Polémica observación de iones pesados en un chorro relativista

Los agujeros negros con disco de acreción emiten chorros relativistas, tanto en sistemas binarios de masa estelar como en el centro de las galaxias. Sabemos que estos chorros contienen electrones ultrarrelativistas, pero como deberían ser neutros además tienen que emitir partículas de carga positiva; podrían ser positrones (inobservables desde la Tierra) o núcleos atómicos pesados (materia bariónica). Hasta ahora no se han observado estos iones pesados en los chorros.

María Díaz Trigo (Agencia Europea del Espacio, ESA) y varios colegas publican en Nature lo que podría ser la primera observación de materia bariónica en el chorro relativista de un agujero negro de masa estelar, en concreto en el sistema binario llamado 4U 1630-47, gracias al telescopio espacial XMM-Newton de la ESA (observación difícil que ha sido confirmada por el ATCA, Australia Telescope Compact Array). La línea de emisión más fuerte se encuentra a 7,28 keV, siendo muy delgada (su anchura es de 0,17 ± 0,05 keV); los autores afirman que lo más plausible es que esté asociada a hierro (Fe) altamente ionizado en un chorro relativista que se mueve a una velocidad mayor de 0,3 c (un tercio de la velocidad de la luz) con una inclinación relativa en dirección a la Tierra menor de 73°, es decir, que esta línea de emisión está desplazada al azul. También se observa una línea de emisión a 8,14 keV que parece asociada a níquel (Ni) altamente ionizado, pero que debería ser una línea desplazada al rojo. También se ha observado una señal que podría ser otra línea del hierro desplazada al rojo.

Por supuesto, esta observación y su interpretación son muy especulativas y generarán bastante polémica. Muchos expertos dudarán de este resultado hasta que no se repita de forma independiente dicha observación en otras fuentes binarias de rayos X. Todo el mundo espera que haya bariones en los chorros y quizás los autores del estudio han interpretado los resultados con un fuerte sesgo cognitivo. Sólo el tiempo dirá si se confirma esta observación o se necesita una interpretación alternativa.

El polémico artícuo técnico es María Díaz Trigo et al., «Baryons in the relativistic jets of the stellar-mass black-hole candidate 4U 1630-47,» Nature, AOP 13 Nov 2013. Por cierto, en español también puedes leer «Los chorros de los agujeros negros se mueven a dos tercios la velocidad de la luz,» Europa Press, 13 Nov 2013.

El problema de la formación de la Luna y su geoquímica

La teoría estándar para la formación de la Luna es el impacto de un cuerpo de tamaño similar a Marte contra la Tierra primitiva. Pero hay un problema, las simulaciones por ordenador de este impacto o bien explican la dinámica temprana del momento angular del sistema Tierra-Luna, o bien son capaces de explicar la semejanza entre la composición geoquímica de la Tierra y su satélite, pero no ambas cosas. Conocemos la geoquímica lunar gracias al programa espacial Apolo que trajo 382 kilogramos de rocas lunares hasta la Tierra. El año pasado se publicaron dos modelos que proponían el impacto de un objeto de tamaño similar a la Luna, mucho menor que Marte, para tratar de resolver este «pequeño» problema, explicando de forma correcta la composición geoquímica, pero el sistema Tierra-Luna resultante tenía demasiado momento angular y el mecanismo propuesto para reducirlo no satisface a todos los expertos. Hay cosas que creemos que sabemos que sabemos, pero a veces no sabemos que no sabemos. Nos lo cuenta Daniel Clery, «Impact Theory Gets Whacked,» Science 342: 183-185, 11 Oct 2013.

Cómo distinguir estrellas de neutrones y estrellas de quarks con ondas gravitatorias

Nadie sabe si las estrellas de quarks existen, pero se publica en Science un artículo que muestra cómo distinguirlas de las estrellas de neutrones cuando están en un sistema binario y emiten radiación como un púlsar de milisegundos. Una estrella compacta en rápida rotación emite pulsos de radiación de forma periódica debido a su intenso campo magnético. Los sistemas binarios formados por dos púlsares han permitido verificar de forma indirecta la existencia de ondas gravitatorias gracias a la reducción de su periodo de emisión. Kent Yagi y Nicolás Yunes (Univ. Estatal de Montana, EEUU) afirman que las estrellas compactas en rotación rápida se deforman de forma diferente según su composición y que ello afecta a su emisión como púlsares. El resultado es que el momento cuadripolar de la radiación de los púlsares binarios es diferente entre estrella de neutrones y estrellas de quarks. La variación del periodo de emisión de los púlsares de milisegundos además de permitir comprobar la validez de la relatividad general (Premio Nobel de Física de 1993) también podría permitir descubrir la existencia de las estrellas de quarks. Para ello habría que observar uno que violara, en apariencia, la relatividad general, pero que lo hiciera siguiendo las predicciones de este nuevo artículo. Toda una sorpresa para muchos. El artículo técnico es Kent Yagi, Nicolás Yunes, «I-Love-Q: Unexpected Universal Relations for Neutron Stars and Quark Stars,» Science 341: 365-368, 26 Jul 2013.

M62-VLA1, un nuevo agujero negro de masa estelar similar a Cygnus X-1

Cygnus X-1, la más famosa fuente binaria de rayos X, está formada por un objeto compacto (candidato a agujero negro de masa estelar, entre 7 y 15 veces la masa del Sol) y una estrella supergigante a la que roba materia (el agujero negro no emite los rayos X sino la materia que cae). Se ha descubierto una nueva fuente binaria de rayos X en el cúmulo globular M62 (NGC 6266). El candidato a agujero negro, M62-VLA1, tiene unas 10 masas solares y le roba materia a una estrella gigante roja. Las características más claras de un sistema binario con un agujero negro son tener una luminosidad de rayos X por encima del límite de Eddington para una estrella de neutrones y presentar grandes variaciones de luminosidad en escalas de tiempo cortas. M62-VLA1 cumple ambos requisitos, siendo su emisión óptica, en ondas de radio y en rayos X muy similar a las de Cygnus X-1. Stephen Hawking perdió su apuesta de 1974 contra Kip Thorne y tuvo que regalarle en 1990 una suscripción anual a Penthouse porque los indicios a favor de que Cygnus X-1 contenía un agujero negro eran aplastantes. Para M62-VLA1 los indicios también lo son de ahí que mi titular sea «un nuevo agujero negro» en lugar de «un nuevo candidato a agujero negro.» El artículo técnico es Laura Chomiuk et al., «A Radio-Selected Black Hole X-ray Binary Candidate in the Milky Way Globular Cluster M62,» arXiv:1306.6624, 27 Jun 2013.

Francis en Trending Ciencia: Últimas noticias sobre Voyager 1 publicadas en Science

Puedes escuchar mi nuevo Podcast para Trending Ciencia siguiendo este enlace. Como siempre una transcripción del audio, algunos enlaces y algunas figuras.

La semana pasada ha vuelto a ser noticia la sonda espacial Voyager que se encuentra en la frontera del Sistema Solar gracias a tres artículos publicados en la revista Science que indican que Voyager 1 ha abandonado, casi, el Sistema Solar, pero no del todo. Para este podcast me basaré en el artículo de Alexandra Witze, «Voyager 1 is going, going, but not quite gone from the Solar System,» del 27 de junio de 2013 para Nature News, y en la entrevista que le realizó a Ed Stone (que ha guiado la nave espacial Voyager 1 durante 36 años) en «Voyager: Outward Bound,» aparecida en Nature el 23 de mayo de 2013.

Voyager 1 fue lanzada en 1977 y ahora está a unos 18.600.000.000 kilometros del Sol y sigue alejándose cada día. En 2004, la Voyager 1 abandonó la región del espacio dominada por la influencia del Sol y entró en una zona de transición donde el viento solar se mezcla de forma turbulenta con el gas interestelar. Los astrofísicos están esperando ansiosos a que Voyager salga de esta zona de transición y se introduzca en el verdadero espacio interestelar. En el verano de 2012 la sonda experimentó un cambio, pero la señal no era tan clara como algunos esperaban y aún no se puede asegurar que haya atravesado la frontera del sistema solar.

Los tres artículos técnicos en Science son S. M. Krimigis et al., «Search for the Exit: Voyager 1 at Heliosphere’s Border with the Galaxy,» Science Express, Published Online June 27 2013; E. C. Stone et al., «Voyager 1 Observes Low-Energy Galactic Cosmic Rays in a Region Depleted of Heliospheric Ions,» Science Express, Published Online June 27 2013; y L. F. Burlaga et al., «Magnetic Field Observations as Voyager 1 Entered the Heliosheath Depletion Region,» Science Express, Published Online June 27 2013.

Planck 2013 (XXIX): El catálogo de Planck de fuentes del efecto Sunyaev-Zel’dovich

El fondo cósmico de microondas (CMB) presenta regiones con un corrimiento al azul debidas al efecto Sunyaev–Zel’dovich (SZ) resultado del efecto Compton inverso, la interacción de los fotones de baja energía del CMB con los electrones de alta energía de un cúmulo galáctico. Gracias a ello, el telescopio espacial Planck de la ESA, tras 15,5 meses de observación, ha publicado un catálogo de 1227 candidatos a cúmulos y supercúmulos galácticos, llamado ESZ (Planck Early SZ). Entre ellos están confirmados 861, de los 683 ya eran conocidos y 178 han sido descubiertos por Planck. Los restantes 366 son candidatos y aún requieren confirmación independiente. En esta imagen se muestra el supercúmulo Shapley, formado por varios cúmulos galácticos, uno de los más bellos (sobre todo cuando uno imagina lo inmenso que es lo que se está viendo). Los interesados en los detalles técnicos pueden consultar el artículo Planck Collaboration, «Planck 2013 results. XXIX. Planck catalogue of Sunyaev-Zeldovich sources,» arXiv:1303.5089, 20 Mar 2013. Lo sé, lo sé, los resultados de Planck ya fueron noticia en su momento, pero estoy releyendo los artículos técnicos y habrá una serie de entradas en este blog sobre ellos.

La densidad de la materia oscura en los cúmulos galácticos

La medida de la densidad de la materia oscura en 50 cúmulos galácticos, utilizando la técnica de lentes gravitacionales débiles, ha permitido confirmar las predicciones del modelo de materia oscura fría (CDM por Cold Dark Matter), en concreto, del modelo de Navarro-Frenk-White. Un equipo internacional de astrónomos de Taiwán, Gran Bretaña y Japón han usado la Suprime-Cam del Telescopio Subaru, en el marco del proyecto LoCuSS (Local Cluster Substructure Survey), para medir la distribución de materia oscura en los 50 cúmulos galácticos más masivos. Cada uno tiene una distribución de galaxias muy dispar, pero se pueden combinar todos para dar lugar a un «cúmulo galáctico efectivo» cuya densidad de materia oscura sigue a la perfección la distribución gaussiana predicha por la teoría CDM; de hecho, este perfil predicho para la densidad de materia oscura en función de la distancia radial al centro de masas es diferente en cúmulos galácticos y galaxias. La nueva medida confirma esta diferencia. El artículo técnico es Nobuhiro Okabe et al., «LoCuSS: The Mass Density Profile of Massive Galaxy Clusters at z=0.2,» The Astrophysical Journal Letters 769: L35, Jun 2013 [arXiv:1302.2728]; el modelo teórico es de Julio F. Navarro, Carlos S. Frenk, Simon D.M. White, «A Universal Density Profile from Hierarchical Clustering,» Astrophys. J. 490: 493-508, 1997 [arXiv:astro-ph/9611107]. Más información divulgativa en «Cosmic Giants Shed New Light on Dark Matter,» Subaru Telescope, Jun 12, 2013.

Consecuencias astrofísicas de la materia oscura ligera

La mayoría de los físicos piensan que la materia oscura está formada por partículas que aún no han sido detectadas. En los últimos años varios experimentos apuntan a partículas ligeras, con una masa menor de 10 GeV/c² (p.ej. CDMS II apunta a 8,6 GeV/c²). Tal tipo de materia oscura tendría dos consecuencias astrofísicas que podrían ser detectadas por los astrónomos. Primero, estas partículas serían atrapadas por las estrellas y se acumularían en su interior; esto afectaría poco a estrellas como el Sol, pero afectaría mucho a estrellas de baja masa (menor de 0,2 masas solares) pues cambiaría la temperatura de su núcleo; el cambio se notaría en la evolución de su curva de luminosidad con el tiempo. Y segundo, también afectaría a la corriente de estrellas de Sagitario que cruza el plano de nuestra galaxia, cambiando el número de partículas de materia oscura que esperamos detectar en los experimentos de búsqueda directa. Por ahora, ambos efectos no han sido observados, aunque la incertidumbre experimental es alta; quizás en los próximos años se puedan observar estos fenómenos. Nos lo cuenta Andrew R. Zentner, «Stuff that happens in astrophysics if the dark matter is light,» slides, que resume sus resultados de sus tres artículos: Andrew R. Zentner, Andrew P. Hearin, «Asymmetric Dark Matter May Alter the Evolution of Low-mass Stars and Brown Dwarfs,» Phys. Rev. D 84: 101302, 2011 [arXiv:1110.5919]; Chris W. Purcell, Andrew R. Zentner, Mei-Yu Wang, «Dark Matter Direct Search Rates in Simulations of the Milky Way and Sagittarius Stream,» JCAP 08(2012)027 [arXiv:1203.6617]; y Chris W. Purcell, Andrew R. Zentner, «Bailing Out the Milky Way: Variation in the Properties of Massive Dwarfs Among Galaxy-Sized Systems,» accepted by JCAP, 2013 [arXiv:1208.4602].

GRB 130427A, el mayor estallido de rayos gamma observado por Fermi LAT

El telescopio espacial de rayos gamma Fermi observó gracias a su mayor instrumento, el telescopio de gran área LAT, un estallido de rayos gamma cerca del polo note galáctico con una energía total de 94 GeV (el de mayor energía hasta el momento) y cuya emisión duró casi un día (la mayor duración hasta el momento). Se estima que su fuente está muy cerca, z=0,34 (sólo el 5% de los GRB está tan cerca). Un fotón con una energía de ∼72 GeV llegó a los 18,6 segundos tras el inicio del estallido GRB 130427A, lo que permite acotar las variaciones de la velocidad de la luz con la energía; pero el límite que se obtiene es peor que el logrado en 2009 gracias a un fotón de 31 GeV que llegó 0,73 segundos tras el inicio del estallido GRB 090510 [más información en este blog]. Ello no quita que el famoso Giovanni Amelino-Camelia y varios colegas hayan tratado de hacerlo utilizando un «truco» curioso. Más info sobre el estallido en «NASA’s Fermi, Swift See ‘Shockingly Bright’ Gamma-ray Burst,» NASA, 3 May 2013, y en múltiples fuentes.

El telescopio Hubble pierde, la teoría de discos de acreción gana

Hay experimentos que contradicen las teorías en boga. Descubrir un error en dichos experimentos reafirma dichas teorías y permite que muchos físicos respiren con alivio. El telescopio espacial Hubble midió la distancia a la estrella binaria SS Cygni y resultó ser mucho más grande de lo esperado. O bien la teoría de los discos de acreción era incorrecta, o bien Hubble había medido mal la distancia. Miller-Jones et al. publican en Science una nueva medida de la distancia a SS Cygni utilizando radiotelescopios que contradice a Hubble y confirma las predicciones de las teorías de los discos de acreción en binarias. ¡Menos mal! Se han utilizado VLBA (Very Long Baseline Array) y EVN (European VLBI Network) entre abril de 2010 y octubre de 2012. Nos lo cuenta M. R. Schreiber, «One Good Measure,» Science 340: 932-933, 24 May 2013, que se hace eco del artículo técnico de J. C. A. Miller-Jones et al., «An Accurate Geometric Distance to the Compact Binary SS Cygni Vindicates Accretion Disc Theory,» Science 340: 950-952, 24 May 2013.