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.

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.

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.

La matèria fosca podria estar brillant al centre de la nostra galàxia

Clic a la imatge per engrandir. Les observacions de Fermi mostren un excés de raigs gamma al cor de la Via Làctia. En aquest fotomuntatge, estan superposats en fals color sobre una imatge d'ona visible. Crèdit: NASA.

 

Fa gairebé 15 anys, les observacions de raigs gamma suggerien que existia matèria fosca en descomposició al cor de la nostra Via Làctia. Noves proves han reviscut el debat sobre la validesa d'aquesta evidència de l'existència d'aquesta matèria exòtica postulada per la cosmologia moderna.

Àudio en francès. Segons càlculs i observacions, hi ha una gran quantitat de matèria invisible a l'espai. Aquesta massa misteriosa, anomenada matèria fosca, continua sent un enigma amb el qual molts investigadors encara s'enfronten avui dia. Com a part de la seva sèrie de vídeos "Preguntes d'experts" sobre física i astrofísica, l'editorial De Boeck va entrevistar Richard Taillet¹, investigador del LAPTh, per explicar-nos més sobre aquesta matèria fosca.

La saga de la matèria fosca té alguns girs i tombs nous en aquest moment. Hi ha algunes especulacions sobre si podria ser de color després de tot, i finalment, una publicació a la reconeguda revista Physical Review Letters revisa una pregunta que s'ha fet sobre les observacions fetes durant més d'una dècada en astronomia de raigs gamma.

La publicació en qüestió també existeix com a article d'accés obert a arXiv. Està feta per un equip d'astrofísics i cosmòlegs, entre els quals el famós cosmòleg britànic Joseph Silk (conegut pels seus populars treballs sobre el Big Bang, la matèria i l'energia fosca), professor de física i astronomia a la Universitat Johns Hopkins i investigador a l'Institut d'Astrofísica de la Universitat de la Sorbona, i que era molt conegut pel difunt Richard Taillet.

Aquesta és una possible reinterpretació de les observacions fetes amb el telescopi espacial de raigs gamma Fermi de la NASA utilitzant noves simulacions numèriques motivat per les observacions d'un altre telescopi espacial, però de l'ESA, ja que és el resultat de la missió Gaia que va observar la Via Làctia.

Però abans d'arribar-hi, uns quants recordatoris del que ja s'ha explicat fa molt de temps serà útil.

Per què necessitem la matèria fosca?

Arribem sempre a no poder fer néixer prou ràpid en el cosmos observable les galàxies sense matèria fosca, i les partícules que la componen també són un ingredient fonamental a través dels filaments que formen col·lapsant gravitacionalment per fer créixer les galàxies (com va explicar el cosmòleg Romain Teyssier a Futura). Les observacions de Planck pel que fa a la radiació fòssil també són incomprensibles fins ara sense la matèria fosca.

Però, com el seu nom indica, les partícules de matèria fosca no irradien llum, o si més no molt poca, el que implica que han de ser neutres o amb una càrrega molt feble. Sabem que aquesta matèria no pot estar composta completament, ni remotament, de partícules del model estàndard en física d'alt nivell d'energia, perquè això contradiria els càlculs i les observacions relatives a la nucleosíntesi primordial, que proporciona les abundàncies dels nuclis d'hidrogen, de heli i els seus isòtops al final del Big Bang. Una part molt petita de la matèria fosca es troba en la forma dels neutrins del model estàndard, i es podria esmentar el fet que una part dels protons del Big Bang també s'amaga en els filaments de matèria que connecten les galàxies i cúmuls de galàxies.

Però, com podem demostrar l'existència d'aquestes partícules de matèria fosca en el cosmos observable si no irradien o irradien molt poc?

Es podria pensar que la matèria fosca només es fa senyals a si mateixa a través de la força gravitatòria que exerceix, més important que el de les masses en forma de barions ja que la seva contribució a les masses de les galàxies i els cúmuls de galàxies és més gran. Però diversos models teòrics d'aquestes partícules exòtiques, mai abans vistes en acceleradors o detectors enterrats a la Terra, mostren que, tanmateix, poden ser indirectament responsables d'emissions de radiació.

Aquest vídeo comença amb una immersió cap al centre de la Via Làctia amb imatges preses en el rang visible. Acaba superposant aquestes imatges amb les preses en el domini dels raigs gamma amb els instruments de Fermi. Mostren una regió d'uns 5.000 anys llum de diàmetre que és particularment brillant en falsos colors. El vermell indica la brillantor màxima. Crèdit: NASA, YouTube

Fotons gamma produïts per l'aniquilació de la matèria fosca

En aquest cas, es tracta de fotons raigs gamma que es produirien per l'aniquilació de parells de partícules i antipartícules de matèria fosca. La idea és antiga, ja que es va formular per primera vegada a finals dels anys setanta.

De fet, durant anys ens hem estat preguntant sobre els excessos de raigs gamma que el telescopi espacial de raigs gamma Fermi detecta al centre de la Via Làctia i de la Galàxia d'Andròmeda.

Els models de matèria fosca tendeixen a predir la seva acumulació al cor de les galàxies. La densitat de matèria fosca allà esdevé més alta que a l'halo esfèric que se suposa que banya les galàxies i explica els moviments ràpids d'estrelles i del gas a la vora de les galàxies (podem intentar prescindir de la matèria fosca modificant les lleis de la mecànica celeste newtoniana amb MOND (sigles en anglès de dinàmica newtoniana modificada), però això no és sense plantejar problemes), les trobades entre partícules de matèria fosca que poden conduir a la seva aniquilació són més nombroses i, per tant, la radiació que produeixen aquestes col·lisions, potser, seria més intensa.

No obstant això, el 2015, un equip de físics nord-americans del MIT i de la Universitat de Princeton havien presentat un argument preocupant contra aquesta explicació de l'excés de raigs gamma detectats per Fermi al cor de la Via Làctia.

Fermi, supernoves i púlsars de raigs gamma. Per obtenir una traducció al català força precisa, feu clic al rectangle blanc de la cantonada inferior dreta. Aleshores haurien d'aparèixer els subtítols en anglès. A continuació, feu clic a l'asterisc a la dreta del rectangle, després a "Subtítols" i finalment a "Traduir automàticament". Trieu "Català". Crèdit: NASA Goddard.

Emissions gamma contínues o discretes?

El raonament era el següent. Sabem que les explosions de supernoves i estrelles de neutrons, que es poden detectar en forma de púlsars, són fonts importants de raigs gamma. Tenim dificultats per observar l'aparició d'aquestes fonts al bulb de la Via Làctia, perquè els núvols de gas i pols —que s'interposen entre nosaltres i el cor de la Galàxia— absorbeixen part de les diverses radiacions produïdes per l'estrelles que hi ha. Per tant, es podria suposar que l'excés d'emissions gamma observades al centre de la Via Làctia només eren el producte d'una gran població de púlsars la presència dels quals no s'havia establert prèviament.

Per intentar diferenciar entre les dues hipòtesis, partícules de matèria fosca o púlsars, els astrofísics havien construït un model per interpretar les observacions de Fermi. En poques paraules, si les emissions de raigs gamma són la signatura d'una distribució de matèria fosca, un mapa prou precís d'aquestes emissions hauria de mostrar que varien de manera força suau i contínua.

Per contra, una població de púlsars, quan s'amplien aquestes emissions, hauria de produir un mapa amb grups, cadascun associat a un púlsar. El 2015, utilitzant el seu model per analitzar els senyals de Fermi, els investigadors van concloure que la hipòtesi del púlsar era fortament afavorida.

Però aquí arriben les noves contribucions de Joseph Silk i els seus col·legues.

Gaia ens va ensenyar que la història de la Via Làctia ha estat marcada per esdeveniments turbulents en forma de col·lisions amb petites galàxies nanes que absorbia. Per tant, no hauríem d'esperar una concentració tan regular de matèria fosca al bulb galàctic com es va predir inicialment. Tenint en compte la informació proporcionada per GAIA, els investigadors van utilitzar simulacions amb superordinadors per predir amb més precisió la forma de la distribució de la matèria fosca al cor de la nostra galàxia.

Suposant, per tant, que aquesta matèria està ben descrita per teories que també preveuen la possibilitat que produeixi indirectament radiació gamma, trobem que la hipòtesi del púlsar només està a l'alçada de la matèria fosca a l'hora d'explicar les observacions del telescopi Fermi.

De fet, anem encara més enllà. Les properes observacions en el marc de l'astronomia gamma, que aviat seran possibles gràcies a l'Observatori Cherenkov Telescope Array,  podrien acabar decidint entre les dues hipòtesis. El CTAO hauria d'oferir imatges del cel amb una sensibilitat i resolució angular deu vegades més gran que els observatoris actualment en funcionament (HESS, Magic, Veritas).

Ho he vist aquí

Euclid descobreix l'anell d'Einstein al nostre badiu còsmic

Euclid descobreix l'anell d'Einstein al nostre badiu¹ còsmic 

Clic a la imatge per engrandir. L'anell de llum que envolta el centre de la galàxia NGC 6505, captat pel telescopi Euclid de l'ESA, és un exemple d'anell d'Einstein. NGC 6505 actua com una lent gravitacional, desviant la llum d'una galàxia situada molt darrere seu. Crèdits: ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, processament d'imatges per J.-C. Cuillandre, G. Anselmi, T. Li; CC BY-SA 3.0 IGO o llicència estàndard de l'ESA.

Euclid, una missió de l'ESA (Agència Espacial Europea) amb contribucions de la NASA, ha realitzat un sorprenent descobriment al nostre pati del darrere còsmic: un fenomen anomenat anell d'Einstein.

Un anell d'Einstein és la llum procedent d'una galàxia llunyana que es corba per formar un anell que sembla alineat amb un objecte en primer pla. El nom fa honor a Albert Einstein, la teoria general de la relativitat del qual prediu que la llum es corba i s'il·lumina al voltant dels objectes a l'espai.

D'aquesta manera, els objectes especialment massius, com les galàxies i els cúmuls de galàxies, actuen com a lupes còsmiques que permeten veure objectes encara més llunyans. Els científics anomenen a això lents gravitacionals.

Bruno Altieri, científic de l'Arxiu Euclid, va observar un indici d'anell d'Einstein entre les imatges de la primera fase de proves de la nau espacial el setembre del 2023.

"Fins i tot des d'aquesta primera observació, ho vaig poder veure, però després que Euclid fes més observacions de la zona, vam poder veure un anell d'Einstein perfecte", va dir Altieri. "Per mi, que porto tota la vida interessant-me per les lents gravitacionals, va ser sorprenent".

L'anell sembla envoltar el centre d'una galàxia el·líptica molt estudiada anomenada NGC 6505, que es troba a uns 590 milions d'anys llum de la Terra, a la constel·lació del Dragó. Pot semblar lluny, però a escala de tot l'univers, NGC 6505 és molt a prop. Gràcies als instruments d'alta resolució d'Euclid, és la primera vegada que es detecta l´anell de llum que envolta la galàxia.

La llum procedent d'una galàxia brillant molt més llunyana, a uns 4.420 milions d'anys llum de distància, crea l'anell de la imatge. La gravetat va distorsionar aquesta llum en el viatge cap a nosaltres. Aquesta galàxia llunyana no s'havia observat abans i encara no té nom.

"Un anell d'Einstein és un exemple de potent lent gravitacional", explica Conor O'Riordan, de l'Institut Max Planck d'Astrofísica (Alemanya) i autor principal del primer article científic que analitza l'anell. Una lent gravitacional forta produeix múltiples imatges duna font de fons que poden aparèixer com arcs, formant un anell com aquest, per exemple. "Totes les lents intenses són especials, perquè són molt rares i són increïblement útils des del punt de vista científic. Aquesta és particularment especial, perquè és molt a prop de la Terra i l'alineació la fa molt bella".

Els anells d'Einstein són un laboratori ric perquè els científics explorin molts misteris de l'univers. Per exemple, una forma invisible de matèria anomenada matèria fosca contribueix a la curvatura de la llum en un anell, per la qual cosa és una forma indirecta d'estudiar la matèria fosca. Els anells d'Einstein també són rellevants per a l'expansió de l'univers perquè l'espai entre nosaltres i aquestes galàxies -tant en primer pla com al fons- s'està estirant. Els científics també poden aprendre sobre la pròpia galàxia de fons.

"Em sembla molt intrigant que aquest anell s'hagi observat dins una galàxia molt coneguda, que va ser descoberta per primera vegada el 1884", va declarar Valeria Pettorino, científica del projecte Euclid de l'ESA. "La galàxia és coneguda pels astrònoms des de fa molt de temps. I, no obstant, aquest anell mai s'havia observat abans. Això demostra com pot ser de potent Euclid, que troba coses noves fins i tot en llocs que crèiem conèixer bé. Aquest descobriment és molt encoratjador per al futur de la missió Euclid i demostra les seves fantàstiques capacitats".

Clic a la imatge per engrandir. Primer pla del centre de la galàxia NGC 6505, amb el brillant anell d'Einstein alineat amb ella, captat pel telescopi espacial Euclid de l'ESA. Crèdits: ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, processament d'imatges de J.-C. Cuillandre, G. Anselmi, T. Li; CC BY-SA 3.0 IGO o ESA Standard Licence

Explorar com s'ha expandit i format l'univers al llarg de la història còsmica, Euclid revelarà més dades sobre el paper de la gravetat i la naturalesa de l'energia i la matèria fosques. L'energia fosca és la força misteriosa que sembla causar l'expansió de l'univers. El telescopi espacial cartografiarà més d'un terç del cel i observarà milers de milions de galàxies fins a una distància de 10.000 milions d'anys llum. S'espera trobar unes 100.000 lents gravitatòries potents.

"Euclid revolucionarà aquest camp amb totes aquestes dades que mai abans havíem tingut", va afegir O'Riordan.

Encara que trobar aquest anell d'Einstein és un èxit, Euclid ha de buscar un tipus de lent gravitatòria diferent i menys òbvia visualment, anomenada "lent feble", per ajudar a complir la seva missió de comprendre l'energia fosca. A les lents febles, les galàxies de fons apareixen només lleugerament estirades o desplaçades. Per detectar aquest efecte, els científics hauran d'analitzar milers de milions de galàxies.

Euclid es va enlairar de Cap Canaveral (Florida) l'1 de juliol de 2023 i va començar el seu estudi detallat del cel el 14 de febrer de 2024. La missió està creant gradualment el mapa tridimensional més extens de l'univers fins avui. La troballa de l'anell d'Einstein en una fase tan primerenca de la missió indica que Euclid va camí de descobrir molts més secrets de l'univers.

Més sobre Euclid

Euclid és una missió europea, construïda i operada per l'ESA, amb contribucions de la NASA. El Consorci Euclid -format per més de 2.000 científics de 300 instituts de 15 països europeus, els Estats Units, el Canadà i el Japó- és responsable de proporcionar els instruments científics i l'anàlisi de les dades científiques. L'ESA va seleccionar Thales Alenia Space com a contractista principal per a la construcció del satèl·lit i el seu mòdul de servei, i Airbus Defence and Space per desenvolupar el mòdul de càrrega útil, inclòs el telescopi. Euclid és una missió de classe mitjana del programa Cosmic Vision de l'ESA.

Tres equips científics recolzats per la NASA contribueixen a la missió Euclid. A més de dissenyar i fabricar l'electrònica del xip sensor per a l'instrument NISP (Near Infrared Spectrometer and Photometer) d'Euclid, el Laboratori de Propulsió a Jet de la NASA va dirigir també l'adquisició i el lliurament dels detectors NISP. Aquests detectors, juntament amb l'electrònica del xip sensor, es van provar al Laboratori de Caracterització de Detectors de la NASA al Centre Goddard de Vols Espacials a Greenbelt, Maryland. El Centre Científic Euclid de la NASA a l'IPAC (ENSCI), al Caltech de Pasadena (Califòrnia), arxivarà les dades científiques i recolzarà les investigacions científiques realitzades als Estats Units. El JPL és una divisió del Caltech.

¹ Pati del darrere en parla badalonina ;)

Ho he vist aquí.

Investigadors del Webb descobreixen una supernova amb lent i confirmen la tensió del Hubble

Una nova H0pe?

Els científics utilitzen el telescopi Webb per mesurar l'expansió de l'Univers, apuntant cap a una supernova SN H0pe amb lent gravitacional. La llum d'aquesta estrella en explosió ha estat desviada i magnificada per un cúmul de galàxies situat entre ella i nosaltres.

La supernova H0pe va ser descoberta quan els científics van veure tres punts de llum en una imatge del Webb d'un cúmul de galàxies que no eren presents a les dades del Hubble. Els punts (envoltats per un cercle al requadre) són un tipus especial de supernova de lluminositat coneguda. Cada “punt” mostra la supernova en un moment diferent. Imagini's que està assegut davant d'un tocador amb un mirall tríptic on es veuen tres persones. Afegiu un retard temporal, de manera que al mirall de la dreta estigui aixecant una pinta, al de l'esquerra s'estigui pentinant i al del mig estigui deixant la pinta. Disposar d'imatges "tríptiques" d'aquesta supernova permet als científics utilitzar els retards temporals, la distància i les propietats de lent gravitatòria per calcular un valor de la constant de Hubble: la velocitat a què s'expandeix l'univers.

El valor de la constant de Hubble obtingut amb aquest mètode coincideix amb altres mesuraments realitzats a l'univers local. Més observacions de la Supernova H0pe, una de les més distants de la classe, ajudaran a comprendre millor aquest paràmetre fonamental de l'univers.

Aquest treball científic està en curs i encara no ha estat feta la revisió per experts (o parells).

Clic a la imatge per engrandir. Aquesta imatge està disposada en dos marcs iguals, esquerra i dret. Tots dos estan situats sobre un fons negre ple de lluminoses galàxies espirals de diferents mides, que brillen en blanc, groc i taronja. Moltes d'aquestes galàxies estan agrupades o superposades visualment, afegint capes d'escala a la imatge. Al centre del fotograma de l'esquerra, dues galàxies ataronjades brillants i prominents semblen estirades en llargs circells que apunten al nord i al sud i que semblen tenir aproximadament un terç de la mida del fotograma, molt diferents de la forma espiral habitual de les galàxies a l'espai. Aquestes dues galàxies allargades de color taronja són el focus d'aquesta imatge, mentre que moltes galàxies de diferents colors poblen el fons. El requadre de l'esquerra té un requadre que ressalta una de les dues galàxies allargades de color taronja que són el centre de la imatge. Això mostra l'efecte d'augment que un cúmul en primer pla pot tenir sobre l'univers distant més enllà, conegut com a lent gravitacional. La lent, formada per un cúmul de galàxies situat entre la supernova i nosaltres, corba la llum de la supernova en múltiples imatges. Per obtenir les tres imatges, la llum recorre tres trajectòries diferents. Com que cada trajectòria tenia una longitud diferent i la llum viatjava a la mateixa velocitat, en aquesta observació del Webb es van prendre imatges de la supernova en tres moments diferents de la seva explosió. El panell de la dreta amplia el llarg filament taronja, revelant tres punts focals de llum concentrada que s'han marcat amb cercles. Les anàlisis van confirmar que aquests punts corresponien a una estrella en explosió, una amb qualitats poc comunes. En primer lloc, és una supernova de tipus Ia, l'explosió d'una estrella nana blanca. Aquest tipus de supernova sol anomenar-se "vela estàndard", el que significa que la supernova tenia una brillantor intrínsec coneguda. Crèdit: NASA, ESA, CSA, STScI, B. Frye (University of Arizona), R. Windhorst (Arizona State University), S. Cohen (Arizona State University), J. D'Silva (University of Western Austràlia, Perth ), A. Koekemoer (Space Telescope Science Institute), J. Summers (Arizona State University).

 

 

 Ho he vist aquí.

Estrelles d'un cúmul, hauríem de romandre juntes

Amb l'ajuda d'una lupa natural, el telescopi espacial James Webb va detectar cinc cúmuls estel·lars joves i massius en una galàxia nadó. La llum d'aquesta galàxia es va emetre quan l'univers només tenia 460 milions d'anys, al voltant del 3% de la seva edat actual. Es tracta del primer descobriment de cúmuls estel·lars en una galàxia tan primerenca en la història còsmica.

Clic a la imatge per engrandir. A la imatge de la esquerra, observeu el grup de galàxies grogues brillants al centre. Aquestes formen el cúmul de galàxies que actua com una “lupa”. La gravetat és tan gran que deforma el temps i l'espai circumdants. La llum segueix aquesta curvatura en lloc de viatjar en línia recta. Aquest efecte visual, anomenat lent gravitacional, pot distorsionar, ampliar i produir múltiples imatges dels objectes que es troben darrere d'un cúmul de galàxies.

La imatge de la dreta és un primer pla del petit quadrat esbossat a la imatge anterior. Les dues ratlles són diferents galàxies magnificades. A la galàxia inferior, es poden veure els joves cúmuls estel·lars com una cadena de punts brillants, reflectits d'una banda a l'altra.

La imatge superior en detall:

Clic a la imatge per engrandir. Un camp de galàxies sobre el fons negre de l'espai. Al centre es distingeix una col·lecció de galàxies grogues brillants. És un cúmul de galàxies. Al quadrant superior esquerre d'aquesta imatge hi ha un quadrat que delimita una petita zona. Línies blanques connecten des d'aquest quadrat a les cantonades dretes de la imatge. Crèdit: ESA/Webb, NASA i CSA, L. Bradley (STScI), A. Adamo (Stockholm University) i The Cosmic Spring collaboration

Clic a la imatge per engrandir. Aquesta imatge és un primer pla de la mateixa zona que el petit quadrat de la imatge anterior. Hi ha dues línies vermelloses horitzontals apilades una damunt de l'altra, que mostren dues galàxies amb lents diferents. Al llarg de la ratlla inferior hi ha una cadena de punts brillants, que són cúmuls estel·lars reflectits. Crèdit: ESA/Webb, NASA i CSA, L. Bradley (STScI), A. Adamo (Stockholm University) i The Cosmic Spring collaboration.

Ho he vist aquí.

Under pressure...⁣ (Sota pressió)

El telescopi espacial Hubble de la NASA va capturar imatges d'aquesta galàxia nana, que viu a 52 milions d'anys llum de la Terra a la constel·lació de Verge. El cúmul de galàxies de Verge també acull gas relativament dens, cosa que fa que moltes galàxies com aquesta visquin sota la pressió que exerceix, coneguda com a pressió d'ariet.

Clic a la imatge per engrandir.  En aquesta imatge, l'espai negre està esquitxat d'estrelles i galàxies taronges i grogues, de formes i mides molt variades. A la part esquerra de la imatge destaca un polsós núvol d'estrelles que forma la galàxia nana. Brilla amb petites estrelles blanques i groc clar. Crèdit: ESA/Hubble i NASA, M. Sun

La pressió que exerceix el gas intergalàctic pot tenir un gran impacte en la formació estel·lar de galàxies com aquesta. D'una banda, la força pot expulsar els gasos i la pols que condueixen a la formació estel·lar, alentint o aturant completament la producció d'estrelles. A la inversa, la pressió pot comprimir aquests ingredients de la formació estel·lar, impulsant la formació de noves estrelles.

Clic a la imatge per engrandir. Aquesta impactant imatge combina dades recollides amb l'Advanced Camera for Surveys (ACS), instal·lada al telescopi espacial Hubble de la NASA/ESA, i dades del telescopi Subaru de Hawaii. Mostra només una part de l'espectacular cua que emergeix d'una galàxia espiral anomenada D100. Aquest tipus de cues es creen mitjançant un procés conegut com a despullament per pressió d'ariet.

 

Tot i les aparences, l'espai entre les galàxies d'un cúmul està molt lluny de ser buit; en realitat és ple de gas i plasma sobreescalfats, que arrosseguen i estiren les galàxies a mesura que es mouen per ell, una mica com la resistència que hom experimenta en travessar aigües profundes. Això pot ser prou fort com per esquinçar galàxies, i sovint dóna lloc a objectes amb formes i característiques peculiars i estranyes, com es veu aquí. La cridanera cua de gas de D100, que s'estén molt més enllà d'aquesta imatge a l'esquerra, n'és un exemple particularment sorprenent. La galàxia forma part de l'enorme cúmul de Coma. 

 

La pressió exercida pel plasma calent constituent del cúmul (conegut com a mitjà intracúmul) ha arrencat gas de D100 i l'ha separat del cos principal de la galàxia, arrossegant-lo cap al plomall que apareix a la imatge. Els cúmuls densament poblats com Coma tenen milers de galàxies. Són, per tant, els laboratoris perfectes per estudiar l'intrigant fenomen del despreniment per pressió d'ariet, que, a més de produir belles imatges com aquesta, pot tenir un efecte profund en la forma en què les galàxies evolucionen i formen noves generacions d'estrelles. Crèdits: ESA/Hubble, Manel Capdevila.

Ho he vist aquí.

El telescopi James Webb revela les llums que van "cremar" la boira a l'alba de l'Univers

Clic a la imatge per engrandir. Il·lustració generada amb IA. Crèdit: XD, Futura amb DALL-E

En els seus primers centenars de milions d'anys, l'Univers estava envoltat d'una espessa boira. Llavors es van encendre els fars al cor d'aquesta edat fosca. I gràcies a les capacitats sense precedents del telescopi espacial James Webb, ajudat una mica per un efecte de lents gravitatòries, els astrònoms finalment han aconseguit identificar el seu origen.

El James Webb revela imatges impressionants de 19 galàxies espirals  Un tresor d'imatges del telescopi espacial James Webb de la NASA/ESA/CSA presenta imatges d'infraroig proper i mitjà de 19 galàxies espirals cara a cara. Aquesta nova sèrie exquisida d'imatges mostra estrelles, gas i pols a les escales més petites mai observades més enllà de la nostra pròpia galàxia. Equips d'investigadors estan estudiant aquestes imatges per descobrir els orígens d'aquestes estructures complexes. L'anàlisi col·lectiva de la comunitat investigadora en última instància informarà les simulacions dels teòrics i avançarà en la nostra comprensió de la formació estel·lar i l'evolució de les galàxies espirals. Crèdit: NASA, ESA, CSA, STScI, J. Lee (STScI), T. Williams (Oxford), equip PHANGS, E. Wheatley (STScI), N. Bartmann Música: Stellardron.

El nostre univers no sempre ha brillat amb milers de llums. Després de l'"explosió inicial", es va formar una espessa boira de gas, principalment hidrogen neutre. Només uns quants centenars de milions d'anys després es van il·luminar les primeres estrelles. "Alguna cosa es va activar i va començar a emetre fotons d'alta energia al buit intergalàctic", explica Joel Leja, professor d'astronomia i ciència astrofísica a la Penn State University (Estats Units), en un comunicat de premsa. Aquestes fonts funcionaven com a balises còsmiques que cremaven boira d'hidrogen neutre. Eren tan enèrgics i persistents que tot l'Univers es va reionitzar". Marcant el final d'aquest període que els astrònoms anomenen l'edat fosca de l'Univers.

El guió estava escrit. Tanmateix, fins ara, els investigadors encara desconeixien que aquestes podien ser les fonts que jugaven aquest paper de "far còsmic". Però les dades enviades pel telescopi espacial James Webb ara donen una resposta. Utilitzant un gegantí cúmul de galàxies; el cúmul d'Abell 2744, que també rep el sobrenom de cúmul de Pandora, com una mena de lupa, el que els investigadors descriuen com un efecte de lent gravitatòria, els astrònoms han obtingut de fet el primers espectres complets d'alguns d'aquests primers llums de l'univers.

Clic a la imatge per engrandir. Utilitzant el cúmul de Pandora, aquí a la il·lustració, com a lupa i el telescopi espacial James Webb, un equip internacional d'investigadors demostra que les petites galàxies de l'Univers primerenc van exercir el paper de far còsmic a la boira original. Crèdit: NASA, ESA, CSA, I. Labbe (Swinburne University of Technology), R. Bezanson (Universitat de Pittsburgh), A. Pagan (STScI)

El paper primordial de les galàxies nanes en la reionització de l'Univers

Per entendre-ho, és interessant assenyalar que alguns van veure les grans galàxies com els millors candidats a fars còsmics. Perquè encara que a l'inici del nostre Univers no n'hi hauria d'haver molts, aquests astrònoms estimaven que cadascun produïa encara prou llum per reionitzar tot l'Univers. Altres creien, per contra, que el nombre de les galàxies més petites del nostre Univers primerenc podria haver estat capaç de desencadenar la fi de les edats fosques. Aquesta és l'opció que l'equip internacional en qüestió aquí ha optat per explorar.

A la revista Nature, els investigadors expliquen primer que van observar que, a l'Univers primerenc, les galàxies nanes eren aproximadament 100 vegades més nombroses que les galàxies massives.

L'anàlisi dels espectres de vuit de les primeres galàxies de massa feble de l'Univers revela, que aquestes són sòlides candidates per “alguna cosa” esmentat per Joel Leja. Perquè van produir unes quatre vegades més llum ionitzant que la que els astrònoms consideraven anteriorment "normal". Això és important perquè els astrònoms pensaven que per reionitzar l'Univers, haurien de veure escapar el 20% dels fotons de galàxies tan petites. Tanmateix, aquestes noves dades suggereixen que només amb un 5% n'hi ha prou. Això es correspon aproximadament a la fracció de fotons ionitzants que escapen de les galàxies modernes.

Clic a la imatge per engrandir. El telescopi espacial James Webb de la NASA suposa un gran avenç en l'exploració interestel·lar i els investigadors de Penn State continuen estant a l'avantguarda dels descobriments derivats d'aquesta oportunitat històrica. Més informació fent un clic aquí (en anglés) Crèdit: Advocate Penn State, X.

Un resultat a confirmar amb noves observacions

"Ens trobem davant de centrals còsmiques reals que col·lectivament emeten energia més que suficient per reionitzar l'Univers en aquest moment", diu Hakim Atek, investigador de l'Institut d'Astrofísica de París i autor principal de l'estudi, en un comunicat de premsa de la ESA. Tanmateix, els investigadors subratllen que la seva investigació no aporta més que vuit galàxies. A més, tots estan a prop d'una única línia de visió.

Per confirmar aquests resultats, els astrònoms hauran d'estendre el seu estudi a una escala més gran. I per assegurar, en primer lloc, que la regió en la qual estaven interessats és realment representativa de la distribució mitjana de les galàxies. I que les galàxies nanes són totes tan energètiques com aquestes. Ja estan previstes noves observacions gràcies al Telescopi espacial James Webb i un altre cúmul de galàxies gegant, el cúmul Abell S1063.

Ho he vist aquí.

Supernova 2: Bugalú* galàctic

El 2016, el telescopi espacial Hubble de la NASA va veure una supernova anomenada Requiem en una galàxia llunyana. Ara el James Webb ha trobat una segona supernova anomenada Encore. marcant la primera vegada que dues supernoves amb lent gravitacional s'han trobat a la mateixa galàxia.

Retrocedim una mica. Les lents gravitacionals es produeixen quan un objecte, com un cúmul de galàxies, té una gravetat tan intensa que deforma el temps i l'espai circumdants. La llum segueix aquesta curvatura en lloc de viatjar en línia recta, distorsionant i fent més brillant allò que hi ha darrere de l'objecte.

La lent gravitacional no sols deforma i amplia les galàxies distants, sinó que també pot mostrar múltiples instàncies del mateix objecte. La imatge del 2016 del Hubble tenia tres fotografies separades de la supernova Requiem, mentre que la nova imatge del James Webb té dues captures d'Encore (marcades com a cercles a la segona imatge).

Això és perquè la llum de les supernoves acaba arribant a la Terra a través de diversos camins, com trens que surten de la mateixa estació però prenen rutes diferents. Mentre que a la imatge del Hubble vam veure tres exemplars de Rèquiem, s'espera que un quart exemplar "arribi al seu destí" i aparegui el 2035. En mesurar les diferències en els temps d'aparició de les imatges de les supernoves, els astrònoms poden mesurar la velocitat a què s'expandeix l'univers.

Clic a la imatge per engrandir. Galàxies taronges i blanques esquitxen la negror de l'espai en aquesta imatge del telescopi James Webb. Una àrea blanca brillant marca un cúmul de galàxies al costat dret. Al voltant del cúmul de galàxies hi ha llargs arcs de color taronja, inclosa la galàxia MRG-M0138. Crèdit: NASA, ESA, CSA, STScI, Justin Pierel (STScI) i Andrew Newman (Carnegie Institution for Science).

Clic a la imatge per engrandir. Primer pla de la galàxia MRG-M0138 obtinguda pel telescopi James Webb, que es veu com una llarga mitja lluna taronja que surt en picat des de la part superior esquerra i es corba cap a la dreta. A la part inferior de la mitja lluna hi ha dos petits cercles blancs. Aquests cercles marquen imatges de la supernova Encore. Crèdit: NASA, ESA, CSA, STScI, Justin Pierel (STScI) i Andrew Newman (Carnegie Institution for Science)

* Bugalú, què és? Fes un clic aquí.

Ho he vist aquí.

Hubble & James Webb, una bona societat

Els telescopis de la NASA Hubble i Webb van unir les seves forces per obtenir una de les vistes més acolorides del nostre univers... de tots els temps.

Es tracta d'un cúmul de galàxies anomenat MACS0416, situat a la barbaritat de 4.300 milions d'anys llum.

Mitjançant els colors de la imatge podem obtenir més informació sobre les distàncies entre galàxies. Les galàxies de colors més blaves estan relativament a prop i solen mostrar una intensa formació estel·lar, que s'observa millor amb el Hubble, mentre que les galàxies més vermelles tendeixen a estar més allunyades, o bé contenen molta pols, com va detectar Webb.

Els detalls sorprenents i informació que aquí s'ofereixen només són possibles gràcies a la combinació de la potència dels dos telescopis espacials, amb les dades en llum visible del Hubble i les observacions en infraroig del Webb.

Clic a la imatge per engrandir. Un camp de galàxies sobre el fons negre de l'espai. Al centre, d'esquerra a dreta, hi ha una col·lecció de dotzenes de galàxies espirals i el·líptiques groguenques que formen un cúmul de galàxies en primer pla. Formen una línia aspra i plana al llarg del centre. Entre elles hi ha trets lineals distorsionats, que la majoria semblen seguir cercles concèntrics invisibles que es corben al voltant del centre de la imatge. Els trets lineals es creen quan la llum duna galàxia de fons es corba i magnifica a través de lents gravitacionals. Al centre a l'esquerra, un exemple particularment prominent s'estén verticalment unes tres vegades la longitud d'una propera galàxia. Una varietat de galàxies de colors brillants, vermelles i blaves, de diverses maneres, estan disperses per la imatge, fent que sembli densament poblada. A prop del centre hi ha dues galàxies diminutes en comparació del cúmul de galàxies: una espiral de vora molt vermella i una espiral de front molt blava, que proporcionen un cridaner contrast de color. Crèdit: NASA, ESA, CSA, STScI, Jose M. Diego (IFCA), Jordan C. J. D'Silva (UWA), Anton M. Koekemoer (STScI), Jake Summers (ASU), Rogier Windhorst (ASU), Haojing Yan (University of Missouri).

Ho he vist aquí.

El doll impulsat per un forat negre a la galàxia M87 fa explotar estrelles

El sorprenent descobriment desconcerta els astrònoms.

Clic a la imatge per engrandir. Un estudi revela que el forat negre situat al centre de la galàxia M87 (a la imatge) alimenta un potent doll de gas que provoca explosions estel·lars a la galàxia. Crèdit: Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF.

Un estudi suggereix que un doll de gas a gran velocitat procedent de la galàxia M87 està provocant noves estel·lars, i ningú no sap com.

Una nova es produeix després que una estrella densa coneguda com a nana blanca rep gas d'una estrella en òrbita (SN: 2/12/21). Quan la intensa gravetat de la nana blanca estreny el gas, aquest s'escalfa i explota, però les dues estrelles sobreviuen a la violència. De fet, al llarg de milions d'anys, la mateixa estrella es converteix en nova una vegada i una altra. Observacions recents indiquen que aquestes erupcions van forjar gran part, i potser la major part, del subministrament de l'univers del valuós metall liti.

Les noves esclaten a la nostra galàxia i en altres, com l'el·líptica gegant M87, el doll de gas del qual en ràpid moviment és impulsat pel forat negre situat al centre de la galàxia. Ara, les dades del telescopi espacial Hubble mostren que hi ha un excés d'aquestes explosions al llarg del raig de M87, segons informen els investigadors en un estudi enviat el 28 de setembre a arXiv.org.

Alec Lessing, estudiant de la Universitat de Stanford, Michael Shara, astrònom del Museu Americà d'Història Natural de Nova York, i els seus col·legues van utilitzar el telescopi per localitzar 135 esclats de noves a M87, el doll del qual té molts milers d'anys llum de longitud. La galàxia en si es troba a 54 milions d'anys-llum de la Terra, al cor del cúmul de galàxies més proper, anomenat Verge.

Després d'identificar les explosions de les noves, l'equip va traçar la posició a la galàxia. "Era sorprenent", diu Shara. "Les noves semblaven estar alineades preferentment amb el doll".

En dividir la galàxia en 10 sectors iguals, els astrònoms van descobrir que s'havien produït 25 explosions al llarg del doll, davant només entre 10 i 16 en cadascun dels altres sectors de la galàxia. Segons els investigadors, la probabilitat que es tracti d'una casualitat estadística només és del 0,3%.

Clic a la imatge per engrandir. El telescopi espacial Hubble va prendre aquesta imatge composta de la galàxia M87 i el doll de gas en ràpid moviment, que té molts milers d'anys llum de longitud. Crèdit: NASA, El Hubble Heritage Team/STScI/AURA.

"Em va sorprendre molt", afirma Massimo Della Valle, astrònom de l'Istituto Nazionale di Astrofisica, que no va participar al nou estudi. "Si aquests objectes són nous, el doll ha de ser-ne responsable d'alguna manera".

Potser, diu, el doll empeny gas interestel·lar sobre estrelles nanes blanques en sistemes de noves, augmentant la quantitat de material que s'acumula a la superfície de les estrelles. Com a resultat, les nanes blanques exploten amb més freqüència del que ho farien altrament, cosa que explica l'excés d'esclats de noves al llarg del doll.

Segons Shara, el doll en si no sembla subministrar prou gas o radiació per explicar les explosions. "El doll és el culpable, però no sabem per què ni com", afirma. "D'alguna manera, està provocant que les noves siguin més freqüents en aquest sector, però no sabem si és perquè està desencadenant les noves d'alguna manera o perquè està donant a llum les noves -fent que hi hagi més noves allà- o per algun un altre procés".

A la recerca de pistes addicionals, Shara espera utilitzar el Hubble per examinar altres galàxies que s'assemblin a M87, per veure si els seus dolls també van acompanyats d'aquestes erupcions.

Ho he vist aquí.