martes, 28 de octubre de 2008

Explosiones de rayos gamma: el misterio continúa

A más de cuatro décadas de haber sido descubiertas, las explosiones
de rayos gamma continúan siendo un misterio para los astrofísicos.
La semana próxima, expertos de 25 países se reunirán en Huntsville,
Alabama, para discutir y debatir los hallazgos sobre las más grandes
explosiones que se han producido desde el mismo Big Bang.


Octubre 16, 2008: A las personas del Sureste de Estados Unidos les agradan las buenas historias y están a punto de enterarse de una muy buena. Dicha historia comienza la próxima semana cuando investigadores de 25 países se reúnan en Huntsville, Alabana, en Estados Unidos, para compartir los últimos hallazgos sobre las más grandes explosiones que han ocurrido desde el mismo Big Bang (Gran Explosión). El Sexto Simposio sobre Explosiones de Rayos Gamma de Huntsville, en 2008, comienza el 20 de octubre y las conversaciones no se detendrán durante cuatro días consecutivos.

Los conferenciantes, uno tras otro, llevarán a los participantes a dar un paseo salvaje desde el borde del universo observable, donde las explosiones de rayos gamma ocurren muy a menudo, hasta nuestro propio patio trasero en la Vía Láctea, donde unas pocas estrellas supermasivas podrían ser bombas listas para producir explosiones, peligrosamente cerca. Las causas subyacentes de las explosiones de rayos gamma, sus "espasmódicos cadáveres" y las raras galaxias que a menudo albergan las explosiones... esos son sólo algunos de los temas que figuran en la orden del día del simposio.

see captionEl simposio comienza con una charla para quienes no son especialistas en el tema: "Agujeros negros: desde Einstein hasta las explosiones de rayos gamma", en la cual Neil Gehrels, un astrofísico de la NASA, describe cómo cada explosión de rayos gamma podría anunciar el nacimiento de un agujero negro. Se invita al público a participar de su charla el lunes 20 de octubre a las 7:30 p.m., en el Auditorio del Centro Davidson (Davidson Center Auditorium, en idioma inglés), del Centro del Espacio y Cohetes de Estados Unidos (U.S. Space & Rocket Center, en idioma inglés), en Huntsville.

Derecha: Una explosión de rayos gamma anuncia el nacimiento de un agujero negro —concepto artístico. [Más información]

Las explosiones de rayos gamma fueron descubiertas en los años '60 durante la Guerra Fría. Satélites estadounidenses, que vigilaban las pruebas nucleares soviéticas, detectaron intensas explosiones de radiación gamma. Las explosiones no provenían de la Unión Soviética, sino del espacio.

Inmediatamente, los astrónomos tuvieron un gran misterio entre sus manos. Las explosiones parecían contener más energía que una supernova y eran totalmente impredecibles, provenían de cualquier parte del cielo, al azar, y en cualquier momento. Además, eran breves, algunas duraban menos de un segundo. Para cuando los observadores movían sus telescopios en la dirección de un estallido, ¡ya se había ido! En 1990, una historieta publicada un domingo por la mañana, mostraba a un astrónomo mareado, sosteniéndose de su telescopio, mientras una explosión de rayos gamma ocurría sobre su cabeza.

Eran tiempos de humor. Mientras muchos investigadores estaban convencidos de que las explosiones de rayos gamma provenían de las partes más lejanas del espacio, de millones a miles de millones de años luz de distancia, otros sostenían que las explosiones estaban sucediendo justo aquí, en el sistema solar. ¡Y nadie podía probar que estaban equivocados! Los expertos gozaban de libertad para sostener las más descabelladas teorías que sus mentes pudieran inventar.

Los astrónomos necesitaban más datos. La primera oleada de información provino de un instrumento llamado "BATSE", ubicado a bordo del Observatorio Espacial Compton de Rayos Gamma, de la NASA. A mediados de la década de 1990, BATSE captó miles de explosiones y realizó un mapa de su distribución en el cielo. Las explosiones no estaban limitadas al plano del sistema solar; ni al plano de la Vía Láctea. Lo que sea que fueran, las explosiones de rayos gamma no eran locales.

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Arriba: El Observatorio Espacial Compton de Rayos Gamma y sus sensores BATSE demostraron que las explosiones de rayos gamma ocurrían muy por afuera del sistema solar. [Más información]

Mientras tanto, la NASA y otras agencias espaciales estuvieron trabajando en una nueva generación de satélites capaces de localizar los primeros destellos de rayos gamma y transmitir las coordenadas a la Tierra lo suficientemente rápido como para poder seguir las observaciones con telescopios terrestres. Esto, esperaban los astrónomos, revelaría qué tipo de galaxias hospedaban a las feroces explosiones (si en verdad las explosiones ocurrían dentro de las galaxias) y cuán lejos se ubicaban.

El 28 de febrero de 1997, el BeppoSAX hizo un gran avance. El satélite ítalo-holandés ubicó una explosión y orientó a los astrónomos hacia ella con suficiente tiempo como para fotografiar una luminiscencia residual óptica. El telescopio espacial Hubble fue apuntado hacia la explosión que se tornaba cada vez más tenue y allí estaba, una galaxia apenas visible… muy, muy lejana.

Después vino la nave espacial Swift, de la NASA, que podía no solamente precisar la ubicación de los rayos gamma y transmitir sus coordenadas en pocos segundos, sino que también estaba equipada con sus propios detectores de rayos-X y UV, además de detectores ópticos. ¡La nave Swift era un ejército de telescopios espaciales en un solo satélite! Swift fue lanzada en 2004 y ha detectado cientos de explosiones, ha monitoreado sus luminicencias residuales en múltiples longitudes de onda y ha medido sus distancias (el récord actual: 12.800 millones de años luz; o sea, prácticamente el borde del universo observable). Estos eran los tipos de datos que todos estaban esperando.

see captionHay dos tipos de explosiones de rayos gamma: breves (<> 2 segundos).

Derecha: Un ejemplo de explosión larga de rayos gamma.

Se cree que las más largas son "supernovas con esteorides", explosiones catastróficas que señalan el fin de estrellas que son entre 50 a 100 veces más masivas que el Sol. Cuando tales estrellas monstruosas explotan dejan detrás un agujero negro y transmiten la "noticia" a través del cosmos en forma de onda de rayos gamma. Las bases físicas fueron presentadas y desarrolladas por el físico de la Universidad de California, el Dr. Stan Woosley, y su "modelo de colapso" es ahora considerado como la mejor explicación para las explosiones de rayos gamma de larga duración.

Las explosiones más breves son más desconcertantes. Se encienden y se apagan con demasiada rapidez como para ser supernovas y las energías que están involucradas no llegan a provocar la explosión de una estrella. Muchos investigadores, en cambio, consideran que tienen origen en colisiones que se producen entre estrellas de neutrones ultradensas o, quizás, estrellas de neutrones que chocan con agujeros negros. En cualquier caso, el resultado es otro agujero negro. No obstante, el jurado todavía no participa y los debates del simposio serán bastante acalorados.

Hay otros misterios también. Por ejemplo, todos los tipos de galaxias contienen al menos una mínima cantidad de estrellas supermasivas que podrían explotar. Así que los astrónomos esperan ver explosiones de rayos gamma que provienen de galaxias espirales, elípticas, con barras —de toda la gama. Sin embargo, las explosiones parecen preferir a las raras galaxias irregulares antes que al resto de las galaxias. Nadie sabe por qué. Otro ejemplo: la primera oleada de formación estelar después del Big Bang debería haber producido una abundante cantidad de estrellas supermasivas de la categoría ideal para ocasionar explosiones de rayos gamma. Pero parece haber escasez de explosiones en los corrimientos al rojo (distancias) correspondientes a esas épocas tempranas. ¿Dónde están las explosiones de rayos gamma extraviadas?

El más reciente observatorio de la NASA, el Telescopio Espacial Fermi de Rayos Gamma, lanzado en 2008, se encuentra en una misión destinada a responder éstas y otras preguntas. Quizás en el simposio se revelen resultados importantes.

sábado, 18 de octubre de 2008

Una explosión de rayos gamma que se pudo observar a simple vista


Un numeroso grupo de astrónomos de diversas partes del
mundo informó que la gigantesca explosión de rayos gamma
observada en marzo de 2008 tuvo características realmente
inusuales, las cuales permitieron dar el mejor seguimiento
jamás logrado a un evento como este.

Septiembre 10, 2008: Astrónomos anunciaron hoy que una extraordinaria explosión de rayos gamma, visible al ojo humano, y que tuvo lugar hace algunos meses, provino de un chorro estelar explosivo que apuntaba casi directamente hacia la Tierra.

ver leyendaDerecha: Haga clic aquí para ver una animación de transmisión continua del chorro estelar explosivo (concepto artístico).

El satélite Swift, de la NASA, detectó la explosión —formalmente llamada GRB 080319B— a las 2:13 a.m., hora diurna del Este de Estados Unidos (EDT), el 19 de marzo de 2008, y señaló su posición en la constelación del Boyero (Bootes, en idioma inglés). La explosión de rayos gamma se volvió lo suficientemente brillante como para poder verla sin telescopio. Desde entonces, las observaciones del evento, llevadas a cabo mediante un conjunto de satélites y observatorios en tierra, han proporcionado a los científicos el retrato más detallado de una explosión que se haya registrado.

"Swift fue diseñado para encontrar explosiones inusuales", dijo el investigador principal del proyecto Swift, Neil Gehrels, del Centro Goddard para Vuelos Espaciales, de la NASA, en Greenbelt, Maryland. "Realmente nos sacamos la lotería con este evento".

En un artículo publicado en la edición del jueves de la revista Nature, Judith Racusin, de la Universidad Estatal de Pensilvania, y un equipo de 92 coautores, informaron sobre observaciones llevadas a cabo a diversas frecuencias del espectro electromagnético, las cuales comenzaron 30 minutos antes de la explosión y continuaron registrando el brillo durante meses luego del evento. El equipo llegó a la conclusión de que el brillo extraordinario del estallido provino de un chorro que expulsó material directamente hacia la Tierra, al 99,99995 por ciento de la velocidad de la luz.

En los primeros quince segundos posteriores al evento, el estallido brilló lo suficiente como para poder ser observado por el ojo humano en un cielo oscuro. Ascendió rápidamente a un máximo de 5,3 magnitudes en la escala astronómica de brillo. Increíblemente, la estrella moribunda se encontraba a una distancia de 7.500 millones de años luz.

Telescopios alrededor del mundo ya se encontraban estudiando el brillo producido luego de otra explosión, cuando GRB 080319B estalló a apenas 10 grados de distancia. TORTORA, una cámara robot óptica de amplio campo, operada desde Chile con la colaboración de Rusia e Italia, también captó la luz inicial del evento: haga clic aquí para ver la película. El sistema de captura rápida de imágenes que posee TORTORA logró proporcionar la vista más detallada que se haya obtenido hasta el momento en luz visible, asociada con la ráfaga inicial de la explosión de rayos gamma.

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Arriba: GRB 080319B hace una breve aparición entre las estrellas del campo de la constelación del Boyero en una película hecha por Pi del Cielo (Pi of the Sky, en idioma inglés), un grupo polaco que monitorea el cielo en busca de los brillos posteriores a las explosiones así como también de otros fenómenos de corta duración. [Más información]

Inmediatamente después de la explosión, el Telescopio Óptico y Ultravioleta y el Telescopio de Rayos X del Observatorio Espacial Swift indicaron que efectivamente se cegaron con el brillo. Racusin pensó al principio que algo andaba mal en los telescopios. Pero en los siguientes minutos, sin embargo, a medida que llegaban informes de otros obsevadores, quedó claro que éste era un evento especial.

Las explosiones de rayos gamma son las más luminosas del universo. La mayoría de estos eventos ocurre cuando las estrellas masivas agotan su combustible nuclear. Conforme colapsa, el núcleo de una estrella crea un agujero negro o una estrella de neutrones que, mediante procesos que aún no se comprenden muy bien, expulsa poderosos chorros de gas. Estos chorros literalmente se abren camino a través de la estrella que colapsa, arrastrando materia y radiación hacia el espacio.

El equipo de investigadores cree que el chorro que apuntaba hacia la Tierra contenía un componente ultra rápido de menos de 0,4 grados de tamaño angular. El núcleo residía dentro de un chorro levemente menos energético, aproximadamente 20 veces más ancho.

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Arriba: Un modelo de chorro de dos componentes explica el cronometraje y la evolución espectral del GRB 080319B. Crédito de la imagen: Nature/Judith Racusin. [Imagen ampliada]

"Es este chorro ancho el que usualmente es detectado por el Swift en otros estallidos", explicó Racusin. En el caso del GRB 080319B, también se pudo observar el chorro angosto, lo cual dio como resultado el brillo inusual. "Tal vez, todas las explosiones de rayos gamma contienen un chorro angosto, pero los astrónomos no los han detectado porque no los vemos directamente, como a este".

Tal alineación ocurre por casualidad una vez cada diez años, así que el GRB 080319B fue, realmente, un evento raro.

sábado, 11 de octubre de 2008

Las primeras observaciones del telescopio espacial Fermi

Hoy, la NASA reveló imágenes de las

primeras observaciones y anunció un

nuevo nombre para su más reciente

telescopio espacial.


Agosto 26, 2008: El telescopio más nuevo de la NASA, anteriormente conocido como GLAST, ha pasado exitosamente su verficación orbital, comenzando de este modo una misión destinada a explorar el violento e impredecible universo de los rayos gamma.

see caption El telescopio comienza la misión con un nuevo nombre. La NASA anunció hoy que a GLAST se le asignó un nuevo nombre: Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi, en honor al profesor Enrico Fermi (1901 - 1954), un pionero en el campo de la física de alta energía.

Derecha: Concepto artístico del nuevo Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi. [Más información]

"Enrico Fermi fue la primera persona que sugirió la forma en la cual las partículas cósmicas podrían ser aceleradas a grandes velocidades", dijo Paul Hertz, el científico que se desempeña como jefe del Directorio de Misiones Científicas de la NASA, en las oficinas centrales de la NASA, ubicadas en Washington. "Su teoría proporciona los fundamentos para entender el nuevo fenómeno que su telecopio homónimo descubrirá".

Los científicos esperan que Fermi, mediante la observación de rayos gamma energéticos, descubra muchos nuevos pulsares, revele el funcionamiento de los agujeros negros supermasivos y ayude a los físicos a buscar nuevas leyes de la naturaleza.

Durante dos meses después del despegue de la nave espacial, el 11 de junio de 2008, los científicos pusieron a prueba y calibraron sus dos instrumentos, el Telescopio de Gran Área (LAT, por su sigla en idioma inglés) y el Monitor de Destellos del GLAST (GBM, por su sigla en idioma inglés).

Hoy, el equipo del Telescopio Espacial de Gran Área develó una imagen del cielo donde se aprecia el gas brillante de la Vía Láctea, pulsares parpadeantes y una brillante galaxia ubicada a miles de millones de años luz. El mapa combina 95 horas de las primeras observaciones llevadas a cabo por el instrumento:

Arriba: Una porción del mapa de las primeras observaciones de los cielos de rayos gamma. Haga clic aquí para ver el cielo completo.

Se tardó varios años para crear una imagen similar, producida por el ahora desaparecido Observatorio de Rayos Gamma Compton. Con la sensibilidad superior de Fermi, seguramente surgirán nuevos descubrimientos.

El Telescopio Espacial de Gran Área de Fermi explora el cielo completo cada tres horas cuando funciona bajo el "modo de reconocimiento", tarea que ocupará la mayor parte del tiempo de observación del telescopio durante su primer año de operaciones. Estas fotografías instantáneas permiten a los científicos monitorear cambios rápidos en las características del violento universo de rayos gamma. El telescopio es sensible a los fotones con energías que varían en un rango de 20 MeV (Megaelectronvoltios) hasta por encima de 300 GeV (Gigaelectronvoltios). El límite más alto de este rango, el cual corresponde a energías que son 5 millones de veces más grandes que los rayos X dentales, está muy poco explorado.

Derecha: Este aumento de rayos gamma, detectado por Fermi, el 23 de julio de 2008, señala la probable destrucción de una estrella distante. [Imagen ampliada]

El instrumento secundario de la nave espacial, el GBM, identificó 31 explosiones conocidas como erupciones de rayos gamma solamente durante su primer mes de operaciones. Estas explosiones de alta energía ocurren cuando las estrellas masivas mueren o cuando las estrellas de neutrones que están orbitando se mueven juntas en forma de espiral y se fusionan.

El GBM es sensible a rayos gamma menos energéticos que el Telescopio Espacial de Gran Área, lo cual ofrece una visión complementaria del extenso espectro de rayos gamma. Trabajando juntos, los dos instrumentos pueden finalmente desentrañar algunos de los más enredados misterios de las erupciones de rayos gamma.

"Las últimas décadas han sido una época de oro para la astronomía", dice Chip Meegan, quien es el investigador principal del GBM, en el Centro Marshall para Vuelos Espaciales. Meegan considera que Fermi va a lograr que estos buenos tiempos continúen. "Estoy encantado de ser parte de esto".

Manténgase sintonizado con Ciencia@NASA para conocer más noticias sobre Fermi y el universo de rayos gamma.

domingo, 5 de octubre de 2008

La NASA explorará una "capa secreta" del Sol

Investigadores de la NASA se están preparando para lanzar un telescopio experimental que puede ver una capa del Sol donde se piensa que
"nace el clima del espacio".


Septiembre 5, 2008: En el próximo mes de abril, durante un fabuloso total de 8 minutos, astrónomos de la NASA podrán observar una capa secreta del Sol.

Los investagadores la llaman "región de transición". Es un lugar en la atmósfera del Sol, ubicado a aproximadamente 5000 km por encima de la superficie estelar, donde los campos magnéticos superan la presión de la materia y toman el control de los gases del Sol. Allí es donde explotan las llamaradas solares, donde las eyecciones de masa coronal comienzan su viaje hacia la Tierra, donde el viento solar es misteriosamente acelerado a más de un millón de km/h.

Es, en resumen, el lugar de nacimiento del clima espacial.

Los investigadores esperan que dicha región esté a punto de revelar sus secretos.

Derecha: No muy por encima de la superficie del Sol yace la "región de transición" donde los campos magnéticos toman el control de los gases solares. Crédito de la fotografía: NASA/TRACE.

"A comienzos del próximo año, vamos a lanzar un telescopio experimental que puede medir campos magnéticos vectoriales en la región de transición", explica Jonathan Cirtain, del Centro Marshall para Vuelos Espaciales (MSFC, por su sigla en idioma inglés). Estudios previos han medido estos campos arriba y abajo de la región de transición —pero nunca dentro de ella. "Nosotros esperamos ser los primeros".

El nombre del telescopio es SUMI, sigla que en idioma inglés significa: Solar Ultraviolet Magnetograph Investigation (Investigación por Magnetógrafo Solar Ultravioleta, en idioma español). Fue desarrollado por astrónomos e ingenieros en el MSFC y actualmente su lanzamiento está programado desde Arenas Blancas, Nuevo México, para el mes de abril de 2009.

El SUMI trabaja por medio del "desdoblamiento Zeeman". El físico holandés Pieter Zeeman descubrió el efecto en el siglo 19. Cuando un tubo lleno con gas incandescente es sumergido en un campo magnético, las líneas espectrales emitidas por el gas son desdobladas en dos colores levemente distintos —cuánto más fuerte sea el campo, mayor será el desdoblamiento. Lo mismo ocurre en el Sol. Aquí, por ejemplo, se pueden apreciar algunas líneas espectrales de hierro gaseoso que son desdobladas por el campo magnético de una mancha solar:

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Arriba: Desdoblamiento Zeeman de líneas espectrales de una mancha solar fuertemente magnetizada. [Más información]

Midiendo la separación, los astrónomos estiman la fuerza del campo magnético de la mancha solar. Además, midiendo la polarización de la línea desdoblada, los astrónomos pueden calcular la dirección del campo magnético. ¡Fuerza + dirección = todo lo que usted siempre quizo saber sobre un campo magnético!

Este truco se ha aplicado a miles de manchas solares en la superficie del Sol, pero nunca se aplicó a la región de transición ubicada apenas arriba, a corta distancia.

¿Por qué no?

"Simplemente por mala suerte, de verdad", dice Cirtain. "El gas en la región de transición no produce muchas líneas espectrales intensas que podamos apreciar en longitudes de onda visible". Sin embargo, produce líneas en longitudes de onda UV (ultravioleta) invisibles desde la superficie de la Tierra.

see       caption"Es por eso que debemos salir de la Tierra".

El SUMI despegará dentro de la nariz de un cohete Black Brant en un vuelo suborbital que lo llevará a una altura de 300 km. "Estaremos por encima del 99,99% de la atmósfera de la Tierra", afirma Cirtain. Al cabo de aproximadamente 68 segundos de vuelo, las puertas de la carga útil se abrirán, proporcionando al SUMI una diáfana visión de los rayos UV del Sol. "A partir de ese momento, tendremos solamente 8 minutos para trabajar. Nos concentraremos en una región activa y empezaremos a tomar datos".

Derecha: Un cohete de sondeo Black Brant similar al que transportará al SUMI por encima de la atmósfera de la Tierra.

El "magnetógrafo" vectorial del SUMI está preparado para estudiar un par de líneas espectrales: una del carbono triplemente ionizado (CIV), a 155 nanómetros, y otra del magnesio ionizado una sola vez (MgII), a 280 nanómetros. "No hay nada especial en relación con esos iones", destaca Cirtain. "Simplemente sucede que producen las mejores y más brillantes líneas a las temperaturas y densidades típicas de la región de transición".

Cirtain anticipa cómo se sentirá al tener este valioso instrumento volando a 300 km por encima de la Tierra, a 8.000 km/h (5.000 mph): "Ocho minutos de terror". Comenzará a respirar otra vez cuando las puertas de la carga útil se cierren y el SUMI inicie su descenso de regreso a la Tierra. Cirtain marca las etapas: "Ingreso a la atmósfera. Apertura del paracaídas. Aterrizaje en Arenas Blancas. Recuperación".

El corto vuelo probablemente no conducirá a grandes avances de inmediato. "Pero demostrará el concepto del SUMI y nos mostrará si va a funcionar". Un vuelo exitoso podría llevar a la realización de más vuelos y finalmente a un magnetógrafo similar al SUMI instalado permanentemente en un telescopio espacial.

"Ese es el sueño", dice. Región de transición, prepárate para mostrarnos tus secretos…