La gravetat segueix les regles de Newton i Einstein, fins i tot a escales còsmiques

En rastrejar cúmuls de galàxies separats per centenars de milions d'anys llum, el físic de Penn Patricio Gallardo i els seus col·laboradors descobreixen que les lleis de la gravetat escrites per Newton i Einstein encara es compleixen, deixant pocs dubtes que la matèria fosca invisible existeix.

Clic a la imatge per engrandir.  El fons còsmic de microones, la feble resplendor del Big Bang que omple tot l'espai, passa a través de cúmuls de galàxies massius el moviment dels quals altera lleugerament la llum, cosa que permet als científics mesurar la rapidesa amb què els cúmuls es mouen els uns cap als altres i provar la força amb què la gravetat atrau les distàncies més grans de l'univers. Crèdit: Lucy Reading/Simons Foundation.

Conclusions clau

En la sonda de la gravetat a major escala fins ara, el físic de Penn Patricio Gallardo i els seus col·laboradors van rastrejar el moviment de cúmuls de galàxies distants per comprovar si les lleis de la gravetat encara funcionen a través de les estructures més grans de l'univers. Els resultats mostren que la gravetat es comporta de la mateixa manera a grans escales còsmiques que més a prop de casa, seguint les regles descrites per primera vegada per Isaac Newton i posteriorment refinades per Albert Einstein.

Les troballes desafien teories alternatives que suggereixen canvis de gravetat a grans distàncies. 

L'estudi reforça l'argument que l'univers conté grans quantitats de matèria fosca invisible.

La gravetat, tal com la majoria de la gent l'entén, és la força familiar que atrau una poma que cau cap a la Terra. Però per als astrònoms i els físics teòrics, també és un arquitecte invisible i molest que guia la forma i l'evolució de les estructures còsmiques més grans de l'univers.

Durant dècades, les observacions desconcertants de galàxies que es mouen a una velocitat inusual han obligat cosmòlegs com Patricio A. Gallardo, de la Universitat de Pennsilvània, a revisar els fonaments de la física, explorant, per exemple, si les lleis de la gravetat descrites per Isaac Newton i Albert Einstein s'apliquen realment a tot arreu.

"L'astrofísica s'ha vist afectada per una discrepància enorme en el llibre major còsmic", diu Gallardo. "Quan observem com orbiten les estrelles dins de les galàxies o com es mouen les galàxies dins dels cúmuls de galàxies, algunes semblen viatjar massa ràpid per a la quantitat de matèria visible que contenen". 

Aquesta discrepància obliga a triar entre dues conclusions radicals, explica. O bé l'univers conté concentracions de matèria fosca massiva invisible que proporciona una força gravitatòria addicional o bé cal modificar les equacions fonamentals de la gravetat.

Ara, utilitzant observacions del Telescopi de Cosmologia d'Atacama (ACT), un telescopi d'aproximadament tres a quatre pisos d'alçada desenvolupat per una col·laboració multi-institucional que inclou investigadors de Penn dirigits per Mark Devlin, Gallardo i els seus col·laboradors, han provat la gravetat a través de cúmuls de galàxies separats per centenars de milions d'anys llum, la sonda de gravetat a major escala fins ara. 

Clic a la imatge per engrandir. El Telescopi de Cosmologia Atacama mesura la llum més antiga de l'univers, coneguda com el fons còsmic de microones. Utilitzant aquestes mesures, els científics poden calcular l'edat de l'univers. Crèdit: Debra Kellne

Les seves troballes, publicades a Physical Review Letters, mostren que la força de la gravetat s'afebleix amb la distància gairebé exactament com prediuen les equacions desenvolupades per Newton i posteriorment incorporades a la teoria de la relativitat general d'Einstein.

"És remarcable que la llei de la inversa dels quadrats (proposada per Newton al segle XVII i després incorporada per la teoria de la relativitat general d'Einstein) encara es mantingui vigent al segle XXI", diu Gallardo.

La confirmació que la gravetat es comporta tal com prediu la teoria establerta sobre vastes distàncies extragalàctiques reforça un pilar fonamental de la ciència moderna, explica Gallardo: el model estàndard de cosmologia. En demostrar que les teories fonamentals de la gravetat no es descomponen a les escales més grans, les dades tanquen efectivament la porta a un grup de teories com la Dinàmica Newtoniana Modificada (MOND), que intenten explicar els moviments còsmics modificant les lleis de la gravetat.

Quan Newton va proposar la relació del quadrat invers, que estableix que la gravetat s'afebleix en proporció al quadrat de la distància entre els objectes, es va preocupar principalment de descriure els moviments dels objectes del Sistema Solar. Aquest mateix principi s'ha provat ara en masses i distàncies que eren "inconcebibles en l'època de Newton", diu Gallardo.

Comprenent els "límits de velocitat" de l'univers

Les galàxies de l'univers (de les quals n'hi ha més de 200.000 milions), no es mouen com la gravetat per si sola diu que s'hi haurien de moure.

Seguint la lògica newtoniana, les estrelles més allunyades del centre d'una galàxia haurien d'orbitar més lentament. En canvi, els astrònoms veuen el contrari. Les regions més externes es mouen molt més ràpid del que la matèria visible pot explicar. El mateix desajust apareix en els cúmuls de galàxies, on galàxies senceres es mouen massa ràpid per a la seva massa.

Clic a la imatge per engrandir.  Patricio Gallardo i els seus col·laboradors van utilitzar l'efecte cinemàtic Sunyaev-Zel'dovich, o kSZ, un petit canvi imprès al fons còsmic de microones quan la seva llum passa a través del gas calent al voltant dels cúmuls de galàxies en moviment, per mesurar la rapidesa amb què s'acosten parells de cúmuls i provar si la gravetat s'afebleix amb la distància tal com prediu la física estàndard. Crèdit: Lucy Reading/Simons Foundation. 

"Aquest és el trencaclosques central", explica Gallardo. "O bé la gravetat es comporta de manera diferent a escales molt grans, o bé l'univers conté matèria addicional que no podem veure directament". 

Provant la gravetat a través del cosmos

Per comprovar-ho, els investigadors van recórrer a les observacions de l'ACT d'una llum emesa uns 380.000 anys després del Big Bang que ha estat viatjant per l'univers des de llavors, coneguda com a fons còsmic de microones. A mesura que aquesta llum antiga passa a través de cúmuls de galàxies massius, s'altera subtilment pel seu moviment, deixant empremtes febles que els astrònoms poden detectar. Llegint aquestes distorsions i mesurant aquests moviments a través de centenars de milers de cúmuls separats per desenes de milions d'anys llum, els investigadors van determinar la força amb què la gravetat atrau les estructures més grans del cosmos. Si les teories de gravetat modificades com ara MOND fossin correctes, les mesures revelarien una caiguda gravitatòria més plana.

En canvi, els resultats van arribar gairebé exactament on coincideixen les teories de Newton i Einstein.

Com que aquesta predicció es manté, el problema de la massa perduda no es pot explicar canviant la gravetat en si mateixa, cosa que reforça el cas que un component invisible (la matèria fosca) ha de proporcionar l'atracció addicional.

El telescopi Atacama Cosmology Telescope, un observatori còsmic a Xile, va ser utilitzat per l'equip per observar les interaccions gravitatòries entre cúmuls de galàxies. Crèdit: M Devlin/Universitat de Pennsilvània/CC BY-SA 4.0.

El misteri de la matèria fosca

Comprendre què és realment la matèria fosca continua sent un dels majors reptes de la física moderna. «Aquest estudi reforça l'evidència que l'univers conté un component de matèria fosca», diu Gallardo. «Però encara no sabem de què està fet aquest component». Les futures observacions del CMB i estudis de galàxies més grans permetran als físics i astrònoms provar la gravetat amb encara més precisió. "Amb tantes preguntes sense resposta, la gravetat continua sent una de les àrees de recerca més fascinants. És un camp naturalment atractiu", diu Gallardo entre rialles.

Per saber-ne més:

Patricio Gallardo és investigador associat al Departament d'Astronomia i Física de l'Escola d'Arts i Ciències de la Universitat de Pennsilvània.

L'estudi va involucrar més de 40 investigadors que representaven afiliacions institucionals de múltiples països. Els investigadors individuals que van contribuir a aquest estudi van rebre el suport de diverses beques i agències de finançament nacionals, com ara el Kavli Institute for Cosmological Physics de la Universitat de Chicago, la Simons Society of Fellows, la National Science Foundation dels EUA (AST-2206088), la beca ROSES de la NASA 12-EUCLID12-0004, el projecte Basal FB210003 de l'Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo (ANID) de Xile, la National Research Foundation de Sud-àfrica i el Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC) a través de les beques RGPIN-2023-05014 i DGECR-2023-00180. La Càtedra Sutton Family en Ciència, Cristianisme i Cultures de la Facultat d'Arts i Ciències de la Universitat de Toronto va proporcionar suport addicional. 

El projecte del Telescopi de Cosmologia d'Atacama (ACT) rep el suport principalment de la Fundació Nacional de Ciències dels Estats Units a través dels premis AST-0408698, AST-0965625 i AST-1440226 per al projecte ACT, així com dels PHY-0355328, PHY-0855887 i PHY-1214379. La Universitat de Princeton, la Universitat de Pennsilvània i un premi de la Fundació Canadenca per a la Innovació (CFI) a la Universitat de la Colúmbia Britànica han proporcionat finançament addicional. El desenvolupament dels detectors i lents multicroics de l'ACT va rebre el suport de les subvencions de la NASA NNX13AE56G i NNX14AB58G, i la recerca de detectors a l'Institut Nacional d'Estàndards i Tecnologia (NIST) va rebre el suport del programa NIST Innovations in Measurement Science.

Ho he vist aquí.

Caldwell 103 és la regió de formació estel·lar més brillant de la nostra galàxia.

Més coneguda com la Nebulosa de la Taràntula o 30 Doradus, Caldwell 103 és la regió de formació estel·lar més brillant de la nostra galàxia

Clic a la imatge per engrandir. Aquesta imatge del Hubble mostra núvols de gas i pols arremolinats prop de la Nebulosa de la Taràntula, la regió de formació estel·lar més productiva de l'univers proper i que alberga les estrelles més massives conegudes. Els núvols de gas de colors de la nebulosa contenen filaments prims i grumolls foscos de pols. La pols còsmica sovint està composta de carboni o de molècules anomenades silicats, que contenen silici i oxigen. Les dades d'aquesta imatge formaven part d'un programa d'observació que pretén caracteritzar les propietats de la pols còsmica al Gran Núvol de Magalhães i altres galàxies properes. La pols juga diversos papers importants a l'univers. Tot i que els grans de pols individuals són increïblement petits, molt més petits que l'amplada d'un cabell humà, els grans de pols dels discs al voltant de les estrelles joves s'agrupen per formar grans més grans i, finalment, planetes. La pols també ajuda a refredar els núvols de gas perquè puguin condensar-se en noves estrelles. La pols fins i tot juga un paper en la creació de noves molècules a l'espai interestel·lar, proporcionant un lloc perquè els àtoms individuals es trobin i s'uneixin a la immensitat de l'espai. Crèdit: ESA/Hubble i NASA, C. Murray 

Caldwell 103 és un tresor del cel nocturn austral. També catalogada com a NGC 2070 i sovint anomenada Nebulosa de la Taràntula o 30 Doradus, aquesta estructura quimèrica es troba ubicada al Gran Núvol de Magalhães, una galàxia nana que orbita la Via Làctia. Aquesta imatge del Hubble ha captat la fàbrica de formació estel·lar enmig del frenesí, ja que produeix estrelles a un ritme frenètic. Els membres individuals van des de petites estrelles embrionàries encara envoltades de gruixuts capolls de gas i pols, fins a gegants estel·lars condemnats a viure ràpidament i morir joves en ferotges explosions de supernoves.

A la Nebulosa de la Taràntula, les estrelles massives estan excavant cavitats profundes en el material circumdant alliberant un torrent de llum ultraviolada, que està filtrant el núvol de gas hidrogen que l'envolta en què van néixer les estrelles. A més d'esculpir el terreny gasós, les estrelles brillants poden estar desencadenant una nova generació de descendència. Quan la radiació ultraviolada colpeja denses parets de gas, crea xocs, que poden generar una nova onada de naixement d'estrelles. De fet, els científics creuen que una ona de xoc d'una supernova propera pot haver causat el col·lapse del núvol de gas i pols que el Sol va formar a l'interior, donant lloc a la creació del nostre sistema solar. Si és correcte, això vol dir que devem les nostres vides a la mort violenta d'una estrella veïna massiva. 

Clic a la imatge per engrandir. 30 Doradus és la regió de formació estel·lar més brillant del nostre veïnat galàctic i alberga les estrelles més massives mai vistes. La nebulosa es troba a 170.000 anys llum de distància, al Gran Núvol de Magalhães, una petita galàxia satèl·lit de la nostra Via Làctia. Cap regió de formació estel·lar coneguda a la nostra galàxia és tan gran ni tan prolífica com 30 Doradus. La imatge comprèn un dels mosaics més grans mai reunits a partir de fotos del Hubble i inclou observacions preses per la Wide Field Camera 3 (WFC3-Càmera de Gran Camp 3)  i la Advanced Camera for Surveys (ACS- Càmera Avançada per Sondejos) del Hubble, combinades amb observacions del telescopi MPG/ESO de 2,2 metres de l'Observatori Europeu Austral (ESO), que rastregen la ubicació de l'hidrogen i l'oxigen brillants. La imatge es publica per celebrar el 22è aniversari del Hubble. Crèdit: NASA, ESA, ESO, D. Lennon i E. Sabbi (ESA/STScI), J. Anderson, SE de Mink, R. van der Marel, T. Sohn i N. Walborn (STScI), N. Bastian (Excellence Cluster, Munich), L. Bedin (INAF, Pàdua), E. Bressert (ESO), A.S. Koheterfield (ESO), C.S. Evans (UKATC/STFC, Edimburg), A. Herrero (IAC, Tenerife), N. Langer (AifA, Bonn), I. Platais (JHU) i H. Sana (Amsterdam).

Aquesta imatge del 2011 és un dels mosaics més grans mai acoblats a partir d'exposicions del Hubble i inclou observacions preses per la WFC3 i l'ACS del Hubble. Els colors tracen diferents elements del gas calent que domina la imatge, amb el vermell que significa hidrogen i el blau que representa oxigen. 

Clic a la imatge per engrandir. Uns astrònoms van crear aquest mosaic infraroig de la nebulosa de la Taràntula (Caldwell 103) utilitzant exposicions de l'ACS del Hubble i de la WFC3 preses entre el 2011 i el 2013. Crèdit: NASA, ESA i E. Sabbi (STScI) 

La nebulosa de la Taràntula va ser registrada per primera vegada per l'astrònom Nicolas-Louis de Lacaille el 1751. Tot i que es troba a uns impressionants 170.000 anys llum de distància, la nebulosa de la Taràntula té una magnitud de 4, cosa que la fa visible a simple vista i un objectiu espectacular per als binoculars. A través de telescopis mitjans i grans, l'estructura d'aràcnid de la nebulosa es fa evident. Per obtenir la millor vista de la Taràntula, visiteu un lloc de cel fosc a l'hemisferi sud a principis d'any i busqueu-la dins dels límits del Gran Núvol de Magalhães, situat a la constel·lació del Daurat.

Clic a la imatge per engrandir.  A la regió d'esclats estel·lars més activa de l'univers local es troba un cúmul d'estrelles brillants i massives, conegudes pels astrònoms com a Hodge 301, que es veu a la part inferior dreta d'aquesta imatge del Hubble. Moltes de les estrelles de Hodge 301 són tan velles que han explotat com a supernoves, projectant material cap a l'exterior a velocitats de gairebé 320 quilòmetres per segon. Aquest material d'alta velocitat impacta contra la nebulosa de la Taràntula que l'envolta, impactant i comprimint el gas en una multitud de làmines i filaments, que es veuen a la part superior esquerra de la imatge. Crèdit: L'equip del Hubble Heritage (AURA/STScI/NASA).
  

Ho he vist aquí.

Matèria fosca: simulacions detallades compleixen el repte plantejat pel James Webb

Matèria fosca: simulacions detallades i espectaculars de galàxies finalment compleixen el repte plantejat pel telescopi James Webb.

Clic a la imatge per engrandir. Recreació artística d'una galàxia. Crèdit: DudeDesignStudio, Adobe Stock 

El telescopi espacial James Webb va revelar nombroses grans galàxies espirals ja presents a l'Univers observable primerenc, tan joves que alguns astrofísics van qüestionar si la seva existència era incompatible amb la matèria fosca. Moltes simulacions anteriors de formació de galàxies semblaven incapaces d'explicar aquestes grans galàxies, mentre que MOND, l'alternativa a la teoria de la matèria fosca, havia predit durant molt de temps la formació primerenca de grans galàxies. Una nova simulació potent reviu el debat? 

El gran matemàtic John Von Neumann, juntament amb el científic britànic Alan Turing, son considerats uns dels principals pioners i creadors d'ordinadors. Sovint es diu que la principal motivació de Von Neumann era poder fer prediccions meteorològiques precises. Per tant, podem especular sobre les seves reaccions a les simulacions que els cosmòlegs han estat duent a terme durant els darrers quaranta anys aproximadament sobre la formació i l'evolució de les galàxies i les estructures a gran escala que componen els cúmuls de galàxies.

Els cosmòlegs, per la seva banda, van dur a terme inicialment simulacions sobre aquest tema utilitzant només...paquets de matèria fosca sense tenir en compte el que podria passar amb la matèria ordinària capaç de formar estrelles massives que explotin en supernova o acumulant-se en forats negres supermassius. En aquests dos últims casos, una mena de vents còsmics resultants són capaces per si sols d'alterar la distribució de la matèria normal, produint així canvis en els camps gravitatoris, capaços d'alterar la distribució de la matèria fosca.

Com a recordatori, es creu que la matèria fosca està composta de partícules mai vistes abans en un laboratori a la Terra, i les distribucions de les masses que dominen la matèria ordinària, anomenada bariònica perquè estan formada de protons i neutrons dels nuclis. Aquesta és la raó principal per la qual les primeres simulacions de formació de galàxies només utilitzaven matèria fosca: el seu camp de gravetat se suposava que havia de dominar l'evolució del cosmos. En segon lloc, els ordinadors encara no eren prou potents per tenir en compte amb la màxima precisió tots els fenòmens possibles a l'escala de les galàxies.

Podeu triar l'idioma de subtitulació a la configuració del vídeo. El professor Carlos Frenk és el director fundador de l'Institut de Cosmologia Computacional, el grup de recerca de la Universitat de Durham. La seva xerrada explora com es va formar l'univers i els progressos realitzats durant els darrers 30 anys per entendre millor aquesta branca de la ciència. Crèdit: ArtichokeTrust. YouTube.

Simulacions més detallades a escala de galàxia

Durant molt de temps, aquestes simulacions van tenir en compte amb precisió la majoria de les observacions, però algunes anomalies podrien posar en dubte l'exactitud del model cosmològic estàndard, basat en l'existència de l'anomenada matèria fosca freda (perquè se suposa que les seves partícules es mouen lentament i, per tant, formen un gas fred).

Alguns es preguntaven si això significava abandonar el model de matèria freda i substituir-lo per modificacions de les lleis de la mecànica celeste newtoniana dins del marc de la Teoria de Mond.

No obstant això, des de fa aproximadament una dècada, amb els avenços en la informàtica, ha estat possible executar simulacions cada cop més realistes, i molt recentment, s'han plantejat preguntes sobre si realment podien explicar les grans galàxies observades molt aviat en la història del cosmos observable pel Telescopi espacial James Webb. És força difícil explicar la seva existència únicament amb simulacions basades en la matèria fosca.

Molts cosmòlegs i astrofísics de partícules interessats en la matèria fosca haurien, doncs, d'estudiar atentament els articles publicats a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, o una versió gratuïta que també existeix a arXiv.

Un comunicat de la Royal Astronomical Society  (RAS) explica què està passant. Revela que les simulacions realitzades al superordinador COSMA8 de l'Institut de Cosmologia computacional de la Universitat de Durham al Regne Unit "Demostra que el model cosmològic estàndard, que incorpora els principals fenòmens físics, explica amb èxit el creixement observat de galàxies, des dels primers mil milions d'anys després del Big Bang fins avui dia".

Les simulacions es van dur a terme durant més d'una dècada com a part del projecte Colibre  per un equip internacional repartit per Europa, Austràlia i els Estats Units.

El reconegut cosmòleg Carlos Frenk, membre clau de l'equip de Colibre, no va amagar el seu entusiasme al comunicat de premsa de RAS: "És emocionant veure galàxies generades pel nostre ordinador, indistingibles de les galàxies reals i que comparteixen moltes propietats mesurades pels astrònoms, com ara el seu nombre, la seva brillantor, els seus colors i les seves dimensions".

Per explorar els universos virtuals generats per les simulacions, una tasca que podria trigar anys, els investigadors van produir "vídeos sonificats" com el que es mostra a continuació, on el so codifica informació física addicional.

Evolució d'una galàxia a la simulació L012m5, des del desplaçament cap al vermell z = 5,5 fins a z = 0. Aquesta galàxia té una massa estel·lar actual de 6,3 × 10¹° M☉ (masses solars), una taxa de formació estel·lar d'1,6 M☉any i un forat negre amb una massa d'1,6 × 108 M☉. La barra d'escala, a la part superior esquerra, indica una longitud de 10 quiloparsecs físics (pkpc), o aproximadament 32.600 anys llum. Crèdit: Colibre Simulations. YouTube.

Simulacions conformes amb les observacions del JWST

Entre els processos físics que millor expliquen les simulacions del projecte Colibre hi ha la presència de la pols, que ajuda a la formació de núvol d'hidrogen molecular i, per tant, a la formació d'estrelles. També hi ha el fet que finalment podem simular masses de gas a temperatures creïbles, és a dir, segons observacions fredes i en galàxies. Els càlculs anteriors només podien assignar temperatures superiors a la superfície del Sol - és a dir, per sobre dels 6.000º kelvin- a aquestes masses, que no obstant això són essencials per comprendre el naixement de les estrelles, incloses les que produiran supernoves SNII.

Això és el que en última instància permet a Evgenii Chaikin de la Universitat de Leiden, autor principal de diversos articles que acompanyen Colibre i coautor de l'estudi principal, afirmar: "Alguns resultats preliminars del JWST semblaven qüestionar el model cosmològic estàndard. Colibre demostra que, un cop els processos físics clau es representen de manera més realista, el model és coherent amb les nostres observacions".

Gairebé, perquè el comunicat de premsa de la Royal Astronomical Society acaba dient que els famosos i enigmàtics "Petits punts vermells" descoberts pel JWST, potser representen les llavors de forats negres supermassius, que Colibre no prediu, ja que suposa l'existència d'aquestes llavors. Però potser això canviarà amb el modelatge i simulacions encara més refinades i potents.

Clic a la imatge per engrandir. El panell de l'esquerra il·lustra la xarxa còsmica, on el color representa la densitat projectada de gas i estrelles. Els dos panells de la dreta presenten un zoom de dues de les moltes galàxies formades per les simulacions. Aquestes imatges mostren la llum de les estrelles enfosquida per la pols per a una galàxia espiral de cara (a dalt a la dreta) i per a una altra galàxia espiral de costat (a baix a la dreta). Crèdit: Schaye et al. (CC BY 4.0)

Ho he vist aquí.

Vista del disc formador de planetes IRAS 04302+2247

Per a la secció de la Imatge del Mes de la ESA, el Telescopi Espacial James Webb de la NASA/ESA/CSA-ASC ha proporcionat una nova i fantàstica vista de l'IRAS 04302+2247, un disc formador de planetes situat a uns 525 anys llum de distància, en un núvol fosc dins de la regió de formació estel·lar del Taure. Amb el Webb, els investigadors poden estudiar les propietats i el creixement dels grans de pols dins de discs protoplanetàris com aquest, i així aclarir les primeres etapes de la formació de planetes.

A les guarderies estel·lars de tota la galàxia, s'estan formant estels en formació en núvols gegants de gas fred. A mesura que els estels joves creixen, el gas que els envolta s'acumula en discs protoplanetàris estrets i polsegosos. Això prepara l'escenari per a la formació de planetes, i les observacions de discs protoplanetàris llunyans poden ajudar els investigadors a entendre què va passar fa uns 4.500 milions d'anys al nostre propi Sistema Solar, quan es van formar el Sol, la Terra i els altres planetes.

L'IRAS 04302+2247, o simplement IRAS 04302, és un bell exemple d'una protoestel —una estrella jove que encara està acumulant massa del seu entorn— envoltada d'un disc protoplanetàri en el qual podrien estar formant-se planetes en gestació. Webb és capaç de mesurar el disc amb un diàmetre de 65.000 milions de quilòmetres, diverses vegades el diàmetre del nostre sistema solar. Des del punt de vista de Webb, el disc d'IRAS 04302 està orientat de costat, de manera que el veiem com una línia estreta i fosca de gas polsegós que bloqueja la llum de la protoestel jove que hi ha al seu centre. Aquest gas polsegós és el combustible per a la formació de planetes, ja que proporciona un entorn en el qual els planetes joves poden créixer i guanyar massa.

Clic a la imatge per engrandir. Una imatge de camp ampli de l'IRAS 16594-4656 presa pel Telescopi Espacial James Webb. El nucli brillant de la nebulosa està dividit per una franja fosca estreta, amb expansius lòbuls de llum i color de l'arc de Sant Martí que irradien cap a l'exterior. Al llarg del camp són visibles nombroses galàxies i estrelles de fons. Crèdit: ESA/Webb, NASA & CSA, M. Villenave et al. 

Vistos de front, els discos protoplanetàris poden tenir una varietat d'estructures com ara anells, buits i espirals. Aquestes estructures poden ser senyals de planetes en formació que s'obren pas a través del disc polsegós, o poden indicar fenòmens no relacionats amb planetes, com ara inestabilitats gravitatòries o regions on els grans de pols queden atrapats. La vista de costat del disc d'IRAS 04302 mostra, en canvi, l'estructura vertical, incloent-hi el gruix del disc polsegós. Els grans de pols migren cap al pla mitjà del disc, s'hi assenten i formen una capa fina i densa que afavoreix la formació de planetes; el gruix del disc és una mesura de com d'eficaç ha estat aquest procés.

La franja densa de gas polsegós que travessa verticalment aquesta imatge embolcalla l'IRAS 04302, ofegant la seva llum brillant perquè Webb pugui capturar més fàcilment les delicades estructures que l'envolten. Com a resultat, podem observar dues nebuloses tènues a cada costat del disc. Són nebuloses de reflexió, il·luminades per la llum de la protoestel central que es reflecteix en el material nebulós. A causa de l'aparença de les dues nebuloses de reflexió, l'IRAS 04302 ha rebut el sobrenom d'"Estel Papallona".

Aquesta imatge d'IRAS 04302 presenta observacions de la Càmera de Infraroig Proper (NIRCam) i del seu Instrument de Infraroig Mitjà (MIRI) del Webb, combinades amb dades òptiques del Telescopi Espacial Hubble de la NASA/ESA. Juntes, aquestes potents instal·lacions pinten un fascinant retrat multiestratègic d'una llar de planetes. Webb revela la distribució de diminuts grans de pols, així com la reflexió de la llum de l'infraroig proper sobre material polsegós que s'estén a gran distància del disc, mentre que el Hubble se centra en la franja de pols, així com en els grumolls i les ratlles que envolten la pols, la qual cosa suggereix que l'estrella encara està recol·lectant massa del seu entorn i expulsant raigs i fluxos de material.

Les observacions de Webb d'IRAS 04302 es van fer com a part del programa GO de Webb núm. 2562 (PI F. Ménard, K. Stapelfeldt). Aquest programa investiga quatre discos protoplanetàris que, des del nostre punt de vista, es veuen de cantó, amb l'objectiu d'entendre com evoluciona el pols dins d'aquests discos. Es creu que el creixement dels grans de pols en els discos protoplanetàris és un pas important cap a la formació de planetes.

Ho he vist aquí.

Observant la galàxia del Remolí

Capturada des de l'observatori particular d'en Aleix Roig situat a Prades (Tarragona, Catalunya, Espanya), la Galàxia del Remolí (M51) és una galàxia espiral de gran disseny clàssica situada a la constel·lació dels Llebrers, a una distància d'aproximadament 23 milions d'anys llum. Interactua gravitacionalment amb la seva companya NGC 5195, una galàxia lenticular més petita la corremt de marea de la qual és responsable dels braços espirals ben definits de la M51, de les franges de pols prominents i de l'augment de la formació d'estrelles.

Clic a la imatge per engrandir. Crèdit: Aleix Roig-@astrocatinfo.

Amb un diàmetre físic d'uns 75.000 anys llum, la M51 és una de les galàxies properes més estudiades. Més enllà de la parella principal que interactua, el camp de visió més ampli revela corrents de marea extensos i deixalles estel·lars produïdes per interaccions gravitatòries entre diverses galàxies d'aquesta regió. Es pot veure un corrent de marea prominent que s'estén des de la galàxia NGC 5198 cap a la galàxia NGC 5173, amb galàxies circumdants addicionals com la NGC 5169 i la PGC 47274 emmotllades en el mateix entorn d'interacció.

Clic a la imatge per engrandir. Crèdit: Aleix Roig-@astrocatinfo.

 

Les integracions llargues també revelen regions emissores d'H-alfa extremadament tènues, que destaquen vastos complexos d'hidrogen ionitzat on s'estan formant noves estrelles.

Clic a la imatge per engrandir. Crèdit: Aleix Roig-@astrocatinfo.

A més de les estructures extragalàctiques, les imatges mostren  una nebulosa de flux integrat (IFN) tènue present en aquesta zona del cel nocturn.

Detalls tècnics de la imatge:

FSQ106 (Telescopi principal): L: 781 x 300" (65h 05')

 

FSQ85 (Telescopi secundari):

RGB: (45,49,159 x 120") (12h 45'): 45 fotos en vermell, 49 en verd, 159 en blau. Cada una de 120 segons Total: 12 h 45 min

Ha: 500 x 300" (41h 40'): 500 fotos de 5 min. Filtre especial que capta nebuloses (hidrògen ionizat) Total: 41 h 40 min

Calibrat amb imatges de calibratge, d'anivellació i d'anivellació en negre. Exposició total: 119 h 30 min (imatge molt profunda i detallada) 

 

Lluna al 30 % (de mitjana) Hi havia llum (no ideal, però acceptable)

Resolució de la imatge: 1,46"/píxel. FOV (imatge completa): 2º 17' x 1º 36'

Altre dades: 

FSQ106 EDX4 + ASI2600MM + filtres LRGB Astrodon + Ha3nm Antlia - amb ZWO EFW de 7 posicions
FSQ85 + ASI294MM + filtres LRGB SHO de Baader - amb ZWO EFW de 8 posicions
Muntura Mesu200
Guiament amb ASI120MM i ZWO Mini Guide Scope

Ho he vist aquí.

Fem una panoràmica general, de molt lluny!

En aquesta imatge del James Webb del cúmul de galàxies MACS J1149, podem veure més de 300 galàxies confirmades (i potencialment centenars més) unides per la gravetat. Al centre del cúmul hi ha galàxies el·líptiques, d'aspecte borrós, que dominen el cúmul amb la seva gravetat immensa. 

La seva gravetat és tan forta que la llum de les galàxies que hi ha darrere d'aquest cúmul es distorsiona i s'amplia, un efecte anomenat lent gravitacional. Tot i que es poden veure galàxies esteses en forma de línies brillants escampades per tota la imatge, just al centre hi ha un exemple perfecte d'aquest fenomen (segona imatge). La galàxia rosa té braços espirals ben definits, però s'assembla a una medusa amb tentacles enredats perquè la seva llum ha estat deformada i corbada per la gravetat. Aquesta galàxia també acull allò que un cop va ser l'estrella individual més distant mai descoberta.

Clic a la imatge per engrandir. Una imatge del Webb de moltes galàxies brillants a l'espai profund, de diverses formes i colors, sobre un fons negre. Hi ha algunes galàxies espirals grans i blaves, algunes galàxies el·líptiques grans i de color blanc pàl·lid, i moltes galàxies de mida mitjana de color taronja i vermell. Fins i tot galàxies més petites, fins a diminuts punts febles, apareixen en tots aquests colors. Crèdit: ESA/Webb, NASA i CSA, C. Willott (Consell Nacional de Recerques del Canadà), R. Tripodi (INAF - Observatori Astronòmic de Roma).

 

Clic a la imatge per engrandir.. Una estrella brillant domina el camp. Darrere seu hi ha una galàxia espiral rosa que sembla que els seus braços estiguin retorçats perquè la gravetat ha distorsionat la llum que en prové. Al fons hi ha altres galàxies. A la part superior hi ha les galàxies el·líptiques difuses la gravetat de les quals domina aquest cúmul. Crèdit: ESA/Webb, NASA i CSA, C. Willott (Consell Nacional de Recerques del Canadà), R. Tripodi (INAF - Observatori Astronòmic de Roma)

Ho he vist aquí.

Per què el planeta Mart és vermell?

Al cel, el planeta Mart apareix com una estrella vermella. Un color que deu al seu sòl, compost principalment d'òxid de ferro.

Clic a la imatge per engrandir. Per què el planeta Mart és vermell? Crèdit: NASA.

Mart és un dels cinc planetes visibles a simple vista. Fins i tot en l'antiguitat, els romans observaven el distintiu color vermell del quart planeta al cel. Interpretant el seu color com el resultat de la sang vessada en vastos camps de batalla, van optar per anomenar-lo en honor al seu déu de la guerra.

Àudio en francès. Una missió tripulada a Mart comporta, òbviament, reptes tècnics, però també qüestions socials i psicològiques que no són necessàriament el primer que ve al cap. Futura-Sciences va entrevistar el científic planetari Charles Frankel per parlar de les relacions entre els astronautes durant una missió tripulada d'aquest tipus.

Un planeta vermell com el rovell

Avui sabem que no ha tingut lloc cap guerra sagnant a la superfície del Planeta Vermell . Si Mart ens sembla tenyit d'aquesta manera, és perquè el seu sòl està compost en gran part d'òxid de ferro: rovell, en certa manera.

De fet, fa més de 3.000 milions d'anys, quan no era gens vermell, es creu que el planeta va experimentar un esdeveniment solar que literalment va gairebé esborrar la seva atmosfera. En ser aquesta particularment prima, això hauria oxidat lentament un sòl marcià ric en ferro.

Clic a la imatge per engrandir. El telescopi espacial Hubble ofereix dues vistes del planeta vermell. Veiem Mart abans (imatge esquerra) i durant (imatge dreta) la gran tempesta de pols de l'estiu del 2001. Crèdit: NASA, Wikipedia, Domini públic.

Mart és més vermellós que vermell

En realitat, el planeta Mart no és de color vermell sang, com imaginaven els nostres avantpassats llunyans; és més aviat vermellós, amb tons marrons i taronges.

Aquest  color  de vegades s'accentua per les tempestes que estan sacsejant el planeta, aixecant núvols de sorres vermelloses, de vegades apagat quan les condicions meteorològiques són tranquil·les (vegeu les imatges més amunt)

Ho he vist aquí.