Archivo para la categoría ‘Galaxias y Cosmología’

Desde Mercurio hasta los agujeros negros: Einstein y la teoría de la relatividad general en la astrofísica

El universo se nos presenta como algo bello, complejo y, simultáneamente, exótico. No solo contiene objetos que desafían nuestra imaginación, como es el caso de los agujeros negros, sino que tanto el tiempo como el espacio pueden encontrarse deformados y ahora sabemos que el mismo cosmos tuvo un nacimiento: el Gran Estallido hace casi 14 mil millones de años. Aunque subyugantes, no son conceptos fáciles de entender  para unos primates, nosotros, que evolucionaron en las sabanas africanas. Nuestra  estructura mental, desarrollada entonces, está basada en un espacio de tres dimensiones y un tiempo cuya transcurso es lineal y homogéneo, independientemente del lugar en el que nos encontremos. ¿Cómo hemos llegado a conocer esta realidad tan extraña y ajena a nuestra experiencia directa? La respuesta está en uno de los grandes héroes del siglo XX, Albert Einstein pero, como veremos, no solo en él.

Ilustración del periódico británico London News que explica la desviación de los rayos de luz debida a la acción de la gravedad del Sol, según las mediciones realizadas en 1919 y que confirmaban de manera espectacular la teoría de Albert Einstein sobre la relatividad general, publicada cuatro años antes.

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Aprobada la participación española en el futuro Telescopio Europeo Extremadamente Grande (E-ELT)

 

Hoy es un día feliz para los astrónomos: el Consejo de Ministros ha aprobado definitivamente la contribución española para la construcción del futuro Telescopio Europeo Extremadamente Grande (E-ELT: European Extremely Large Telescope). El E-ELT será la máquina más potente que se haya construido jamás para escudriñar el Universo. Su corazón será un espejo primario de 39.3 m de diámetro, formado por más de 1000 segmentos individuales de 1.4 m. Estos segmentos serán controlados individualmente por actuadores neumáticos de manera que se mantenga la geometría del espejo con una precisión de una fracción de micra (una diezmillonésima de metro!).   

 

Aspecto del futuro E-ELT. Con un espejo primario de 40 m de diámetro, la estructura es casi tan grande como una plaza de toros.

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El Big Bang, el periodo inflacionario y nuestra visión del Universo

 

El pasado 17 de marzo se hizo pública la detección de las ondas gravitacionales producidas durante el periodo inflacionario de la Gran Explosión que dio lugar a nuestro Universo. Se trata de un descubrimiento fascinante, puesto que por una parte supone una de las evidencia más consistentes de la existencia de ondas gravitacionales, y por otra parte confirma una de las predicciones más concretas de los modelos que explican la formación del Universo. Este descubrimiento cierra de alguna manera el cambio de paradigma que comenzó cuando en el año 1929 Edwin P. Hubble comunicó que el Universo se encontraba en expansión, y no era por lo tanto ni eterno ni infinito como se creía hasta entonces.

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El “top 10″ de los descubrimientos desde el observatorio de Calar Alto: una visión personal

1. Imagen directa de un planeta con dos soles

Imagen 1

En Enero de 2007, un equipo investigador de la Universidad de Jena (Alemania) fue capaz de detectar, con el telescopio de 3.5 metros de Calar Alto, un planeta girando alrededor de su estrella que, a su vez, gira alrededor de una segunda estrella (γ-Cephei). Además, el mismo equipo detectó otro sistema similar (HD3651) con la particularidad de que una de las dos estrellas era una enana marrón (una estrella fallida que no ha adquirido suficiente masa como para ser considerada como tal). Fuente aquí.

2. El proyecto ALHAMBRA: desvelando la historia del Universo

Imagen 2El telescopio de 3.5 metros de Calar Alto realizó un impresionante catalogado de más de 650 000 galaxias y unos 5000 cuásares para desvelar la evolución del cosmos. El estudió desvelará cómo el Universo pasó de estar dominado por gas neutro a ser un bullicioso hervidero de estrellas y agujeros negros para, más tarde entrar en la etapa actual de calma, poblado de galaxias, estrellas y planetas como los nuestros. Fuente aquí.

3. Viajando al pasado: observación de una supernova de hace 11 000 años

250px-Cassiopeia_A_Spitzer_CropUna estrella masiva explotó en nuestra Galaxia hace más de 11 000 años y se tendría que haber observado desde la Tierra alrededor del año 1680 (por aquéllo de que la luz viaja a una velocidad finita), pero al parecer casi todo el mundo se perdió el espectáculo. Desde el telescopio de 2.2 metros de Calar Alto, un equipo internacional de científicos empleó el polvo interestelar como una especie de espejo retrovisor que les permitió captar noticias del pasado. Fuente aquí.

4. Un instrumento único en el mundo para analizar la muerte de las estrellas.

NGC7662El instrumento PMAS, situado en el telescopio de 3.5 metros de Calar Alto, es uno de los mejores del mundo y permitió a un equipo de investigadores Instituto de Astrofísica de Potsdam estudiar  la estructura bidimensional de un conjunto seleccionado de cinco nebulosas planetarias de nuestra Galaxia. Las nebulosas planetarias son los restos que nos quedan tras la muerte de una estrella de masa baja o intermedia. Estos enriquecen el medio interestelar por lo que, posteriormente, serán la materia prima para el nacimiento de otras estrellas. Fuente aquí.

5. Aluminizado del telescopio espacial Herschel.

Imagen 3Sí, efectivamente, uno de los telescopios más importantes y relevantes de la última década (el telescopio espacial Herschel) se aluminzó en España y en la planta de aluminizado del Observatorio Astronómico de Calar Alto. Este proceso es el que permite que los grandes espejos de los telescopios sean lo más eficientes posible. Dicha planta es altamente rentable y muchos espejos de importantes telescopios realizan allí su mantenimiento. Fuente aquí.

6. El proyecto CALIFA: respuesta a la estructura de las galaxias

califaEl proyecto CALIFA emplea el telescopio 3.5 metros de Calar Alto para analizar más de 600 galaxias con el instrumento PMAS. Los resultados arrojarán luz sobre el modelado de las poblaciones estelares, restricciones para la historia de la formación estelar, trazado del contenido gaseoso, determinación de la composición química y análisis de los movimientos internos de estos sistemas estelares, entre otros aspectos. Fuente aquí y también aquí.

7. Desvelando la formación de las enanas marrones

Imagen 5En 2007, un equipo internacional de investigadores liderado por el español David Barrado detectó la mejor candidata a proto-enana marrón conocida hasta la fecha, haciendo uso (entre otros)  del instrumento Omega 2000 en el telescopio de 3.5 metros de Calar Alto. Las proto-enanas marrones son, en realidad,  enanas marrones muy jóvenes que resultan fundamentales para comprender el proceso de formación de este tipo de objetos, una incógnita hasta la fecha. Fuente aquí.

8. Detección de la tormenta blanca de Saturno

Imagen 6El instrumento AstraLux situado en el telescopio 2.2 metros de Calar Alto detectó en 2011 la Gran Tormenta Blanca que se desarrolló en Saturno. Investigadores de la Universidad del País Vasco en colaboración con el Centro de Astrobiología (Madrid) realizaron un importante seguimiento y estudio de la gigantesca tormenta (muchísimo más grande que la propia Tierra). AstraLux permitió obtener imágenes de una calidad impresionante, con una resolución similar a la del telescopio espacial Hubble. Fuente aquí.

9. Buceando en la formación estelar a través de chorros de material.

Imagen 7El año pasado, una imagen realizada con el telescopio de 3.5 metros de Calar Alto permitió descubrir un impresionante cúmulo de chorros de materia procedentes de estrellas jóvenes inmersas en un filamento (un hilo de polvo más denso) oscuro en la constelación del Cisne. Estos chorros son expulsados por estrellas extremadamente jóvenes siendo una de las manifestaciones más espectaculares de la formación de estrellas nuevas. Fuente aquí.

10. Confirmación de un planeta de tamaño lunar: Kepler-37b

Kepler-37_1En Febrero de este año se publicó en todos los medios la noticia del descubrimiento de un planeta de tamaño lunar (un poco mayor que nuestra Luna), más pequeño que el menor de los planetas del sistema solar, Mercurio. Este descubrimiento fue posible gracias a una colaboración internacional en la que participaron científicos del Centro de Astrobiología empleando el telescopio de 2.2 metros de Calar Alto y el instrumento AstraLux. El descubrimiento supuso un reto tanto instrumental como científico y abre la puerta a la detección de lunas alrededor de planetas gigantes, entre otros campos. Fuente aquí.

Esto es sólo una muestra de las capacidades que tienen las instalaciones de Calar Alto, un centro científico-tecnológico donde se realizan descubrimientos punteros a nivel internacional. La reducción presupuestaria del acuerdo lo lleva a un cierre prácticamente total, perdiendo toda su capacidad y potencial tanto humano como científico.

Esperemos que algún día, las personas de las que dependen estas decisiones se den cuenta del error cometido, es lo único que nos queda, ¿o no…?

J. Lillo-Box, extraído del blog Eppur si muove

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Calculando con lápiz y papel parámetros cosmológicos

Hoy me he encontrado con un curioso artículo, muy interesante, que más que científico, es divulgativo. Se trata de una calculadora cosmológica…  Sin embargo, en vez de requerir complicados cálculos  con extrañas fórmulas, solo necesita un  lápiz y papel.

El fondo de microondas según observaciones del observatorio espacial Planck, de la ESA

El fondo de microondas según observaciones del observatorio espacial Planck, de la ESA

 

Esta calculadora se basa en datos derivados por la misión  Planck, de la Agencia Espacial Europea, que recientemente reveló el mapa más preciso de la radiación cosmológica del fondo de microondas, que permite estimar una edad del universo de 13810 millones de años.

 

El uso es realmente sencillo: basta con trazar una línea horizontal para un valor del desplazamiento hacia el rojo (“redshift”) z, localizado a ambos lados de la figura. De manera unívoca se determina la edad en ese momento del universo u otros parámetros característicos (tiempo de la constante de Hubble en ese momento –H-, una distancia  característica, módulo de la distancia, edad del universo y distancia retrospectiva (en miles de millones de años), tamaño en kiloparsec de un objeto con tamaño angular aparente de 1 segundo de arco, tamaño angular de un objeto de tamaño real de un kiloparsec (complementario del anterior).

 

Calculadora Cosmologica

Calculadora Cosmologica (crédito S. V. Pilipenko)

En definitiva, una herramienta sencilla que nos permite navegar por el universo y sus “arcanos” secretos.

 

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El nuevo telescopio HEXA: el futuro del cartografiado del universo

Durante los últimos tres días se ha celebrado en Granada, en el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), el congreso “HEXA: un instrumento para el cartografiado espectroscópico”, en donde se ha presentado el proyecto HEXA a la comunidad astronómica, que consiste en un telescopio con un espejo primario de 6.5 metros y instrumentación especializada en la realización de grandes  mapeados espectroscópicos. El objetivo: solucionar problemas de Gran Ciencia.

HEXA, un telescopio de 6,5 metros que se ubicaría en el Observatorio de Calar Alto, surge de la necesidad de disponer de datos espectroscópicos de grandes áreas del cielo. El espectro de luz de un objeto celeste aporta información crucial sobre su composición, temperatura, densidad o velocidades y, a día de hoy, no existen instrumentos capaces de realizar cartografiados espectroscópicos masivos y de alta resolución.
Tras dos décadas de ambiciosos cartografiados fotométricos (o de imágenes), como SDSS, 2MASS o WISE, se ha hecho evidente la carencia de contrapartidas espectroscópicas de alta resolución que permitan resolver problemas clave relacionados con la evolución galáctica, la naturaleza de la energía oscura o la física estelar.
Así, los datos de HEXA constituirán el complemento idóneo de los datos fotométricos disponibles, y permitirán aprovechar al máximo el potencial de misiones como Gaia, un satélite de la Agencia Europea del Espacio (ESA) que permitirá elaborar el censo de estrellas más amplio de nuestra galaxia, así como descubrir cientos de miles de nuevos objetos cósmicos.

El telescopio HEXA, Calar Alto, Almería.

 

Tanto las características de HEXA como su modo de funcionamiento lo convierten en un instrumento pionero. Por una parte, es un `laboratorio´ científico diseñado para dar respuesta a problemas astrofísicos, pero que funcionará de manera diferente a otros telescopios, ya que obtendrá datos de manera secuencial, cartografiando todo el cielo visible desde Almería.

Además, el análisis de los datos que proporcione HEXA también precisará estrategias innovadoras. Será una tarea ingente, que requerirá organizar su explotación de manera análoga a experimentos como los del CERN, con un grupo muy numeroso de científicos que hagan uso de los mismos. Sin lugar a dudas, toda una oportunidad de desarrollo y mejora del tejido científico-tecnológico, liderado localmente y en el que los equipos españoles, y especialmente andaluces, jugarán un papel preponderante.

El edificio y el telescopio HEXA, en el observatorio de Calar Alto, Almería

 

 

En ocasiones me preguntan si éste es el momento más adecuado para plantearse este tipo de inversiones. Mi respuesta es firme: “fijense en la estrategia alemana: inversión masiva en ciencia (básica y aplicada) nada más empezar la crisis”.

La necesidad de este tipo de proyecto está clara para la comunidad científica. Su impacto tecnológico también. Ahora la pelota está en el campo de las agencias financiadoras.

 

 

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CUÁSAR

Clase de galaxias activas muy lejanas observadas por primera vez a finales de los años 1950 mediante radiotelescopios. La fuente de las ondas de radio coincidía con la de un objeto que en luz visible parecía una estrella; de ahí su nombre, apócope de quasi-stellar radio source, radiofuente casi estelar. Pero el estudio de su espectro de luz desveló que en realidad son objetos extragalácticos a miles de millones de años-luz de distancia, los más lejanos que se conocen.
El primer cuásar estudiado, 3C 273, se encuentra a 1500 millones de años-luz de la Tierra. Posteriormente se han observado multitud de estas galaxias y se ha reservado el término QSO (quasi-stellar objects, objetos cuasiestelares) para aquéllas con baja o nula emisión en radiofrecuencias.


Cuásar 3C 454.3, en la constelación de Pegasus. Setrata del cuásar más luminoso jamás observado. Duranteel año 2005, este objeto experimentó un brotede emisión en el visible que lo hizo observable inclusocon instrumentos de aficionado. Esta imagen fue tomadaen junio de 2006, con el telescopio de 2,2m deCalar Alto (Almería). Créditos: Observatorio de CalarAlto.



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MATERIA OSCURA

Observaciones recientes sugieren que cerca del 95% del contenido de materia y energía del universo está en el sector «oscuro». Este sector está constituido por materia oscura (una forma de materia no luminosa) y energía oscura, cuyo origen y composición son desconocidos. La materia oscura constituye alrededor del 23% del universo y está formada por partículas exóticas no bariónicas, que interaccionan muy débilmente con la materia bariónica ordinaria.
La existencia de la materia oscura se infiere, entre otros indicios, de la curva de rotación de las galaxias. Esta curva es una representación gráfica de la velocidad orbital de las estrellas o el gas de una galaxia en función de la distancia al centro de la misma. Las observaciones muestran que las estrellas giran alrededor del centro de las galaxias a una velocidad constante, independiente de la distancia al centro, hasta una distancia muy grande, mucho mayor que la predicha por la mecánica newtoniana para la masa visible de la galaxia en cuestión. Esta discrepancia sugiere la presencia de materia oscura que puebla las galaxias y se extiende hasta los halos de las mismas.



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COSMOLOGÍA

En los términos más generales posibles se puede definir la cosmología como la rama de la física que estudia el universo como un conjunto. Una definición tan amplia abarca multitud de campos de estudio más o menos alejados, como la cosmología teórica (estudio de modelos físico-matemáticos que describan la historia del universo de manera general), el estudio de la formación de estructuras a gran escala en el universo primitivo, las investigaciones acerca de los primeros instantes de existencia del cosmos o el análisis de la radiación de fondo de microondas, por mencionar tan solo algunos de sus contenidos. La cosmología es hoy día una disciplina científica floreciente y sólidamente asentada sobre observaciones y teorías, pero a principios del siglo XX solía considerarse un asunto especulativo y poco adecuado para científicos de carrera. En el área de la cosmología, el término cosmos suele usarse de un modo técnico refiriéndose a un espacio-tiempo continuo en el (postulado) multiuniverso. En su acepción más general, un cosmos es un sistema arpor lo tanto, comparten la misma edad y composición química. Su rango de masas va desde unos pocos cientos de estrellas hasta grupos de un millón de masas solares. Su vida es una continua lucha entre la atracción gravitatoria que tiende a mantenerlo unido y la temperatura cinética (la energía cinética media de los miembros del cúmulo) que tiende a dispersarlo. Una gran fracción de los cúmulos estelares son disueltos durante su infancia (edad inferior a diez millones de años) y solo unos pocos sobreviven co- monioso, ordenado. Proviene del griego κοσμος que significa «orden, dispuesto de manera ordenada» y es la noción antagónica del caos. Hoy en día se usa como sinónimo del término universo.

cosmología
Uno de los campos estudiados en el marco del sondeo cosmológico ALHAMBRA, efectuado en el Observatorio de Calar Alto con el telescopio de 3,5 m con el fin de estudiar el pasado del universo. Créditos: Mariano Moles (Instituto de Astrofísica de Andalucía) y equipo Alhambra.



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LENTE GRAVITATORIA

Las teorías de la gravitación tanto clásica (de Newton) como relativista (de Einstein) indican que la luz tiene que verse afectada por la atracción gravitatoria. Por lo tanto, cuando un haz de luz pasa junto a un objeto masivo se tiene que desviar. Esta desviación puede compararse con el cambio de dirección de propagación que experimenta la luz cuando pasa del aire al vidrio. Cabe pensar, por tanto, que si se dispone una cierta cantidad de masa del modo adecuado, su gravitación puede ser capaz de desviar la luz de un modo parecido al efecto inducido por la refracción en una lente. Este fenómeno recibe el nombre de lente gravitatoria. Lo que en principio podría parecer una especulación teórica se confirmó en el siglo XX a las escalas astronómicas más diversas. En un contexto cosmológico es frecuente que objetos muy masivos (galaxias, cúmulos de galaxias) se comporten como lentes gravitatorias que deforman, amplían e intensifican las imágenes de objetos situados por detrás. En el seno de la Galaxia se han observado también microlentes gravitatorias, fenómenos de intensificación de la luz debidos al mismo influjo gravitatorio pero actuando en sistemas menos masivos.
Las lentes gravitatorias son un objeto de estudio intensivo en la astronomía actual y se utilizan para multitud de estudios en cosmología, búsqueda de materia oscura o investigación en el campo de los planetas extrasolares.

lente gravitatoria
Situado a 2000 millones de años-luz de distancia, el cúmulo de galaxias Abell 1689 es uno de los objetos más masivos del universo. En esta imagen del telescopio espacial Hubble se observa cómo Abell 1689 tuerce la luz de objetos más distantes, tal y como lo predice la teoría de la relatividad de Einstein, hasta formar los distintos arcos de luz o imágenes deformadas de las galaxias situadas detrás del cúmulo. Créditos: ESA, NASA, ACS Science Team, N. Benítez (JHU), T. Broadhurst (Hebrew Univ.), H. Ford (JHU), M. Clampin (STScI), G. Hartig (STScI), G. Illingworth (UCO, Lick).



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