amb aquesta llum. NASA, ESA, J. Hester and A. Loll (Arizona State University).

Fins fa poc, cap més registre donava fe de l’observació del fenomen però ara es creu que els natius americans feren pictogrames d’un estel brillant al costat del creixent de Lluna (encara que no és compatible la Lluna creixent en Taure en estiu). També s’ha trobat referència del fenomen en l’obra del segle 13 Meigetsuki del poeta japonés Fujiwara no Teika. També s’han trobat referencies en l’astronomia islàmica a la supernova en una copia del segle 13 feta per Ibn Abi Usaibia d’un treball d’Ibn Butlan, un metge cristià nestorià que treballava a Baghdad en aquella època.

Des de finals dels anys 60 se sap que en el centre d’aquesta nebulosa hi ha un púlsar, un  estel de neutrons superdens, tan petit com una ciutat però que concentra la massa equivalent al nostre Sol.

Aquest monstre estel·lar és el resultat de l’explosió d’un estel com a supernova. En aquest procés les diferents capes d’un estel evolucionat amb un nucli de ferro-niquel s’enfonsen. Però mentre que les més internen col·lapsen ràpidament i formen un objecte dens format per neutrons, (l’estel de neutrons), les capes més externes es troben un interior molt dur i, que emet partícules molt energètiques. Per tant, reboten i són expulsades. És l’explosió supernova.

Com que l’estrella original girava, durant el col·lapse el residu estel·lar que queda al centre augmenta la velocitat de gir de manera espectacular de la mateixa manera quan una ballarina sobre gel augmenta la velocitat del gir en plegar els braços. Al mateix temps el camp magnètic del residu s’amplifica i s’emet un flux de radiació electromagnètic en direcció a l’eix del camp. Donat que aquest eix i els de l’estel de neutrons no estan perfectament alineats, aquest flux de radiació escombra l’espai, com ho fa la llum d’un far. És el pols de radiació visible de l’estel de neutrons que capten els radiotelescopis, el púlsar. En la nebulosa del Cranc el residu que en quedà rota a la increïble velocitat d’un gir cada 33 milisegons amb un camp magnètic amplificat milions de vegades més intens que el del Sol.

La complicada forma de la nebulosa és provocada por la complexa interacció entre el púlsar, un vent ràpid de partícules que venen del púlsar, i el material expulsat originalment per l’explosió de supernova i per l’estel abans de l’explosió.

Cal fixar-se bé en la imatge més energètica, l’obtinguda en raigs X. Ací s’hi veu el disc d’acreció al voltant del púlsar així com els dos dolls de gas perpendiculars col·limats pels camps magnètics que emergeixen de les zones polars de l’estrella de neutrons. Ací baix podeu veure un esquema on les diverses parts de la imatge en raig X estan explicades.

Actualment se sap que l’explosió que va donar origen a la nebulosa, i que brillà breument com 400 milions de sols, va ocórrer a 6500 anys-llum de nosaltres. Si hagués passat a només 50 anys-llum la radiació emesa per la supernova en totes les longituds d’ona energètiques (gamma, raigs X, ultraviolat) així com les partícules d’alta energia haurien escombrat la majoria de la vida a la Terra.

El vídeo d’Adam Block compara imatges de la nebulosa obtingudes l’any 1999 amb d’altres de l’any 2012. S’hi veu clarament que el gas s’expandeix encara per l’explosió de fa quasi 1000 anys. Imagineu si va ser d’intensa l’explosió…

Imatges i vídeos:
1.- La nebulosa del Cranc en una composició que combina imatges preses en gran part de l’espectre electromagnètic. NASA, ESA, G. Dubner (IAFE, CONICET-University of Buenos Aires) et al.; A. Loll et al.; T. Temim et al.; F. Seward et al.; VLA/NRAO/AUI/NSF; Chandra/CXC; Spitzer/JPL-Caltech; XMM-Newton/ESA; y Hubble/STScI.
2.- Imatge en llum visible de la nebulosa del Cranc obtinguda pel Telescopi Espacial Hubble NASA, ESA, J. Hester and A. Loll (Arizona State University).
3.- Esquema del procés de formació de l’estel de neutrons i l’explosió supernova. Wikipedia Commons.
4.- Video de la composició de la imatge en totes les longituds d’ona.
5.- Esquema de la Nebulosa on es veu la posició del púlsar, el disc d’acrecció i els dolls.
6.- M1: el Remanent de la Nebulosa del Cranc d’Adam Block. L’animació mostra l’expansió de la nebulosa entre els anys 1999 i 2012. La imatge del 1999 està presa al VLT d’ESO. La del 2012 és del Mount Lemmon SkyCenter utilitzant el Schulman Telescope de 80 cm.

 

L’expansió accelerada de l’univers mereix el Nobel de Física d’enguany

Nobel Fisica 2011

No és fàcil mesurar distàncies a l’Univers. De fet llevat dels planetes i estels pròxims que es calculen per mitjà de mètodes geomètrics, el càlcul, ni que fos aproximat de la llunyania d’una nebulosa o galàxia, no va ser possible fins el treball abnegat i callat d’Henrietta Swan Leavitt que descobrí les estrelles cefeides i la seua utilitat per determinar distàncies.

Aquest descobriment fonamental per a l’astronomia va permetre, per primera vegada, determinar la grandària correcta de la nostra galàxia i l’existència d’altres galàxies separades, com la d’Andròmeda. Amb l’ús de les cefeides, Edwin Hubble va poder determinar la distància de milers de galàxies i a més, l’any 1929, va descobrir un fet sorprenent: quan més lluny es troba una galàxia més sembla allunyar-se de nosaltres. Un fet que plasmà en l’anomenada Llei de Hubble i que portà rapidàment a la idea d’un origen més comprimit i més dens de l’Univers en un passat llunyà.

Si les galàxies s’expandeixen vol dir que abans estan juntes i que ha hagut una gran explosió, o Big Bang, en expressió sorneguera de Fred Hoyle i que ha fet fortuna.Si bé la teoria de l’expansió està totalment acceptada, a finals dels anys 70, el descobriment de la rotació peculiar de les galàxies espirals va portar al descobriment de l’anomenada matèria fosca, una matèria desconeguda, sense emissió de llum però amb massa que és capaç de frenar la rotació esperable de les galàxies. L’Univers tenia, a més de matèria ordinària, lluminosa i massiva, una part no menyspreable d’un tipus de matèria estranya amb massa.

L’any 1998, però, els treballs de dos grups d’astrònoms diferents, un d’ells liderats per Saul Perlmutter (el Supernova Cosmology Project) i altre per Brian Schmidt (>High-Z supernova Research Team), en el que Adam G. Riess té un paper important, portaren a un descobriment sensacional.

Els equips es dedicaven a estudiar la lluminositat d’explosions d’estels en galàxies molt llunyanes, les anomenades Supernoves tipus Ia. Recordant el que he dit al principi, aquest tipus d’explosions estel·lars pot ser utilitzat com a patró de lluminositat per a calcular distàncies a galàxies molt remotes. La sorpresa de tots dos equips, de manera independent, va ser observar que aquestes supernoves llunyanes brillaven aproximadament un 25% menys del que s’esperava. L’única explicació possible era que les estrelles estaven realment molt més lluny del que semblava.

Aquest fet, entés dins de la teoria estàndar del Big Bang, indica clarament que l’univers no només s’expandeix sinó que a més a més està accelerat. I el causant d’aquesta acceleració és una força de repulsió, una mena d’antigravetat que separaria els components de l’univers. Aquesta seria el que s’anomena energia fosca, una energia que s’associa a l’espai buit i que actua com la constant cosmològica que predir Einstein. L’energia fosca ni brilla ni té massa però dóna compte del 70% del contingut total de matèria i energia i seria, per tant, la component dominant de l’univers.

Ben donat està doncs el Nobel de Fisica d’enguany. Bons són aquells reconeixements per als que obrin nous camins de la ciència. I ausades que aquests ho han fet.

Imatge: Saul Perlmutter, posant en front d’una imatge d’una supernova. Mesurant la brillantor d’un gran nombre de supernoves tipus 1a en galàxies llunyanes Perlmutter, Schmidt i Riess van ser capaços de mostrar que l’Univers s’expandeix més ràpidament del que es pensava abans. Crèdit: Lawrence Berkeley National Laboratory. De la web Optics.org

Bon Nadal

Nadal 2010

Sembla talment un ornament de Nadal.

Però és ben real.Una delicada esfera de gas, fotografiada pel Telescopi Espacial Hubble de la NASA, flota serenament en les profunditats de l’espai.  La bambolla és el resultat del gas que s’està comprimint per l’ona expansiva d’una supernova. Anomenada SNR 0509-67.5 la bombolla és el romanent visible d’una poderosa explosió estel·lar al Gran Núvol de Magallanes, una petita galàxia situada a uns 160 000 anys llum de la Terra.Les ones en la superfície de la closca poden ser causades per les subtils variacions en la densitat del gas interestel·lar o possiblement impulsades des de l’interior per peces del material ejectat. La coberta en forma de bombolla de gas té 23 anys llum de diàmetre i s’expandeix a més d’11 milions de quilòmetres per hora (5 000 quilòmetres per segon).

Els astrònoms han conclòs que l’explosió va ser d’una classe especialment enèrgica i brillant de supernoves. Conegudes com de tipus Ia, aquestes supernoves són causades per una estrella nana blanca en un sistema binari que roba gas al seu estel company, adquireix molta més massa del que és capaç de suportar, i finalment explota.

Amb una edat de 400 anys, la supernova podria haver estat visible per als observadors de l’hemisferi sud cap a l’any 1600.  No obstant això, no es coneixen registres d’una “nova estrella” en la direcció del Gran Núvol de Magallanes en aquella època.  Una supernova més recent, SN 1987A, va ser observada en la mateixa galàxia l’any 1987 i segueix sent estudiada amb telescopis terrestres i espacials, incloent el Hubble.

De la nota de premsa de la NASA.

Crèdits:NASA, ESA, i  el Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Agraïments: J. Hughes (Rutgers University).

Un monstre estel·lar

Monstre estel·lar

Fa uns dies es publicà la notícia a tots els mitjans. S’ha descobert l’estrella més grossa, la més massiva. Un estel d’unes 265 masses solars ha estat detectat a la nebulosa de la Taràntula, dins de la galàxia veïna del Gran Núvol de Magallaes. La notícia té el seu interés ja que els models estàndars de formació estel·lar parlen d’un límits superior per als estels d’unes 150 masses solars.Les observacions ja revelaren fa anys que el cúmul estel·lar R136a situat a la nebulosa era un cúmul molt dens d’estrelles. L’equip de Paul Crowther, professor d’astrofisica de la Universitat de Sheffield ha descobert que algunes de les seues estrelles tenen temperatures de més de 40000 graus (6000 graus el Sol) i són milions de vegades més brillants que la nostra estrella. Són estels ben massius, d’uns 150 masses solars, prop del límit teòric estàndar.Tanmateix n’han descobert una especialment massiva, la que ha rebut l’evident nom de R136a1, a partir del lloc on es troba, amb una temperatura d’uns 50000 graus. S’ha estimat que la seua massa és d’unes 265 masses solars. Se sap que aquest tipus d’estel perd gran part de la seua massa per un intens vent estel·lar que en l’últim milió d’anys de la seua vida li ha fet perdre unes 50 masses solars, des del 320 masses estimades inicials.

Aquest tipus d’estels no poden durar molt. En ser tan massius, la pressió al seu centre és enorme i per tant la temperatura interna és tan gran que el combustible nuclear, l’hidrogen, es converteix en heli de manera molt efectiva i ràpida. A més es creu que aquestes estrelles tan energètiques exploten com a hipernoves, una explosió estel·lar equivalent a 100 supernoves juntes.

A més a més els fotons de llum creats en les reaccions nuclears internes són raigs gamma d’alta energia que en presència de nuclis atòmics creen parelles d’electrons i positrons. L’energia perduda en aquest procés fa minvar la temperatura del gas intern de l’estrella. Donat que una estrella depén de l’equilibri entre la força cap a fora a causa de la pressió tèrmica del gas que tendeix a expandir-se i la força cap a dins a causa de la massa del gas, la disminució de pressió tèrmica per la creació de parells electró-positró farà que l’estrella comence a caure sobre ella mateixa. És el començament de la fase supernova.

L’estrella no viurà molt, segur. Futures generacions humanes vivint a l’hemisferi sud veuran l’explosió algun dia proper. Un estel brillarà més que cap altre al Gran Núvol de Magallaes. I com ja ha passat altres vegades fins i tot podran veure’l de dia.

Podeu veure l’article de Juli Peretó, La cosa més gran i l’article de Vicent Martínez al Levante EMV, Citius, altius, fortius.

Foto: R136a1, Wikipedia Commons.

Jeroni Muñoz i la supernova

Jeroni Muñoz fou el més gran dels astrònoms valencians.  Va viure una època molt interessant, a cavall entre la difusió de la teoria heliocèntrica de Copèrnic  i les primeres observacions telescòpiques de Galileo Galilei.  Muñoz s’escrivia amb  el millor observador d’aquell temps, Tycho Brahe i va observar i estudiar la supernova de 1572 des de diversos llocs de la geografia valenciana com Ontinyent i Torrent.

És curiós que en Ontinyent uns pastors li comunicaren la troballa a  la constel·lació de Cassiopea. Gent acostumada a mirar el cel va descobrir que una nova estrella apareixia on abans no s’hi veia res. L’estudi d’aquest nou estel portà a Muñoz a afirmar-se en la mutabilitat dels cels. El treball de Muñoz fou molt apreciat arreu d’Europa i apareix citat, per exemple, en el llibre Diàleg dels dos màxims sistemes  del món ptolemaic i copernicà (1632) de Galileo Galilei.

Fa poc l’amic i company Manel Perucho publicà un article al País Digital explicant els trets més importants de Jeroni Muñoz. Donat que Manel ho ha contat d’allò més bé us passe directament el seu text.

Només cal dir que fa uns anys la Universitat de València va tindre a bé batejar l’edifici on s’alotja el departament on treballe i l’Aula d’Astronomia juntament amb multituds de departament i laboratoris amb el nom del seu astrònom més insigne.

Muñoz va néixer a València en el primer terç del segle XVI i va estudiar a la universitat d’aquesta ciutat, al que va seguir un període de formació i docència en diverses universitats europees. Al seu retorn als regnes hispànics, fou catedràtic de llengua hebrea i de matemàtiques a la Universitat de València i de Matemàtiques i Astronomia a la Universitat de Salamanca, on va continuar la seva docència de l’hebreu.

Segueix…

L’astrònom valencià Jeroni Muñoz va viure un moment crucial en la història de l’Astronomia, l’aparició d’un nou objecte brillant a la constel·lació de Cassiopea, conegut com a nova. Aquest fenomen va generar un terratrèmol en la societat de l’època -segle XVI-, ja que es creia que els cels eren impertorbables. Diverses hipòtesis van tractar d’explicar-lo, però cap dels astrònoms contemporanis podia imaginar que es tractava d’una explosió estel·lar avui coneguda com a supernova. Jeroni Muñoz va ser un dels científics que més va treballar en aquest nou objecte, la qual cosa va ser reconegut per col·legues europeus contemporanis de la talla de Tycho Brahe, el nom del qual va ser al capdavall el que es va donar a la supernova.

Muñoz va néixer a València en el primer terç del segle XVI i va estudiar a la universitat d’aquesta ciutat, al que va seguir un període de formació i docència en diverses universitats europees. Al seu retorn als regnes hispànics, fou catedràtic de llengua hebrea i de matemàtiques a la Universitat de València i de Matemàtiques i Astronomia a la Universitat de Salamanca, on va continuar la seva docència de l’hebreu. Aquest fet fa pensar als historiadors que Jeroni Muñoz va ser possiblement un jueu convers. Encara que el seu treball inclou facetes tan diverses com les de lingüísta (hebraista i helenista), astrònom, geògraf i matemàtic, el seu nom va ser conegut en el món científic europeu a causa dels seus treballs sobre la supernova de 1572, la coneguda com supernova de Tycho, el danès que ha passat a la història com el principal investigador d’aquest fenomen.

Aquesta “nova”, com se l’anomenà a l’època per aparèixer com una nova estrella, va ser un esdeveniment d’una gran importància, ja que, fins ara, el cel era entès com inalterable per la filosofia aristotèlica imperant. Per això, el rei Felip II va encarregar a Jeroni Muñoz informes sobre les seues observacions i interpretació del fenomen.  L´erudit valencià va ser capaç de mesurar la posició exacta de l’estrella, a la constel·lació de Cassiopea, i de determinar que la distància a la mateixa, que no va poder calcular amb exactitud, era prou gran com per assegurar que es tractava d’un fenomen celeste. Aquests estudis van ser publicats en el Libro del nuevo cometa, en 1573. La seua hipòtesi, com indica el títol de la publicació, sostenia que es tractava d’un cometa, encara que reconeixia que el seu aspecte no concorda amb el descrit en els textos per a aquest tipus d’objectes, sinó més aviat amb el d’una estrella, i va concloure, contra Aristòtil, que en el cel es donen “alteracions i corrupció”. Els seus treballs van ser coneguts a Europa gràcies a la traducció dels mateixos al francès i a la seua correspondència amb diferents astrònoms europeus. El mateix Tycho Brahe va utilitzar les dades de Muñoz, elogiant la seua precisió, alhora que diferents autors del segle XVII, com Galileu.

En un altre dels grans debats de l’època, Muñoz es va situar en contra de la teoria heliocèntrica de Copèrnic, intentant refutar-la amb arguments científics en els seus treballs. Malgrat això, aconsellava als seus alumnes la lectura de les publicacions de l’astrònom polonès, al qual considerava com a excel·lent.

Diversos tractats (d’aritmètica i matemàtiques o d’hebreu) ens mostren les seues contribucions a les branques del saber abans esmentades. També va publicar algun fullet dedicat a l’Astrologia, que en l’època era una branca del saber associada a l’Astronomia, molt allunyada del que ha esdevingut avui dia. Es conserven alguns manuscrits per als seus cursos universitaris en diverses disciplines i Comentaris a obres clàssiques, com de la Història Natural, de Plini, o dels Comentaris de Theon a l´Almagest, de Ptolomeu, on discuteix la teoria heliocèntrica de Copèrnic dins de la seua anàlisi de l’Astronomia ptolemaica. Aquests treballs sobre textos clàssics s’emmarquen dins de les tendències de l’humanisme europeu del seu temps. Tanmateix, no va publicar molts dels seus estudis per considerar que no se li va agrair la seva feina, sinó que, al contrari, havia estat injúries pels membres de la cort del rei arran del seu estudi del “nou estel”, i perquè opinava que no era savi publicar llibres de Matemàtiques, perquè “no és Espanya observadora d’astres, ni es col·labora amb les matemàtiques, sinó només amb les arts mercantils. És imprudent, encara més, de pròdigs, voler editar res de matemàtiques, ja que les despeses d’impressió són enormes, i els llibres no es venen …”.

Per Muñoz, calia separar els assumptes naturals, que s’havien d’abordar des de la raó, de les coses de la fe, inabastables des de la raó humana. Aquest breu repàs a la seua biografia revela la seua talla intel·lectual i la seua racionalitat, en un entorn social i històric poc donat a una racionalitat que no va arribar a calar en algunes societats europees fins a la Il·lustració.

Manel Perucho i Pla treballa al departament d’Astronomia i Astrofísica de la Universitat de València.

Foto: Placa homenatge a Jeroni Muñoz a l’edifici del mateix nom a la Universitat de València. Enric Marco.