Archivo mensual: agosto 2018

Gigantes Rojas: Por qué son así y qué nos hará una a Nosotros.

La masa de una estrella es la variable de la que dependen sus características, entre ellas, la energía que irradia.
Pero su brillo, depende de su tamaño.
Si vemos la ley de Stefan – Boltzmann (https://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Stefan-Boltzmann), notaremos que el brillo de una estrella depende de su radio. A mayor radio, mayor brillo, porque la energía tiene más superficie para salir al exterior. Además, los fotones se ven en un medio de menor densidad cuando la estrella es más grande y tienen caminos más libres hacia afuera (pdp, 01/ago./2018, Casusas que afectan el brillo propio de estrellas y galaxias, https://paolera.wordpress.com/2018/08/01/causas-que-afectan-el-brillo-propio-de-estrellas-y-galaxias/).

Por qué son gigantes rojas las gigantes rojas.
Cuando una estrella de tipo Solar agota su Hidrógeno habiendo acumulado Helio en su interior, colapsa su núcleo y con eso se detona el Helio (flash de He). En ese proceso, se irradia energía de una manera más eficiente y se quema el Hidrógeno que queda en las capas exteriores. La presión de radiación así generada “infla” la estrella. Es entonces cuando aumenta su tamaño y recibe el nombre de gigante. Ahora la estrella es más brillante por tener una mayor superficie.
Luego de expandirse, en cada punto de la superficie de la estrella, hay menos temperatura. Eso se debe a que energía irradiada por unidad de superficie es menor; o sea que la temperatura se reparte en una superficie mayor. Luego, la estrella se enrojece. Ahora, además de gigante, es también roja.

Qué nos pasará cuando tengamos una.
Cuando nuestro Sol se vuelva una gigante roja, dentro de unos 5 mil millones de años aproximadamente, su tamaño crecerá hasta abarcar a Marte y todos los planetas interiores a Él, serán engullidos por el Sol.

Ilustración de tamaños relativos entre el Sol (Sun) la estrella Arcturus y la Gigante Roja Antares – crédito: SAKURAMBO, ENGLISH WIKIPEDIA

Algunos especulaban con que la Tierra y Marte podrían alejarse del Sol para aquel momento. A medida que el Sol aumenta su volumen, aumenta su radiación y eso volaría parte de la masa Terrestre, lo que permitiría que la Tierra se aleje por sentir menor atracción gravitatoria. Pero aún en ese caso, las consecuencias serán fatales debido al aumento del brillo del Sol; quedaría “cocinada”.

Como gigante roja, no sólo aumentará su brillo y viento solar, sino que presentará variabilidad de brillo con erupciones de materia, o sea que se volverá inestable. Eso afecta mucho al Sistema Solar.
Los asteroides, aunque pequeños frente al Sol, serán “fritos” por semejante radiación.
Los anillos de los gigantes gaseosos están compuestos en su mayoría por polvo y hielos, todo eso será evaporado y disipado. La heladas lunas de esos planetas, ricas en agua y hielos, se verán evaporadas por completo o, a lo sumo, quedarán como pequeños objetos rocosos y metálicos (sus núcleos pelados). Los mayores objetos del cinturón de Kuiper, tales como Plutón, verán sus hielos sublimados y océanos interiores evaporados, debido a su temperatura aumentada por una radiación 4 veces la que hoy recibe la Tierra. Serán rocas calientes,  algo así como el actual infierno que es Mercurio.

Los más alejados, como los de la familia de Sedna, se verán menos afectados por su gran distancia al Sol, recibirán más energía, tanta como hoy recibimos nosotros del actual Sol, pero no llegarán a ser habitables (para eso hacen falta más cosas).

Fuente:

pdp.

La colosal COSMOS-AzTEC-1.

La galaxia COSMOS-AzTEC-1 es un monstruo desafiante.
Veamos cuales son los desafíos que nos presenta.
Es enorme y de gran formación estelar, lo hace 1000 veces más rápido que nuestra Vía Láctea (VL) que lo hace a razón de 1 o 2 estrellas al año y se encuentra a casi 13 mil millones de años luz de casa, o sea que la vemos como era hace ese tiempo atrás.

Ilustración de COSMOS-AzREC-1 publicada en el sitio del observatorio ALMA.

Por un lado, su tamaño llama la atención. Se acepta que las galaxias crecen asimilando a menores. Al menos así lo hizo (y hace) la Nuestra. La VL es de unos 10 mil millones de años de edad, hace ese tiempo que comenzó a crecer; mientras AzTEC-1 ya era enorme casi unos 3 mil millones de años antes. O sea que se dieron procesos que favorecieron la formación de esta gran estructura.
Las grandes galaxias elípticas se pueden formar de la fusión de grandes espirales (al menos eso pasará cuando se fusionen la VL y la galaxia de Andrómeda). Se piensa que monstruosas estructuras galácticas como ésta, serían los ancestros de actuales elípticas. Luego, este tipo de galaxias podrían tener un origen diferente al de la fusión de espirales, uno relacionado con las grandes galaxias como AzTEC-1.

Por otro lado, llama la atención la tremenda formación de estrellas.
Para el estudio de este rápido proceso, se analizó el gas existente en AzTEC-1. Se encontró grandes cantidades de gas molecular.
Estas nubes son dinámicamente inestables, lo que favorece la rápida formación de estrellas.

Artist’s impression of the monster galaxy COSMOS-AzTEC-1. This galaxy is located 12.4 billion light-years away and is forming stars 1000 times more rapidly than our Milky Way Galaxy. ALMA observations revealed dense gas concentrations in the disk and intense stars formation in those concentrations. Credit: National Astronomical Observatory of Japan.

Imagen donde se señalan las inestables nubes de gas molecular de AzTEC-1 separadas entre ellas unos miles de años luz – Crédito:  National Astronomical Observatory of Japan.

Con ese ritmo de formación estelar, se calcula que el gas se agotará en unos 100 millones de años, lo que es 10 veces más pronto que en la mayoría de la regiones de formación de estrellas.
Bajo condiciones “normales”, la formación estelar se auto-regula. La presión de radiación de las estrellas recién nacidas aleja el gas molestando a la formación de estrellas vecinas.
En este caso, el gas está colapsando vertiginosamente resistiendo
a la radiación estelar que tiende a dispersarlo. Algo está colaborando con el colapso de esas nubes de gas, pero ¿qué…?

El estudio de AzTEC-1 continua.

Referencia:

Fuente:

pdp.

Los berrinches en la nursery de Carina.

Las estrellas nacen de una nube de materia en un ambiente bastante caótico.
Con sus primeras luces, irradian un viento de energía y partículas, incluso chorros bipolares que afectan sus vecindades.
Con esa radiación, las estrellas limpian su entorno alejando materia que le pueda servir para seguir creciendo. Así es como se piensa que las grandes estrellas nacen de la unión de dos o más protoestrellas. Otra posibilidad es que tomen materia de su entorno a través de líneas de campo magnético a través de sus polos. Pero en general, tienden a limpiarse “soplando” lo que la aun la rodea, salvándose los más pesado; esto es coágulos de polvo que dará origen a planetas.

A unos 7500 años luz de casa, se encuentra el complejo nebular de Carina, una formidable región de formación estelar de la Vía Láctea.

Imagen de la nebulosa de Carina crédito ESO’s VISTA telescope at the Paranal Observatory in Chile.

Conocida también como nebulosa de la Quilla, en ella vive la vigorosa Eta Carina rodeada de su propia nebulosa. Rica en estrellas calientes, es una región de vigorosos vientos estelares de las jóvenes estrellas que allí viven.
Hay pilares de polvo, los que estoicamente soportan esa radiación protegiendo el gas que dará lugar a más estrellas. Sin ellos ese gas se dispersaría por efecto de la radiación recibida.

Video: ESOcast 175 Light: Stars and Dust in the Carina Nebula (4K UHD).

Publicado el 29 ago. 2018.

Pero la defensa que ofrecen las regiones de polvo no durará para siempre.
En la puja entre viento estelar y pilares de polvo, está ganando el viento estelar, el que va disipando lentamente las regiones de polvo desde las partes menos densas. El mismo efecto que hace un viento constante sobre un médano.

Fuente:

pdp.

Sobre distancias y velocidades de las galaxias (estimando el Universo)

La Astronomía nos ubica en el Universo.
Primero nos sacó del centro del Sistema Solar y luego del de la Vía Láctea. Ahora estamos viendo hasta dónde llega el Universo, las distancias involucradas a las galaxias más lejanas; sus movimientos.
Al principio se midieron las distancias a las galaxias más cercanas y sus velocidades. Resultó que se alejaban y eso no fue todo. Se escapaban más rápido con la distancia. Ahí nació la constante de expansión de Hubble, que nos dice la velocidad de alejamiento en función de la lejanía. Luego, sabiendo que ciertas estrellas variables tienen un brillo intrínseco, se las usó como candelas para estimar las distancias. Midiendo su brillo aparente, se puede saber en base al intrínseco, la distancia a la galaxia donde se encuentra. En base a esa distancia se esperaba que tengan una velocidad de alejamiento dada por la constante de Hubble, pero resultó que se escapaban con mayor velocidad. Apareció la aceleración dada por la energía obscura.
Ahora hay modelos basados en la materia obscura que nos dan la probabilidad de hallar una galaxia a cierta distancia, a esa colección de estimaciones se la conoce como escala de distancia inversa, escala de distancia cósmica o escala de distancia extragaláctica (cosmic distance ladder – https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_distance_ladder).

Esquema de evolución del Universo crédito de C. FAUCHER-GIGUÈRE, A. LIDZ, AND L. HERNQUIST, SCIENCE 319, 5859 (47)

El problema de las distancias y velocidades no es sencillo a grandes escalas.
Sabemos que cuando vemos un objeto muy lejano, lo vemos como era hace mucho tiempo atrás debido al tiempo que tarda en llegarnos la luz. Luego, en el caso de una galaxia, la observamos joven a una cierta distancia con cierta velocidad de alejamiento. Pero en todo ese tiempo que tardó en llegarnos su imagen, ésta se alejó más. Ahora, ¿dónde está?, ¿cómo se mueve?.
Sólo podemos conjeturar respuestas en base a los modelos que tenemos. Éstos se pueden extrapolar, suponer que las cosas mantienen sus propiedades con el tiempo, pero… ¿hasta dónde o cuándo? No nos olvidemos que a cierta distancia las cosas se alejaban todas con la misma velocidad, luego con mayores y a mayor distancia hay aceleración. Donde unos métodos son buenos, otros fallan, hay errores involcrados y todos dependen de las tan preciadas distancias y velocidades buscadas.

No es fácil.
Es sutil y fascinate.

Referencia:

pdp.

AT2018cow, pudo deberse a una disrupción de materia.

Los transitorios luminosos, son breves y a veces bruscos eventos donde se libera energía.
Las explosiones de estrellas masivas, conocidas como supernovas, son un ejemplo (entre otros) de transitorio luminoso.
Un evento de este tipo fue el detectado a mediados del 2018. Se trata de AT2018cow, familiarmente conocido como “la vaca” (cow en inglés). Originado en una galaxia a unos 200 millones de años luz de Casa, este evento fue extremadamente energético y no se ajustó a los modelos de supernovas conocido.

Imagen del transitorio luminoso AT2018cow en CGCG 137-068 – crédito:  ATLAS telescopes. Imagen via Stephen Smartt/ATLAS.

Aunque se pareció mucho a una de tipo Ic, la energía liberada fue de 10 a 100 veces mayor, por lo que se pensó que se trató de una teórica hipernova (pdp, 02/jul./2018, AT2018cow, ¿es una posible hipernova?, https://paolera.wordpress.com/2018/07/02/at2018cow-es-una-posible-hipernova/).

Las observaciones realizadas en diferentes longitudes de onda hallaron características que se acercan al modelo de una brusca caída de materia sobre un agujero negro (AN); materia desgarrada gravitacionalmente de una estrella que pasó demasiado cerca del AN.

Una estrella de tipo enana blanca rica en Helio sufrió el desgarro de materia de entre 0,1 a 0,4 masas solares por tirón gravitacional de un agujero negro de 100 mil a 1 millón de masas solares. Esa masa estelar cayó sobre el AN en forma envolvente y no arremolinándose como suele suceder.

Ilustración publicada en el trabajo de N. Paul M. Kuin et al.

Así creó una estructura similar a una atmósfera; la que colapsó sobre el AN generando algo similar a una fotósfera (esfera de superficie brillante) excitada por la autofricción del material. Eso alimentó un flujo de materia y energía a gran velocidad hacia afuera. Incluso, se podrían haber dado los conocidos chorros de materia bipolares tan frecuentes en los AN activos.

Fuente:

pdp.

Patrones observables en los Naturales.

Los números Naturales muestran características asombrosas.
Compuestos por los Enteros mayores a cero, teciben ese nombre porque nos sirven para contar lo que está a nuestro alrededor.
Para los antiguos Pitagóricos, la magia de los números Natgurales radicaba en sus divisores. La magia de la Estrella Pitagórica radica en que en sus segmentos aparece la proporción áurea (https://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%Bamero_%C3%A1ureo), (pdp, 24/oct./2014, La magia de la estrella pitagórica, https://paolera.wordpress.com/2014/10/24/la-magia-de-la-estrella-pitagorica/).

Los números Naturales suelen mostrar curiosos patrones.
Si ubicamos en espiral los números primos, obtendremos lo que se conoce como la Espiral de Ulam. En una matriz, nos movemos del centro en espiral hacia afuera y vamos contando casilleros. En los primos ponemos un punto y en los compuestos dejamos el hueco. Así aparece una curiosa estructura cuyo nombre se refiere el matemático que la encontró.

Gráfico publicado en Wikipedia

Los números deficientes, son aquellos donde la suma de sus divisores propios (inferiores al mismo número) no supera al número. Así, los primos son un sub-grupo de los deficientes. Estos números muestran el mismo patrón que el observado en la Espiral de Ulam, luego los primos heredan la distribución en el Espiral de Ulam de los deficientes.
Si hacemos lo mismo con los abundantes (aquellos que son superados por la suma de sus divisores propios) obtendremos un patrón similar pero complementario del anterior. O sea que los puntos de uno rellenan los huecos del otro dando un relleno sólido de la matriz. Sólo aparecen unos huecos que son los dados por los perfectos; aquellos donde la suma de sus divisores propios es igual al número.

Podemos descomponer un Natural en sus factores primos. Si por cada factor primo que muestra colocamos un 1 y colocamos un 0 por cada factor primo que no presenta, tendremos una representación vectorial del Natural en un espacio multidimensional.
Por ejemplo, el número 10 tiene sólo dos factores primos, el 2 y el 5; o sea el primer y el tercer primo, luego lo podemos representar como (1, 0, 1, 0, 0, 0, 0,…). El 2 tiene la misma representación que el 4, es decir (1, 0, 0, 0, 0, 0, 0,…) ya que ambos muestran el mismo factor primo. El 11 equivale a (0, 0, 0, 0, 1, 0, 0,…). El 6 y el 12 se representan por (1, 1, 0, 0, 0, 0, 0,…).
Luego podemos proyectar ese espacio multidimensional en 2 dimensiones para graficar cada Natural. Además podemos utilizar una escala de color relacionada con una propiedad de los Naturales graficados (valor, cantidad de factores, etc.)
Si hacemos esto con un algoritmo de proyeccción tal como UMAP (Uniform Manifold Approximation and Proyejection – Aproximación y Proyección uniforme Múltiple) se obtienen entonces patrones muy llamativos

1 000 000 de Naturales proyecyados y graficados con UMAP

En general, los patrones observados en los Naturales no están relacionados con propiedades físicas observadas en la Naturaleza. Sólo son curiosas características de los números enteros y positivos.

Video: First million integers, laid out with UMAP

Publicado el 22 ago. 2018.

Agradecimiento a Martín Lafont.

Fuente:

pdp.

 

La trama del espacio-tiempo.

Se dice que el Universo está conformado por materia en una trama de espacio-tiempo o espacio temporal.
Veamos esto.
Un evento sucede en un lugar del espacio en un momento determinado. O sea que un cuerpo está en una cierta posición en un determinado instante. Así es como hay una íntima relación entre el espacio donde se encuentra y el momento temporal en que eso sucede.
Luego, podemos hablar del tiempo como otra coordenada para ubicar un cuerpo, la coordenada temporal. Así, un cuerpo o evento ocupa un lugar en el espacio y en el tiempo, o sea en el espacio-tiempo.

La Teoría de la Relatividad estudia los escenarios de altas energías y velocidades.
En esas situaciones se dan dilataciones de las escalas temporales y contracciones en las dimensiones en la dirección del movimiento. Fue esta teoría la que explicó las variaciones en la órbita de Mercurio. Éstas, son el resultado del gran aumento de velocidad del Planeta en el punto más cercano al Sol. Si estudiamos el movimiento de los planetas bajo la Relatividad, encontraremos que no se obtienen órbitas cerradas. Los planetas se mueven en trayectorias rectas. La única manera que esto concuerde con la realidad observada es que… el espacio está curvado.
Clásicamente, los cuerpos se atraen por gravedad. Pero según la Relatividad, las masas curvan el espacio-tiempo.

Ilustración del espacio crédito Nasa.

Esto lo podemos imaginar como lo que sucede con una esfera de gran masa sobre una superficie blanda. La hunde provocando que todo lo que la rodea caiga hacia ella.
Luego, en el Universo existe una trama de espacio-tiempo curvada, tanto más según sea la masa que afecta sus vecindades (pdp, 17/oct./2014, Una forma de “ver” la curvatua del espacio, https://paolera.wordpress.com/2014/10/17/una-forma-de-ver-la-curvatura-del-espacio/)
Claro que el ejemplo de la esfera sobre una superficie plana no es bueno, ya que la esfera ocupa tres dimensiones y la superficie solamente dos.

Video: Gravity Visualized.

Publicado el 10 mar. 2012

En realidad, una masa curva hacia ella todas las dimensiones del espacio que la rodea.

Crédito LUCASVB

En las vecindades de un agujero negro (AN), como ejemplo de una tremenda masa, el espacio-tiempo está tan curvado hacia el objeto, que nosotros, como habitantes de esa trama nos deformamos hacia el AN, nos estiramos como fideos; nos espaguetizamos siguiendo la forma de la trama espacio-temporal en que existimos.

Pero esa trama no es real. No hay una trama física. Es sólo un modelo para explicar cómo se comportan los objetos en el Universo a medida que Éste se expande; o sea, a medida que todo se aleja de todo bajo la Teoría de la Relatividad.

Referencia:

pdp.