La gegant vermella Betelgeuse revela els seus secrets

Clic per engrandir. Recreació artística de Betelgeuse mig enfosquida. Betelgeuse
hauria perdut la seva lluminositat a causa d'immensos núvols de pols que van
bloquejar fins a un 40% de la seva llum en el visible. Crèdit: MPIA graphics department.

Per què l'estrella Betelgeuse canvia la brillantor? Betelgeuse, una estrella
generalment molt brillant a la constel·lació d’Orió. Per què la seva brillantor ha
continuat baixant des de la tardor del 2019? Què li passat? 

L’assumpte durava des del 2019, durant uns mesos, la gegant vermella Betelgeuse, gairebé mil milions de vegades més gran que el Sol, havia vist caure la seva lluminositat aproximadament un 35%. Va ser això un presagi de la seva explosió de supernova?. No hi ha una explicació prosaica, ara s'ha pogut confirmar mitjançant observacions d’astrònoms utilitzant els instruments del VLT d’ESO.

La humanitat fa temps que coneix l’estrella Betelgeuse perquè és una de les estrelles més brillants de la constel·lació d’Orió. Però només al segle XX es va poder conèixer la seva mida i fins i tot va ser la primera estrella de la que es va determinar el seu diàmetre. De fet el 1921, els astrònoms Michelson i Pease van utilitzar la tècnica de la síntesi d'obertura, ideada per Hippolyte Fizeau, per  determinar el diàmetre aparent de les estrelles mitjançant mètodes interferomètrics. Aleshores va queda clar que estàvem en presència d’una supergegant vermella gairebé mil vegades més ampla en radi que el Sol. i, donada la seva temperatura superficial, aproximadament cent mil vegades més brillant. 

L’enlluernador progrés, després de la Segona Guerra Mundial, en la teoria de l’estructura i l’evolució estel·lar, gràcies al desenvolupament de  l’astrofísica nuclear, va fer que Betelgeuse fos de gran interès per als astrofísics perquè és probable que ens doni claus per entendre amb més precisió com aquestes estrelles, molt massives (Betelgeuse conté unes 15-20 masses solars), acaben la seva vida al cap d’uns pocs milions d’anys.

De fet, sabem des de fa dècades que hi ha una relació entre la massa d’una estrella, la seva lluminositat i la seva vida útil. Com més massiva sigui la estrella, més alta serà la temperatura al nucli. Com a resultat, són possibles certes reaccions de fusió termonuclear, alliberant les enormes quantitats d'energia necessàries per produir una pressió de radiació capaç d'oposar-se a la que resulta de la pròpia gravetat de l'estrella, en aquest cas a les estrelles de cicle CNO.

En fer-ho, consumeix el seu combustible termonuclear a un ritme tan ràpid que la seva vida útil es compta en milions d’anys en lloc de milers de milions d’anys, com és el cas del Sol. Com que es calcula que la gegant vermella es va originar fa uns 8 milions d’anys, hi ha una bona raó per creure que en pocs milers o centenars de milers d’anys és probable que Betelgeuse exploti en una supernova. Com que es troba a uns 600 anys llum de distància (queden incerteses sobre la seva distància exacta), l'explosió produirà un espectacle impressionant a la Terra, visible a plena llum del dia. 

Aquesta animació combina quatre imatges reals de l'estrella supergegant vermella
Betelgeuse, la primera presa al gener de 2019 i les altres preses al desembre de 2019,
gener de 2020 i març de 2020, durant el declivi sense precedents de l'estrella. Totes les
imatges, que permeten visualitzar la superfície de l'estrella, van ser preses amb l'instrument
Sphere del Very Large Telescope d'ESO. Crèdit: ESO/M. Montargès et  al. ,/L. Calçada

Un caprici d’una estrella variable o un núvol de pols?

Per tant, Betelgeuse està molt estudiada i, quan les observacions de finals del 2019 i principis del 2020 van començar a demostrar que l’estrella es tornava molt menys lluminosa, la notícia va ser molt publicitada mentre els astrofísics s’ho pensaven. Hem de témer la imminència de l'explosió de la gegant vermella? De tota manera, com es pot explicar aquesta caiguda de la brillantor?

A Sci-Bit ja li havíem dedicat algun article a aquesta qüestió. L’astrofísica Sylvie Vauclair ens va recordar en particular que la supergegant vermella és una estrella variable i que, per aquest motiu, ens trobàvem potser, i fins i tot probablement, només davant d’un dels seus múltiples cicles de variacions als inicis de la seva explosió. 

Sylvie Vauclair va avançar una altra explicació, menys probable, segons ella: "Betelgeuse, que emet constantment forts vents estel·lars, hauria emès una bafarada de gas i pols especialment significativa, que la amagaria parcialment abans d'evaporar-se completament". 

Aquesta hipòtesi també va ser considerada per l'astrònom Miguel Montargès, de l'Observatori de París, a França, i de la KU Leuven, a Bèlgica. Amb el seu equip, havia utilitzat els instruments del VLT situat a la part superior del Cerro Paranal, a Xile, per estudiar Betelgeuse. En un  comunicat de premsa del ESO, explicava que treballava "actualment en dos escenaris: un es basa en el refredament superficial generat per una activitat estel·lar excepcional, l'altre en l'expulsió de pols al llarg de la línia de visió. Per descomptat, el nostre coneixement sobre les supergegants vermelles continua sent incomplet avui en dia. Els estudis estan en marxa, de manera que és probable que sempre sorgeixi una sorpresa”.

Explicacions molt completes sobre les observacions sobre Betelgeuse realitzades
pels astrònoms Miguel Montargès i Éric Lagadec el 2020. Podeu triar l'idioma de
subtitulació a la configuració del vídeo. Crèdit: Guillaume Doyen

La producció en directe de llavors presolars

Miguel Montargès i l’astrofísica Emily Cannon de KU Leuven, tornen avui a l’enigma de la disminució de la lluminositat de Betelgeuse en un altre comunicat de premsa d’ESO on van fer saber que probablement ells i els seus col·legues pensen que han resolt l’enigma. La solució completa s’exposa en un article publicat a la famosa revista Nature i, sense fer que el suspens duri més, es tractaria de la formació ràpida d’un núvol de pols, a partir d’una bombolla de gas calent, refrigerada i condensada, produïda per l’extraordinari estat convectiu de Betelgeuse i que va ser expulsada per l’estrella poc abans de la seva aparent disminució de lluminositat.

Aquest resultat és el producte de les observacions realitzades al continuar monitoritzant l’estrella des del 2019 amb el VLT mitjançant l’instrument Sphere, sigles de Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (REcerca d'Exoplanetes per Espectre-Polarimetría d'Alt contrast) per obtenir una imatge directa de la superfície de Betelgeuse, així com amb les dades del instrument Gravity de l’interferòmetre del VLT (VLTI) per tal de controlar Betelgeuse a mesura que disminuïa la seva lluminositat; aquestes observacions també van continuar després de l'abril de 2020, quan l'estrella havia recuperat la seva lluminositat normal. La interpretació d’aquestes observacions va en la mateixa direcció que l'extreta de les dades recollides per Hubble i que Futura ja va informar.

"Tot i així, vam assistir a la formació del que es coneix com a  pols d'estrelles en viu", explica Miguel Montargès. Això no és trivial perquè, com també es va esmentar al comunicat de premsa d'ESO, Emily Cannon: "La pols expulsada de les estrelles fredes al final de la seva vida, com la que acabem de presenciar, podria constituir els blocs de construcció dels planetes terrestres i de la vida".

Quan Betelgeuse, una brillant estrella taronja de la constel·lació d’Orió, es va tornar
notablement més fosca a finals del 2019 i principis del 2020, la comunitat astronòmica
va quedar perplexa. Un equip d’astrònoms ha publicat ara una nova investigació feta
amb l’interferòmetre del Very Large Telescope (VLTI) i  el Very Large Telescope d’ESO
que descobreix el misteri de la gradació de Betelgeuse. Podeu triat l'idioma de la
subtitulació a la configuració del vídeo. Crèdit: European Southern Observatory (ESO)

Hi ha una teoria de la formació de grans de pols per condensació d’ejecció de matèria per part de les estrelles al final de la seva vida, i les observacions de Betelgeuse demostren que la formació de pols es pot produir molt ràpidament i aprop de la superfície d’una estrella tal com s’indica en el comunicat de premsa d'ESO. Millor! trobem aquests grans presolars a l’interior dels meteorits del Sistema Solar, cosa que ens va permetre especificar les seves composicions. Hi ha materials refractaris com el carbur de silici, minerals silicats de la família de l'oliví, piroxè i fins i tot diamants!.

Com a conclusió d’aquest descobriment, Miguel Montargès i Emily Cannon admeten que estan impacients per poder utilitzar el Telescopi Extremament Gran (ELT) en construcció al ESO. “Gràcies a la seva capacitat per aconseguir resolucions espacials inigualables, l'ELT ens permetrà fer una imatge directa de Betelgeuse amb un notable detall. També ampliarà significativament la mostra de supergegants vermelles que podrem estudiar mitjançant imatges directes, cosa que ens ajudarà a desvelar els misteris que hi ha darrere dels vents d’aquestes estrelles massives”, explica Emily Cannon.

Vídeo de presentació del Telescopi Extremadament Gran de ESO. Crèdit: ESO

Per obtenir més informació sobre la història de Betelgeuse, podeu llegir el text de Miguel Montargès sobre aquest tema en anglès, on també ret homenatge als membres de l’equip que hi ha darrere del treball publicat a Nature.

Una presentació de la investigació sobre grans presolars de Philipp Heck. Podeu
triar l'idioma de subtitulació a la configuració del vídeo. Crèdit: Field Museum

 

Ho he vist aquí.

Les espectaculars vistes de Plutó suggereixen una superfície activa

Les temptadores vistes de Plutó suggereixen una superfície activa, però no les tornarem a veure fins d'aquí a 161 anys.

Els científics tenen més feina a fer, amb les observacions programades per ahir dissabte.  

Clic per engrandir. La imatge de la New Horizons ens mostra l'extensió rica en gel
a Sputnik Planitia. (Crèdit de la imatge: NASA/JHUAPL/SwRI)

Durant un breu moment al juliol del 2018, el sistema solar es va alinear per mostrar a la Terra el disc de Plutó totalment il·luminat pel Sol, una disposició que no tornarà a ocórrer en 161 anys.

La científica planetària Bonnie Buratti estava preparada: Portava una dècada esperant l'oportunitat de captar la rara visió amb l'esperança d'omplir un buit de coneixement que ni tan sols la acuradament planificada missió New Horizons va poder abordar. El resultat és una enigmàtica parcel·la il·luminada de Plutó i la seva lluna, Caront. 

"Aprofitem aquesta oportunitat única a la vida -bé, un cop a més d'una vida, un cop gairebé cada dos segles- de veure a Plutó completament il·luminat", va dir Buratti, que treballa al Laboratori de Propulsió a Raig de la NASA a Califòrnia i és autor principal d'un nou article que presenta les observacions, a Space.com. 

 La professora de la BYU (Brigham Young University) Jani Radebaugh i un equip
internacional van estudiar les imatges de la NASA procedents de la missió New
Horizons i van descobrir que la superfície de Plutó té moltes característiques
similars a les de la Terra, com una glacera amb forma de cor i dunes. Podeu triar
l'idioma de subtitulació a la configuració del vídeo. Crèdit: Brigham Young University

Les observacions d'un cos del sistema solar en el punt de màxima il·luminació i el seu contorn permeten als científics mesurar el que denominen "onada d'oposició", un augment sobtat de la brillantor d'un objecte quan s'il·lumina per complet, desproporcionat respecte a la franja extra de superfície que s'il·lumina.

I l'onada d'oposició no és només un curiós fenomen òptic: Els científics creuen que el patró de l'onada està influenciat per la densitat del material a la superfície d'un món. "Observant com augmenta la brillantor d'un objecte quan s'il·lumina, es pot saber alguna cosa sobre la textura de la superfície i com és aquesta: És esponjosa? és nevada? és compacta?" afirma Buratti.

Per exemple, l'onada d'oposició de la lluna plena està causada per la regolita solta i polsegosa de la seva superfície, va dir. "Aquestes partícules projecten ombres i aquestes ombres desapareixen ràpidament quan la cara s'il·lumina per a l'observador".

Un Plutó completament il·luminat és difícil de captar des de la Terra a causa de la inclinació de l'òrbita del planeta nan en comparació amb la nostra. Els observadors del cel utilitzen el terme "oposició" per referir-se al punt de l'any terrestre en què un determinat objecte del sistema solar apareix oposat al Sol en els nostres cels. No obstant això, un cos celeste no ha de aparèixer totalment il·luminat en aquest moment, especialment quelcom com Plutó, que sol estar per sobre o per sota del plànol de l'òrbita de la Terra al voltant del Sol.

D'aquí l'espera de 161 anys per a la propera oportunitat d'aquest tipus i la cura de Buratti per anotar l'oportunitat del 2018 amb tanta antelació. Ella i els seus companys se les van arreglar per utilitzar el telescopi Hale de 200 polzades a l'Observatori del Mount Palomar, prop de San Diego. El telescopi Hale està equipat amb un sistema òptic que pot separar a Plutó i Caront, en lloc de veure una taca dels dos mons.

Clic per engrandir. El telescopi Hale a l'observatori del Mount Palomar a San
Diego. Crèdit: Observatory Mount Palomar.

I l'equip va aconseguir captar observacions superiluminades de Plutó el 12 de juliol de 2018, així com altres dies d'aquest mes i de juliol de 2019. Buratti i els seus col·legues tenien previstos més mesuraments per a l'estiu passat, però la pandèmia de COVID-19 va tancar l'observatori. 

Els investigadors encara no poden utilitzar el telescopi en persona, però finalment, Buratti i els seus col·legues tenen de nou observacions en el calendari, que comencen dissabte (19 de juny). S'espera que aquestes mesures, més altres el mes que ve i a l'octubre, aclareixin com es produeix l'onada d'oposició de Plutó, proporcionant als científics els detalls que necessiten per entendre el que podria estar passant al terra degut als efectes òptics.

Buratti va dir que la seva sospita és que el fort augment de l'oposició està relacionat amb el dinamisme del món que la nau espacial New Horizons va descobrir durant el seu sobrevol del 2015. "Plutó és molt més actiu del que pensàvem", va dir. "Vam veure coses que mai havíem vist allà".

És el primer món de sistema solar més enllà de la Terra què se sap que té glaceres, per exemple. El gel es vaporitza i es torna a congelar, i de vegades es mou entre Plutó i Caront en el procés. "Podria haver-hi neu [a Plutó], hi ha molt gebre movent-se, podria tenir una superfície realment esponjosa i amb textura". 

Encara que l'alineació relativament propera del sobrevol de la nau espacial i la il·luminació completa des de la Terra és una pura coincidència, Buratti va dir que la combinació d'observacions és un altre exemple de com la ciència planetària prospera millor quan s'utilitzen eines terrestres i espacials conjuntament.

New Horizons va veure vistes nocturnes i mig il·luminades de Plutó durant la seva maniobra, ha assenyalat, però no va poder veure el disc totalment il·luminat a causa de la trajectòria del seu breu sobrevol. "Si ho combines amb aquestes observacions en terra, tens el conjunt complet, tens el paquet complet", va dir. "Són totalment complementàries".

Clic per engrandir. Recreació artística de la nau New Horizons amb Plutó i la
seva major lluna, Caront, al juliol de 2015. Crèdits: NASA/JHUAPL/SwRI

I per Buratti, les noves observacions són un recordatori commovedor del seu propi treball durant el sobrevol de New Horizons, ja que és estrany que els científics arribin a utilitzar equips prou potents com per diferenciar Plutó i Caront quan observen el parell des de la Terra. 

"Vam veure a Plutó i Caront per separat per primera vegada des de la trobada", va dir Buratti. "És una cosa emotiva per a mi ... Aquí hi ha una cosa que era només un punt de llum, i després en un dia o dos es converteix en aquest món geològic i et sents com si estiguessis allà. És una cosa íntima. Però després torna a ser un punt".

Les observacions es descriuen en un article publicat el 8 de juny a la revista "Geophysical Research Letters".

Ho he vist aquí.

Dossier: 2. Què és l'infinit?

El que es pot conèixer directament està acabat. La idea de l'infinit sorgeix tanmateix tan aviat com pensem. Però es pot trobar l’infinit a la natura i a la física que vol representar-la? Està present a l’Univers?

L’infinit constitueix una dimensió efectiva i múltiple de la realitat? O resideix només en la nostra ment, una ficció necessària per al pensament a la que cap realitat física pot correspondre? Quina importància té en matemàtiques? i en física? 

El caminant, en la successió dels seus passos (un pas, després un altre i un altre), s’adona que el seu passeig es pot repetir indefinidament. En principi, sempre pot fer un pas més.

Clic per engrandir. Què és l'infinit?. Imatge de la Via Làctia. Crèdit: FelixMittermeier, Pixabay, DP

L'infinit potencial

Aquesta repetició sense limitacions condueix a la primera intuïció d’un indefinit sense fi: és l’infinit potencial, la capacitat d’anar sempre una mica més enllà. Està naturalment lligat a la noció de successor d’un nombre natural: 1, 2, 3, etc. Un número sempre succeeix amb un altre i no hi ha cap darrer número, perquè aquest darrer número té un successor. És el principi de recurrència, un procés fonamental generador de l'infinit potencial. 

Llavors aleshores, enunciar que el 2 ja prefigura l’infinit potencial. Com que 2 = 1 + 1, i no res impedeix escriure llavors 2 + 1 = 3, 3 + 1 = 4,  ad infinitum. Un és la unitat; dos ja són els diversos, la multiplicitat. Si 2 ja implica infinit, vol dir això que la multiplicitat, la diversitat, són potencialment infinites?

Com veiem, el problema de l’infinit afecta tant la filosofia (i la teologia, l’art, l’ètica, etc.) com a les ciències naturals. També caldrà distingir entre les ciències de l’univers, les ciències de la matèria i les ciències del nombre, és a dir, les matemàtiques.

L’infinit i Aristòtil

A  casa d' Aristòtil, la paraula "infinit" es va associar a l'expressió de la imperfecció. Al seu pas, els científics (i més encara els filòsofs i teòlegs) han demostrat, al llarg dels segles, una tossuda resistència a la idea de l’infinit real, més enllà de tota posició racional. Els primers pares de l’Església cristiana, els neoplatonistes i els escolàstics la consideraran en un principi com un atribut de Déu.

S'encaminarà de la teologia després cap a les matemàtiques i la filosofia natural, que parlen sobre la geometria de la perspectiva (segle XV), dels infinitament grans de la cosmologia (segle XVII) i de l'infinitesimal (segles XVII i XVIII). Els infinits esdevindran així concebibles abans de ser fundades i classificades adequadament, aquesta última etapa caurà sota les matemàtiques i la lògica i ocuparà els dos segles que ens precedeixen. 

L'infinit en les matemàtiques

Mentre que el físic generalment busca deixar de banda l'infinit de les seves teories, totes les matemàtiques es basen en el concepte d'infinit. Això es relaciona de fet amb la noció de nombre i amb la del conjunt. Hi ha algun número que puguem associar a la noció d’infinit? Hi ha conjunts que contenen un nombre infinit d'elements? Aquí formulem aquestes preguntes d’una manera una mica ingènua perquè ningú és capaç de dir realment què significa “existir” en matemàtiques: existeixen els números fora de nosaltres, en un altre nivell de realitat? Tot i així, els infinits són una font de paradoxes que han impedit durant dos mil anys la constitució d’una teoria que en permeti la manipulació. Entre aquestes paradoxes, les més cridaneres van ser les dels indivisibles (sobre l'infinitament petit) i el de la reflexivitat (sobre l'infinitament gran). De fet, aquestes dues infinitats apareixen indissolublement lligades: a la part més petita d’una longitud, per exemple, sembla que es pot trobar un nombre infinitament gran de punts, de dimensió infinitament petita.

La omnipresència de l'infinit en matemàtiques és sorprenent, perquè l'home és un ésser finit, limitat, embarcat en un planeta limitat i finit. Tanmateix, aquest ésser finit examina l'infinit i juga amb ell, fins al punt que l'infinit és essencial perquè ell pugui captar el finit. Un exemple immediat és el càlcul del nombre π!!, la relació entre la circumferència d’un cercle i el seu diàmetre. Té una longitud finita, però la seva expressió és un nombre amb infinitat de decimals. Per calcular aquest nombre (Arquimedes ja ho havia provat), cal utilitzar un procés infinit.

Va ser el matemàtic Bernard Bolzano que a principis del segle XIX va proposar per primera vegada a l’infinit un estat equivalent al del finit. A finals del mateix segle, l'obra de Georg Cantor, considerada avui l'origen de les matemàtiques modernes, va ser rebutjada amb terror pels científics; Georg Cantor va lluitar sol, fins que va perdre el cap.

Clic per engrandir. Imatge de la radiació gamma del cel (vista per Egret). Aquest
mapa podria contenir informació sobre la presència d’antimatèria a la
nostra galàxia. Crèdit: NASA, DP

L'infinit a la física

De rebot, ha calgut esperar fins a principis del segle XX per una rehabilitació (parcial) de l'infinit a la física. La teoria quàntica, la cosmologia relativista o els models de forats negres, per exemple, han donat lloc a nous infinits. Des de llavors, el finit i l'infinit s'han unit en els mateixos models.

Més enllà de la història (essencial, perquè ningú no pot entendre l’objecte d’una ciència si no en coneix la història), volem repensar “l’actualitat de l’infinit”, l’infinitament gran i el seu bessó l’infinitament petit, a la llum de teories modernes. Pretenem mostrar que la cosmologia relativista continua sent l'únic camp de la física del que no s'ha eliminat l'infinit "real" (infinit de l'espai, eternitat del temps), que reflecteix la seva particular posició epistemològica dins de les altres ciències. Pel que fa als desenvolupaments més recents en física (topologia de l’espai-temps, renormalització, buit quàntic, teoria de les supercordes, cosmologia quàntica), fan que l’infinit reneixi constantment de les seves cendres, com una esfinx enigmàtica amb moltes cares.

Capítol anterior: L’infinit: misteris i límits de l’Univers

Capítol següent: En breu.

Ho he vist aquí.

Catàleg Caldwell del Hubble. Objecte C20

Clic per engrandir. Imatge de C21. Crèdit: NASA, ESA, i K. Stapelfeldt (Jet Propulsion
Laboratory); Processament: Gladys Kober (NASA/Catholic University of America)

Tot i que la característica espiral a la part superior d'aquesta imatge del Hubble pot semblar el braç d'una galàxia o el cor d'una tempesta còsmica, en realitat és una petita porció de Caldwell 20 (NGC 7000), o la nebulosa d'Amèrica de Nord. Descoberta per William Herschel el 1786 i sobrenomenada així per la seva semblança amb el continent d'Amèrica de Nord, Caldwell 20 es troba a uns 1.800 anys llum de la Terra i ocupa un espai a la constel·lació del Cigne que sembla més de tres vegades més gran que la Lluna plena. No obstant això, malgrat una magnitud aparent de 5, la nebulosa no sembla molt brillant enfront de la Via Làctia estelada. Uns prismàtics o un petit telescopi la revelaran com una subtil lluentor contra el seu teló de fons galàctic. Els observadors de l'hemisferi nord haurien de buscar Caldwell 20 a la tardor, i els de l'hemisferi sud tindran la seu millor vista a la primavera.

Caldwell 20 és un impressionant exemple de nebulosa d'emissió. Els núvols de gas que componen la nebulosa estan sent ionitzades per un estel proper, el que fa que el gas brilli a l'emetre energia. Els colors emesos per les nebuloses d'emissió depenen de la composició química de la regió. El color vermellós, característic de l'hidrogen i dominant a Caldwell 20, pot ser captat per càmeres sensibles.

 Clic per engrandir. La imatge terrestre de Caldwell 20 (NGC 7000) presa
pel DSS, sigles en anglès de Digitized Sky Survey (Estudi Digitalitzat del Cel)
a la part superior dreta copsa una vista àmplia de la nebulosa, il·lustrant
per què l'objecte és conegut com la Nebulosa d'Amèrica de Nord. El contorn
blanc mostra la ubicació de l'observació del Hubble presa amb la seva Càmera
Planetària i de Gran Angular 2 (WFPC2), que capta una petita regió de la
nebulosa situada aproximadament a on podria estar al nord-est de Texas.
Crèdit: Imatge terrestre: Digitized Sky Survey; imatge del Hubble: NASA, ESA,
i K. Stapelfeldt (Jet Propulsion Laboratory); Processament: Gladys Kober
(NASA/Catholic University of America)

Aquesta imatge de Caldwell 20, presa amb la Càmera Planetària i de Gran Angular 2 del Hubble, forma part d'un estudi d'estrelles T Tauri en regions properes de formació estel·lar. Les estrelles T Tauri són estrelles joves que la lluentor els hi varia amb el temps. Una de les raons per les que aquest tipus d'estrelles és important per als astrònoms és perquè s'ha descobert que una gran part de les estrelles T Tauri alberguen discs circumestelars. Aquests discs de gas i pols poden convertir-se algun dia en sistemes solars complets.

C20 al web de la NASA
Índex del Catàleg Caldwell del blog

 

Gabinet de curiositats: 10 El bec del calamar, una arma formidable i indestructible

Clic per engrandir. L'esmolat bec del calamar de Humboldt és particularment
robust. Crèdit: HA.com, Wikimedia Commons, Futura

 

El calamar gegant, la sorprenent criatura que hi ha darrere del mite del Kraken.
El Kraken ha estat un animal llegendari durant segles. Però darrere del mite
s’amaga una criatura de carn i ossos, que habita les profunditats abismals
dels oceans. Al vídeo podeu veure imatges capturades pels tècnics de la
expedició del NOAA en aigues americanes. Crèdit: Futura-Sciences.com

Com que les curiositats també es troben (i sobretot) a la natura, aquest nou capítol del  Gabinet de curiositats està dedicat a una de les armes més formidables i exòtiques del regne animal: el bec del calamar. 

L’ornitorinc. Amb bec d’ànec, cua de castor i potes de llúdriga amb esperons verinosos, aquest mamífer ovípar és sovint el primer animal que se li acudeix quan es tracta de les criatures més estranyes que la natura pot oferir. I, tanmateix, els calamars no s’han d’avergonyir de la seva pròpia originalitat: deu tentacles, tres cors (igual que el pop), un cap punxegut i un cervell toroidal (perquè sí, els cefalòpodes tenen un bunyol, travessat pel seu esòfag!). El conjunt coincidia amb un bec d’aspecte similar al del lloro; un apèndix tan sorprenent que mereixia que se li donés tot un capítol.

Coneix el diable de les profunditats

De tots els becs dels cefalòpodes, és el del diable profund el que més intriga. A partir del seu nom comú calamar gegant o calamar de Humboldt, el diable de les profunditats (Dosidicus gigues) és el més gran de la seva família, la família Ommastrephidae. Pot arribar fins als quatre metres de llarg per 400 quilos: una puntuació honorable, però que no arriba al turmell (ni a la ventosa) del seu gegantí cosí, el calamar gegant (Architeuthis dux). Això no impedeix que les agències de turisme mexicanes descriguin aquest resident del Pacífic Oriental com un assassí perillós, el "diablo rojo" que menja homes. 

 Clic per engrandir. La trobada entre un bussejador i un jove i potent
calamar de Humboldt. Podeu triar l'idioma de subtitulació a la
configuració del vídeo© BBC Earth

Aquesta reputació és objecte de moltes controvèrsies entre científics i pescadors, com a mínim. Però podem reconèixer una cosa al calamar de Humboldt:  és que és un caçador nat. Si les ventoses no us fan estremir, sabeu que les seves estan plenes de milers de ganxos afilats i d’aspecte de malson capaços de fer que qualsevol persona que s’hi acosti massa se'n penedeixi. En atacar, l'animal començarà a canviar de color a un ritme vertiginós, passant de vermell brillant a blanc pàl·lid en un instant. Un parpelleig d’ulls més tard, ja ha tancat la trampa assassina amb els tentacles al voltant de la seva víctima.

Clic per engrandir. A més de les tradicionals ventoses dentades, els tentacles
dels calamars de Humboldt presenten ganxos afilats. Crèdit: Te Papa

 

Clic per engrandir. Aquests ganxos es distribueixen en una doble fila
al mig del tentacle. Crèdit: Te Papa

Clic per engrandir. Els ganxos son capaços de penetrar
profundament en la carn, obligant els bussejadors a utilitzar vestits de malla
quan es submergeixen por trobar calamars. Crèdit: Te Papa  

Un apèndix exòtic i fascinant

Tot i que els ganxos són intimidatoris per dir el mínim, la seva funció principal és enganxar i no tallar. I certament, no és amb el seu cos gelatinós que el nostre amic decapodiforme pot esperar trencar la robusta armadura dels crustacis que consumeix, al costat de peixos i, sí, d’altres cefalòpodes com ell, perquè el dimoni és caníbal. Per a això, té una arma formidable: un bec tan finament esmolat i terriblement sòlid que es talla a la carn i la closca com la mantega. Dins d’aquesta boca infernal, una mena de llengua de pues, anomenada  ràdula, acaba de triturar la presa perquè pugui passar a l'esòfag (i, si ho heu seguit correctament, a través del cervell) del diable abans d'arribar a l'estómac. 

Clic per engrandir. La ràdula aixafa la carn tallada pel bec. Crèdit: Smithsonian Ocean

Però el més sorprenent és la pròpia estructura del bec, o  rostrum: fosca, arquejada i punxeguda, es té por de ficar-hi el dit. Toqueu la base encara humida i us sorprendrà de veure que és sorprenentment flexible i es fon amb la carn del calamar, operat per potents músculs. Apropeu-vos a la seva punta i trobareu que la tribuna es torna cada cop més dura (100 vegades més dura a la punta que a la base, per ser exactes). Aquest gradient de duresa és un cop de geni de la natura, una manera perquè els calamars mosseguin els materials més resistents sense el risc de pressionar tan fort amb la carn suau que hi ha a l'entrada de la boca, que que es trencaria. Per a més meravelles sobre això, us convido a llegir aquest article (en anglès).

Una meravella de la biologia i la biomecànica

El bec està format principalment per aigua, quitina (aquest material derivat de la glucosa que forma l’exosquelet dels artròpodes i dels crustacis) i proteïnes. A la seva base, l’aigua i la quitina són els elements principals, formant una banya sòlida però flexible, unida a la carn. A mesura que s’avança cap a la seva punta, aquests dos elements es tornen minoritaris i donen pas a proteïnes que contenen dopamina, mentre que el bec es torna negre. És la relació entre l’entrellat d’aquestes molècules i la hidratació del bec que permeten donar-li una duresa més o menys important. Així, quan s’asseca el rostrum, aquest gradient desapareix i es torna completament rígid i fosc. Segons els científics, aquesta increïble propietat del bec del calamar el faria pràcticament més resistent a l'erosió i a la deformació que tots els metalls i polímers coneguts. Tan durador que es troba intacte regularment a l’estómac dels cetacis i altres cefalòpodes molt després de la digestió de la resta del cos. Tan formidable que de vegades es recomana als bussejadors vestir-se amb vestits blindats de fibra de Kevlar abans de sortir a trobar-se amb el diable vermell (el mínim indicat és una malla de cadena per protegir-se de les desenes de milers de ganxos que esbarren els seus tentacles). Criatura de l’inframón a la imaginació marina durant segles, el calamar no necessita assolir les dimensions del kraken per inspirar por, ni despertar la luxúria dels col·leccionistes que no dubtaran a fer del seu bec un nou trofeu al seus gabinets de curiositats.

Clic per engrandir. Crèdit: nosorogua, Adobe Stock, Futura

I deu! Ens retrobem properament amb un nou capítol del Gabinet de Curiositats. 

Veure:

- Anterior: 9 L’ou de Colom de Nikola Tesla  

- Següent: 11 Existeix el xacalop?

 

Ho he vist aquí.

Investigadors de Cornell veuen els àtoms a una resolució rècord

El 2018, els investigadors de Cornell van construir un detector d’alta potència que, en combinació amb un procés basat en l’algoritme anomenat pticografia, va establir un  rècord mundial triplicant la resolució d’un microscopi electrònic d’última generació.

Tot i que va tenir èxit, aquest enfocament tenia una debilitat. Només funcionava amb mostres ultrafines de pocs àtoms de gruix. Qualsevol cosa més gruixuda faria que els electrons es dispersessin de manera que no es poguessin desenredar.

Ara un equip, liderat de nou per David Muller, el professor d’Enginyeria de Samuel B. Eckert, ha superat el seu propi registre per un factor de dos amb un detector de píxels de microscopi electrònic (EMPAD) que incorpora algoritmes de reconstrucció 3D encara més sofisticats. La resolució està tan afinada, que l’única difuminació que queda és la tremolor tèrmica dels propis àtoms.

Clic per engrandir. Aquesta imatge mostra una reconstrucció pticogràfica dels
electrons d’un cristall de praseodimi ortoscandat (PrScO3), ampliat 100 milions
de vegades. Crèdit: Cornell University

L'article del grup; "Electron Ptychography Achieves Atomic-Resolution Limits Set by Lattice Vibrations", va ser publicat el 20 de maig a Science. L’autor principal del document és l’investigador postdoctoral Zhen Chen.

"Això no només marca un nou rècord", va dir Muller. “S'ha arribat a un règim que serà efectivament un límit final de resolució. Bàsicament ara podem esbrinar on es troben els àtoms d’una manera molt senzilla. Això obre un munt de noves possibilitats de mesura de les coses que volem fer durant molt de temps. També resol un problema de llarga durada: desfer la dispersió múltiple del feix a la mostra, que Hans Bethe va establir el 1928, i que ens ha impedit fer-ho en el passat".

La pticografia funciona escanejant patrons de dispersió superposats d'una mostra de material i buscant canvis a la regió superposada.

"Estem perseguint patrons clars que s'assemblen molt als patrons de punter làser pels quals els gats estan igualment fascinats", va dir Muller. "En veure com canvia el patró, podem calcular la forma de l'objecte que ha provocat el patró".

El detector està lleugerament desenfocat, desdibuixant el feix, per tal de captar el màxim rang de dades possible. Aquestes dades es reconstrueixen a través d’algoritmes complexos, donant lloc a una imatge ultra precisa amb un picòmetre (un bilionèsima part d'un metre) de precisió.

“Amb aquests nous algoritmes, ara podem corregir tota la difuminació del nostre microscopi fins al punt que el factor de difuminació més gran que ens queda és el fet que els mateixos àtoms estan tremolant, perquè això és el que passa amb els àtoms a temperatura finita", va dir Muller. "Quan parlem de temperatura, el que realment mesurem és la velocitat mitjana a la que es sacsegen els àtoms". 

Els investigadors podrien tornar a superar el seu registre utilitzant un material que consisteix en àtoms més pesats, que oscil·len menys o refredant la mostra. Però fins i tot a temperatura zero, els àtoms encara tenen fluctuacions quàntiques, de manera que la millora no seria gaire gran.

Aquesta última forma de pticografia d’electrons permetrà als científics localitzar àtoms individuals en les tres dimensions quan es puguin ocultar d’altres maneres mitjançant altres mètodes d’imatge. Els investigadors també podran trobar àtoms d’impuresa en configuracions inusuals i obtenir imatges d'ells i de les seves vibracions, d’un en un. Això podria resultar particularment útil en la creació d’imatges de semiconductors, catalitzadors i materials quàntics, inclosos els que s’utilitzen en informàtica quàntica, així com en l’anàlisi d’àtoms en els límits on s’uneixen els materials.

El mètode d'imatge també es podria aplicar a cèl·lules o teixits biològics gruixuts, o fins i tot a les connexions de sinapsis al cervell, el que Muller coneix com a "connectòmica sota demanda".

Tot i que el mètode requereix molt de temps i requereix computació, es podria fer més eficient amb ordinadors més potents juntament amb l’aprenentatge automàtic i detectors més ràpids. 

Clic per engrandir. El projecte Human Connectome te com a objectiu proporcionar
una compilació sense precedents de dades neurals, una interfície per a navegar
gràficament aquestes dades i la oportunitat d'arribar a conclusions mai
fetes abans sobre el cervell humà viu. Crèdit: University of Southern California.

"Volem aplicar això a tot el que fem", va dir Muller, que co-dirigeix  l'Institut Kavli de Cornell per a ciències a escala nanomètrica  i co-presideix el Nanoscale Science and Microsystems Engineering (NEXT Nano) Task Force, que forma part de la iniciativa de col·laboració radical de Cornell. “Fins ara portàvem unes ulleres molt dolentes. I ara en tenim un parell molt bo. Per què no us voldríeu treure les ulleres velles, posar-vos les noves i utilitzar-les tot el temps?"

Entre els seus coautors hi ha Darrell Schlom, el professor de química industrial Herbert Fisk Johnson; Yi Jiang, i ara científic de dades de línia de feix al laboratori nacional d'Aronne; investigadors postdoctorals Yu-Tsun Shao i Megan Holtz i investigadors de l’Institut Paul Scherrer i de l’Institut Leibniz per al Creixement del Cristall.

La investigació va comptar amb el suport de la National Science Foundation a través de la Plataforma de Cornell per a la realització accelerada, l’anàlisi i el descobriment de materials d’interfície (PARADIM). Els investigadors també van fer ús del Cornell Center for Materials Research, que compta amb el suport del programa Materials Research Science and Engineering Center de la NSF.

Ho he vist aquí.

Dossier: 1L’infinit: misteris i límits de l’Univers

 

Estrenem amb aquesta entrada un nou dossier al nostre blog de la mà d'un vell conegut nostre; l'astrofísic Jean-Pierre Luminet. En aquest dossier sabrem el que ens diu sobre l'infinit.

El que es pot conèixer directament està acabat. La idea de l'infinit sorgeix tanmateix tan aviat com pensem. Però es pot trobar l’infinit a la natura i a la física que vol representar-la? Està present a l’Univers?

Com es defineix la noció d’infinit? El problema de l’infinit afecta tant la filosofia com les ciències naturals. Quin significat li dóna Aristòtil? Submergim-nos en l'univers de l'infinit.

“L’infinit designa la propietat de determinats continguts que s’ofereixen amb la intenció d’estendre’s més enllà de qualsevol límit".  Emmanuel Levinas.

Clic per engrandir. L’infinit: misteris i límits de l’Univers. Imatge d'una galàxia
espiral. © WikiImages, Pixabay, DP

L’univers de l’infinit

Aristòtil ja explica completament el dilema de l’infinit. Cada quantitat (moviment, espai, temps ...) està subjecte a l'alternativa de ser limitada o il·limitada. No obstant això, la física d'Aristòtil considera que les úniques entitats que realment es donen i els únics processos que són realment executables són finits.

Clic per engrandir. Galàxia espiral. Crèdit: DR

Tot i això, la física d'Aristòtil no ens impedeix considerar les nocions "per comoditat" que impliquen l'infinit, però sense atorgar-los cap existència real: l'infinit seria potencial i no real... Anirem a explorar l'univers de l'infinit en aquest dossier.

Capítols del Dossier:

- 2 Què és l'infinit?

Ho he vist aquí

Deixalles espacials malmeten l’Estació Espacial Internacional

 

Clic per engrandir. Algunes deixalles espacials estan sota vigilància per evitar
col·lisions. Però d'altres son massa petits per ser controlats. Un d'ells ha col·lisionat
amb l'Estació Espacial Internacional (EEI). Crèdit: dottedyeti, Adobe Stock, Futura.

El que havia de passar, malauradament, va passar fa uns dies. Deixalles espacials van colpejar i danyar l’Estació Espacial Internacional (EEI). Afortunadament, un incident sense conseqüències, ni per a la seguretat dels astronautes ni per a la continuació de les missions de l'estació. 

Cada vegada hi ha més deixalles espacials. A l’òrbita baixa de la Terra, les agències espacials han de seguir a més de 23.000 objectes de la mida d’una pilota de tennis o més grans. D’aquesta manera, esperen poder evitar col·lisions que danyin els nostres satèl·lits. Però fa uns dies va passar el que havia de passar. Restes espacials massa petites per ser controlades van afectar i malmetre una part de l’Estació Espacial Internacional. L'incident es va informar després d'una inspecció rutinària el dimecres 12 de maig.

Clic per engrandir. El braç robòtic Canadarm 2 de l’Estació Espacial Internacional
va ser colpejat per deixalles espacials. Va deixar un forat de cinc mil·límetres
de diàmetre. © NASA, Agència Espacial Canadenca (CSA-ASC)

Afortunadament, va ser més por que mal, ja que l’estació continua sent segura i operativa. Igual que el braç robòtic Canadarm 2, el sistema de maneig remot de l’EEI, i que va perforar la manta tèrmica (veure el cercle groc). El paper d’aquest braç articulat de titani és maniobrar objectes fora de l’Estació Espacial Internacional i realitzar tasques de manteniment. 

L’any passat, l’EEI va haver de realitzar no menys de tres maniobres d’emergència per evitar col·lisions amb restes espacials. I l’Agència Espacial Europea calcula que 130 milions de trossos de deixalles més petites d’un mil·límetre (massa petita per poder rastrejar-les, però que encara poden causar danys a causa de l’alta velocitat a la qual es mouen) floten actualment al voltant de la nostra Terra.

Ho he vist aquí.

Catàleg Caldwell del Hubble. Objecte C21

 

Clic per engrandir. Imatge de C21. Crèdits: NASA, ESA, A. Aloisi (STScI/ESA), i
the Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration.

Caldwell 21, també coneguda com NGC 4449, és una galàxia nana irregular situada a més de 10 milions d'anys llum de la Terra. Aquesta imatge del Hubble, esquitxada d'estrelles, capta els processos caòtics i continus de l'evolució estel·lar dins de la galàxia.

A les zones rosades i plenes de pols, sorgeixen noves estrelles. L'activitat de formació estel·lar està tan estesa i és tan intensa aquí que els astrònoms es refereixen a ella com un brot estel·lar. Mentre que els esclats d'estrelles es limiten normalment a les regions centrals i més denses de les galàxies, l'activitat de formació estel·lar a Caldwell 21 arriba fins a la vora de la galàxia. El brot estel·lar pot haver estat estimulat per les interaccions amb una altra galàxia, o potser amb vàries. Atès que està prou a prop com per ser observada amb gran detall, Caldwell 21 ofereix l'oportunitat d'investigar els processos que poden haver donat forma a les galàxies en l'univers primitiu. 

Les zones blanc-blavoses estan poblades per estrelles vibrants, joves i massives. Aquestes estrelles de gran massa estan condemnades a tenir una vida curta, ja que consumeixen el seu combustible nuclear molt ràpidament. Una vegada que se'ls acaba el combustible, acaben la seva vida en violentes explosions. Les estrelles de massa mitjana, com el nostre Sol, poden esperar una vida d'uns 10.000 milions d'anys i s'apaguen de manera molt menys dramàtica, expulsant a poc a poc les seves capes exteriors de gas fins a formar una bella nebulosa.

L'Advanced Camera for Surveys (Càmera avançada per sondejos) del Hubble va obtenir imatges de Caldwell 21 en llum visible i infraroja. Les observacions estan ajudant als astrònoms a comprendre millor la història de la formació estel·lar en una galàxia d'esclat d'estrelles en la qual les interaccions amb una altra galàxia semblen haver tingut un paper.

Caldwell 21 s'estén a menys de 20.000 anys llum en l'espai, una distància sorprenent, però només una cinquena part del diàmetre de la nostra pròpia galàxia, la Via Làctia. Descobert el 1788 per l'astrònom William Herschel, Caldwell 21 forma part d'un grup de galàxies situades en la constel·lació dels Llebrers. Amb una magnitud de 9,6, és bastant fàcil de detectar en un telescopi, i en un telescopi gran és
un objecte gratificant, que exhibeix un complex patró de nusos brillants. Es veu millor a finals de la primavera des de l'hemisferi nord. Els observadors de l'hemisferi sud poden trobar-ho sota l'horitzó nord a la tardor.

Per a més informació sobre les observacions de Caldwell 21 realitzades pel Hubble, feu un clic aquí.

 

C21 al web de la NASA
Índex del Catàleg Caldwell del blog

 

El rover Curiosity de la NASA capta núvols brillants a Mart

Clic per engrandir. El rover Curiosity de la NASA va capturar aquests núvols just
després de la posta de sol el 19 de març de 2021, el dia marcià nombre 3.063,
o sol, de la missió del rover. La imatge es compon de 21 imatges individuals
unides i corregides en color perquè l'escena aparegui com ho faria a l'ull
humà. Crèdit: NASA/JPL-Caltech/MSSS

L'equip científic està estudiant els núvols, que van arribar abans del previst i es van formar a major altura del que s'esperava, per aprendre més sobre el planeta vermell. 

Els dies ennuvolats són rars en la fina i seca atmosfera de Mart. Els núvols solen aparèixer en l'equador del planeta en l'època més freda de l'any, quan Mart està més allunyat del Sol en la seva òrbita ovalada. Però fa un any marcià complet -dos anys terrestres- els científics van observar que es formaven núvols sobre el rover Curiosity de la NASA abans del que s'esperava.

Aquest any, estaven disposats a començar a documentar aquests núvols "primerencs" des del moment en què van aparèixer per primera vegada a finals de gener. El resultat són imatges de borrasques plenes de cristalls de gel que dispersen la llum del Sol ponent, algunes de les quals brillen amb colors. Més que una mostra espectacular, aquestes imatges ajuden als científics a comprendre com es formen els núvols a Mart i per què aquestes recents són diferents.

Clic per engrandir. Aquest GIF mostra els núvols que s'estenen sobre la Muntanya
Sharp a Mart, vistes pel rover Curiosity de la NASA el 19 de març de 2021, el
dia marcià nombre 3.063, o sol, de la missió. Cada fotograma de l'escena s'ha
unit a partir de sis imatges individuals. Crèdit: NASA/JPL-Caltech/MSSS

De fet, l'equip de Curiosity ja ha fet un nou descobriment: Els primers núvols es troben en realitat a una altitud superior a l'habitual. La majoria dels núvols marcians se situen a no més de 60 quilòmetres en el cel i estan compostos de gel d'aigua. Però els núvols que Curiosity ha fotografiat es troben a una major altitud, on fa molt de fred, el que indica que probablement estiguin fets de diòxid de carboni congelat, o gel sec. Els científics busquen pistes subtils per establir l'altitud d'un núvol, i es necessitaran més anàlisis per dir amb seguretat quines de les imatges recents del Curiosity mostren núvols de gel d'aigua i quins de gel sec.

Clic per engrandir. Utilitzant les càmeres de navegació del seu màstil, el
rover de Mart Curiosity de la NASA va prendre aquestes imatges dels núvols
just després de la posta de Sol el 31 de març de 2021, el 3.075^e sol, o dia
marcià, de la missió. Crèdit: NASA / JPL-Caltech

Les fines i ondulants estructures d'aquests núvols són més fàcils de veure amb les imatges de les càmeres de navegació en blanc i negre del Curiosity. Però són les imatges en color de la càmera del màstil del rover, o Mastcam, les que realment brillen, literalment. Vistes just després de la posta de sol, els seus cristalls de gel capten la llum que s'esvaeix, fent que semblin brillar contra el cel que s'enfosqueix. Aquests núvols crepusculars, també coneguts com núvols noctilucents (que en llatí significa "que brillen de nit"), es fan més brillants a mesura que s'omplen de vidres, i després s'enfosqueixen quan la posició del Sol en el cel descendeix per sota de la seva altitud. Aquesta és una pista útil que els científics utilitzen per determinar l'altura a la qual es troben. Utilitzant les càmeres de navegació del seu màstil, el rover Curiosity de la NASA va prendre aquestes imatges dels núvols just després de la posta de Sol el 28 de març de 2021, el 3.072^e sol, o dia marcià, de la missió.

Clic per engrandir. Utilitzant les càmeres de navegació del seu màstil, el rover
de Mart Curiosity de la NASA va prendre aquestes imatges dels núvols just
després de la posta de sol el 28 de març de 2021, el 3.072^e sol, o dia
marcià, de la missió. Crèdits: NASA / JPL-Caltech

Encara més impressionants són els núvols iridescents o nacrats. "Si veus un núvol amb un conjunt de colors pastís brillants en ells, és perquè les partícules del núvol són totes gairebé idèntiques en grandària", va dir Mark Lemmon, un científic atmosfèric de l'Institut de Ciències de l'Espai a Boulder, Colorado. "Això sol ocórrer just després que els núvols s'hagin format i hagin crescut totes al mateix ritme".

Clic per engrandir. El rover Curiosity de la NASA va veure aquests núvols
iridicents, o nacrats, el 5 de març de 2021, el 3.048^e dia marcià, o sol, de
la missió. Aquí es veuen 5 fotogrames units d'una panoràmica molt més
àmplia presa per la càmera del màstil del rover, o Mastcam. Crèdits:
NASA / JPL-Caltech / MSSS

Aquests núvols són dels més acolorits del Planeta Vermell, va afegir. Si s'observés el cel al costat del Curiosity, es podrien veure els colors a simple vista, encara que serien tènues.

"Sempre em meravellen els colors que apareixen: vermells i verds i blaus i morats", va dir Lemmon. "És realment genial veure alguna cosa que brilla amb molt de color a Mart". 

Ho he vist aquí.