Dossier. La matèria fosca; 5 Les galàxies

Dossier. La matèria fosca; 5 Les galàxies 

En aquest dossier es presenten les diferents pistes que porten a la hipòtesi de la matèria fosca, així com diverses propostes que s'han fet per intentar dilucidar-ne la naturalesa.

Les estrelles de galàxies espirals no són estàtiques però tenen moviment circular al voltant del centre. La força centrifuga a causa d'aquesta rotació compensa la força de gravitació, que és la que evita que les estrelles s'enfonsin cap al cor de les galàxies.

Clic per engrandir. Il·lustració d'una galàxia espiral. Crèdit: Peter Jurik, Adobe Stock

A una distància determinada del centre de la galàxia, la velocitat de rotació està doncs relacionada amb l'atracció gravitatòria en aquest lloc, i per tant també amb la distribució de massa a la galàxia. És anàleg al que passa al sistema solar: la velocitat de rotació dels planetes està fixada per la massa del Sol i la distància entre ells.

Clic per engrandir. Galàxia espiral, vista frontal.

La rotació de les galàxies

Es pot mesurar la velocitat de rotació (gràcies al desplaçament espectral anomenat efecte Doppler) per a cada distància des del centre de la galàxia; aleshores obtenim  una corba de rotació, que també ve determinada per la distribució de masses. Tanmateix, si calculem la corba de rotació deguda a l'atracció gravitatòria de tot el que observem a les galàxies: les estrelles, el gas interestel·lar, els núvols moleculars, pols, trobem que la velocitat de rotació calculada és inferior a la observada, en particular a les regions externes de les galàxies. Els càlculs indiquen que la corba de rotació hauria de disminuir a grans distàncies, mentre que s'observa que és constant a la majoria de les galàxies observades.

Clic per engrandir. Imatges d'una galàxia espiral en diverses longituds d'ona i corba de rotació obtinguda, a la part inferior dreta. Aquesta corba representa la velocitat de rotació en funció de la distància des del centre. (Feu un clic aquí per obtenir més detalls tècnics).

Aquest problema porta el nom de matèria fosca galàctica. Una possible solució és, de fet, que les galàxies contenen un component no detectat, l'atracció gravitatòria és responsable de la discrepància observada. De fet, els càlculs mostren que aquest component hauria de ser molt més gran que tots els components visibles, en un factor de 5 a 10. Aquest factor depèn de les suposicions fetes sobre la forma en què aquesta matèria fosca es distribuiria a la galàxia. Dues hipòtesis principals estan en competència des de fa temps: la del disc màxim, en què la matèria fosca es distribueix en un disc gruixut que se superposaria al disc estel·lar, i la del halo esfèric, en què la matèria fosca es distribueix en un gran halo amb simetria esfèrica. Ara s'afavoreix la segona hipòtesi, per motius relacionats amb la cosmologia que veurem més endavant.

Tingueu en compte que l'anàlisi de les corbes de rotació no ens permet resoldre aquesta qüestió i deduir inequívocament la distribució de la matèria total a les galàxies. Això es deu essencialment al fet que la corba de rotació només conté informació en un pla (el pla de rotació), que no permet traçar l'estructura tridimensional de la distribució de masses. Tenir en compte les observacions d'objectes situats fora del disc permet eliminar parcialment aquesta ambigüitat, tal com s'esmenta al final d'aquesta pàgina.

Moviments estel·lars perpendiculars al disc de la nostra galàxia

En el cas de la nostra galàxia, la situació és una mica especial. Estem a l'interior, i la nostra posició no és gaire favorable per mesurar la seva corba de rotació. D'altra banda, estem molt ben situats per mesurar el moviment de les estrelles a les proximitats del Sol. Això també és interessant, perquè les estrelles que s'allunyen del disc de la galàxia són atretes per la massa continguda en aquest disc i tendeixen a tornar-hi, després a creuar-lo per passar a l'altre costat. Això provoca una oscil·lació a banda i banda del disc. Per tant, l'anàlisi del moviment de les estrelles en la direcció perpendicular al pla del disc galàctic proporciona informació sobre la distribució de la massa en aquest disc. Els resultats d'aquest tipus d'anàlisi han estat durant molt de temps controvertits, però ara sembla establert que el disc en si conté poca matèria fosca. És probable que es distribueixi en un halo estès, amb més forma d'una esfera que d'un disc.

El futur: els moviments tridimensionals de totes les estrelles de la galàxia?

El satèl·lit  GAIA proposa mesurar amb una precisió molt alta la posició i la velocitat de mil milions d'estrelles a la nostra galàxia. Aquest projecte (missió de la ESA, llançat el 2013) permet provar la hipòtesi de la matèria fosca amb molta més profunditat, i si cal mesurar-ne la distribució espacial.

Els moviments dels satèl·lits llunyans de la nostra galàxia

Finalment, l'estudi del moviment d'objectes que no es troben al disc de la galàxia aporta informació addicional als anteriors. En particular, el moviment dels cúmuls globulars (conjunts de menys d'un milió d'estrelles lligades gravitacionalment, vegeu imatges a continuació) i galàxies nanes anomenades esferoïdals indica que l'halo de matèria fosca s'estén a una distància propera als 100.000 anys llum, mentre que el disc visible només s'estén al voltant d'uns 30.000 anys llum.

Clic per engrandir. Cúmul globular Messier M55.

Entre aquests conjunts d'estrelles que orbiten al voltant de la nostra galàxia, algunes presenten una propietat molt interessant: els efectes de marea que pateixen els fan perdre estrelles al llarg de la seva trajectòria. Així, la galàxia nana esferoide de Sagitari deixa enrere un rastre d'estrelles que permet recórrer la seva trajectòria passada. Trobem que aquesta galàxia va passar prop del centre de la nostra galàxia fa uns quants milers de milions d'anys, en una trajectòria Rosseta. Aquesta trajectòria proporciona informació valuosa sobre l'halo de matèria fosca de la nostra galàxia. D'una banda, confirma la presència d'aquest halo, i de l'altra, permet entendre millor la seva forma, en particular el seu aplanament.

Finalment, tingueu en compte que el rastre deixat per la galàxia nana també hauria de ser força ric en matèria fosca. Tanmateix, com que el nostre Sistema Solar es troba en aquesta estela, és possible que ens trobem en un lloc molt privilegiat per detectar directament la matèria fosca, en una mena de pluja local de matèria fosca.

Clic per engrandir. La galàxia nana Sagitari (esquerra) i el flux de matèria que l'acompanya (al mig, recreació artística). També veiem un corrent per a la galàxia nana Ca Major (a la dreta, representació d'una simulació numèrica). Crèdit: NASA, ESA, Hubble Heritage

Aquest tipus d'estudi es pot estendre a altres galàxies, mitjançant l'observació dels seus cúmuls globulars i les seves galàxies nanes, però també estudiant el moviment dels núvols d'hidrogen que les envolten, com en les figures següents:

Clic per engrandir. Núvols de gas HI (en blau a l'esquerra i en vermell a la dreta) pel Compact Array. Aquests núvols s'estenen molt més enllà de les galàxies. Crèdit: B. Koribalski (ATNF), S. Gordon (UQld) i K. Jones (UQld), B. Koribalski (ATNF) i J. Dickey (UMinn).

La velocitat de les estrelles a les galàxies el·líptiques

L'anàlisi de les velocitats en les galàxies el·líptiques revela el mateix problema que a les galàxies espirals: les velocitats són massa altes. Estudis força semblants als que hem presentat a les galàxies espirals es fan per estudiar la forma dels halos de matèria fosca. Per exemple, l'estudi dels moviments dels objectes dels quals les òrbites s'estenen molt cap als halos és crucial, es tracta principalment de cúmuls globulars i nebuloses planetàries.

Clic per engrandir. Galàxia el·líptica M87. Crèdit: CFH

Veure:

Capítol anterior: 4 La matèria fosca; la Cosmologia
Capítol següent: 6 La matèria fosca: Propietats de la matèria fosca (en preparació).

Ho he vist aquí.

Vivim en un univers en rotació? Si ho féssim, podríem viatjar en el temps

Viure en un univers en rotació seria realment estrany.

Clic per engrandir. Gira l'univers? Crèdit: David Wall via Getty Images.

Sabem que els planetes giren, però i l'univers en conjunt? No, sembla que l'univers no rota; si ho fes, seria possible viatjar en el temps cap al passat.

Tot i que a l'Antiguitat s'afirmava que el cel girava arreu del món, el 1949 el matemàtic Kurt Gödel va ser el primer a formular un univers en rotació. Per això va utilitzar el llenguatge de la teoria de la relativitat general d'Albert Einstein, com una forma d'honrar el seu amic i veí de Princeton, el mateix Einstein.

Però aquest procés d'“homenatge” acadèmic va ser en una direcció diferent de la que es podria sospitar, perquè Gödel va utilitzar l'exemple d'un univers en rotació per demostrar que la relativitat general era incompleta.

El model de Gödel d'un univers en rotació era força artificial. A més de la rotació, el seu univers només contenia un ingredient: una cosmològica negativa constant que resistia la força centrífuga d'aquesta rotació per mantenir l'univers estàtic.

 

Però la naturalesa artificial d'aquest univers no preocupava Gödel. El seu argument principal era que la relativitat general permetia la possibilitat d'un univers en rotació. I Gödel va utilitzar el seu univers en rotació per demostrar que la relativitat general permetia viatjar en el temps cap al passat, cosa que hauria d'estar prohibida.

Sortir a fer un tomb per l'univers

Viure en un univers en rotació seria realment estrany. D'una banda tots els observadors es considerarien el centre de rotació. Això vol dir que si un s'estacionés en algun lloc i s'assegurés estar absolutament quiet, veuria que l'univers gira al seu voltant. Però si s'aixequés i es traslladés a qualsevol altre lloc, fins i tot a una galàxia llunyana, sempre continuaria veient l'univers girant al voltant de la nova posició.

Això és increïblement difícil de visualitzar, però no és gaire diferent de la idea que en un univers en expansió, tots els observadors es veuen a si mateixos com el centre de la expansió.

Com més ens allunyem d'un observador, més gran és la velocitat de rotació. I no es tracta només d'una rotació de les coses, sinó del mateix espai-temps. Això vol dir que la llum, que sempre es veu obligada a seguir la curvatura de l'espai-temps, fa estranys viatges. Un feix de llum enviat des d'un observador es corbarà en ser arrossegat per la rotació de l'espai-temps. En algun punt llunyà, la rotació serà excessiva, i la llum girarà i tornarà a l'observador.

Això vol dir que hi ha un límit a la llunyania que pots veure en un univers en rotació, i més enllà d'això, tot el que observaràs són imatges duplicades del teu propi jo passat.

Aquest comportament estrany no s'aplica només a la llum. Si pugessis a un coet i sortissis disparat a través d'un univers en rotació, tu també quedaries atrapat a la rotació. I degut a aquesta rotació, el teu moviment es duplicaria sobre si mateix. Tot i això, quan tornessis al teu punt de partida, et trobaries arribant abans d'haver partit.

Per dir-ho així, un univers giratori seria capaç de fer girar el teu futur cap al teu propi passat, permetent viatjar enrere en el temps.

Romandre assegut

Aquesta era la principal objecció de Gödel a la relativitat general. Aquesta teoria, en ser la nostra comprensió definitiva de l'espai i el temps, no hauria de permetre el viatge en el temps cap enrere, perquè el viatge en el temps cap al passat viola les nostres nocions de causalitat i introdueix tota mena de paradoxes desagradables del viatge en el temps. El fet que la relativitat no impossibilités automàticament el viatge en el temps indicava a Gödel que la teoria d'Einstein era incompleta.

Afortunadament, no hi ha indicis que visquem en un univers en rotació. Si el cosmos estigués girant, la llum procedent d'adreces oposades del cel es desplaçaria cap al vermell en una direcció i cap al blau a l'altra. Els astrònoms han aplicat aquesta prova a estudis de galàxies llunyanes i fins i tot al fons còsmic de microones, que és la llum que queda de quan el cosmos tenia només 380.000 anys. La conclusió d'aquestes proves és que si l'univers gira ho fa a un ritme inferior a 10^-17 graus per segle.

Però l'objecció de Gödel segueix dempeus. Des de 1949, els físics han inventat altres formes que la relativitat general permeti els viatges en el temps enrere, els forats de cuc, el "motor warp" de velocitat superior a la de la llum (conegut com a motor d'Alcubierre) i les trajectòries especials al voltant de cilindres infinitament llargs. Però tots aquests artificis depenen d'algun tipus de física exòtica que trenca la nostra comprensió de com funciona l'univers, com ara la matèria amb massa negativa.

Clic per engrandir. Pont Einstein-Rosen, conegut també com a forat de cuc.

 

Però l'univers giratori de Gödel és simplement una qüestió de prova observacional, no pas una ruptura fonamental amb la física coneguda. Podríem haver-nos trobat en un univers en rotació amb la mateixa facilitat amb què ens trobem en un en expansió. No hi ha res en el nostre coneixement de la física que impedeixi que hi hagi aquest tipus d'univers, així que no hi ha res en el nostre coneixement de la física que impedeixi viatjar enrere en el temps.

Potser Gödel té raó, i tinguem més que aprendre sobre l'univers.

Ho he vist aquí.

Júpiter en blau

Observa els núvols de Júpiter en sorprenents tons blaus en aquesta nova imatge presa per la nau espacial Juno de la NASA.

Clic per engrandir. Crèdits: Imatge millorada per Gerald Eichstädt i Sean Doran (CC BY-NC-SA) basada en imatges proporcionades per cortesia de NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS.

La nau espacial Juno va captar aquesta imatge quan es trobava a només 18.906 quilòmetres del cim dels núvols de Júpiter, cosa que equival aproximadament a la distància entre Nova York (USA) i Perth (Austràlia). La imatge millorada en color, que capta un sistema de núvols a l'hemisferi nord de Júpiter, va ser presa el 24 d'octubre del 2017 a les 10:24 am. PDT (1:24 p.m. EDT) quan Juno estava a una latitud de 57,57 graus (gairebé tres cinquenes parts del camí des de l'equador de Júpiter fins al pol nord) i realitzant el seu novè sobrevol proper del planeta gegant gasós.

L´escala espacial d´aquesta imatge és de 12,5 quilòmetres/píxel.

Amb una atmosfera composta principalment d'hidrogen i heli, Júpiter –el cinquè planeta des del Sol– no té una veritable superfície, sinó que pot tenir un nucli ocult a les profunditats de les seves capes atmosfèriques. A les profunditats de l'atmosfera, la pressió redueix l'hidrogen gasós a líquid, donant al gegant gasós l'oceà més gran del nostre sistema solar. La nau espacial Juno ens està ajudant a estudiar la composició del planeta; els científics creuen que a profunditats properes a la meitat del centre del planeta, la pressió és tan intensa que esprem els electrons dels àtoms d'hidrogen, conduint elèctricament el gas com si fos metall.

Aquest comportament és més fàcilment observable a les regions més blanques de la imatge, però també en alguns punts aïllats de les zones inferior i dreta de la imatge.

Els científics Gerald Eichstädt i Seán Doran van processar aquesta imatge utilitzant dades de la càmera JunoCam.

Clic per engrandir. Localització de la JunoCam a la nau JUNO. Junocam està situada a un lateral de la nau espacial. En girar Juno, Junocam pot veure 360 graus al seu voltant. Crèdit: NASA / JPL / Eyes on the Solar System / Emily Lakdawalla.

Les imatges en brut de JunoCam estan disponibles perquè el públic les examini i processi en productes d'imatge fent un clic aquí. Més informació sobre la missió Juno fent un altre clic aquí o a aquí.

 

Ho he vist aquí.

Catàleg Caldwell del Hubble. Objecte C66

Clic per engrandir. Caldwell C66. Crèdit: NASA, ESA, G. Fahlman (Dominion Astrophysical Observatory), R. Ibata (Université de Strasbourg), i F. Ferraro (Università di Bologna); Processament: Gladys Kober (NASA/Catholic University of America)

Caldwell 66, també conegut com a NGC 5694, va ser descobert per William Herschel el 1784 i és un dels cúmuls globulars més antics i remots de la nostra galàxia. Situat a uns 100.000 anys llum de la Terra, a la constel·lació de l'Hidra, aquest conjunt d'estrelles apareix molt feble al cel, amb una magnitud aparent de 10,2. Cal un telescopi petit per observar aquest cúmul distant. Es pot veure millor des de llocs meridionals de l'hemisferi nord a finals de primavera i des de l'hemisferi sud a la tardor.

La majoria dels cúmuls globulars es troben a la perifèria d'una galàxia i hi estan lligats gravitatòriament. Això vol dir que els cúmuls romanen en òrbita al voltant del centre gravitatori de la galàxia. Tot i això, els astrònoms sospiten que Caldwell 66 es desplaça per una trajectòria hiperbòlica (o en forma d'U) al voltant de la nostra Via Làctia. El cúmul es troba prou lluny del centre de la galàxia perquè la gravetat no l'obligui a desplaçar-se gaire, i viatja per l'espai a tal velocitat que és probable que escapi de les urpes gravitatòries de la nostra galàxia.

Aquesta imatge de Caldwell 66 és un compost d'observacions realitzades en llum visible i ultraviolada per la Càmera de Camp Ample i Planetària 2 del Hubble. Les observacions es van fer per ajudar els astrònoms a comprendre millor l'evolució dels cúmuls globulars i determinar amb més precisió l'edat del cúmul. Una feble galàxia de fons apareix a prop de la vora dreta de la imatge.

Caldwell 66 al web de la NASA

Índex del Catàleg Caldwell del blog

Anomalia galàctica: la Via Làctia és massa gran per al seu "mur cosmològic"

Clic per engrandir. Una solitària galàxia anàloga a la Via Làctia, massa massiva per al mur. La imatge de fons mostra la distribució de matèria fosca (verd i blau) i galàxies (aquí vistes com a diminuts punts grocs) en una fina porció del volum cúbic en què esperem trobar una d'aquestes rares galàxies massives. Crèdit: Imatge: Miguel A. Aragon-Calvo, Dades de simulació: Projecte Illustris TNG (CC BY 4.0)

Descobreixen que la Via Làctia és més singular del que es pensava

És especial la Via Làctia o, si més no, ocupa un lloc especial a l'Univers? Un equip internacional d'astrònoms ha descobert que la resposta a aquesta pregunta és sí, d'una manera no apreciada fins ara. Un nou estudi demostra que la Via Làctia és massa gran per al seu "mur cosmològic", cosa que encara no s'ha observat en altres galàxies. La nova investigació es publica a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Un mur cosmològic és una disposició aplanada de galàxies que envolten altres galàxies, caracteritzada per regions especialment buides anomenades "buits" a banda i banda. Aquests buits semblen aixafar les galàxies en forma de "coca" per formar la disposició aplanada. Aquest entorn de murs, en aquest cas, anomenada la Fulla Local, influeix en com la Via Làctia i les galàxies properes giren al voltant dels seus eixos, de manera més organitzada que si estiguéssim en un lloc qualsevol de l'Univers, sense mur.

Normalment, les galàxies tendeixen a ser significativament més petites que aquest anomenat mur. S'ha descobert que la Via Làctia és sorprenentment massiva en comparació amb el mur cosmològic, un fet còsmic poc freqüent.

Clic per engrandir. Un anàleg de la Via Làctia situat al centre d'un mur pla de galàxies més petites (esferes grises). Els cercles blaus indiquen la distància a l'Anàleg de la Via Làctia en intervals de 1 Mpc. La imatge de fons mostra la distribució de matèria fosca (verd i blau) i galàxies (aquí vistes com a diminuts punts grocs) en una fina porció del volum cúbic en què esperem trobar una d'aquestes rares galàxies massives. Crèdit: Imatges: Miguel A. Aragon-Calvo, Dades de simulació: Projecte Illustris TNG (CC BY 4.0)

Les noves troballes es basen en una simulació informàtica de darrera generació, que forma part del projecte IllustrisTNG. L'equip va simular un volum de l'Univers de gairebé mil milions d'anys llum que conté milions de galàxies. Només un grapat -aproximadament una milionèsima part de totes les galàxies de la simulació- eren tan "especials" com la Via Làctia, és a dir, estaven incrustades en un mur cosmològic com el Full Local i eren tan massives com la nostra galàxia natal.

Segons l'equip, pot ser necessari tenir en compte l'entorn especial que envolta la Via Làctia en fer simulacions, per evitar l'anomenat "biaix copernicà" en fer inferències científiques a partir de les galàxies que ens envolten. Aquest biaix, que descriu l'eliminació successiva del nostre estatus especial en els gairebé 500 anys transcorreguts des que Copèrnic va degradar la Terra d'estar al centre del cosmos, suposaria que residim en un lloc completament mitjà a l'Univers. Per simular observacions, els astrònoms assumeixen de vegades que qualsevol punt d'una simulació com IllustrisTNG és tan bo com qualsevol altre, però les troballes de l'equip indiquen que pot ser important utilitzar ubicacions necessàries per fer aquests mesuraments.

Clic per engrandir. El Full Local (Local Sheet), un mur pla de galàxies que envolta la Via Làctia (indicada amb una espiral). Els cercles blaus indiquen la distància a la Via Làctia en intervals de 1 Mpc. Crèdits: Imatges: Miguel A. Aragon-Calvo, Dades de simulació: Projecte Illustris TNG

"La Via Làctia és, en certa manera, especial", afirma Miguel Aragon, director de la investigació. "La Terra és molt òbviament especial, l'única llar de vida que coneixem. Però no és el centre de l'Univers, ni tan sols del Sistema Solar. I el Sol no és més que una estrella ordinària entre milers de milions a la Via Làctia. Fins i tot. la nostra galàxia sembla ser només una altra galàxia espiral entre milers de milions d'altres a l'Univers observable."

"La Via Làctia no té una massa ni un tipus particularment especials. Hi ha moltes galàxies espirals que se li assemblen", explica Joe Silk, un altre dels investigadors. "Però és rara si es té en compte el seu entorn. Si poguéssim veure fàcilment al cel la dotzena de grans galàxies més properes, veuríem que totes elles es troben gairebé sobre un anell, incrustades al Full Local. Això és una cosa especial en si mateix. El que acabem de descobrir és que altres murs de galàxies a l'Univers com el Full Local molt poques vegades semblen tenir al seu interior una galàxia tan massiva com la Via Làctia”.

Clic per engrandir. Un Anàleg del Full Local a la simulació Illustris TNG300, un mur pla de galàxies que envolta una galàxia Anàloga a la Via Làctia (gran esfera al centre). Els cercles blaus indiquen la distància a la galàxia central en intervals de 1 Mpc. Crèdit: Imatges: Miguel A. Aragon-Calvo, Dades de la simulació: Projecte Illustris TNG

"Pot ser que calgui viatjar 500 milions d'anys llum des de la Via Làctia, passant per moltíssimes galàxies, per trobar un altre mur cosmològic amb una galàxia com la nostra", afirma Aragon. I afegeix: "Això és un parell de centenars de vegades més lluny que la gran galàxia més propera a nosaltres, Andròmeda".

"Cal anar amb compte però, en triar les propietats que es qualifiquen d'especials", va dir el Dr. Mark Neyrinck, un altre membre de l'equip. "Si afegíssim una condició ridículament restrictiva a una galàxia, com que ha de contenir el paper que escrivim sobre això, sens dubte seríem l'única galàxia de l'Univers observable així. Però creiem que aquesta propietat de 'massa gran per al mur' té prou sentit físic i rellevància observacional com per considerar-la realment especial".

Ho he vist aquí.

Imatges de 850 anys després d'una col·lisió estel·lar

La inusual nebulosa Pa 30 es deu probablement a la fusió d'estrelles moribundes observada el 1181.

Les imatges obtingudes per un professor de Dartmouth de les explosives conseqüències de la col·lisió de dues estrelles moribundes podrien ajudar els científics a comprendre millor aquest estrany tipus d'esdeveniment astronòmic, i podrien confirmar finalment la identitat d'una estrella brillant però de curta vida observada fa gairebé 850 anys.

Robert Fesen, catedràtic de Física i Astronomia, va captar imatges telescòpiques que mostren un esclat de filaments fins com focs artificials que irradien d'una estrella molt poc comuna situada al centre d'un objecte anomenat Pa 30, segons els resultats que va anunciar el 12 de gener a la 241a reunió de la Societat Astronòmica Americana. Fesen és l'autor principal d'un article sobre aquestes troballes que ha estat enviat a la revista The Astrophysical Journal Letters per a la seva publicació.

Pa 30 és una regió densa de gas il·luminat, pols i altres matèries coneguda com a nebulosa. Fesen i els seus coautors informen que Pa 30 sembla contenir poc o res d'hidrogen i heli, però en canvi és rica en els elements sofre i argó.

Clic per engrandir. La inusual estructura en forma de focs artificials de la nebulosa Pa 30 podria ser el resultat de la fusió de dues estrelles moribundes. Crèdit: Robert Fesen

Segons Fesen, l'estructura i les característiques inusuals de la nebulosa coincideixen amb el resultat previst d'una col·lisió entre estrelles en fase terminal conegudes com a nanes blanques. Les nanes blanques són estrelles febles i extremadament denses de la mida de la Terra que contenen la massa del Sol. La fusió de dues nanes blanques és una de les explicacions proposades per a una subclasse de supernoves -o explosions estel·lars- anomenades esdeveniments Iax, en els quals l'estrella no es destrueix del tot, va explicar Fesen.

"No he vist mai cap objecte -i per descomptat cap resta de supernova a la Via Làctia- que s'assembli a això, i tampoc cap dels meus col·legues", va dir Fesen. "Aquest romanent permetrà als astrònoms estudiar un tipus de supernova especialment interessant que fins ara només podien investigar a partir de models teòrics i exemples en galàxies llunyanes".

La mida de Pa 30 i la velocitat a què s'expandeix -uns 3,5 milions de quilòmetres per hora- suggereixen que la col·lisió explosiva es va produir cap a l'any 1181, informen els investigadors. Això coincideix amb les observacions realitzades per astrònoms xinesos i japonesos en aquella època d'una estrella molt brillant que va aparèixer de sobte a la constel·lació de Cassiopea i va ser visible durant uns sis mesos mentre s'esvaïa lentament. Aquestes estrelles fugaces es coneixen com a "estrelles convidades".

Les imatges que Fesen va captar de l'estructura i la lluminositat de la nebulosa no només proporcionen l'estimació més precisa fins ara de la seva edat, sinó que també podrien permetre als astrònoms refinar els models existents de fusions de nanes blanques. Pa 30 va ser descoberta el 2013 pel coautor i astrònom aficionat Dana Patchick, però fins ara les imatges de la nebulosa només mostraven un objecte extremadament feble i difús, explica Fesen.

"Les nostres imatges més profundes mostren que Pa 30 no només és bonica, sinó que ara que podem veure la veritable estructura de la nebulosa, podem investigar-ne la composició química i com l'estrella central va generar la seva notable aparença, i després comparar aquestes propietats amb les prediccions de models específics de fusions rares de nanes blanques", va dir Fesen.

Fesen va prendre les imatges de Pa 30 a finals de 2022 utilitzant el telescopi Hiltner de 2,4 metres a l'Observatori MDM -que Dartmouth posseeix i opera amb quatre universitats més- adjacent a l'Observatori Nacional Kitt Peak a Arizona. Fesen va equipar el telescopi amb un filtre òptic sensible a una línia d'emissió particular del sofre. Va capturar Pa 30 en tres exposicions de 2.000 segons sota cels molt clars i va prendre dades addicionals sobre l'estructura, la mida i la velocitat de la nebulosa.

L'estudi de Fesen i els seus coautors es va basar en el treball publicat el 2019 per investigadors russos que van trobar una estrella extremadament inusual gairebé al punt mort de Pa 30. Aquesta estrella mostrava diverses propietats que suggerien la col·lisió de dues nanes blanques, i en tenia una temperatura superficial de gairebé 400.000 graus Fahrenheit (uns 22.200ºC) amb una sorprenent velocitat del vent de sortida d'uns 35 milions de quilòmetres per hora.

Clic per engrandir. Observatori Kitt Peak. Crèdit: KPNO/NOIRLab/AURA/NSF/P. Marenfeld

El 2021, astrònoms de la Universitat de Hong Kong que havien revisat els resultats de l'equip rus van informar que Pa 30 tenia aproximadament 1.000 anys i es trobava gairebé a la mateixa ubicació al cel que l'estrella convidada registrada el 1181. Aquests investigadors van proposar que Pa 30 és la seqüela d'una col·lisió de nanes blanques que va il·luminar el cel nocturn fa gairebé un mil·lenni, tot i que el marge d'error sobre la seva edat era de 300 anys.

"Les nostres noves observacions permeten afirmar que l'objecte té una edat d'expansió d'uns 850 anys, cosa que és perfecta perquè es tracti de les restes de l'estrella convidada del 1181", afirma Fesen. Pels antics astrònoms, la nova estrella hauria estat gairebé tan brillant o més que Vega, la cinquena estrella més brillant del cel vista des de la Terra.

"L'estrella convidada era prou brillant perquè tres grups diferents de la Xina l'observessin amb un parell de dies de diferència, i també va ser vista al Japó", va explicar Fesen. "Una nova estrella tan brillant com Vega hauria cridat força l'atenció. Per als antics, el seu televisor era el cel, per la qual cosa haurien notat fàcilment i sens dubte registrat la sobtada aparició d'una nova estrella brillant al cel". 

A la reunió de l'AAS, Burçin Mutlu-Pakdil, actualment professora adjunta de Física i Astronomia a Dartmouth, va oferir també una roda de premsa sobre un article publicat el mes de febrer passat en què s'informa de les galàxies més febles conegudes més enllà de l'agrupació de galàxies que inclou la Via Làctia i Andròmeda, coneguda com a Grup Local. Els investigadors van descobrir tres galàxies nanes ultra tènues que són les primeres de la seva classe que es troben fora del Grup Local al voltant d'una galàxia espiral amb una massa de la Via Làctia. Les galàxies distants presenten característiques similars a les del Grup Local i podrien ajudar els científics a desenvolupar models més precisos de com es van formar les galàxies més antigues de l'univers, segons informen Mutlu-Pakdil i els seus col·legues a The Astrophysical Journal (PDF).

Ho he vist aquí.

ALMA revela dos forats negres supermassius en un

ALMA revela dos forats negres supermassius que formen dos nuclis galàctics actius en un. 

Clic per engrandir. Recreació artística de dos forats negres supermassius que formen un sistema binari i cadascun envoltat per un disc d'acreció brillant com en el cas d'UGC 4211. Crèdit: Mark Myers, ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav).

Ones gravitacionals: la seva detecció explicada en un minut  Això és tot, s'han detectat ones gravitacionals. Aquestes fluctuacions de l'espai-temps.

 

El radiotelescopi ALMA, juntament amb altres instruments, ha revelat dos nuclis galàctics actius al cor d'una fusió de galàxies. Darrere d'aquests nuclis hi ha el forat negre supermassiu binari amb la distància més petita coneguda entre aquestes dues estrelles compactes, cosa que suggereix que la caça d'ones gravitacionals amb eLISA en un futur proper tindrà més èxit del que s'esperava.

Una vegada es va pensar que les galàxies van créixer essencialment fusionant-se entre elles, i les galàxies grans més primerenques van empassar-se.galàxies nanes. Les observacions fetes amb el telescopi Hubble també va mostrar molts exemples de col·lisió de galàxies, tant més quan vam observar lluny a l'espai i, per tant, enrere en el temps.

També es pensava que va ser durant les col·lisions que els quàsars s'encenen, és a dir, els nuclis galàctics actius son especialment lluminós per una addició massiva de gas al nucli d'aquestes galàxies, el gas que s'estava acumulant per un forat negre de Kerr supermassiu giratori.

No obstant això, durant la dècada anterior, el paradigma va canviar amb noves observacions i la seva interpretació en el marc acadèmic de les simulacions numèriques. Si continuem pensant que els forats negres supermassius i les galàxies creixen junts, atès que veiem que es respecta una llei de proporcionalitat per a la gran majoria de galàxies entre la massa en la forma d'estrelles que contenen i el dels seus forats negres supermassius, ara es considera que les col·lisions no són tan freqüents com es creia anteriorment i que en realitat tenen un paper secundari o fins i tot menor en el creixement de les galàxies.

Tot indica que és l'acreció de corrents de matèria bariònica deixades pel Big Bang,  a través de filaments de matèria fosca freda que els canalitzen, que es formen massivament noves estrelles i que els forats negres centrals creixen.

En qualsevol cas, intentarem esbrinar més sobre el creixement de les galàxies/forats negres supermassius mitjançant fusió detectant a l'horitzó de la dècada de 2030 les ones gravitacionals emeses per la fusió de forats negres supermassius al final de la fusió de galàxies, utilitzant el detector d'ones gravitacionals eLISA. Els detectors actuals, com ara LIGO i VIRGO, no observen a la banda de longituds d'ona adequat per destacar les pèrdues d'energia en forma d'ones gravitacionals dels forats negres supermassius. Pèrdues que disminueixen les mides de les seves òrbites en el sistema binari format per la fusió de dues galàxies.

Estimacions sobre la quantitat de forats negres binaris que podem esperar observar en un volum donat de l'espai-temps. A més d'una esfera que envolta la Via Làctia es pot sondar augmentant la sensibilitat del detector, s'espera que es trobin més forats negres supermassius binaris. Però aquesta conclusió es veu temperada pel fet que com més lluny estan aquests objectes, menys lluminosos són per a un detector per eLISA.

Clic per engrandir. Els científics que utilitzen l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) per mirar profundament al cor de la parella de galàxies fusionades conegudes com UGC 4211 han descobert dos forats negres que creixen costat a costat, a només 750 anys llum de distància. La recreació artística mostra que les galàxies finalment es fusionen en una i els seus dos forats negres centrals. Els forats negres supermassius binaris són els més propers observats mai en múltiples longituds d'ona. Crèdit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); M. Weiss (NRAO/AUI/NSF)

UGC 4211, un laboratori per entendre els forats negres supermassius binaris?

Sembla, però, gràcies a les observacions recents en alta resolució en el domini de les ones mil·límetres amb l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array -ALMA- (Gran Conjunt Mil·limètric-Submil·limètric d'Atacama)), que el nombre de forats negres supermassius binaris propers és més gran del que es pensava anteriorment, cosa que és un bon auguri si aquest és el cas.

Així ho indica un article publicat recentment a The Astrophysical Journal Letters per Michael Koss i els seus col·legues que també han mobilitzat altres instruments observant a altres longituds d'ona, com ara Muse equipant el VLT d'ESO o els telescopis de l'Observatori WM Keck, per estudiar amb més detall UGC 4211, un parell de galàxies en fusió a 500 milions d'anys llum només de la Via Làctia dins la Constel·lació del Cranc.

"Les simulacions van suggerir que la majoria de la població de forats negres binaris a les galàxies veïnes estaria inactiva perquè són més comuns, i no dos forats negres en creixement com hem trobat. ALMA és únic perquè pot veure a través de grans columnes de gas i pols i aconseguir una resolució espacial molt alta per veure les coses molt juntes. El nostre estudi ha identificat un dels parells de forats negres més propers en una fusió de galàxies i com sabem, les fusions de galàxies són molt més freqüents a l'Univers llunyà, aquests binaris forats negres també poden ser molt més comuns del que es pensava", explica Michael Koss en un comunicat del National Radio Astronomy Observatory (NRAO) als EE.UU..

El seu company Ezequiel Treister, astrònom de la Universitat Catòlica de Xile i coautor de la investigació, afegeix que: "Podrien haver-hi molts parells de forats negres supermassius creixent als centres de les galàxies que no hem estat capaços d'identificar fins ara". Si és així, en un futur proper observarem freqüents esdeveniments d'ones gravitatòries causats per fusions d'aquests objectes a tot l'Univers.

Aquest vídeo mostra una il·lustració i imatges d'ALMA de dos forats negres menjant junts i devorant amb avidesa pols, gas i altres materials alterats per la col·lisió. Crèdit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), M. Koss et al (Eureka Scientific), S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)

Ho he vist aquí.

Dolls des de la distància

Clic per engrandir. Encèlad. Crèdit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Els fascinants dolls del pol sud d'Encèlad s'observen des de lluny, il·luminats per la llum solar, mentre que la pròpia lluna brilla suaument reflectida per la resplendor de Saturn.

Les observacions dels dolls preses des de diverses geometries d'observació proporcionen diferents perspectives d'aquesta característica extraordinària. Cassini ha recollit una gran quantitat d'informació amb l'esperança de desentranyar els misteris de l'oceà subterrani que s'amaga sota l'escorça glaçada d'aquesta lluna de Saturn.

Aquesta vista mira cap a l'hemisferi d'Encèlad orientat cap a Saturn (504 quilòmetres de diàmetre). El nord és a dalt. La imatge va ser presa en llum visible amb la càmera d'angle estret de la nau espacial Cassini el 13 d'abril del 2017.

La imatge es va prendre a una distància aproximada de 808.000 quilòmetres d'Encèlad i amb un angle de fase Sol-Encèlad-nau de 176 graus. L'escala de la imatge és de 5 quilòmetres per píxel.

La missió Cassini és un projecte de cooperació de la NASA, l'ESA (Agència Espacial Europea) i l'Agència Espacial Italiana (ASI). El Laboratori de Propulsió a Jet, una divisió de l'Institut Tecnològic de Califòrnia a Pasadena, gestiona la missió per a la Direcció de Missions Científiques de la NASA a Washington. L'orbitador Cassini i les seves dues càmeres a bord van ser dissenyats, desenvolupats i acoblats al JPL. El centre d'operacions d'imatge es troba a l'Space Science Institute de Boulder (Colorado).

Per a més informació sobre la missió Cassini-Huygens, feu un clic aquí i a aquí. La pàgina web de l'equip d'imatges de Cassini la trobareu fent un altre clic aquí.

Ho he vist aquí.

El rellotge del dia del judici final.

Rellotge del dia del judici final: la fi de la humanitat mai no ha estat tan a prop!

Clic per engrandir. A principis de 2023, el rellotge del dia del judici final del Butlletí de científics atòmics mostra 90 segons a la mitjanit. La fi de la humanitat no ha estat mai més a prop. Crèdit: he68, Adobe Stock

El rellotge de l'apocalipsi és un rellotge virtual, és clar. Un rellotge el delicat mecanisme del qual és mantingut pels científics. Cada any, el posen en hora. I a principis del 2023, l'acaben de situar només 90 segons abans de la mitjanit. Comprèn que la humanitat mai ha estat tan a prop del seu final!

Així ho va assenyalar l'estiu passat António Guterres, secretari general de les Nacions Unides (ONU). "El món ha entrat en un període de perill nuclear sense precedents des de la Guerra Freda". Ho confirma avui el comitè científic i de seguretat del Bulletin of Atomic Scientists, fundat l'any 1945 per Albert Einstein i per investigadors que van participar en el projecte Manhattan -que tenia com a objectiu el desenvolupament d'armes nuclears-. En el rellotge del dia del judici final, van moure la mà cap endavant 10 segons més, apropant-nos més que mai a la fi del món.

Ara és #90SecondsToMidnight. Llegeix la declaració de 2023 #DoomsdayClock: bit.ly/3j5iDoP

En qüestió, essencialment -però no només, com veurem una mica més endavant- la guerra d'Ucraïna. I en aquest context, sobretot, les amenaces poc velades de Rússia d'utilitzar la força nuclear. Augment del risc d'escalada del conflicte. Ja sigui intencional o fins i tot accidental. També amenaça l'últim tractat d'armes nuclears entre Rússia i els Estats Units. Que ha de caducar d'aquí a tres anys. Seria la fi de les inspeccions i el retorn de la desconfiança i la carrera armamentística. A menys que les dues parts arribin a un acord per llavors.

Les accions realitzades per Rússia als emplaçaments de les centrals nuclears de Txernòbil i Zaporijia també són de naturalesa per preocupar el comitè científic i de seguretat del Butlletí de Científics Atòmics. Perquè representen un risc d'alliberament a gran escala de materials radioactius a la nostra atmosfera.

Clic per engrandir. En aquesta imatge, una captura de pantalla d'un vídeo emès per la televisió estatal de Corea del Nord, veiem a Kim Jong-un supervisant una prova del míssil balístic intercontinental Hwasong-17 el març de 2022. Prova que l'amenaça no només prové de Rússia. Crèdit: Agència Central de Notícies de Corea.

L'amenaça nuclear, una amenaça entre d'altres

Malauradament, l'amenaça nuclear no és l'única que planeja actualment al món. També hi ha el de la guerra biològica o química. Per als experts del Butlletí de Científics Atòmics, de fet, "el flux continu de desinformació sobre els laboratoris d'Ucraïna fa témer que la mateixa Rússia es plantegi el desplegament d'armes biològiques o químiques, que molts experts creuen que segueix desenvolupant".

I més enllà d'aquests efectes tan directes, la guerra d'Ucraïna també té conseqüències indirectes. Perquè dificulta els esforços internacionals per abordar altres preocupacions globals. Com la capacitat de prevenir epidèmies. Detectar-los ràpidament quan es produeixen i reaccionar eficaçment per limitar la seva escalada. O fins i tot com la capacitat de fer front a les amenaces de desinformació o determinades noves tecnologies (satèl·lits, drons, guia de precisió, etc.).

 

Clic per engrandir. Els principals científics i experts en seguretat van avançar el "Rellotge del dia del judici final" a només 90 segons fins a la mitjanit, cosa que indica un major risc per a la supervivència de la humanitat a causa de l'ombra nuclear sobre el conflicte d'Ucraïna i la creixent crisi climàtica. + info fent un clic aquí.

Un últim punt candent per als experts del Bulletin of Atomic Scientists: la lluita contra el canvi climàtic. En primer lloc, perquè la guerra a Ucraïna ha afeblit la voluntat global de cooperar alhora que ha minat la confiança en la sostenibilitat, si no en la viabilitat, de la col·laboració multilateral. Els països dependents del petroli i el gas russos, a més, des de fa diversos mesos intenten diversificar els seus subministraments. I, en fer-ho, s'han recorregut massa sovint a solucions que soscaven els esforços de descarbonització realitzats fins ara. El consum mundial de carbó ha batut un rècord. Un desastre per a les nostres emissions de gasos d'efecte hivernacle, que van assolir un nou rècord el 2022.

Mentre que el rellotge de l'apocalipsi ara només mostra 90 segons abans de la mitjanit, 90 segons abans de la fi del món, el comitè científic i de seguretat del Bulletin of Atomic Scientists demana sobretot mantenir el diàleg perquè en "Aquesta època de perill global sense precedents, concertada cal acció i cada segon compta".

El rellotge del dia del judici final mostra només 100 segons a la mitjanit!

Un virus mortal que amenaça de propagar-se arreu del món des de la Xina. Tensions creixents entre els Estats Units i l'Iran. Austràlia devastada per les flames. Els experts venen avui per confirmar el que sentim des de fa uns mesos: la humanitat mai ha estat tan a prop del seu final. I el rellotge del dia del judici final només mostra "100 segons a mitjanit". Però, sense ofendre els "colapsòlegs" de tots els àmbits de la vida, no està tot perdut. Encara hi ha temps per salvar el món!

Ho he vist aquí.

Descobriment d'estructures estranyes a la Nebulosa de la Papallona

Clic per engrandir. La Nebulosa de la Papallona o NGC 6302. Crèdit: NASA, ESA, Hubble

Els investigadors van estudiar la nebulosa NGC 6302, també anomenada nebulosa de la papallona. Han trobat estructures estranyes, la causa de les quals encara no s'han resolt.

Quan una estrella de menys de 10 masses solars esgota les reserves d'hidrogen per fusió, s'infla i passa a la fase de gegant vermella. Aleshores s'activa una fusió de heli, fins que també s'esgota. I aquí és on es forma una nebulosa planetària: les gegants vermelles expulsen les seves capes externes, i només en queda el cor en forma de nana blanca. Si bé la majoria de les nebuloses tenen forma circular, algunes semblen estranyament com a sorrals, deixant espais buits de matèria. Aquest és el cas de la Nebulosa de la Papallona, també coneguda com a NGC 6302, estudiada per un equip d'investigadors.

Clic per engrandir. Una representació en color de NGC 6302, a partir d'exposicions en blanc i negre preses pel telescopi espacial Hubble el 2019 i 2020. A les regions de color violeta, forts vents estel·lars han estat remodelant activament les nebuloses ales per sobre dels darrers 900 anys. Crèdit: Bruce Balick, Universitat de Washington, Joel Kastner, Paula Baez Moraga, Rochester Institute of Technology, Space Telescope Science Institute

Estranys canvis a les ales de la Nebulosa de la Papallona

Estudis anteriors han demostrat que aquest tipus d'astre es forma quan una estrella està en òrbita al voltant de l'estrella mare, atraient una part de la pols expulsada fins a formar les «ales» de la papallona. Però en el cas de NGC 6302, alguna cosa no està bé: des del 2009 s'han produït canvis a l'interior de les ales. "La Nebulosa de la Papallona és extrema per la massa, la velocitat i la complexitat de les ejeccions de la seva estrella central, la temperatura de la qual és més de 200 vegades més gran que la del sol, però amb prou feines més gran que la Terra", explica Bruce Balick, professor emèrit d'astronomia. "He estat comparant imatges del Hubble durant anys i mai no he vist res igual".

L'equip va descobrir estranyes ejeccions de matèria dins de les ales, que ajuden a treure una part de la matèria de la nebulosa, asimètricament, a més de 1.000 quilòmetres per segon. Alguns dolls de matèria es creuen formant diferents estructures irregulars. Segons els investigadors, aquests processos es podrien deure a la fusió de l'estrella central amb una altra, però no es poden demostrar per manca de visibilitat suficient al centre de la nebulosa. El pas següent és esperar les observacions del telescopi James Webb, ja que el seu instrument NIRCam, especialitzat en infrarojos, podrà penetrar a través de la pols.

Clic per engrandir. Canvis estructurals a la Nebulosa de la Papallona entre 2009 i 2020. La imatge revela patrons de creixement sorprenentment complexos causats per múltiples ejeccions de l'estrella central invisible de la nebulosa en els darrers dos mil·lennis. Crèdit: Lars Borchert i Bruce Balick, Universitat de Washington.

 

Ho he vist aquí.