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.

Primera imatge d'un doll produït pel forat negre gegant al centre de la galàxia M87

Clic a l'imatge per engrandir. Els científics que observen el nucli de ràdio compacte de M87 han descobert nous detalls sobre el forat negre supermassiu de la galàxia. En aquesta recreació artística, el doll massiu del forat negre es veu pujant des del centre del forat negre. Les observacions en què es basa aquesta il·lustració representen la primera vegada que el raig i l'ombra del forat negre s'han fotografiat junts, donant als científics una millor comprensió de com els forats negres poden impulsar aquests potents dolls. Crèdit: S. Dagnello (NRAO, AUI, NSF).

 

Primera imatge d'un forat negre supermassiu: submergiu-vos al cor de la galàxia M87  Descobriu on s'amaga el forat negre supermassiu del qual els astrònoms han donat a conèixer la primera imatge de la història. Aquest vídeo ens transporta al centre de la gran galàxia que la protegeix, a 55 milions d'anys llum de la Terra.

M87* és el forat negre supermassiu al cor de la galàxia gegant M87 que va proporcionar la primera imatge de l'ombra de l'horitzó d'esdeveniments d'aquestes estrelles compactes. Avui, un grup de radiotelescopis inclosos els d'ALMA d'ESO, revela en una sola imatge el mateix forat negre, però també el naixement del seu raig de matèria a partir d'un anell de matèria al voltant de M87*. Això és suficient per entendre millor els altres dolls de forats negres. 

Ja a l'abril de 2019, la galàxia Messier 87 (M87), una enorme galàxia el·líptica situada a uns 55 milions d'anys llum de la Terra, va arribar als titulars en el camp de la radioastronomia. De fet, els astrònoms el van estudiar durant segles al visible i a la constel·lació de la Verge, després del seu descobriment per Charles Messier al 1781. Més tard es va adonar que a més de contenir 10 vegades més estrelles que la Via Làctia, també contenia al seu cor un forat negre supermassiu que era un excel·lent objectiu per poder observar l'ombra de l'horitzó d'esdeveniments d'un forat negre.

Per a això, calia mobilitzar les observacions de diversos radiotelescopis a la superfície de la Terra i implementar amb ells la tècnica de síntesi d'obertura. Permet disposar virtualment d'un radiotelescopi de la mida de la Terra combinant les observacions d'aquests instruments i, per tant, poder produir imatges amb una resolució rècord.

Podeu triar l'idioma de subtitulació a la configuració del vídeo. Roger Blandford ens parla dels forats negres supermassius i els seus dolls en aquest vídeo. Crèdit: Quanta Magazine.

Observacions addicionals de l'EHT

Això és el que havien aconseguit fer els membres de la col·laboració Event Horizon Telescope (EHT-Telescopi de l'Horitzó de Successos), revelant així al 2019, la primera imatge d'un forat negre . Avui, tal com s'explica en una nota de premsa de l'Observatori Europeu del Sud (ESO) que acompanya una publicació a Nature, hem observat per primera vegada en la mateixa imatge, l'ombra del forat negre al centre de M87 i el potent jet de partícules de matèria gairebé a la velocitat de la llum quan és expulsat.

La nota de premsa també especifica que és fruit d'un procés a llarg termini de processament dels senyals recollits perquè va començar amb observacions fetes l'any 2018 amb els telescopis del Global Millimeter VLBI Array (GMVA - Conjunt Global VLBI milimétric), de l'Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) i el Greenland Telescope (GLT).

 

Aquest jet es coneix des de fa molt de temps quan l'astrònom nord-americà Heber Doust Curtis l'havia observat ja l'any 1918. Però només més tard podríem entendre que aquest raig de matèria particularment fi i col·limat, que s'estén per almenys 5.000 anys llums de distància, és el resultat de complexos processos físics relacionats amb la magnetohidrodinàmica dels plasmes en l'espai-temps corbat, en aquest cas el forat negre de Kerr en rotació que conté aproximadament 6.500 milions de masses solars.

Clic a l'imatge per engrandir. Aquesta imatge mostra per primera vegada el raig i l'ombra del forat negre al centre de la galàxia M87. Les observacions es van obtenir amb els telescopis del Global Millimeter VLBI Array (GMVA), l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), del qual l'ESO és soci, i el Greenland Telescope. La imatge proporciona als científics el context necessari per entendre com es forma el potent jet. Les noves observacions també van revelar que l'anell del forat negre, que es mostra aquí a la inserció, és un 50% més gran que l'anell observat a longituds d'ona de ràdio més curtes pel telescopi Event Horizon (EHT). Això fa pensar que a la nova imatge veiem més material que cau cap al forat negre del que podríem veure amb l'EHT. Crèdit: R.-S. Lu (SHAO), E. Ros (MPIfR), S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF).

Un laboratori per entendre l'astrofísica dels forats negres galàctics

El repte de les noves anàlisis de les observacions és més ampli que el cas de M87 perquè es coneixen diversos dolls similars i sabem que han d'estar relacionats amb les interaccions entre els forats negres supermassius i les galàxies que els acullen.

"Sabem que els dolls són expulsats de la regió al voltant dels forats negres, però encara no entenem del tot com passa això. Per estudiar-ho directament, hem d'observar l'origen del raig el més a prop possible del forat negre", va dir Ru-Sen Lu de l'Observatori Astronòmic de Shanghai a la Xina en el comunicat de l'ESO.

Les observacions anteriors havien donat com a resultat imatges separades de la regió propera al forat negre i al doll, però "aquesta nova imatge completa la imatge mostrant la regió al voltant del forat negre i el raig al mateix temps", afegeix el seu col·lega Jae-Young Kim de la Universitat Nacional de Kyungpook a Corea del Sud i de l'Institut Max Planck de Radioastronomia a Alemanya.

Podeu triar l'idioma de subtitulació a la configuració del video. Amb l'ajuda d'ALMA, els astrònoms han obtingut una nova imatge del forat negre supermassiu situat al centre de la galàxia M87. Crèdit: Observatori Europeu del Sud (ESO).

Encara en la mateixa nota de premsa, ens assabentem que el guany de resolució encara obtingut en el cas del M87 prové del fet que els investigadors amb els radiotelescopis utilitzats han aprofitat les ones de ràdio amb una longitud d'ona més gran que la del EHT: 3,5 mm en lloc d'1,3 mm. Tal com explica Thomas Krichbaum, de l'Institut Max-Planck de Ràdioastronomia. "En aquesta longitud d'ona, podem veure com el raig emergeix de l'anell d'emissió al voltant del forat negre supermassiu central". La mida de l'anell observat és aproximadament un 50% més gran que la de la imatge del telescopi Event Horizon.

"Per entendre l'origen físic d'aquest anell més gran i gruixut, vam haver d'utilitzar simulacions per ordinador per provar diferents escenaris", afegeix Keiichi Asada de l'Acadèmia Sinica de Taiwan.

En última instància, la imatge mostraria més completament part del material que cau cap a l'horitzó d'esdeveniments del forat negre supermassiu.

Ho he vist aquí.

El forat negre supermassiu M87* "filmat" en plena activitat pel EHT

La famosa imatge en fals color del forat negre M87*. Crèdit EHT (Event Horizon Telescope Collaboration)

Els èxits assolits durant més de 50 anys per la teoria de la relativitat general són un homenatge al geni creatiu i rebel d’Albert Einstein. Però aquests èxits també es basen en proves cada vegada més rigoroses i una de les més recents es refereix a les imatges que es comencen a presentar sobre el forat negre supermassiu M87*. Fins i tot comencem a poder fer-ne pel·lícules mostrant la seva activitat.

 

Einstein va assenyalar enèrgicament, amb raó i reiteradament, que la ciència es basa en la lliure creació de conceptes i teories, i que no hi ha un camí deductiu lògic, un mètode que condueixi des de les dades de l’experiència a la creació d’una teoria científica, contràriament al que afirmen certes concepcions positivistes de l’empirisme lògic. En aquest sentit, i la història de la ciència ho demostra àmpliament, des de Kepler fins a Schrödinger, passant per Newton i Einstein, totes les fonts d’inspiració poden ser bones per tenir en compte i no és estrany que es trobin arquetips profunds. la font dels majors avenços científics i racionals, que al seu torn ressonarà amb aquests arquetips com Wolfgang Pauli bé ho sabia.

Podeu triar l'idioma dels subtítols a la configuració del video. Jean-Pierre Luminet
llançarà properament un nou llibre que considera la seva "Magnum opus" el 14 d’octubre
a Editions Odile Jacob:  L’Écume de l’espace temps. © Jean-Pierre Luminet

Però Einstein, sens dubte, també hauria estat d’acord amb les afirmacions de Richard Feynman que descrivien la seva concepció i pràctica de la física teòrica: “El joc que jugo és molt interessant. És la imaginació en una camisa de força que és la següent: ha d’estar d’acord amb les lleis conegudes de la física (...) Cal la imaginació per pensar el que és possible, llavors necessita una exploració posterior per veure si està bé, si es permet segons el que se sap, d'acord?" De fet, hi ha una lògica de descobriment científic basada en mètodes que poden ser revisats i sotmesos a discussió racional crítica, tal com entenia Karl Popper, però que no es poden passar per alt.

 

L'Event Horizon Telescope, una eina per provar la teoria dels forats negres.

La teoria de la relativitat general, amb els seus models cosmològics i la teoria dels forats negres, és sens dubte un bon exemple d’aquestes consideracions que afecten tant l’epistemologia com la filosofia i les arts gregues, com és cert. que els conceptes d'un espai-temps plàstic i un forat negre fascinen la ment humana. Per a ser explorat i sobretot provat, aquest últim requeria tot l’arsenal de tecnologia i mètodes de processament de dades de la ciència moderna, des de làsers fins a aprenentatge profund (Deep learning).

Recordem que es van aportar arguments de pes sobre l’existència de forats negres i la precisió de la teoria que els descrivia amb les observacions de la col·laboració Event Horizon Telescope (EHT) que va revelar al 2019 la primera imatge del que aquest que sembla ser un forat negre supermassiu a la galàxia M87. Aquesta imatge, que mostra una mica l’ombra de l’horitzó d’esdeveniments del forat negre M87* en contrast amb el seu disc d’acreció i el que es coneix com la seva esfera fotònica, s’ha obtingut en els darrers anys combinant observacions fetes per radiotelescopis de tot el món. Aquesta és la famosa tècnica de síntesi d'obertura per interferometria que crea un radiotelescopi virtual de la mida de la Terra, o gairebé, a partir de radiotelescopis molt més petits repartits pels diferents continents.

Es va trobar que l’observació era totalment coherent amb les pioneres simulacions digitals que Jean-Pierre Luminet va fer a finals dels anys setanta per mostrar el que els observadors podien esperar veure quan intentaven visualitzar un forat negre. i el seu entorn amb un disc d’acreció.

Una presentació del treball de la col·laboració EHT quan va revelar la primera
imatge de M87* el 2019. Trieu l'idioma dels subtítols a la configuració del vídeo.
© Perimeter Institute for Theoretical Physics.

Les variacions del disc d’acreció d’un forat negre sota la càmera del EHT.

Mitjançant un article publicat a The Astrophysical Journal,  els membres del EHT anuncien ara que han fet un pas més en obtenir diverses imatges repartides al llarg d’uns anys i que permeten debutar al cinema amb l’activitat d’un forat negre amb el seu plasma turbulent.

El contingut d’aquest article és comentat en aquests termes en una declaració del EHT Collaboration pel seu principal redactor, Maciek Wielgus, astrònom del Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics i autor principal de l’article: “L’any passat vam veure una imatge d’ombra d’un forat negre, que consistia en una mitja lluna brillant formada per plasma calent que gira al voltant de M87* i una part central fosca, que esperem sigui l’horitzó d’esdeveniments del forat negre.

Però aquests resultats es van basar només en observacions realitzades durant una finestra d’una setmana a l’abril de 2017, que és massa curta per detectar molts canvis. Basant-nos en els resultats de l’any passat, vam plantejar les següents preguntes: Aquesta morfologia en forma de mitja lluna és coherent amb les dades arxivades? Les dades arxivades mostrarien una mida i una orientació similars a les d'un croissant?"

De fet, des del 2009 fins al 2013, M87* es va observar mitjançant prototips del EHT amb radiotelescopis situats en tres llocs geogràfics el 2009-2012 i quatre llocs el 2013. El 2017, el EHT finalment va utilitzar instruments localitzats a cinc llocs geogràfics diferents de tot el món. 

“Amb la increïble resolució angular del EHT, podríem haver vist com es jugava a la lluna una partida de billar sense perdre de vista la puntuació". Recorda Maciek Wielgu. Ell i els seus col·legues es van beneficiar de l’experiència adquirida per desenvolupar eines per extreure informació d’avistaments anteriors al 2017.

Clic per engrandir. Instantànies del forat negre M 87* obtingudes mitjançant imatges
geomètriques/models i la xarxa de telescopis EHT entre 2009 i 2017. El diàmetre de tots
els anells és similar, però la ubicació del costat brillant varia. La variació de l'espessor
de l’anell probablement no és real i resulta del nombre limitat de radiotelescopis en
experiments anteriors. © M. Wielgus, D. Pesce i la col·laboració EHT.

Els astrofísics relativistes sabran ara, fan saber ara amb el comunicat del EHT, que les imatges de M87* sempre s’ajusten a les prediccions de la teoria de la relativitat general.

Per exemple, Kazu Akiyama, un radioastrònom del NRAO al MIT Haystack Observatory i membre de la col·laboració, explica que: “En aquest estudi, demostrem que la morfologia general o la presència d’un anell asimètric persisteix probablement a escales de temps de diversos anys. La coherència entre diverses èpoques d'observació ens dóna més confiança que mai en la naturalesa de M87* i l'origen de l'ombra”.

No obstant això, si el diàmetre de l’anell de fotons es va mantenir constant, la distribució de la seva intensitat de llum va parpellejar amb el pas del temps, cosa que va sorprendre gratament als investigadors. Recordem que el gas que cau sobre un forat negre s’escalfa fins a milers de milions de graus, s’ionitza i es converteix en un plasma turbulent en presència de camps magnètics.

Per a Maciek Wielgus i els seus col·legues, això es veuria com a manifestacions de les característiques de l’acreció de matèria pel forat negre: “Com que el flux de matèria és turbulent, l’anell sembla trontollar amb el pas del temps. De fet, hi veiem moltes oscil·lacions i tots els models d’acreció teòrics no ho permeten tant. Això significa que podem començar a excloure alguns dels models basats en la dinàmica de les fonts observades”.

En aquest vídeo, amb l'àudio en anglès, es mostra una simulació de la imatge del forat
negre observada per l'EHT, amb l'efecte de la resolució efectiva de l'instrument que fa
que la imatge sigui una mica borrosa. El disc d'acreció amb l'anell de fotons és turbulent
de totes maneres. © ehtelescope

De la mateixa manera que fem servir els moviments de les estrelles al voltant del forat negre central de la Via Làctia per provar alternatives a la teoria relativista de la gravitació d’Einstein, aquestes oscil·lacions permetran fer el mateix amb almenys M87*. El futur es veu brillant en aquest tema si ens imaginem una dècada de noves dades amb instruments encara més potents que ofereixen imatges de vídeo probablement espectaculars de l’activitat d’altres forats negres supermassius.

Per acabar, deixem la última paraula a Geoffrey Bower, també membre de la col·laboració EHT i investigador de l'Acadèmia Sinica, Institut d'Astronomia i Astrofísica (Asiaa): "El  seguiment de M87* amb una extensa xarxa EHT proporcionarà noves imatges i conjunts de dades molt més riques per estudiar la dinàmica turbulenta. Ja estem treballant en l’anàlisi de dades de les observacions del 2018, obtingudes amb un telescopi addicional situat a Groenlàndia. El 2021, estem planejant albiraments amb dos llocs més, proporcionant una qualitat d'imatge extraordinària. És un moment realment emocionant per estudiar els forats negres".

 

 Ho he vist aquí.

 

El EHT fa zoom als dolls del forat negre supermassiu de Centaure A

Clic per engrandir. El nou zoom del EHT sobre els dolls de Centaurus A. Crèdit: Radboud
Univ. Nijmegen. CSIRO/ATNF/I. Feain et al., R. Morganti et al., ESO/WFI, MPIfR/ESO/Apex/A.
Weiß et al., NASA7CXC7CfA7R. Kraft et al., Tanami/C. Müller et al., EHT/M.

Per desvelar els secrets dels nuclis actius de les galàxies, que extreuen la seva energia a partir de forats negres supermassius que acumulen matèria, hem de ser capaços de fer un zoom espectacular sobre aquests objectes. Això és el que permet assolir l'Event Horizon Telescope (EHT-Telescopi de l'Horitzó de Successos), que avui revela detalls sense precedents dels dolls del forat negre al cor de la radiogalàxia Centaure A. 

La radioastronomia va començar fa tot just menys d’un segle amb les observacions del físic i enginyer radiofònic nord- americà Karl Jansky el 1932. Havia detectat una font de ràdio a la Via Làctia mirant cap a la constel·lació de Sagitari. Tanmateix, només va ser després de la Segona Guerra Mundial, que es va viure l'explosió de la tecnologia del radar, que la radioastronomia va enlairar-se. Els premis Nobel de física Martin Ryle i Antony Hewish seran uns dels principals pioners i, sobretot, iniciaran el desenvolupament de la síntesi d'obertura en el camp de la ràdio.

Aquesta tècnica permet utilitzar diversos instruments, per exemple, distribuïts per un continent, i combinar les seves observacions com si tinguéssim un radiotelescopi únic que pugui arribar a la mida de la Terra i fins i tot més enllà si utilitzem una antena de ràdio a l'espai com va ser el cas de la missió russa RadioAstron. Parlem del VLBI (very longe base Interferometry o interferometria de base molt llarga). La resolució aconseguida és tan gran que permet observar detalls d'objectes astrofísics distants més de diverses desenes de milions d'anys-llum, i la grandària és inferior a l'any-llum.

La radiogalàxia Centaure A s'ha estudiat en diverses bandes de longitud d'ona
durant dècades. Això és el que podem veure en l'infraroig visible, ultraviolat
i proper amb el Hubble i el que ja en podem deduir. Podeu triar l'idioma
de subtitulació a la configuració del vídeo. Crèdit: ESA

Recordem que això és precisament el que van aconseguir els membres de la col·laboració del Telescopi de l'Horitzó de Successos (EHT), que per primera vegada van aconseguir obtenir la imatge que revela la presència del que sembla ser l'horitzó de successos d'un forat negre supermassiu: M87. Al cor de M87, una galàxia el·líptica situada a 55 milions d’anys llum de la Via Làctia, aquesta estrella compacta conté aproximadament 6.500 milions de masses solars.

Un zoom de 60.000.000 vegades sobre Centaure A.

Aquests mateixos membres van anunciar fa unes setmanes a  través d'una publicació d'accés obert a Nature Astronomy que havia aconseguit fer un zoom extraordinari al cor d'una altra famosa radiogalàxia que contenia un forat negre supermassiu: Centaure A. Els investigadors disposen ara de píxels amb les imatges que el formen, la mida del qual és com a màxim la d'un dia llum. De nou, aquestes imatges tracten de comprendre millor com els forats negres que acumulen matèria de vegades generen, com a resposta, dolls de partícules que es mouen a velocitats comparables a la de la llum. 

Tanami (Tracking Active Galactic Nuclei with Austral Milliarcsecond Interferometry)
és un programa de múltiples longituds d’ona per al seguiment de dolls relativistes dins
dels nuclis galàctics actius al cel austral. Aquest programa ha estat monitoritzant
Centaure A amb una tècnica VLBI a longituds d'ona centímetriques
des de mitjans dels anys 2000. La xarxa Tanami consta de nou radiotelescopis situats
en quatre continents que observen a longituds d'ona de 4 cm i 1,3 cm. El 2011, ja havia
permès ampliar els raigs de Centaure A. Podeu triar l'idioma de la subtitulació
a la configuració del vídeo. Crèdit: NASA Goddard.

Com ja s'ha explicat en alguns articles, els astrofísics ja estaven interessats en els raigs de matèria del forat negre, l’estrella compacta en aquest cas només conté 55 milions de masses solars, encara estem esperant imatges del forat negre supermassiu de la Via Làctia que, tot i estar més a prop, conté només 4 milions de masses solars i, per tant, és encara més petit. Centaure A és històricament una de les primeres fonts de radiació extragalàctica descobertes (1949).

Clic per engrandir.

Aquesta sèrie d’imatges mostra els successius zoom realitzats al llarg del temps per observar els dolls de Centaure A en escales d'anys llum (Light Year) i factors d’ampliació. La imatge, a la part superior esquerra, mostra com el raig es dispersa en núvols de gas que emeten ones de ràdio, observades pels observatoris ATCA i Parkes. El panell superior dret mostra una imatge composta en fals color, amb un zoom de 40x des del primer tauler per coincidir amb la mida de la pròpia galàxia. L’emissió submil·limétrica de dolls i pols a la galàxia es mesura amb l’instrument Laboca/Apex i s’indica en taronja. L’emissió de raigs X dels dollss mesurats pel telescopi espacial Chandra es mostra en blau. El color blanc del visible mostra les estrelles de la galàxia i els seus fotons van ser capturats pel telescopi MPG/ESO de 2,2 metres. El següent panell mostra una imatge amb un zoom de 165.000x del doll intern de ràdio obtingut amb els telescopis Tanami. El panell inferior representa la nova imatge de màxima resolució de la regió de llançament d’un dels dolls obtinguda amb el EHT a longituds d’ona mil·limètriques amb un zoom de 60.000.000x. Les barres d'escala que es mostren es mostren en anys llum i dies llum. Un any llum és igual a la distància recorreguda per la llum en un any: uns nou bilions de quilòmetres. En comparació, la distància a l’estrella coneguda més propera al nostre Sol és d’uns quatre anys llum. Un dia llum (Light Day ) és igual a la distància recorreguda per la llum en un dia: aproximadament sis vegades la distància entre el Sol i Neptú. Crèdit: Radboud Univ. Nijmegen; CSIRO/ATNF/I. Feain et al., R. Morganti i altres, N. Junkes et al., ESO/WFI, MPIfR/ESO/Apex/A. Weiß et al.; NASA/CXC/CfA/R. Kraft et al., Tanami/C. Müller et al., EHT/M. Janßen et al. 

Ho he vist aquí.

Púlsars: escolteu la seva música amb RadioAstron, Gérard Grisey i Jean-Pierre Luminet

Fa gairebé 30 anys, el compositor francès Gérard Grisey es va unir amb l’astrofísic Jean-Pierre Luminet per crear una obra musical utilitzant els "batecs del cor" dels púlsars, aquestes estrelles hiperdenses més petites que una muntanya però tan pesades com el Sol. La Hubble russa de la radio astronomia; RadioAstron, ha permès una posada en escena artística i musical d’aquestes estrelles paradoxalment difuntes.

El 2011, Rússia va llançar un radiotelescopi espacial sense precedents. Anomenat RadioAstron o Spektr-R, es podria comparar amb el telescopi Hubble però en el camp de les ones de ràdio. En una òrbita especialment alta al voltant de la Terra, es podria utilitzar per fer la síntesi d'obertura combinant les seves observacions amb les d'altres radiotelescopis de la Terra per obtenir amb una tècnica d'interferometria l'equivalent a un instrument de centenars de milers de quilòmetres. Va ser exactament la mateixa tècnica que va fer possible l’èxit del Event Horizon Telescope, que va proporcionar la primera imatge del que sembla ser un forat negre supermassiu: M87. Futura va dedicar diversos articles a RadioAstron perquè el seu potencial de descobriments en cosmologia i astrofísica era important. El destí del satèl·lit, però, ha estat incert des del gener del 2019.

Es manté el fet que va permetre estudiar quàsars, per intentar esbrinar si els forats negres supermassius que se suposa que hi ha darrere de les seves formidables emissions d’energia no eren forats de cuc o púlsars, aquestes estrelles de neutrons molt denses, que són una mena de rellotges i fars còsmics que es poden utilitzar per a la navegació interplanetària, fins i tot interestel·lar. Per cert, la placa de Pioneer 2 i el disc d'or de les sondes Voyager contenen les coordenades del Sistema Solar segons els púlsars coneguts a la Via Làctia per a una possible civilització ET que els recuperés.

El vídeo mostra les coordenades astronòmiques de 10 púlsars observades per RadioAstron
amb els seus períodes en segons. Per a més detalls, llegiu els comentaris del text següent.
© Роскосмос-Roscosmos ТВ

El negre de l'estrella
L’agència espacial russa Roscosmos (Роскосмос en rus) acaba de posar en línia una vídeo posada en escena basada, en certa manera, en la música dels púlsars estudiada amb RadioAstron. Aquestes estrelles, efectivament, donen lloc a polsos electromagnètics periòdics, alguns dels quals tenen períodes de l’ordre d’un segon i que per tant es poden transposar en ones sonores audibles. Una dotzena s’acaba d’escenificar amb la durada de les seves pulsacions. Hi ha els famosos púlsars del Cranc i de Vela PSR B0833-45.

No és una novetat, fa gairebé 30 anys que el compositor francès de música espectral Gérard Grisey, en col·laboració amb l’astrofísic Jean-Pierre Luminet, va utilitzar les pulsacions del cor dels púlsars en una de les seves obres; El negre de l'estrella, tal com van explicar els dos homes als vídeos a continuació.

El compositor Gérard Grisey i l’astrofísic Jean-Pierre Luminet parlen de la seva obra"Le Noir de l’Étoile" (El negre de la estrella) © Jean-Pierre Luminet

Recordeu que els púlsars són objectes fascinants que els astrofísics han estudiat des del seu descobriment el 1967 per Jocelyn Bell. De fet, han estat estudiats teòricament durant més temps, ja que són estrelles de neutrons (ho sabem des del 1971 i per la obra del premi Nobel de física Riccardo Giacconi) i que l'existència d'aquests va ser prevista al 1933 per Zwicky i Baade. La primera descripció teòrica detallada de les estrelles de neutrons va ser donada el 1939 per Oppenheimer i Volkkoff, i va ser a finals dels anys 60 que els astrofísics Franco Pacini i Thomas Gold, respectivament italià i britànic, van comprendre que aquests objectes podrien comportar-se com els púlsars de Jocelyn Bell. 

Recordeu que es poden configurar els idiomes de les subtitulacions a la configuració dels vídeos.
Una altra entrevista de Jean-Pierre Luminet a "Le Noir de l'Étoile". © Jean-Pierre Luminet

Púlsars, estrelles mortes deixades per explosions de supernova

Punt i final de l’evolució de certes estrelles que van explotar en supernoves SN II mentre s’ensorraven gravitatòriament, les estrelles de neutrons, la massa de les quals és de l’ordre de la del Sol, tenen un diàmetre d’unes poques desenes de quilòmetres com a màxim, i s’assemblen a un nucli d’àtoms gegantí. La densitat, el camp gravitatori i el camp magnètic són per tant extrems i gairebé tota la física és necessària per comprendre les propietats d’un estel de neutrons: la relativitat general per descomptat, però també la magnetohidrodinàmica, la teoria de la superfluïdesa i la de la  superconductivitat .

Com el seu nom indica, els púlsars emeten ones ràdio a un ritme ràpid i regular. Per entendre el motiu d’aquest fenomen, cal saber que totes les estrelles giren sobre si mateixes. Tanmateix, de la mateixa manera que un patinador veu que la seva velocitat de rotació s’accelera quan porta els braços cap al seu cos, una estrella que s’esfondra veu augmentar la seva velocitat de rotació. És una conseqüència de la conservació del moment angular, una de les lleis més fonamentals de la física. Així, una estrella té un camp magnètic que ha de ser amplificat mitjançant la conservació del flux quan es contrau. Just després de la seva formació, el nucli calent i dens d’una estrella que s’ha convertit en una estrella de neutrons, per tant, ha de girar bastant ràpidament. S'activa un mecanisme, vinculat al camp magnètic, que porta l'estrella a irradiar-se poderosament emetent un feix d'ones de ràdio col·limades com un far. Quan aquest feix creua l’òrbita terrestre, es detecta en un radiotelescopi com una sèrie regular de "bips".

La gran majoria dels púlsars tenen un període de rotació d’entre 0,1 i 10 segons. En perdre l’energia cinètica de rotació a través del flux d’ones de ràdio, es redueixen lentament i, en deu milions d’anys com a màxim, la seva velocitat de rotació es fa massa baixa per generar una emissió de ràdio.

Ho he vist aquí.