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El experimento BASE registra la medida más precisa del momento magnético del antiprotón, superando el anterior récord establecido hace unos meses.


Un equipo de investigadores del CERN ha logrado determinar la medida más precisa del momento magnético del antiprotón, superando incluso la estimación realizada para la materia. Los resultados conseguidos por el experimento BASE han sido publicados en la revista Nature, mejorando por un factor de 350 la precisión de la medida lograda el pasado mes de enero. El CERN ha batido su propio récord en la medición del momento magnético del antiprotón, superando el registro obtenido en enero

"Es probablemente la primera vez que los físicos realizan una medida más precisa para la antimateria que para la materia, lo que prueba los extraordinarios avances conseguidos por el desacelerador de antiprotones del CERN", asegura Christian Smorra, primer firmante del trabajo publicado en Nature. Sus conclusiones, a juicio de Stefan Ulmer, portavoz de la colaboración BASE, suponen "la culminación de varios años de investigación continua". Se trata, además, de "una de las medidas más difíciles nunca logradas en una trampa de Penning", ha explicado el científico en un comunicado difundido por el CERN.

La trampa de Penning es un sistema que permite atrapar la antimateria cargada eléctricamente con el objetivo de estudiarla, una finalidad para la que debe mantenerse separada de la materia. En caso contrario, los antiprotones se destruirían. Los resultados obtenidos son consistentes con los momentos magnéticos del protón y del antiprotón siendo similares, con la incertidumbre experimental de que la nueva medición sobre la antimateria es significativamente más pequeña que la de los protones. 

 
Crédito: CERN

El análisis sobre las propiedades de la materia y la antimateria es fundamental para comprender por qué existe un desequilibrio tan importante en las proporciones de ambas en el universo. Entre las características que podemos estimar de estas partículas destaca el momento magnético, una propiedad que determina el comportamiento de una partícula, en este caso un antiprotón, dentro de un campo magnético. Podremos entender por qué existe un desequilibrio entre materia y antimateria en el universo

Las diferentes partículas presentan comportamientos magnéticos diferentes, pero se cree que el valor del momento magnético de protones y antiprotones solo se distinguiría por el signo. Cualquier diferencia en su magnitud pondría en tela de juicio el Modelo Estándar de la Física de partículas. Conocer mejor las propiedades de la materia y de la antimateria nos permitirá en el futuro comprender uno de los misterios más importantes de la ciencia: el porqué de la asimetría entre materia y antimateria en el universo.



hipertextual



A 4.500 millones de kilómetros de la Tierra, la noche del 5 de octubre se apagó una estrella en el cielo. Tritón, la mayor de la lunas de Neptuno, pasó por delante de la estrella UCAC4 410-143659, ocultándola brevemente. Es bastante infrecuente que durante este “paseo cósmico” en torno al Sol, los planetas y satélites se crucen con un estrella en nuestra línea de visión, pero telescopios de los Observatorios de Canarias, entre otros, fueron capaces de apuntar al cielo en ese preciso momento que duró 145 segundos.

Su ocultación se observó con diversos telescopios distribuidos por todo el globo, incluyendo al telescopio SOFIA, instalado a bordo de un avión 747 de la NASA. Desde el Observatorio del Teide (Izaña, Tenerife) se utilizó el telescopio Carlos Sánchez, y desde el Observatorio del Roque de Los Muchachos (Garafía, La Palma), el Telescopio Óptico Nórdico (NOT), el Telescopio Jacobus Kapteyn (JKT), el Telescopio Nacional Galileo (TNG), el Telescopio Isaac Newton, del Grupo de Telescopios ING, y el Gran Telescopio CANARIAS (GTC). Los datos recopilados servirán para estudiar la atmósfera de Tritón mediante la luz que la atravesó al pasar por delante de la estrella.

El equipo de lucky imaging y óptica adaptativa del IAC observó con el instrumento FastCam instalado en el NOT, único por su muy alta resolución espacial –finura de detalles en objetos muy poco separados en una imagen- y temporal –rapidez con la que las toma- en el rango visible. Utilizando las 87.000 imágenes de tan sólo 60 ms, se realizó un vídeo de la ocultación en el que se observa a la izquierda Neptuno y a la derecha la estrella como el punto más brillante y Tritón como el más débil.



IAC


Nuevas pruebas obtenidas por un investigador de la Universidad de Michigan, apoyan la existencia de un planeta que podría ser parte de nuestro sistema solar, más allá de Neptuno.

Algunos astrónomos piensan que este presunto planeta, llamado Planeta Nueve, existe debido a la forma en que algunos objetos en el espacio, llamados "Objetos Trans-Neptunianos" o TNO, se comportan. Estos TNO son objetos rocosos más pequeños que Plutón que orbitan alrededor del Sol a una mayor distancia promedio que Neptuno.

Algunos astrónomos piensan que este presunto planeta, llamado Planeta Nueve, existe debido a la forma en que algunos objetos en el espacio, llamados "Objetos Trans-Neptunianos" o TNO, se comportan. Estos TNO son objetos rocosos más pequeños que Plutón que orbitan alrededor del Sol a una mayor distancia promedio que Neptuno.

Pero las órbitas de los más distantes de estos TNO, aquellos cuya distancia media desde el Sol es más de 250 veces más lejos que la distancia de la Tierra, parecen apuntar en la misma dirección. Esta observación llevó primero a los astrónomos a predecir la existencia del Planeta Nueve.

Para que estos TNO estén alineados en las órbitas que actualmente ocupan debido a la influencia de Planet Nueve, dicen los astrónomos, habrían estado en el sistema solar durante más de mil millones de años. Sin embargo, algunos astrónomos piensan que en ese tiempo, algunos de estos objetos deberían haberse estrellado en otro planeta, arrojados al Sol o rebotados en el espacio por la fuerza gravitacional de otros planetas.

La nueva investigación, dirigida por Juliette Becker, una estudiante graduada en el Departamento de Astronomía, consistió en un gran conjunto de simulaciones por computadora, que descubrió dos hallazgos acerca de estos TNO. Primero, los investigadores establecieron una versión de Planeta Nueve que probablemente causaría que nuestro sistema solar se vea como actualmente, al evitar que los TNO sean destruidos o expulsados del sistema solar. Segundo, las simulaciones predicen que hay un proceso que ellos llaman "salto de resonancia" por el cual un TNO salta entre órbitas estables. Este proceso puede evitar que los TNO sean expulsados del sistema solar.

En cada simulación individual, los investigadores probaron diferentes versiones de Planeta Nueve para ver si esa versión del planeta, con sus fuerzas gravitacionales, daba como resultado la misma versión del sistema solar que vemos hoy.

"A partir de ese conjunto de simulaciones, descubrimos que existen versiones preferidas de Planet Nueve que hacen que el TNO permanezca estable por más tiempo, por lo que básicamente aumenta la probabilidad de que nuestro sistema solar exista como es", dijo Becker en un comunicado. "A través de estas simulaciones por computadora, pudimos determinar qué realización del Planeta Nueve crea nuestro sistema solar, y toda la advertencia aquí es si el Planeta Nueve es real".

El grupo también examinó la resonancia de estos TNO con el Planeta Nueve. Una resonancia orbital ocurre cuando los objetos en un sistema ejercen periódicamente fuerzas gravitacionales entre sí que hacen que los objetos se alineen en un patrón.

En este caso, los investigadores descubrieron que, ocasionalmente, Neptuno sacará un TNO de su resonancia orbital, pero en vez de enviar ese TNO al sol, enviarlo fuera del sistema solar o hacia otro planeta, algo atrapa ese TNO y lo confina en una resonancia diferente

"El objetivo final sería ver directamente al Planeta Nueve: tomar un telescopio, apuntarlo al cielo y ver la luz reflejada del Sol que rebota en el Planeta Nueve", dijo Becker. "Dado que aún no hemos podido encontrarlo, a pesar de que mucha gente busca, estamos atrapados con este tipo de métodos indirectos".

Los astrónomos también tienen otro TNO recién descubierto para incluir en sus métodos indirectos de detección del Planeta Nueve. La colaboración de Dark Energy Survey, un gran grupo de científicos que incluye a varios científicos de la UM, ha descubierto otro TNO que tiene una alta inclinación orbital en comparación con el plano del sistema solar: está inclinado unos 54 grados con respecto al plano del sistema solar.

En un análisis de este nuevo objeto, Becker y su equipo descubrieron que este objeto también experimenta saltos de resonancia en presencia del Planeta Nueve, lo que demuestra que este fenómeno se extiende a órbitas aún más inusuales.


europapress
    
Los resultados de esta investigación, publicados en Astrophysical Journal Letters y en la que ha participado el IAC, sugieren un origen extragaláctico y contribuirán a entender cómo evolucionan las estrellas y cómo se forman los elementos químicos en su interior




En Ciencia, la casualidad es fuente de sorprendentes descubrimientos. Abre los ojos a lo desconocido. Incluso, a veces, cambia el rumbo de una investigación, de una teoría o de un paradigma por completo, lo que ha sucedido en este descubrimiento. Mientras buscaban reliquias fósiles de la Vía Láctea temprana, un equipo científico tropezó con un hallazgo inesperado: una nueva familia de estrellas gigantes con una composición química inusual según los modelos de nucleosíntesis (procesos de fusión nuclear en el interior de las estrellas donde se originan nuevos elementos químicos). Estas estrellas no sólo son diferentes a las de la Vía Láctea por su composición química, sino también por sus propiedades orbitales, lo que sugiere un posible origen extragaláctico. Los detalles del descubrimiento, en el que han participado investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), se publicaron recientemente en la revista especializada The Astrophysical Journal Letters.

“Es un hecho extremadamente interesante porque solo los cúmulos globulares fuera de nuestra galaxia contienen estrellas con patrones químicos notablemente similares a la población estelar descubierta, lo que sugiere una posible relación”, apunta Olga Zamora, astrónoma de soporte de los Observatorios de Canarias e investigadora postdoctoral del IAC que ha liderado la investigación, junto con J. G. Fernández-Trincado, investigador de la Universidad de Concepción (Chile).

El equipo usó datos de la segunda fase de Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment (APOGEE-2), habitualmente utilizado para mapear los elementos químicos en las estrellas de la Vía Láctea (carbono, nitrógeno, oxígeno, aluminio y magnesio, entre otros), y que ha observado unas 150.000 estrellas gigantes en la banda H mediante el espectrógrafo de alta resolución APOGEE, accediendo a las regiones oscurecidas por el polvo en el rango visible. Tras procesar los datos, hallaron una población estelar químicamente atípica en comparación con las estrellas de nuestra galaxia o incluso de cualquier cúmulo globular galáctico –agrupamiento de estrellas- conocido.

Las estrellas gigantes en cuestión son muy pobres en magnesio, algo inesperado teniendo en cuenta sus altos niveles de otros elementos como nitrógeno, aluminio y hierro. “Podrían proceder de cúmulos globulares que se disociaron en el pasado y cuya distribución de elementos no se observa en ningún cúmulo globular galáctico con propiedades químicas parecidas”, explica el investigador del IAC y uno de los autores del artículo, Aníbal García-Hernández.

“Estas estrellas pueden haber nacido en un cúmulo globular con una historia de formación distinta y después haberse desligado de él. Si se han formado a partir de un gas previamente contaminado por una combinación específica de estrellas masivas –unas 30 masas solares- y estrellas menos masivas –4 a 8 masas solares-, se podría explicar su química excepcional”, añade la investigadora postdoctoral del IAC y coautora del trabajo, Flavia Dell’Agli.

Estas estrellas anómalas son candidatas ideales de fósiles vivientes de los primeros días de la Vía Láctea o incluso las reliquias fósiles de cúmulos globulares extragalácticos separados por las fuerzas de marea –la atracción gravitatoria- de la Vía Láctea.

Ahora el equipo tiene pensado emplear este hallazgo para comprender mejor los procesos de nucleosíntesis y evolución estelar, así como para buscar más estrellas gigantes con composiciones químicas atípicas, un paso fundamental para mejorar nuestro conocimiento acerca de la formación y evolución de nuestra galaxia.



IAC
La colisión de dos estrellas de neutrones lanzó grandes cantidades de los elementos más pesados, como el oro, el platino y el uranio. El choque produjo tanto oro como la masa de la Tierra



Quizás no lo sepa, pero es posible que lleve en el dedo o en la muñeca el resultado de uno de los eventos cósmicos más violentos y espectaculares que existen. Un impresionante plantel de científicos anunciaba este lunes que, por primera vez, se ha logrado observar con telescopios y escuchar con ondas gravitacionales el mismo fenómeno cósmico, la fusión de dos estrellas de neutrones en una galaxia a 130 millones de años luz. La detección inaugura una nueva era en la Astronomía , pero además viene acompañada de una serie de descubrimientos científicos. Y uno de ellos es el misterioso origen del oro.

La colisión de esas dos estrellas de neutrones, que formó una kilonova, ha resultado ser la fuente de grandes cantidades de los elementos más pesados del Universo, como el oro, el platino y el uranio. El choque produjo tanto oro como la masa de la Tierra y desvelando por fin el misterio de su formación.

Estas dos estrellas de neutrones eran muy densas, tan pesadas como nuestro Sol pero con solo 10 kilómetros de diámetro, y chocaron entre sí hace 130 millones de años, cuando los dinosaurios deambulaban por la Tierra, en una galaxia relativamente antigua que ya no formaba muchas estrellas. Los dos astros se fueron acercando el uno al otro a lo largo de millones de años luz, y giraron alrededor cada vez más rápido a medida que se acercaban, incluso hasta quinientas veces por segundo.

Esta fusión envió unas ondas a través de la trama del espacio y el tiempo, las llamadas ondas gravitacionales, que el observatorio LIGO detectó el pasado 17 de agosto, junto con una ráfaga de rayos gamma de corta duración detectada dos segundos después por el satélite Fermi. La noche siguiente, telescopios de todo el mundo apuntaban al lugar del espacio de donde provenían las señales y uno de ellos, el maravilloso Hubble, fue el primero en observar la kilonova en una galaxia llamada NGC 4993, a 130 millones de años luz de distancia.

Cenizas de una estrella

«Las exquisitas observaciones obtenidas en pocos días mostraron que estábamos observando un kilonova, un objeto cuya luz es alimentada por reacciones nucleares extremas. Esto nos dice que los elementos pesados, como el oro o el platino utilizados en joyería, son las cenizas forjadas a mil millones de grados en una estrella de neutrones que se fusiona», explica Joe Lyman, del Observatorio Europeo Austral (ESO), quien fue el primero el alertar a la comunidad científica de que tenía la imagen de algo increíble.

Como explica Samantha Oates, de la británica Universidad de Warwick, que también participó en el hallazgo, «este descubrimiento ha respondido a tres preguntas que han desconcertado a los astrónomos durante décadas: ¿qué sucede cuando se fusionan las estrellas de neutrones? ¿Qué causa los estallidos de rayos gamma de corta duración? ¿Dónde se forman los elementos pesados como el oro? En el plazo de una semana, los tres misterios fueron resueltos».



ABC



El catálogo único de más de 21.000 imágenes capturadas por la cámara web de Mars Express está demostrando su valía como instrumento científico, al proporcionar un estudio global de nubes a una altitud inusualmente elevada en el Planeta Rojo.

Esta cámara de baja resolución inicialmente se instaló en la sonda para confirmar visualmente la separación del módulo de aterrizaje Beagle-2 en 2003. En 2007, volvió a conectarse con fines principalmente de participación, educación y ciencia ciudadana, publicando imágenes automáticamente en una página dedicada de Flickr, en ocasiones con un retardo de tan solo 75 minutos desde su captura en Marte.

El año pasado, con un nuevo software, la cámara pasó a convertirse en un instrumento científico de apoyo. Ahora se ha publicado un primer trabajo sobre las nubes separadas a elevada altitud y tormentas de polvo sobre el borde —o ʻlimboʼ— del planeta.


Estructuras nubosas sobre Marte

Aunque estas nubes sobre el limbo podrían fotografiarse con otros instrumentos o con la propia nave, ese no es necesariamente su principal objetivo, ya que normalmente miran directamente a la superficie con un campo de visión estrecho que cubre una porción pequeña del planeta para estudiarla a fondo. Por el contrario, la cámara web suele ofrecer una vista de la totalidad del limbo.

“Por este motivo, las observaciones del limbo no suelen ser numerosas y, por eso, nuestras imágenes son valiosas, al ayudarnos a comprender mejor los fenómenos atmosféricos”, explica Agustín Sánchez-Lavega, autor principal del estudio de la Universidad de País Vasco en Bilbao (España).

“Al combinarlas con modelos y otros juegos de datos hemos podido obtener datos más precisos para comprender el transporte atmosférico y las variaciones estacionales, que contribuyen a la generación de formaciones nubosas a elevada altitud”.

Para el estudio se examinaron unas 21 000 fotografías tomadas entre 2007 y 2016, de las cuales se identificaron 300.

En el caso de 18 eventos, se obtuvieron múltiples imágenes separadas entre sí por pocos minutos mientras rotaban hacia el campo de visión, ofreciendo así documentación visual de los fenómenos desde distintas perspectivas.

En general, las formaciones de nubes captadas por la cámara presentan altitudes máximas de entre 50 y 80 km por encima del planeta y se extienden horizontalmente desde unos 400 km hasta 1.500 km.

Para entender la naturaleza de las nubes —por ejemplo, si estaban compuestas principalmente por partículas de hielo o polvo― el equipo comparó las imágenes con las predicciones de las propiedades atmosféricas detalladas en la Mars Climate Database. Esta base de datos emplea información de temperatura y presión para indicar si podrían formarse nubes de agua o dióxido de carbono en ese momento y a esa altitud.

El equipo también examinó el informe meteorológico generado a partir de imágenes de la sonda Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA y, en determinados casos, observaciones adicionales obtenidas con otros sensores de Mars Express.

De los 18 eventos estudiados al detalle, se concluyó que la mayoría eran nubes de hielo de agua y uno fue atribuido a una tormenta de polvo.

Las altas nubes de hielo de agua parecían depender de la posición del sol: están presentes al alba y a primera hora de la tarde, cuando las temperaturas son más bajas, lo que permite que el hielo de agua se condense. Más tarde, a medida que aumenta la luz solar, el hielo se evapora y las nubes se disipan.

La variabilidad de la temperatura y el contenido en vapor de agua según la estación, así como las dinámicas atmosféricas, también podrían influir en las características visibles de las nubes.


Nubes de polvo sobre Marte.

Un evento se atribuyó a una tormenta de polvo local en el hemisferio norte, que también se capturó en imágenes tomadas mientras Mars Reconnaissance Orbiter apuntaba a la superficie. La tormenta evolucionó rápidamente y adoptó una forma de arco con un frente de unos 1.950 km en el extremo exterior y de 730 km en el interior, y con un diámetro de entre 60 y 130 km. Las observaciones del limbo realizadas por la cámara web indicaron unos 65 km de altitud.

“Su monitorización a largo plazo nos ha permitido detectar y medir el alcance del polvo y las nubes sobre el limbo del planeta, y cambios en el estudio con una elevada cadencia de captura de imágenes”, señala Dmitri Titov, científico del proyecto Mars Express de la ESA.

“Seguiremos manteniendo la base de datos con observaciones sistemáticas de la cámara web para ofrecer amplias vistas de fenómenos atmosféricos”.


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Nubes difusas, cargadas de agua, cielo brumoso y brisa ligera. Esa podría haber sido la previsión meteorológica de Tharsis, una región volcánica de Marte, para el día 22 de noviembre de 2016, cuando el Satélite para el estudio de Gases Traza (TGO) de ExoMars tomó esta fotografía.

En la imagen, las nubes, probablemente de hielo de agua, y la bruma se han coloreado en azul y blanco.

Por debajo, a 630 km al oeste del volcán Arsia Mons, el situado más al sur de Tharsis, destacan en la superficie los contornos de antiguos ríos de lava. Los rastros oscuros se deben a la acción del viento sobre las arenas basálticas, mientras que las manchas más rojizas se deben a polvo empujado por el viento. También pueden apreciarse varios pequeños cráteres de impacto.

El TGO, fruto de la colaboración entre la ESA y Roscosmos, llegó al Planeta Rojo el año pasado. Desde el mes de marzo ha ido entrando y saliendo de la atmósfera marciana, generando una mínima resistencia que lo llevará a una órbita casi circular a 400 km de altitud. Se espera que a principios de 2018 comience su fase operativa científica plena.

Antes de esta fase de ‘aerofrenado’ se llevaron a cabo varios periodos de prueba en los que se comprobaron en órbita los cuatro conjuntos de instrumentos científicos y se perfeccionaron las técnicas de calibración y procesamiento de datos.

La imagen en falso color que aquí vemos se ha compuesto a partir de varias tomadas con el Sistema de Fotografiado de la Superficie en Color y en Estéreo (CaSSIS) en los canales de infrarrojo cercano, rojo y azul.

La imagen está centrada a 8,5° S / 131° O y abarca unos 58 km de diámetro. Su resolución topográfica es de 20,35 m/píxel. En el momento en que se tomó la fotografía, la altitud era de 1.791 km, con una velocidad de trayectoria de 1,953 km/s.



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Unos astrónomos han identificado un cometa especial a 2.400 millones de kilómetros del Sol. Ningún otro cometa en trayectoria de aproximación a nuestra estrella había sido visto desde una distancia tan grande.


La ilustración muestra la órbita del cometa K2 en su actual viaje por el sistema solar. Se muestran también en el diagrama las órbitas de los planetas gigantes, desde Júpiter a Neptuno. El objeto más lejano desde el Sol mostrado en la ilustración es el planeta enano Plutón. (Foto: NASA, ESA y A. Field/STSc)
C/2017 K2 (PANSTARRS), conocido simplemente como K2, se halla en la actualidad más allá de la órbita de Saturno, y ha estado viajando durante millones de años desde su hogar en las heladas zonas exteriores del sistema solar, donde la temperatura es aproximadamente de 262 grados centígrados bajo cero. Fue fotografiado por el telescopio espacial Hubble de la NASA, y ha sido objeto de observaciones minuciosas por el equipo de David Jewitt, de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) de Estados Unidos.

La órbita de K2 indica que procede de la nube de Oort, una región esférica muy grande alrededor del Sol y los planetas y otros astros conocidos de nuestro sistema solar. Se cree que esta nube contiene cientos de miles de millones de cometas.

Calentado ligeramente por el remoto Sol, K2 ha empezado a desarrollar una nube de polvo difusa de unos 128.000 kilómetros de diámetro, la así llamada coma, que envuelve a un diminuto núcleo sólido de gas y polvo congelados. Las nuevas observaciones revelan las señales de actividad más tempranas vistas hasta ahora en un cometa entrando por primera vez en la zona planetaria de nuestro sistema solar.

El cometa se está calentando más y más a medida que se aproxima al Sol. Dado que K2 se halla todavía muy lejos de la estrella y está tan frío, el hielo de agua en él es duro como una roca, y por eso parece evidente que la actividad descrita (toda la materia difusa que le otorga el aspecto típico de un cometa) no está producida por la evaporación del hielo de agua, como ocurre en otros cometas.

Las observaciones hechas con el telescopio espacial Hubble de la coma de K2 sugieren que la luz solar está calentando los gases volátiles congelados (como oxígeno, nitrógeno, dióxido de carbono y monóxido de carbono) que recubren la superficie gélida del cometa; y que la formación de la coma se debe a la emanación de esos gases volátiles desde la superficie, liberando con ello cantidades significativas de polvo.

El cometa efectuará su máxima aproximación al Sol en 2022, cuando pase justo más allá de la órbita de Marte.


NCYT

En agosto de 2017, los detectores LIGO-Virgo registraron unas ondas gravitacionales muy diferentes a las que los científicos estaban acostumbrados: iban acompañadas por luz. Apoyados por más de setenta observatorios terrestres y espaciales, los investigadores acaban de revelar que las señales procedían de la fusión de dos estrellas de neutrones, la primera detectada en la historia.




Como si de una operación militar se tratase, un ejército formado por más de 3.500 científicos de todo el mundo, apoyados por tierra y aire por decenas de telescopios, ha cumplido con una misión: averiguar de dónde procedían las extrañas ondas gravitacionales registradas el pasado 17 de agosto por los dos detectores LIGO, en EE UU. La respuesta ha sido espectacular: son fruto del choque entre dos estrellas de neutrones, las más pequeñas y densas conocidas. Es la primera vez en la historia que se detecta este fenómeno.

Esta imagen de una visualización animada muestra la fusión de dos estrellas de neutrones en órbita. A la derecha, una visualización de la materia de las estrellas de neutrones. A la izquierda se muestra cómo se distorsiona el espacio-tiempo cerca de las colisiones. / Karan Jani, Georgia Tech.

“Tenemos la sensación de que estamos abriendo una nueva era de descubrimientos del universo”, ha asegurado el español Xavier Barcons, director general del Observatorio Europeo Austral (ESO), en teleconferencia desde Chile durante el anuncio de este hito en la sede central en Garching, (Alemania).

Las ondas gravitacionales –perturbaciones en el espacio-tiempo predichas por Einstein– ya se habían detectado antes en cuatro fusiones de agujeros negros. Pero nada más ver la nueva señal –llamada GW170817–, los científicos se dieron cuenta de que respondía a un evento muy distinto: una emisión de radiación electromagnética la acompañaba. No podía tratarse de otra colisión de agujeros negros, que no emiten luz. El origen de esta nueva onda era un misterio.

“Es el nacimiento de un nuevo y poderoso campo, la astronomía multimensajero”, dice a Sinc el Nobel de Física Barry C. Barish

Tras semanas de duro trabajo y en medio de un secretismo digno de una agencia de espionaje, la operación científica ha dado sus frutos. El cataclismo de las estrellas de neutrones se asoció a una espectacular erupción de rayos gamma en una galaxia situada a 130 millones de años luz, llamada NGC 4993.

“Esta observación representa el nacimiento de un nuevo y poderoso campo que llamamos astronomía multimensajero”, declara a Sinc por email Barry C. Barish, pionero en la caza de estas ondas y uno de los tres premios Nobel de Física en 2017. Como explica a este medio Rainer Weiss, otro de los laureados, “el hallazgo de la fusión de estrellas de neutrones mediante ondas gravitacionales, junto con la medida de la radiación gamma con el satélite Fermi, unidos a las observaciones con telescopios electromagnéticos, forman un bello ejemplo de la ciencia que podemos hacer con esta astronomía multimensajero”.

Uno de los muchos científicos españoles que ha participado en el descubrimiento, José Antonio Font, lo califica como “histórico”. Las intensas jornadas de trabajo estos dos meses le han impedido tomarse un solo día libre. “He tenido que dejar mi vida aparcada un poco, pero merece la pena”, bromea a Sinc el investigador principal del Grupo Virgo de la Universidad de Valencia.

Desde el Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA (EEUU), Eleonora Troja no esperaba detectar algo así tan pronto –la colaboración científica LIGO lleva funcionando apenas dos años desde su última renovación–. “Ni en mis mejores sueños pensé que íbamos a obtener estos resultados en el primer intento”.

Muy diferente a los agujeros negros

Los datos registrados por LIGO revelaban que los objetos que han generado esta nueva señal no eran tan grandes como los agujeros y su masa oscilaba entre 1,1 y 1,6 veces la del Sol, medidas que concordaban con las de las estrellas de neutrones. Estos objetos, que se forman con la explosión de supernovas, tienen unos 20 kilómetros de diámetro. Además, la señal duró más tiempo que la registrada en eventos anteriores (unos 100 segundos).

“Es la señal más fuerte que se ha detectado de ondas gravitacionales hasta ahora”, resalta Sascha Husa, miembro del Grupo de Relatividad y Gravitación de la Universitat de les Illes Ballears que forma parte de LIGO.

Desde Italia, la colaboración científica Virgo cogió el testigo de LIGO y precisó más la posición de la colisión con su otro detector: la señal procedía de una región relativamente pequeña del cielo del hemisferio sur.

“Casualmente, esta señal estaba en uno de los puntos casi ciegos de Virgo y por eso no lo pudo visualizar tan claramente, aunque eso ayudó de manera indirecta a la localización, puesto que indicaba que estaba justo en ese punto ciego”, comenta Font, que también dirige el departamento de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de Valencia.
Captado desde el aire

En paralelo, el telescopio espacial de rayos gamma Fermi, que lleva casi diez años orbitando la Tierra en busca de fenómenos astrofísicos como este, advirtió la presencia de rayos gamma, llegados dos segundos después de la detección de las ondas gravitacionales.

Con los datos de LIGO y Virgo, el telescopio precisó aún más la ubicación de la colisión y, acto seguido, todo el mundo se puso manos a la obra para localizar la señal. En total, setenta observatorios terrestres y espaciales –algunos de ellos españoles– fueron capaces de observar el evento en sus diferentes longitudes de onda, un nuevo punto de luz similar al de una estrella. La NASA, la Agencia Espacial Europea y el Observatorio Europeo Austral son tres de los organismos que han participado en el descubrimiento.

Setenta observatorios terrestres y espaciales se unieron para observar el evento en distintas longitudes de onda

“Con el instrumento DECam del telescopio Víctor Blanco de Chile descubrimos una contraparte óptica y también hubo una explosión de rayos gamma. Toda esta luz indica con mucha seguridad que deben ser estrellas de neutrones y no agujeros negros”, apunta a Sinc Daniel Holz, investigador del departamento de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de Chicago (EEUU).

Como en las detecciones anteriores, la confidencialidad y la coordinación entre los equipos de tantos países ha sido fundamental, algo que no es fácil; LIGO lo forman unas 1.200 personas, a las que se suman otras 1.300 de diferentes instituciones que han colaborado en el hallazgo.

“Es el espíritu de la colaboración. Todo el mundo suma, se siente partícipe de algo, algo grande que marca la historia”, indica Alicia M. Sintes, investigadora principal de la colaboración LIGO en la Universitat de les Illes Balears.

Lo más luminoso tras el Big Bang

Las observaciones revelaron que las ondas gravitacionales fueron producidas por dos estrellas de neutrones en órbita espiral. Las estrellas de masa media que mueren como supernovas originan este tipo de objetos tremendamente densos. Solo una cucharadita de su material equivale a una masa de unos mil millones de toneladas.

“Las estrellas que son más pequeñas se convierten en enanas blancas y las más pesadas, en agujeros negros”, explica Christoph Adami, profesor de Física y Astronomía de la Universidad Estatal de Michigan (EEUU).

Hace unos 130 millones de años, ambas estrellas se encontraban en sus últimas órbitas espirales, separadas unos 300 kilómetros. A medida que giraban más rápido y se iban acercando más, se deformaron y distorsionaron el espacio-tiempo de alrededor, emitiendo energía en forma de ondas gravitacionales antes de chocar entre sí.
“Todo el mundo suma, se siente partícipe de algo grande que marca la historia”, indica Alicia M. Sintes, investigadora de LIGO

“Eso da lugar a los fuegos artificiales más espectaculares que te puedas imaginar”, describe Gonzalo J. Olmo, investigador del Instituto de Física Corpuscular y del departamento de Física Teórica de la Universidad de Valencia.

En el momento de la colisión, la mayor parte de las dos estrellas de neutrones se fusionaron en un objeto muy denso y a la vez emitieron una especie de bola de fuego de rayos gamma. “Después del Big Bang, no hay nada tan luminoso como estas erupciones”, detalla Font.

Por primera vez, los investigadores han detectado una kilonova, el proceso en el que el material que queda tras la colisión es expulsado hacia afuera. Las observaciones ópticas muestran que elementos pesados como el plomo y el oro se crean en estas colisiones y se distribuyen por todo el universo.

“La detección de la emisión de kilonova abre una vía para comprender el enriquecimiento químico cósmico fruto de los elementos pesados y también para conocer las fases finales de la evolución estelar”, subraya Elena Pian, investigadora del Instituto Nacional de Astrofísica de Bolonia (Italia), que ha participado en el hallazgo.
La era de los multimensajeros

La detección simultánea de las diferentes señales que nos han llegado de la colisión, tanto las ondas gravitacionales como las electromagnéticas –lo que los físicos llaman mensajeros–, inaugura una nueva era en la astrofísica. Así lo expresa Stefano Covino, que también ha colaborado en el descubrimiento. “Se abre un abanico nuevo de posibilidades para que los investigadores de hoy estudien el universo”, sostiene este investigador del Instituto Nacional de Astrofísica de Merate (Italia).



VÍDEO: En paralelo, las señales que llegaron a LIGO y al telescopio espacial Fermi.

Los únicos mensajeros que no se han conseguido detectar han sido los escurridizos neutrinos, que se cree que podrían formarse en fusiones de este tipo. Sin embargo, los diferentes aparatos que los buscan desde la Tierra no han encontrado ninguna señal asociada a la colisión registrada hace dos meses.
“Se va a convertir en el evento astronómico que más estudios tenga en la historia de la astrofísica”, pronostica Font

“Los detectores de neutrinos no son como telescopios que puedes apuntar en una determinada dirección”, matiza Roberto Emparan, investigador del Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona y profesor de investigación ICREA.

Lo que sí han podido registrar es la constante de Hubble, una medida sobre la velocidad a la que se expande el universo muy útil para la cosmología. Este y otros hallazgos se publicarán desde hoy en Nature, Physical Review Letters y en una larga lista de publicaciones. “Probablemente se va a convertir en el evento astronómico que más estudios tenga en la historia de la astrofísica”, pronostica Font. “Nos va a dar trabajo muchísimos años”, añade.

Tanta información con una sola colisión ha sido una sorpresa para los miles de investigadores que participan en el proyecto. Con un único evento han sido capaces de contrastar teorías que otras generaciones de astrofísicos formularon cuando ellos eran niños.

“El sueño de cualquier científico es resolver al menos un gran misterio en el transcurso de su carrera, ¡pero imagina solucionar tres o cuatro en un par de semanas! Nadie podría haberlo esperado”, exclama Troja.

El descubrimiento del año

Expertos que no han participado en el hallazgo coinciden en su importancia. “Observar este tipo de eventos permitirá explorar física más allá de lo que soñaríamos hacer en el laboratorio”, afirma Olmo. Aunque para Emparan no está al mismo nivel que la primera detección de ondas gravitacionales, destaca que será el primero de una serie de descubrimientos.

“Nos van a permitir entender mucho mejor qué son las estrellas de neutrones, dónde se forman los elementos pesados y muchas cosas más”, enumera el físico, que pone un símil cinematográfico. Si con las ondas gravitacionales solo escuchábamos la banda sonora de una película, con las detecciones de ondas electromagnéticas podemos ver las escenas, “en tecnicolor y sonido Dolbi”, compara.

Para Adami probablemente estemos ante “el descubrimiento del año”. En su opinión, descubrir nuevas fusiones de estrellas de neutrones nos ayudará a medir la velocidad a la que se expande el universo con una precisión mayor, lo que servirá para comprender mejor la naturaleza del Big Bang. “Es como si nos hubieran entregado un microscopio cuando antes solo podíamos ver a simple vista. El objeto que estamos viendo es el universo entero”, mantiene.



SINC

El Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) ha participado en la detección de la contrapartida óptica, infrarroja y de rayos X de la fuente de ondas gravitacionales GW170817 (la fusión de estrellas de neutrones), resultados que se publican en las revistas Nature y Astrophysical Journal. Es la primera vez que se detecta la contrapartida electromagnética de un evento de ondas gravitacionales, lo que se ha anunciado esta mañana en ruedas de prensa organizadas por los grupos de investigación involucrados, entre ellos los de la Universidad de las Illes Balears y de la Universidad de Valencia, junto con una gran parte de la comunidad astrofísica y de astropartículas en España.




El 17 de agosto de 2017, el Advanced LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) y el interferómetro Advanced Virgo detectaron, de forma conjunta GW170817, una señal de ondas gravitacionales procedente de la fusión de dos estrellas de neutrones que habría ocurrido a una distancia de 40 Mpc (unos 130 millones de años luz).

La señal fue localizada en una región del Hemisferio Sur que se estableció inicialmente con una incertidumbre de alrededor de 31 grados cuadrados de cielo. Independientemente, el telescopio espacial Fermi, con el instrumento GBM (Gamma-ray Burst Monitor), detectó un estallido de rayos gamma con menos de 2 segundos de diferencia temporal con la fusión gravitacional. El seguimiento óptico realizado con varios telescopios condujo a la detección de una fuente en erupción en la línea de visión de la galaxia NGC 4993, que se encuentra a una distancia coincidente con la de la fuente de ondas gravitacionales.

“La naturaleza ha vuelto a ser muy generosa con nosotros al situar este evento excepcional a una distancia notablemente cercana a la Tierra, justo antes de que acabase este segundo periodo de observación de LIGO-Virgo avanzado y en el momento en que había tres detectores de la red en operación permitiendo localizar la fuente de forma precisa”, comenta Alicia Sintes, investigadora principal de la Colaboración Científica LIGO en la Universidad de les Illes Balears.

La fuente en erupción evolucionó de una forma bastante inusual, diferente a lo esperado para una supernova, una nova o un estallido convencional de rayos gamma. Por ello ha sido clasificada como una "kilonova" (mil veces más brillante que una nova), que en el visible alcanzó suficiente brillo como para poder ser identificada pocas horas después de la detección de LIGO/Virgo con telescopios en las Campanas (Chile) e, independientemente, con el telescopio robótico de la red MASTER en Argentina. El IAC, que colabora en el proyecto MASTER, ha participado en la obtención de algunas de las primeras medidas que identificaron la fuente eruptiva en el visible y ha contribuido a medir su evolución temporal.

La existencia de ondas gravitacionales fue una predicción directa de la teoría de la Relatividad General de Albert Einstein. Con el actual descubrimiento, sería la primera vez que se consigue detectar una contrapartida en todo el espectro electromagnético de una fuente de ondas gravitacionales y establecer la galaxia en la que se encuentra. La publicación en Astrophysical Journal involucra a más de mil científicos, entre ellos los investigadores del IAC Josefa Becerra, Miquel Serra-Ricart y Rafael Rebolo.

En otros de los trabajos asociados, liderado por la astrofísica Eleonora Troja, del Centro de Vuelo Espacial Goddard, de la NASA, y en el que también ha participado Josefa Becerra, se incluyeron datos en rayos X con los telescopios espaciales Chandra y Hubble, en el visible e infrarrojo con el telescopio Gemini de Chile, en el visible con la red coreana KMTNet y en radio con el radiotelescopio australiano ATCA.

“Mientras que las detecciones en el visible y en el infrarrojo tuvieron lugar pocas horas después a la detección de la onda gravitacional, la emisión en rayos X no se detectó durante las primeras observaciones que se llevaron a cabo. En nuestro artículo se presenta la primera detección de rayos X, que se produjo 9 días después de la detección de la onda gravitacional”, explica Josefa Becerra, investigadora del IAC en el marco del programa Severo Ochoa. “Hemos detectado –añade- una evolución en óptico e infrarrojo diferente a la que se produce en rayos X y en radio que puede explicarse por la coexistencia de la kilonova y un estallido de rayos gamma (GRB) junto con la detección de la onda gravitacional.”

“En el futuro -concluye esta astrofísica- también contaremos con la red de telescopios Cherenkov (CTA) en el Observatorio del Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma), que nos permitirá llevar a cabo este tipo de estudio en rayos gamma de muy alta energía, la radiación más energética conocida, y con una sensibilidad sin precedentes.”

“La histórica detección de la primera señal gravitacional de la colisión de dos estrellas de neutrones, junto con la correspondiente emisión electromagnética, marca –subraya José Antonio Font, investigador principal de la Colaboración Virgo en la Universidad de Valencia- el inicio de una nueva era de descubrimientos que promete ofrecer respuestas a preguntas fundamentales en astrofísica relativista, cosmología, física nuclear, o la naturaleza de la gravitación. Es revolucionario.”

“La contrapartida óptica de esta fusión de estrellas de neutrones –señala Rafael Rebolo, director del IAC- alcanzó tal brillo que pequeños telescopios de apertura de 30 cm pudieron detectarla, lo que abre el campo incluso a observatorios no profesionales. Este no es un fenómeno infrecuente según los modelos teóricos de sistemas binarios, así que se puede esperar que se produzcan más detecciones en un futuro cercano y que se establezcan mejor los procesos físicos involucrados. El IAC y los Observatorios de Canarias están comprometidos con este tipo de investigación, participando en redes de telescopios robóticos como MASTER, que permiten el seguimiento rápido de este tipo de eventos, así como apoyando con el resto de instrumentación científica disponible en nuestros Observatorios.”



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