Un evento superluminoso explicado por un agujero negro en veloz rotación que ha devorado a una estrella

Hasta hace poco, se creía que ASAAAN-15lh, un punto de luz en una galaxia lejana extraordinariamente luminoso, era la supernova más brillante jamás vista. Pero ahora, nuevas observaciones de varios observatorios, incluyendo ESO, han puesto en duda esta clasificación. En su lugar, un grupo de astrónomos propone que la fuente fue un evento más extremo y muy excepcional: un agujero negro en veloz rotación destrozando a una estrella que pasó demasiado cerca.

En el año 2015, el sondeo ASAS-SN (All Sky Automated Survey for SuperNovae, un sondeo automatizado de todo el cielo en busca de supernovas) detectó un evento, bautizado como ASASSN-15lh, que se registró como la supernova más brillante jamás vista. Fue clasificada como supernova superluminosa, la explosión de una estrella extremadamente masiva al final de su vida. Era dos veces más brillante que la anterior poseedora del récord y, en su apogeo, era 20 veces más brillante que la luz total de la Vía Láctea entera.

Un equipo internacional, liderado por Giorgos Leloudas, del Instituto Weizmann de Ciencias (Israel) y el Centro de Cosmología Oscura (Dinamarca), ha llevado a cabo más observaciones de la galaxia lejana en la que tuvo lugar la explosión (situada a unos 4.000 millones años luz de la Tierra) y ha propuesto una nueva explicación para este extraordinario evento.

"Tras el evento observamos la fuente durante 10 meses y hemos llegado a la conclusión de que la explicación no encaja con una supernova extraordinariamente brillante. Nuestros resultados indican que el evento fue causado, probablemente, por un agujero negro supermasivo que gira a mucha velocidad a medida que destruye a una estrella de baja masa", explica Leloudas.

En este escenario, las fuerzas gravitatorias extremas de un agujero negro supermasivo, situado en el centro de la galaxia anfitriona, han desgarrado a una estrella similar a nuestro Sol que se hallaba demasiado cerca (un evento denominado “evento de disrupción de marea” que hasta ahora solo se ha observado unas diez veces). En el proceso, la estrella fue "espaguetificada" y los choques entre los restos y el calor generado por la acreción desencadenaron una explosión de luz. Esto dio al evento la apariencia de una explosión de supernova muy brillante, a pesar de que la estrella no se habría convertido en una supernova por sí misma dado que no tenía suficiente masa.

El equipo basa sus nuevas conclusiones en observaciones llevadas a cabo con una selección de telescopios, tanto en tierra como en el espacio. Entre ellos está el VLT (Very Large Telescope) en el Observatorio Paranal de ESO; el telescopio NTT (New Technology Telescope) en el Observatorio La Silla de ESO; y el Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA. Las observaciones con el NTT se realizaron como parte del sondeo PESSTO de ESO (Public ESO Spectroscopic Survey of Transient Objects, sondeo espectroscópico público de ESO de objetos en tránsito).

"Hay varios aspectos independientes a las observaciones que sugieren que este evento fue, en efecto, una alteración de la marea y no una supernova superluminosa", explica el coautor Morgan Fraser, de la Universidad de Cambridge (Reino Unido), -ahora en la University College de Dublín (Irlanda)-.

En particular, los datos revelaron que el evento pasó por tres fases distintas durante los 10 meses de observaciones de seguimiento. El conjunto total de los datos es más parecido a lo que se espera de una interrupción de marea que a una supernova superluminosa. Además, se ha observado un rebrote de brillo en luz ultravioleta, así como un aumento de temperatura, lo cual reduce la probabilidad de que se trate de una supernova. Por otro lado, el evento ha tenido lugar en un lugar — una galaxia roja, masiva y pasiva— que no es el habitual para estos eventos de explosión de supernova superluminosa, que suelen acontecer en galaxias enanas con formación estelar.

Aunque el equipo afirma que es muy poco probable que sea un evento de supernova, aceptan que un evento clásico de interrupción de marea tampoco es una explicación adecuada. Uno de los miembros del equipo, Nicholas Stone, de la Universidad de Columbia (EE.UU.), explica: "El evento de interrupción de marea que proponemos no puede explicarse con un agujero negro supermasivo que no gire. Nosotros argumentamos que ASASSN-15lh fue un evento de interrupción marea derivado de un tipo muy particular de agujero negro".

La masa de la galaxia anfitriona implica que el agujero negro supermasivo que se encuentra en su centro tiene una masa de, al menos, 100 millones de veces la del Sol. Un agujero negro de esta masa normalmente sería incapaz de interferir en estrellas más allá de su horizonte de sucesos, el límite a partir del cual nada es capaz de escapar de su atracción gravitatoria. Sin embargo, si el agujero negro es de un tipo particular que gira  rápidamente — un supuesto agujero negro de Kerr—, la situación cambia y este límite no se aplica.

"Incluso con todos los datos recogidos no podemos afirmar con un 100% de certeza que el evento ASASSN-15lh fuera un evento de interrupción de marea", concluye Leloudas. "Pero es, de lejos, la explicación más probable".

La materia oscura podría ser más uniforme de lo que se pensaba

Tras analizar los datos de un nuevo e inmenso sondeo de galaxias con el telescopio de rastreo del VLT de ESO, en Chile, los resultados sugieren que la materia oscura puede ser menos densa y estar distribuida de forma más uniforme en el espacio de lo que se pensaba. Un equipo internacional ha utilizado los datos del sondeo KiDS (Kilo Degree Survey) para estudiar cómo la luz de unos quince millones de galaxias distantes se ve afectada por la influencia gravitacional de la materia en las escalas más grandes del universo. Los resultados parecen estar en desacuerdo con los anteriores resultados del satélite Planck.

Hendrik Hildebrandt, del Instituto Argelander de Astronomía, en Bonn (Alemania) y Massimo Viola, del Observatorio de Leiden (Países Bajos) han dirigido a un equipo de astrónomos de instituciones de todo el mundo que han procesado imágenes del sondeo KiDS (Kilo Degree Survey), realizado con el VST (VLT Survey Telescope) de ESO, en Chile. Para su análisis, utilizaron imágenes del sondeo de cinco zonas del cielo que cubrían un área total de alrededor de 2.200 veces el tamaño de la Luna llena y que contiene unos quince millones de galaxias.

Explotando la excelente calidad de imagen de la que disfruta el VST en Paranal, y utilizando innovadores programas informáticos, el equipo fue capaz de llevar a cabo una de las mediciones más precisas jamás realizadas de un efecto conocido como “esquilado cósmico” (en inglés, cosmic shear). Se trata de una variante sutil de la lente gravitacional débil, en la que la luz emitida por galaxias lejanas es ligeramente deformada por el efecto gravitacional de grandes cantidades de materia, tales como cúmulos de galaxias.

En ese “esquilado cósmico”, no son los cúmulos de galaxias, sino las estructuras a gran escala del universo las que deforman la luz, que produce un efecto aún más pequeño. Se necesitan sondeos muy anchos y profundos, como KiDS, para garantizar que la débil señal del “esquilado cósmico” sea lo suficientemente fuerte como para ser medida y los astrónomos puedan utilizarla para mapear la distribución de la materia gravitante. Este estudio se ha hecho con el área total de cielo más grande jamás mapeada con esta técnica.

Curiosamente, los resultados de sus análisis parecen ser incompatibles con las deducciones de los resultados del satélite Planck de la Agencia Espacial Europea, una  misión espacial cuyo objetivo fue estudiar las propiedades fundamentales del universo. En particular, las medidas del equipo de KiDS de cuán grumosa es la materia en todo el universo — un parámetro cosmológico fundamental — es significativamente menor que el valor derivado de los datos de Planck.

Massimo Viola, explica: "este último resultado indica que la materia oscura de la red cósmica, que representa una cuarta parte del contenido del universo, es menos grumosa de lo que previamente creíamos".

La materia oscura sigue siendo esquiva en su detección, su presencia sólo se deduce a partir de sus efectos gravitatorios. Actualmente, este tipo de estudios son la mejor herramienta para determinar la forma, escala y distribución de esta materia invisible.

El resultado sorpresa de este estudio también tiene implicaciones para la comprensión del universo en toda su amplitud y para entender cómo ha evolucionado durante sus casi 14.000 millones de años de historia. Un resultado de este tipo, aparentemente en desacuerdo con los resultados previamente establecidos por Planck, significa que ahora los astrónomos tendrán que reformular su comprensión de algunos aspectos fundamentales del desarrollo del universo.

Para Hendrik Hildebrandt, "nuestros hallazgos ayudarán a refinar nuestros modelos teóricos sobre cómo ha crecido el universo desde sus inicios hasta la actualidad".

El análisis de KiDS de los datos del VST es un paso importante, pero se espera que los futuros telescopios hagan sondeos incluso más amplios y profundos del cielo.

La colíder del estudio, Catherine Heymans, de la Universidad de Edimburgo (Reino Unido), añade: "Desvelar lo que ha ocurrido desde el Big Bang es un reto complejo, pero si seguimos estudiando los cielos distantes podremos construir una imagen de cómo ha evolucionado nuestro universo actual".

“Por el momento, vemos una discrepancia interesante con la cosmología de Planck. Las futuras misiones, como el satélite Euclides y el telescopio LSST (Large Synoptic Survey Telescope), nos permitirán repetir estas mediciones y comprender mejor qué es lo que realmente nos está diciendo el universo”, concluye Konrad Kuijken (Observatorio de Leiden, Países Bajos), investigador principal del sondeo KiDS.

Los pilares de la destrucción

Estas nuevas y espectaculares observaciones de las enormes estructuras en forma de pilares que hay en el interior de la nebulosa de Carina se han obtenido con el instrumento MUSE, instalado en el VLT (Very Large Telescope) de ESO. Los diferentes pilares analizados por un equipo internacional parecen ser los pilares de la destrucción, en contraste con el apodo de los icónicos Pilares de la Creación, en la nebulosa del Águila, de naturaleza similar.

Las torres y pilares que pueden verse en las nuevas imágenes de la nebulosa de Carina son inmensas nubes de polvo y gas dentro de un centro de formación de estrellas que se encuentra, aproximadamente, a 7.500 años luz de distancia. Los pilares de la nebulosa fueron observados por un equipo dirigido por Anna McLeod, estudiante de doctorado en ESO, utilizando el instrumento MUSE, instalado en el Very Large Telescope de ESO.

La característica que hace de MUSE un instrumento tan potente es su capacidad para crear miles de imágenes de la nebulosa a la vez, cada una en una longitud de onda de la luz diferente. Esto permite a los astrónomos trazar las propiedades químicas y físicas del material en diferentes puntos de la nebulosa.

Las imágenes que aparecen aquí se combinaron con otras que muestran estructuras similares: los famosos Pilares de la Creación, en la nebulosa del Águila, y con formaciones en NGC 3603. En total, se han observado diez pilares y, al hacerlo, se ha detectado un vínculo claro entre la radiación emitida por estrellas masivas cercanas y las características de los propios pilares.

En un irónico giro, una de las primeras consecuencias de la formación de una estrella masiva es que comienza a destruir la nube en la que nació. La idea de que las estrellas masivas tienen un efecto considerable en su entorno no es nueva: se sabe que estas estrellas lanzan cantidades enormes de potente radiación ionizante (emisión con la suficiente energía como para arrancar electrones de los átomos). Sin embargo, es muy difícil obtener evidencia observacional de la interacción entre estas estrellas y su entorno.

El equipo analizó el efecto de esta radiación energética en los pilares: un proceso conocido como fotoevaporación, cuando el gas es ionizado y luego se dispersa, alejándose. Observando los resultados de la fotoevaporación — que incluyó la pérdida de masa de los pilares — fueron capaces de descubrir a los culpables. Había una clara correlación entre la cantidad de radiación ionizante emitida por las estrellas cercanas y la disipación de los pilares.

Esto podría parecer una calamidad cósmica, con estrellas masivas destruyendo a sus propios creadores. Sin embargo, aún no se comprende bien la complejidad de los mecanismos de retroalimentación entre las estrellas y los pilares. Estos pilares pueden parecer densos, pero las nubes de polvo y gas que componen las nebulosas son realmente muy difusas. Es posible que la radiación y los vientos estelares de las estrellas masivas en realidad ayuden a crear puntos más densos dentro de los pilares que luego puedan acabar formando estrellas.

Estas impresionantes estructuras celestes tienen mucho más que contarnos, y MUSE es un instrumento ideal con el que poder demostrarlo.

Listos para el Planeta Rojo

La próxima semana, ExoMars de la ESA tendrá una sola oportunidad para ser capturada por la gravedad de Marte. La nave y los controladores de misión que van a realizar la operación están listos para la llegada.

El orbitador de gases traza ExoMars es una misión de varios años para comprender el metano y otros gases en la atmósfera de Marte en niveles bajos, y podría recoger evidencia de posible actividad biológica y geológica.

La nave madre de 3.7 toneladas está llevando el módulo Schiaparelli de 577 kg que probará tecnologías clave en la preparación para la misión de 2020 de la ESA.

El par ha casi completado  su viaje de 496 millones de kilómetros, y ahora se están acercando a una etapa crítica: soltar el módulo terrestre el domingo, y el descenso y aterrizaje el próximo miércoles, al mismo tiempo que la nave principal comienza a orbital el planeta.

"Están ahora en curso de colisión a alta velocidad con Marte,que está bien para el módulo terrestre - se mantendrá en este camino para hacer su descenso controlado," dice el Director de Vuelo Michel Denis en el control de misión en Darmstadt, Alemania.

"No obstante, para poner a la nave madre en órbita, tenemos que hacer un pequeño pero vital ajuste el 17 de Octubre para asegurar que esquive el planeta. Y el 19 de Octubre, debe encender su motor en un tiempo preciso durante 139 minutos para frenar en la órbita. Tenemos solo una oportunidad."

El viejo corazón de la Vía Láctea

Por primera vez, utilizando el telescopio infrarrojo VISTA de ESO, se ha descubierto, en el centro de la Vía Láctea, la presencia de estrellas antiguas de un tipo conocido como RR Lyrae. Las estrellas RR Lyrae normalmente se encuentran en poblaciones estelares antiguas de más de 10.000 millones de años de edad. Su descubrimiento sugiere que el bulbo galáctico de la Vía Láctea probablemente creció a través de la fusión de cúmulos de estrellas primordiales. Estas estrellas pueden ser incluso los restos del cúmulo estelar más viejo y masivo de toda la Vía Láctea, un auténtico superviviente.

Un equipo dirigido por Dante Minniti (Universidad Andrés Bello, Santiago, Chile) y Rodrigo Contreras (Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile) ha utilizado observaciones realizadas con el telescopio de rastreo infrarrojo VISTA que forman parte del sondeo público de ESO Variables en la Vía Láctea (VVV), el cual estudia minuciosamente la parte central de la Vía Láctea. Observando la luz infrarroja (que nos permite ver a través del polvo cósmico, cosa que no ocurre en el rango de la luz visible), y aprovechando las excelentes condiciones del Observatorio Paranal de ESO, el equipo pudo obtener la visión más clara obtenida hasta el momento de esta región. Encontraron una docena de viejas estrellas RR Lyrae en el corazón de la Vía Láctea que no se conocían previamente.

Nuestra Vía Láctea tiene un centro densamente poblado — una característica común en muchas galaxias, pero única en tanto en cuanto está lo suficientemente cerca como para poder estudiarlo en profundidad. Este descubrimiento de estrellas RR Lyrae proporciona una evidencia consistente que ayuda a los astrónomos a decidir entre dos teorías principales sobre cómo se forman los bulbos galácticos.

Las estrellas RR Lyrae suelen encontrarse en densos cúmulos globulares. Son estrellas variables, y el brillo de cada estrella RR Lyrae fluctúa regularmente. Observando la longitud de cada ciclo de aumento y disminución de brillo en una RR Lyrae, y midiendo el brillo de la estrella, los astrónomos pueden calcular su distancia.

Desafortunadamente, estas excelentes indicadoras de distancia suelen permanecer ocultas por el polvo o pierden su protagonismo porque hay estrellas jóvenes cercanas que brillan mucho más. Por lo tanto, localizar estrellas RR Lyrae justo en el superpoblado corazón de la Vía Láctea no fue posible hasta que se llevó a cabo el sondeo público VVV en luz infrarroja. Aun así, el equipo afirmó que la tarea de localizar  estrellas RR Lyrae entre una multitud de las estrellas más brillantes fue "abrumadora".

Sin embargo, su esfuerzo fue recompensado con la identificación de una docena de estrellas RR Lyrae. Su descubrimiento indica que los vestigios de antiguos cúmulos globulares se encuentran dispersos en el centro del bulbo de la Vía Láctea.

Rodrigo Contreras, explica: "Este descubrimiento de estrellas RR Lyrae en el centro de la Vía Láctea tiene importantes implicaciones en la formación de núcleos galácticos. La evidencia apoya el escenario en el que el bulbo se creó a partir de la fusión de unos pocos cúmulos globulares".

La teoría de que los bulbos galácticos se forman a partir de la fusión de cúmulos globulares es refutada por la hipótesis competidora, que plantea que estos bulbos son el fruto de una rápida acumulación de gas. El descubrimiento de estas estrellas RR Lyrae, que casi siempre se encuentran en cúmulos globulares, es una evidencia importante de que el bulbo de la Vía Láctea se formó a través de la fusión. Por extensión, todos los bulbos galácticos similares podrían haberse formado del mismo modo.

Estas estrellas no son solo una prueba para apoyar una importante teoría de la evolución galáctica, sino que también es probable que tengan más de 10.000 millones de años, lo que significa que, pese a ser tenues, son las tenaces supervivientes del que podría ser el cúmulo de estrellas más antiguo y masivo dentro de la Vía Láctea.

Imágenes del descenso final de la nave Rosetta

Una nueva imagen del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko fue tomada por la nave Rosetta de la ESA antes de su impacto controlado en la superficie del cometa el 30 de Septiembre. Confirmación del fin de la misión llegó al Centro de Operaciones Espaciales de ESA en Darmstadt, Alemania con la pérdida de la señal luego del impacto.

El descenso final le dio a Rosetta la oportunidad de estudiar el gas del cometa, el polvo y el plasma del ambiente muy cerca de su superficie, así como de tomar imágenes de alta resolución.

La imagen final fue tomada a una altitud de 66 pies (20 metros) de la superficie del cometa por la cámara OSIRIS de alta amplitud de la nave el 30 de Septiembre. El reporte inicial de 167 pies, o 51 metros, estuvo basado en el tiempo de impacto predicho. Ahora que el tiempo fue confirmado, y siguiendo información adicional y una reconstrucción de tiempo, la distancia estimada fue actualizada. El análisis continúa.

La escala de la imagen es de alrededor de dos décimas de pulgada (5 milímetros) por pixel. La imagen mide cerca de 9 pies (2.4 metros) de ancho.

La decisión de finalizar la misión en la superficies es resultado de Rosetta y la orientación del cometa fuera de la órbita de Júpiter nuevamente. Más allá del Sol de lo que Rosetta jamás viajó, podría haber un poco de energía para operar la nave. Operadores de misión se enfrentaban con un inminente período de largos meses cuando el Sol está cerca de la línea de visión entre la Tierra y Rosetta, significando que las comunicaciones con la nave hubiesen sido cada vez más difíciles.

La misión Rosetta de la Agencia Espacial Europea fue lanzada el 2004 y llegó al cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko el 6 de Agosto de 2014. Es la primera misión en la historia en reunirse con un cometa y escoltarlo mientras orbita el Sol. El 4 de Noviembre de 2014, una nave llamada Philae obtuvo sus primeras imágenes de la superficie del cometa y devolvió importantes datos científicos por varios días.

Las contribuciones de Estados Unidos a la nave Rosetta fueron el instrumento de microondas para el orbitador Rosetta (MIRO); el espectrógrafo Alice; el sensor de  iones y electrones (IES), parte de suite de consorcio de plasma de Rosetta; y el equipo electrónico para el espectrómetro de masa de doble foco (DFMS) para el espectrómetro del orbitador Rosetta para análisis neutral de iones (ROSINA). Estos son una parte del total de 11 instrumentos a bordo de Rosetta.

Los cometas son cápsulas del tiempo que contienen material primitivo que quedó de la época en que el Sol y sus planetas se formaron. Rosetta es la primera nave en observar de forma muy próxima cómo un cometa cambia mientras es sometido a la creciente radiación del Sol. Observaciones ayudarán a que los científicos puedan aprender más acerca del origen y evolución del Sistema Solar y el rol que los cometas puedan haber tenido en la formación de planetas.

Rosetta es una misión de la ESA con contribuciones de sus estados miembros y la NASA. La nave Philae de Rosetta es provisto por un consorcio dirigido por el Centro Aeroespacial Alemán, Colonia, El Max Planck Institute para Investigación del Sistema Solar, Gottingen; la Agencia Espacial Francesa, Paris; y la Agencia Espacial Italiana, Roma. El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA (JPL), Pasadena, California, una división de Caltech, dirige la contribución de Estados Unidos de la misión Rosetta para el Directorio de Misiones Científicas de la NASA en Washington. JPL también construyó MIRO y alberga al principal investigador, Mark Hofstadter. El Instituto de Investigación del Suroeste (San Antonio y Boulder, Colorado, desarrollaron el orbitador de Rosetta IES y los instrumentos Alice, y alberga a sus investigadores principales, James Burch (IES) y Alan Stern (Alice).+

ALMA capta un “caparazón” estelar con una interesante química

Un equipo japonés de astrónomos, utilizando ALMA, ha descubierto una masa densa y caliente de moléculas complejas que envuelve, como si fuera un caparazón, a una estrella recién nacida. Este singular caparazón molecular caliente es el primero de su clase que ha sido detectado fuera de la galaxia Vía Láctea. Tiene una composición molecular muy diferente a la de otros objetos similares de nuestra propia galaxia, una interesante pista que puede indicarnos que la química que tiene lugar en el universo podría ser mucho más diversa de lo esperado.

Un equipo de investigadores japoneses ha utilizado el poder de ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) para observar una estrella masiva conocida como ST11 situada en nuestra vecina galaxia enana, la Gran Nube de Magallanes (LMC, de Large Magellanic Cloud). Se detectó la emisión de una serie de gases moleculares. Los datos indicaban que el equipo había descubierto una región concentrada de gases moleculares relativamente caliente y denso alrededor de la estrella recién encendida ST11. Esto evidenciaba que habían encontrado algo nunca antes visto fuera de la Vía Láctea: un núcleo molecular caliente (hot molecular core en inglés).

Takashi Shimonishi, un astrónomo en la Universidad de Tohoku (Japón) y autor principal del artículo científico, muestra su entusiasmo: "Es la primera detección de un núcleo molecular caliente extragaláctico y demuestra la gran capacidad de los telescopios de nueva generación para el estudio de los fenómenos astroquímicos más allá de la Vía Láctea".

Las observaciones de ALMA revelaron que este núcleo recién descubierto en LMC tiene una composición muy diferente a otros objetos similares encontrados en la Vía Láctea. Las firmas químicas más prominentes en el núcleo de LMC incluyen moléculas como dióxido de azufre, óxido nítrico y formaldehído — junto con el omnipresente polvo cósmico. Pero en el nuevo núcleo molecular caliente detectado tiene abundancias muy bajas de varios compuestos orgánicos, incluyendo metanol (la molécula más simple de alcohol). En cambio, los núcleos estudiados en la Vía Láctea, contienen una amplia variedad de moléculas orgánicas complejas, incluyendo el metanol y el etanol.

Takashi Shimonishi, explica: “Las observaciones sugieren que las composiciones moleculares de los materiales que forman estrellas y planetas son mucho más diversas de lo que esperábamos”.

La Gran Nube de Magallanes tiene una baja abundancia de elementos que no sean hidrógeno o helio. El equipo de investigación sugiere que este entorno galáctico tan diferente ha afectado al proceso de formación de las moléculas que tiene lugar alrededor de la estrella recién nacida ST11. Esto podría explicar las diferencias observadas en las composiciones químicas.

Aún no queda claro si las moléculas grandes y complejas detectadas en la Vía Láctea existen en núcleos moleculares calientes en otras galaxias. Las moléculas orgánicas complejas son de especial interés, ya que algunas están relacionadas con las moléculas prebióticas formadas en el espacio. Este objeto recién descubierto en una de nuestras vecinas galácticas más cercanas es excelente para ayudar a los astrónomos a abordar este tema. Además, se plantea otra pregunta: ¿cómo podría afectar la diversidad química de las galaxias en el desarrollo de vida extragaláctica?