Francis en #rosavientos: El meteoro de Cheliábinsk, el asteroide con seis colas y las exotierras de Kepler

Dibujo20131109 Russian meteorite picture - kostanai - kazakhstan - nasha gazeta newspaper

Ya puedes oír el audio de mi sección Eureka, en La Rosa de los Vientos, de Onda Cero, siguiendo este enlace. Como siempre una transcripción libre y algunos enlaces.

Esta semana se han publicado nuevos datos sobre el meteoro que cayó en Rusia el pasado 15 de febrero en Cheliábinsk. ¿Qué novedades hay sobre este meteoro? Ya comenté en su momento en Eureka los datos iniciales sobre su trayectoria y la estimación mediante infrasonidos de su masa. Estos datos preliminares han sido revisados esta semana por dos artículos publicados en Nature y un artículo publicado en Science. El meteoro que impactó en Cheliábinsk tenía una masa entre 12.000 y 13.000 toneladas métricas, casi el doble de lo que se estimó en su momento, impactó en la parte superior de la atmósfera a una velocidad de unos 19 km/s, más de 50 veces la velocidad del sonido en esa región de la atmósfera, liberando una energía de unos 500 kilotones de TNT, que por fortuna fue, en gran parte, absorbida por la atmósfera (lo que minimizó los daños, aunque llevó al hospital por lesiones leves a 1.200 personas).

Desde el impacto de Tunguska en 1908, la Tierra no había sido testigo una colisión espacial tan destructiva. El meteoro se fracturó en miles de pedazos a una altura entre 30 y 45 km  El 75% de la masa del asteroide se vaporizó, mientras que el resto se convirtió en polvo. Sólo el 0,05% (unas 4 o 6 toneladas) sobrevivió a la explosión y cayó al suelo en forma de meteoritos. Sólo se han encontrado unos pocos meteoritos en tierra, el mayor de los cuales, con 600 kg de masa, formó un agujero circular en el hielo de la superficie del lago Chebarkul, a 60 km al suroeste de Cheliábinsk y acabó en el fondo del lago desde donde ha sido recuperado para su estudio. Los nuevos análisis de todos los datos recabados sobre este meteoro nos dan mucha información sobre este tipo de sucesos y nos permite estimar la probabilidad de futuros sucesos similares.

Más información en este blog en “Los últimos datos sobre el meteoro de Chelyabinsk,” LCMF, 7 Nov 2013. Los tres artículos técnicos son Jiří Borovička et al., “The trajectory, structure and origin of the Chelyabinsk asteroidal impactor,” Nature, AOP, 06 Nov 2013; P. G. Brown et al., “A 500-kiloton airburst over Chelyabinsk and an enhanced hazard from small impactors,” Nature, AOP 06 Nov 2013; y Olga P. Popova et al., “Chelyabinsk Airburst, Damage Assessment, Meteorite Recovery, and Characterization,” Science, AOP 07 Nov 2013 [DOI].

En español te recomiendo leer a Alicia Rivera, “El superbólido ruso alcanzó un brillo aparente de 30 veces el Sol,” El País, 6 Nov 2013, Teresa Guerrero, “El riesgo de meteoritos peligrosos es 10 veces más alto de lo que se creía,” El Mundo, 7 Nov 2013, José Manuel Nieves, “La otra mitad del meteorito de Chelyabinsk está aún ahí arriba,” ABC, 6 Nov 2013, y “El asteroide que explotó sobre los cielos rusos mandó a más de 1.200 personas al hospital,” Agencia SINC, 7 Nov 2013.

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Kepler-78b: Una exotierra infernal

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La exotierra Kepler-78b fue observado por primera vez por el satélite Kepler de la NASA a 400 años luz de la Tierra. Según el telescopio italiano Telescopio Nazionale Galileo (TNG) en La Palma (Canarias) tiene el mismo tamaño, masa y densidad que la Tierra, además tiene un núcleo de hierro. Sin embargo, orbita a menos de dos radios estelares de su estrella, tan cerca que su superficie está tan caliente que se descarta cualquier posibilidad de vida. Según Howard et al. la temperatura diurna de Kepler-78b está entre 2.300 y 3.100 K, quienes estima la temperatura superficial de la estrella Kepler-78 en 5.119 ± 44 K, y según Pepe et al. su temperatura superficial está entre 1.500 y 3.000 K. Se han publicado dos artículos en Nature que estudian las propiedades de esta exotierra infernal, Andrew W. Howard, Roberto Sanchis-Ojeda, et al., “A rocky composition for an Earth-sized exoplanet,” Nature, AOP 30 Oct 2013 y Francesco Pepe, Andrew Collier Cameron, et al., “An Earth-sized planet with an Earth-like density,” Nature, AOP 30 Oct 2013.

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Francis en #rosavientos: La galaxia confirmada más antigua

Dibujo20131027 galaxy z8_GND_5 296 - 700 million year after big bang - hubble space telescope

Ya puedes escuchar en este enlace mi nuevo podcast en la sección ¡Eureka! de la Rosa de los Vientos de Onda Cero. Como siempre, una transcripción y algunos enlaces a artículos técnicos.

Esta semana ha sido noticia en algunos medios que se ha descubierto la galaxia más lejana conocida, cuya luz se emitió cuando el universo tenía 700 millones de años tras el big bang, en plena edad oscura. ¿No se conoce ninguna galaxia más lejana? La galaxia en cuestión se llama z8_GND_5296 y ha sido observada por un equipo internacional de astrónomos gracias al telescopio Keck-I situado en el volcán Mauna Kea, en Hawái, cuyo espejo segmentado de 36 trozos tiene un diámetro de 10 metros. La luz de esta galaxia presenta un desplazamiento al rojo de z = 7,51 según las medidas del espectrógrafo MOSFIRE. Se trata de la galaxia más lejana que ha sido observada gracias a la huella dactilar de las galaxias, la línea espectral de 21 centímetros del hidrógeno neutro, lo que significa que es la galaxia más lejana confirmada fuera de toda duda por espectrografía infrarroja y por ello su descubrimiento se ha publicado en la prestigiosa revista Nature. Sin embargo, se han observado galaxias más lejanas en las imágenes de cielo ultraprofundo de la nueva cámara UDF del telescopio espacial Hubble. Hay unas diez galaxias conocidas con desplazamiento al rojo z > 8, pero en todas ellas es imposible observar la huella dactilar de las galaxias y los astrónomos hablan de candidatos a galaxias, en lugar de galaxias confirmadas. El candidato a galaxia con mayor desplazamiento al rojo tiene z=12, se llama UDFj-39546284, fue observada por el telescopio espacial Hubble en septiembre de 2012 y por el espectrógrafo MOSFIRE del telescopio Keck-I en julio de 2013. La luz de este candidato a galaxia con z=12 se emitió cuando el universo tenía sólo 400 millones de años. También se han observado galaxias de alto desplazamiento al rojo cuya luz ha sido amplificada mediante lentes gravitatorias; la que tiene el récord actual es una galaxia llamada MACS 0647-JD con un valor z=11. Una de las misiones del futuro telescopio espacial James Webb, que será lanzado al espacio en 2018, será observar cientos de galaxias en la Edad Oscura del universo.

En mi blog también puedes leer “Una galaxia formando estrellas con rapidez cuando el universo tenía 700 millones de años,” 23 Oct 2013; el artículo técnico es S. L. Finkelstein et al., ”A galaxy rapidly forming stars 700 million years after the Big Bang at redshift 7.51,” Nature 502: 524–527, 24 Oct 2013arXiv:1310.6031 [astro-ph.CO]. Más información divulgativa en Maggie McKee, “Light from farthest galaxy yet discovered breaks through cosmic fog,” Nature News, 23 Oct 2013, y Dominik A. Riechers, “Astronomy: New distance record for galaxies,” Nature502: 459–460, 24 Oct 2013.

Sobre las galaxias de mayor desplazamiento al rojo observadas por el telescopio espacial Hubble recomiendo leer a Richard S. Ellis et al., “The abundance of star-forming galaxies in the redshift range 8.5-12: New results from the 2012 Hubble Ultra Deep Field Campaign,” The Astrophysical Journal Letters 763: L7, 20 Jan 2013arXiv:1211.6804 [astro-ph.CO]; y también P. Capak et al., “Keck-I MOSFIRE Spectroscopy of the z~12 candidate galaxy UDFj-39546284,” The Astrophysical Journal Letters 773: L14, 10 Aug 2013arXiv:1307.4089 [astro-ph.CO].

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Análogo óptico de laboratorio a una lente gravitacional

Dibujo20131027 Analogue of light deflection in a gravitational field and microstructured optical waveguide

La teoría de la relatividad general predice el efecto de lente gravitacional, la curvatura de la luz en la proximidad de un objeto estelar masivo. C. Sheng (Univ. Nanjing, China) y sus colegas han usado una guía de ondas óptica microestructurada alrededor de una microesfera para imitar el espaciotiempo curvo causado por la gravedad y su efecto como lente gravitacional sobre la luz. La microesfera está incrustada en un polímero PMMA que actúa como guía de ondas plana y distorsiona el índice de refracción efectivo de la guía, imitando la curvatura del espaciotiempo. Un modelo de “juguete” (toy model) para estudiar en laboratorio las lentes gravitacionales descritas por la relatividad general. El artículo técnico es C. Sheng et al., “Trapping light by mimicking gravitational lensing,” Nature Photonics, AOP 29 Sep 2013. Recomiendo leer a Ulf Leonhardt, “Transformation optics: Gravitational lens on a chip,” Nature Photonics, AOP 20 Oct 2013.

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Una galaxia formando estrellas con rapidez cuando el universo tenía 700 millones de años

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Se publica en Nature el descubrimiento de la sexta galaxia con corrimiento al rojo z > 7 cuya línea de emisión Lyman-α del hidrógeno ha sido observada por espectroscopía de infrarrojo. Tiene z = 7,5078 ± 0,0004, se ha descubierto tras estudiar 43 galaxias con z > 6,5 con el espectrógrafo MOSFIRE en el telescopio Keck I de 10 metros y presenta una alta tasa de formación de estrellas (alrededor de 330 masas solares por año, más de 100 veces la tasa actual de la Vía Láctea). La nueva galaxia, llamada z8_GND_5296, es muy brillante, con una magnitud aparente de 25,6 y una masa de (1,0 ± 0,2) × 109 masas solares. Su tasa de formación de estrellas es muy alta, unas diez veces mayor que una galaxia típica con z ≈ 7,  y se estima que dobla su masa cada 4 millones de años. El artículo técnico es S. L. Finkelstein et al., “A galaxy rapidly forming stars 700 million years after the Big Bang at redshift 7.51,” Nature 502: 524–527, 24 Oct 2013arXiv:1310.6031 [astro-ph.CO]. Más información divulgativa en Maggie McKee, “Light from farthest galaxy yet discovered breaks through cosmic fog,” Nature News, 23 Oct 2013, y Dominik A. Riechers, “Astronomy: New distance record for galaxies,” Nature 502: 459–460, 24 Oct 2013.

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El problema de la formación de la Luna y su geoquímica

Dibujo20131010 planetesimal plowing into the young Earth neatly explains the dynamics of Earth-moon system but not its geochemistry

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.

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La sonda Voyager 1 y el límite del Sistema Solar

Dibujo20130912 Voyager 1 - solar system - XKCD

“Propongo rebautizar la Voyager 1 como la Sonda de Schrödinger,” decía @Wicho (Microsiervos) en Twitter. El equipo de la misión publica hoy en Science que oficialmente en agosto de 2012 la sonda Voyager 1 abandonó la heliosfera (la burbuja definida por el plasma del viento solar que separa el Sistema Solar del espacio interestelar), cruzando la heliopausa de forma definitiva. La densidad del plasma pasó de unos 0,002 cm−3 en la parte exterior de la heliosfera a unos 0,08 cm−3 en el medio interestelar. Un cambio tan brusco en la densidad del plasma se considera una señal definitiva (aunque dicho cambio no se ha confirmado hasta abril de 2013). ¿Será esta la última vez que oiremos esta historia o habrá que poner una nueva marca en la figura de XKCD que abre esta entrada? Los autores del artículo aseguran que esta vez será la última (ellos sabrán, son los expertos). La frontera del conocimiento es como la frontera del Sistema Solar, no sabemos dónde está hasta que ya la hemos pasado de largo. Nos lo cuenta Richard A. Kerr, “It’s Official—Voyager Has Left the Solar System,” Science 341: 1158-1159, 13 Sep 2013, siendo el artículo técnico D. A. Gurnett, W. S Kurth, L. F. Burlaga, N. F. Ness , “In Situ Observations of Interstellar Plasma With Voyager 1,” Science Express, AOP, Sept 12 2013.

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Por qué Sgr A* acreta materia de forma tan ineficiente

Dibujo20130829 Zoom into the galactic center - supermassive black hole Sgr A emitting a broad spectrum of light from radio up to x-rays

Sgr A*, el agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea, ha sido observado por el telescopio espacial Chandra de rayos X. Hay una fuente puntual rodeada por una región de 2″ (segundos de arco) con estrellas muy débiles y nubes de gas. El 99% de este gas no alcanza el horizonte de sucesos de Sgr A*, porque el flujo de entrada es casi equilibrado por un flujo de salida, impidiendo que la materia capturada en esta región llegue a acercarse al horizonte. Por ello el brillo de Sgr A* en rayos X es un millón de veces menor del esperado (pues su tasa de acreción debería ser de 10-5 masas solares por año). Que la materia cercana a Sgr A* sea eyectada es una predicción de los modelos teóricos RIAF (por Radiatively Inefficient Accretion Flows) para agujeros negros que acretan materia de forma muy ineficiente. En los próximos meses una gran nube de gas colisionará con Sgr A* y debería provocar un incremento de su luminosidad en un factor de un millón confirmando estos modelos teóricos. Habrá que estar al tanto. Nos lo cuenta Jeremy D. Schnittman, “The Curious Behavior of the Milky Way’s Central Black Hole,” Science 341: 964-965, 30 Aug 2013, que se hace eco de Q. D. Wang et al., “Dissecting X-ray–Emitting Gas Around the Center of Our Galaxy,” Science 341: 981-983, 30 Aug 2013.

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Posible observación de una kilonova gracias al telescopio espacial Hubble

Dibujo20130814 HST imaging of the location of GRB 130603B Una kilonova es el resultado de la fusión de dos estrellas de neutrones o de una estrella de neutrones y un agujero negro; se trata de un evento astrofísico similar a una supernova débil de vida muy corta. El telescopio espacial Hubble de la NASA ha observado una posible kilonova en el brote de rayos gamma GRB 130603B tanto en el óptico como en el infrarrojo. La primera observación de un fenómeno predicho por la teoría siempre está acompañada de dudas, por lo que habrá que esperar a futuras observaciones para confirmar esta kilonova (por cierto, en algunos sitios la llaman macronova o supernova de proceso-r, donde “r” proviene de rápido). Lo más interesante de las kilonovas es que producen una señal de ondas gravitatorias que podría ser observada por la nueva generación de detectores por interferometría. El artículo técnico es N. R. Tanvir, A. J. Levan, A. S. Fruchter, J. Hjorth, R. A. Hounsell, K. Wiersema & R. L. Tunnicliffe, “A ‘kilonova’ associated with the short-duration γ-ray burst GRB 130603B,” Nature, AOP 03 August 2013.

Francis en Trending Ciencia: La materia oscura en el Sistema Solar

Dibujo20130715 Trending Ciencia - materia oscura

Ya puedes escuchar mi nuevo podcast sobre Física para Trending Ciencia siguiente este enlace.

Me encuentro en la trigésimocuarta Reunión Bienal de la Real Sociedad Española de Física que se celebra en Valencia, del 15 al 19 de julio de 2013. He elegido como tema para mi podcast el artículo de N. P. Pitjev, E. V. Pitjeva, “Constraints on Dark Matter in the Solar System,” Astronomy Letters 39: 141-149, March 2013 [arXiv:1306.5534]. Los autores han utilizado el movimiento de los planetas (unas 677.000 observaciones) para estimar la densidad de materia oscura y masa total a varias distancias del Sol. El resultado es que la densidad es menor de 1,1 ×10^{-20} g/cm³ en una esfera de radio similar a la órbita de Saturno, menor de 1,4 ×10^{-20} g/cm³ en una esfera de radio similar a la órbita de Marte y menor de 1,4 ×10^{-19} g/cm³ en una esfera de radio similar a la órbita de la Tierra. Estas cotas superiores para la densidad de materia oscura en el sistema solar son enormes comparadas con las estimaciones basadas en el halo galáctico (al menos tres órdenes de magnitud por encima) por lo que nos dan muy poca información práctica sobre la materia oscura en el Sistema Solar.

Dibujo20130715 dark matter solar system estimation - planetary measurements

En el Sistema Solar hay dos tipos de materia oscura. Por un lado, la materia oscura capturada por el campo gravitatorio del Sol y de los planetas, que puede encontrarse en sus núcleos o dando vueltas a su alrededor. Y por otro lado, la materia oscura del halo galáctico que atraviesa el Sistema Solar mientras rota alrededor del centro galáctico. En ambos casos, la materia oscura podría afectar al movimiento de los planetas. La hipótesis más sencilla es que la materia oscura tiene una densidad constante a la escala del sistema solar. En dicho caso supondría una corrección a la ley de Newton que implicaría una precesión del perihelio de los planetas. Un cálculo del efecto indica que sería unos 7 órdenes de magnitud más pequeño que la precisión actual con la que podemos medir su efecto. Es decir, sería imposible detectar este efecto en el movimiento de los planetas.

Por ejemplo, en 1995 se utilizó el movimiento del perihelio del asteroide Icarus, que se encuentra a 1 unidad astronómica del Sol, que se conoce con un error de un 8%, para estimar la densidad de materia oscura en el sistema solar. El valor obtenido para la densidad de materia oscura en el sistema solar era un valor menor de 1,8 por 10^-16 g/cm^3, que es unas siete órdenes de magnitud más grande que la densidad predicha de materia oscura en nuestra galaxia. Más información en Øyvind Grøn, Harald H. Soleng, “Experimental limits to the density of dark matter in the solar system,” Astrophys.J. 456 (1996) 445-448 [arXiv:astro-ph/9507051].

Las estimaciones de la densidad de materia oscura en el halo galáctico de la Vía Láctea son difíciles de realizar con precisión, pues requieren una hipótesis sobre su distribución; una estimación grosera nos lleva a un valor cercano a 1,3 × 10^−23 g/cm³. Un valor entre tres y cuatro órdenes de magnitud mayor que el obtenido por los rusos N. P. Pitjev y E. V. Pitjeva. Su trabajo es muy interesante pero su resultado nos ayuda poco en la búsqueda directa de las partículas de materia oscura.

En resumen, un podcast breve pero que espero que te haya gustado. Sigue este enlace si aún no lo has escuchado.