La llamada “escalera” de distancias (en inglés Distance Ladder) es una técnica usada en cosmología, para el conocimiento de las distancias a los diferentes objetos. Por ejemplo, basándonos en el paralaje calculamos la magnitud absoluta, la magnitud absoluta es usada como base para el estudio de las distancias a las supernovas de tipo Ia,… Un problema importante que se presenta son los errores sistemáticos. Cuando una de las técnicas de la “escalera” contiene un error este es acarreado a técnicas sucesivas, o sea, basadas en dicha técnica. Por ejemplo, si el paralaje contiene errores entonces
causaría errores en las sucesivas técnicas: el error en el paralaje es propagado a todas las técnicas derivadas del mismo.
Las técnicas que constituyen la “escalera” de distancias son (El panorama actual de la cosmología contempla más técnicas, pero estas son las principales):
Paralaje: para determinar distancias a estrellas cercanas.
Variables Cefeidas: para determinar distancias a dentro de nuestra galaxia y galaxias cercanas.
Supernovas tipo Ia: para distancias a galaxias y cúmulos de galaxias.
Tipo galáctico: para distancias a los cúmulos de galaxias más cercanos.
Desplazamiento al rojo: para distancias dentro del Universo observable.
Crédito: NASA, ESA, the Hubble Heritage Team (STScI/AURA) y R. Khan (GSFC and ORAU)

Eta Carinae, el más luminoso y masivo sistema estelar en 10.000 años luz, es mejor conocido por una enorme erupción observada a mediados del siglo 19 y que liberó al espacio al menos 10 veces la masa del Sol. Este velo de polvo y gas, el cual aún rodea Eta Carinae, lo convierte en el único objeto de este tipo conocido en nuestra galaxia. Ahora, un estudio que ha usado datos archivados de los telescopios espaciales Spitzer y Hubble ha encontrado por primera vez cinco objetos con propiedades similares en otras galaxias.
Según el investigador líder, Rubab Khan (investigador postdoctoral en el Goddard Space Flight Center de la NASA), “Las estrellas más masivas son siempre raras, pero tienen un tremendo impacto en la evolución química y física de la galaxias donde se encuentran”. Estas estrellas producen y distribuyen grandes cantidades de elementos químicos fundamentales para la vida, explotando como supernovas.

Situada a unos 7.500 años luz de distancia en la constelación de Carina, Eta Carinae brilla 5 millones de veces más que nuestro Sol. El sistema binario consiste en dos estrellas masivas vinculadas en una órbita de 5,5 años. Los astrónomos estimas que la estrella más masiva tiene 90 veces la masa del Sol, mientras que la compañera más pequeña podría supera las 30 masas solares.

Crédito: NASA, ESA y R. Khan (GSFC and ORAU)

Como uno de los laboratorios más cercanos para el estudio de estrellas de gran masa, Eta Carinae es algo único desde su erupción en la década de 1840. Para comprender el motivo de la erupción y como se relaciona con la evolución de estrellas masivas, los astrónomos necesitas ejemplos adicionales. Observar estas raras estrellas durante grandes erupciones es difícil, y hasta el estudio de Khan, no se conocía ningún otro ejemplo.
Trabajando con Scott Adams y Christopher Kochanek, Khan desarrolló una especie de “huella” en el óptico e infrarrojo para identificar posibles “gemelos” de Eta Carinae, o “Eta twins” para abreviar.
El polvo reduce la luz que recibimos de la estrella en ultravioleta y visible, pero absorve y reemite esta energía en forma de calor a longitudes de onda del infrarrojo medio. Taly como explica Khan “Con Spitzer pueden ver un incremento en el brillo en los 3 micrómetros, y un pico entre los 8 y 24 micrómetros. Comparando esta misión con la observada en el visible con Hubble, podemos determinar cuánto polvo está presente y compararlo con la cantidad observada alrededor de Eta Carinae”.
Un estudio inicial en siete galaxias entre 2012 y 2014 no mostró ningún “gemelo”, confirmando su rareza. Sin embargo se identificó estrellas menos luminosas y masivas con interés científico, demostrando que la búsqueda fue lo suficientemente sensible como para encontrar sistemas similares a Eta Carinae.
En el siguiente estudio, en 2015, el equipo localizó dos candidatos en la galaxia M83, situada a 15 millones de años luz, y otras tres en NGC 6946, M101 y M51, situadas entre 18 y 26 millones de años luz. Estos cinco objetos copian las propiedades en el visible e infrarrojo de Eta Carinae, indicando que cada uno probablemente contienen una estrella de gran masa rodeada con entre 5 a 10 masas solares de polvo y gas. Un nuevo estudio permitirá a los astrónomos determinar con mayor precisión sus propiedades físicas. Los descubrimientos fueron publicados el 20 de diciembre en Astrophysical Journal Letters.
El James Webb Space Telescope, que será lanzado para finales de 2018, irá equipado con un instrumento ideal para nuevos estudios de este tipo de sistemas. El Mid-Infrared Instrument (MIRI) tiene 10 veces más resolución angular que los existentes en el Spitzer y es más sensible a longitudes de onda donde los “gemelos” de Eta Carinae brillan más. Se podrán usar las observaciones con el Webb para confirmar si realmente estos “gemelos” son el mismo tipo de objeto que Eta Carinae.

Crédito: NASA/HST

El telescopio espacial Hubble (NASA/ESA) ha observado una supernova predicha por un equipo de investigadores. A pesar del titular y por ser concreto realmente no se ha predicho que una explosión supernova como tal ocurriese, sino más bien que observaríamos dicha explosión, la cual, ya había sido observada anteriormente. ¿Y cómo es posible?
Visualmente la supernova, conocida como Refsdal, está situada detrás de un cúmulo de galaxias conocido como MACS J1149.5+2223 situado a 5.000 millones de años luz de la Tierra. Debido a la gran gravedad ejercida por el cúmulo, la luz de la supernova, que está 4.300 millones de años luz más lejos de nosotros, es desviada. Esto se conoce como lente gravitatoria.

Esta desviación forma diferentes caminos para luz, y por lo tanto cada camino puede tener diferente longitud, y causar diferencias temporales en la llegada a nuestro planeta. La primera observación de la explosión supernova fue detectada hace una década. El pasado mes de abril cuatro nuevas imágenes de la explosión aparecieron, formando lo que se conoce como una Cruz de Einstein.
El equipo de investigadores usando modelos teóricos de cúmulos de galaxias pronosticó una posible sexta aparición. Y así fue. El pasado 11 de diciembre de 2015 el Hubble fotografió la nueva imagen de la supernova.
Este logro es de gran importancia pues permite calibrar la validez de los modelos cosmológicos existentes. 
Se puede ampliar información el artículo “Hubble captures first-ever predicted exploding star” de John Gideon Hartnett.

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New detailed observations done with VLT telescope of VY Canis Majoris, an hipergiant star, show huge quantities of dust around the object. This new discovery could be key in our understanding of supernovae. The article is written in Spanish]

Crédito: ESO

Un equipo de astrónomos usando el Very Large Telescope (VLT) del ESO ha capturado las imágenes más detalladas jamás obtenidas de la estrella hipergigante VY Canis Majoris. Estas observaciones muestran como grandes e inesperadas cantidades de partículas de polvo que rodean la estrella permiten la pérdida de grandes cantidades adicionales a medida que comienza a morir. Este proceso, comprendido ahora por primera vez, es necesario para preparar a estas gigantes estrellas cara a su final como supernovas.
VY Canis Majoris es una estrella roja hipergigante, una de las mayores estrellas conocidas hoy en día en la Vía Láctea. Tiene entre 30 y 40 veces más de masa que el sol y 300.000 veces más luminosa. En su estado actual, la estrella podría llegar hasta la órbita de Júpiter [si la pusiésemos en la posición del Sol], habiéndose extendido de manera notable a medida que entra en las últimas etapas de su vida.

Las nuevas observaciones de la estrella han usado el instrumento SPHERE instalado en el VLT. El sistema de óptica adaptiva de este instrumento corrige las imágenes con mayor precisión que sistemas de óptica adaptiva anteriores. Esto permite ver detalles muy cercanos a fuentes muy brillantes con mucho detalle. SPHERE ha mostrado como la brillante luz de VY Canis Majoris estaba ocultando las nubes de material que la rodeaban.
Y usando el modo ZIMPOl del SPHERE, el equipo no solo ha podido analizar en detalle esta nube de gas y polvo alrededor de la estrella, además ha podido ver como la luz de la estrella era dispersada y polarizada por el material que la rodea. Estas medidas han sido clave para descubrir las esquivas propiedades del polvo.
Un análisis cuidadoso de la polarización ha mostrado que estos granos de polvo son partículas comparativamente grandes, de 0,5 micrómetros, los cuales pueden parecer pequeños, pero granos de este tamaño son cerca de 50 veces mayores que el polvo que habitualmente se encuentra en el espacio interestelar.
A través de sus explosiones, las estrellas masivas expulsan grandes cantidades de material -cada año, VY Canis Majores expulsa desde su superficie el equivalente a 30 veces la masa de la Tierra en forma de polvo y gas-. Esta nube de material es expulsada antes de que la estrella explote, y en dicho momento parte del polvo es destruido, y el resto queda en el espacio interestelar. Estos materiales son los usados, junto con elementos más pesados y creados durante la explosión supernova, en la siguiente generación de estrellas, y el cual constituirá el material para la formación de planetas.
Hasta ahora, permanecía el misterio de cómo el material de las capas atmosféricas superiores de estas gigantes estrellas es expulsado al espacio antes de la explosión. El mecanismo más probable siempre se pensó que era la presión de la radiación, la fuerza que la luz estelar ejerce. Como esta presión es débil, el proceso requiere grandes partículas de polvo, para asegurar la suficiente área y tener un efecto significativo.
Según Peter Scicluna, del Academia Sinica Institute for Astronomy and Astrophysics (Taiwan) y autor líder del estudio, “Las estrellas masivas tienen vidas cortas. Cuando están llegando al final de sus días, pierden una gran cantidad de masa. En el pasado, únicamente podíamos teorizar sobre qué estaba ocurriendo. Pero ahora, con los nuevos datos de SPHERE, hemos encontrado grandes granos de polvo alrededor de esta hipergigante. Son lo suficientemente grandes para ser alejados por la intensa presión de radiación de la estrella, lo cual explica la rápida pérdida de masa”.
Los grandes granos de polvo observados están tan cercanos a la estrella que la nube puede dispersar la luz visible de la estrella y ser alejados por la radiación de presión. Debido al tamaño de los granos de polvo, éstos también tienen más probabilidad de sobrevivir a la radiación producida por VY Canis Majoris en su inevitable y dramática explosión como supernova. Este polvo contribuirá al medio interestelar cercano, alimentando futuras generaciones de estrellas y la formación de nuevos planetas.
Fuente de la noticia: “Aging Star’s Weight Loss Secret Revealed“, ESO

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Crédito: ESA

Esta nueva imagen del observatorio de rayos-X XMM-Newton (ESA) de remanentes de estrellas muertas y su posible acción en el gas circundantes revela algunos de los más intensos procesos que tienen lugar en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea.
Las brillantes fuentes puntuales que aparecen a lo largo de la imagen marcan sistemas estelares binarios en la cuales una de sus estrellas ha alcanzado el final de su vida, evolucionando hacia un objeto denso y compacto -una estrella de neutrones o un agujero negro-. Debido a sus altas densidades, estos remanentes compactos devoran la masa de su estrella compañera, calentando el material y haciendo que brillen de manera notable en rayos-X.

La región central de nuestra galaxia también contiene estrellas jóvenes y cúmulos estelares, y algunos de ellos son visibles como fuentes blancas o rojas esparcidas a lo largo de la imagen, que cubre mil años luz.
La mayoría de los eventos están ocurriendo en el centro, donde nubes difusas de gas están siento traspasadas por potentes vientos creados en estrellas jóvenes y en supernovas, la explosiva muerte de las estrellas masivas.
El agujero negro supermasivo existente en el centro de la Galaxia es también responsable de algunos de estos eventos. Conocido como Sagittarius A*, este agujero negro tiene una masa millones de veces la del Sol, y está situado en la a la derecha del centro de la imagen.

Crédito: ESA

Mientras los agujeros negros por si mismos no emiten luz, su intenso tirón gravitacional desgarra el material que le rodea, el cual durante el proceso emite luz en muchas longitudes de onda y notablemente en rayos-X. Además, dos lóbulos de gas caliente pueden ser observados extendiéndose por encima y debajo del agujero negro.
Los astrónomos creen que estos lóbulos son causados directamente por el agujero negro, el cual expulsa parte del material que fluye hacia él, o por un efecto acumulativo de numerosos vientos estelares y explosiones supernova que ocurren en un ambiente tan denso.
Esta imagen nos muestra una vista sin precedentes del energético núcleo de la Vía Láctea, y que se usa en un nuevo estudio que recoge todas las observaciones realizadas con XMM-Newton de la región, añadiendo un mes y medio de estudio en total.
La gran estructura elíptica debajo a la derecha de Sagittarius A* es una enorme burbuja de gas caliente, probablemente alimentada por los remanentes de varias supernovas en su centro. Mientras esta estructura ya era conocida por los astrónomos, este estudio confirma por primera vez que consiste en una única y enorme burbuja, en lugar de una superposición de varios remanentes de supernovas a lo largo de nuestra línea de visión.
Otra gran bolsa de gas caliente, denominada como la ‘Arc Bubble’ (Burbuja Arco) debido a su forma, puede ser vista cerca del centro de la imagen, a la izquierda del agujero negro supermasivo. Está expandiéndose por potentes vientos estelares causados por las estrellas de un cúmulo estelar cercano, a la vez que por supernovas; el remanente de una de estas explosiones fue detectado en el núcleo de la burbuja.
El magnífico conjunto de datos recogidos en este estudio incluyen observaciones que se extienden en el rango completo de energías en rayos-X cubierto por XMM-Newton; incluyendo algunas energías correspondientes a luz emitida por elementos pesados silicio, azufre y argón, los cuales son creados principalmente por explosiones supernova. Combinando esta información adicional presente en el estudio, los astrónomos han obtenido otra vista del centro galáctico, la cual revela unos hermosos lóbulos y burbujas descritos anteriormente.
Además, esta vista alternativa muestra también la emisión de plasma templado en las partes superiores e inferiores de la imagen. Este plasma puede ser un efecto macroscópico colectivo fluyendo hacia fuera de la zona de formación estelar.
Otro de las posibles explicaciones de tal emisión la vincula con el pasado turbulento del ahora no tan activo agujero negro supermasivo. Los astrónomos creen que en los comienzos de nuestra galaxia, Sagittarius A* acretaba y emitía masa a un ritmo mucho mayor, como los agujeros negros encontrados en el centro de muchas galaxias, y estas nubes difusas de plasma templado podría ser el legado de su actividad pasada.
Fuente de la noticia: ESA

Crédito: NASA, ESA y P.Jeffries/A.Feild (STScI)

Para Foley “Con un solo agujero negro, ocasionalmente una estrella puede acercarse mucho y tener una interacción lo suficientemente fuerte. Con dos agujeros negros, hay dos grupos de estrellas que se aproximan de uno al otro agujero negro. Esto incrementa dramáticamente la probabilidad de que una estrella sea eyectada”. Mientras que el agujero negro del centro de la vía Láctea puede eyectar una estrella por siglo, los agujeros negros supermasivos binarios podrían eyectar hasta 100 estrellas al año.
Después de ser expulsadas de la galaxia, las estrellas binarias adquieren una órbita más cercana a medida que sus órbitas continúan acelerándose con el paso del tiempo. En los sistemas estelares binarios que dan lugar a supernovas es probable que sean -ambas estrellas- enanas blancas, las cuales están a final de sus vidas. Puntualmente, una enana blanca se acerca lo suficiente como para que sea desgarrada por las fuerzas de marea. El material de la estrella es rápidamente capturado por la otra estrella, que gana masa hasta que explota como supernova.

El tiempo necesario para que una de estas estrellas expulsadas explote es relativamente corto, sobre 50 millones de años. Normalmente, estos tipos de estrellas binarias necesitan mucho tiempo para fusionarse, probablemente tanto como la edad de Universo, que es superior a los 13.000 millones de años. Como explicó Foley “la interacción con agujeros negros acorta esta fusión”.
Mientras los científicos piensan que han encontrado las causas de estas peculiares supernovas, algunos misterios continúan sin explicación, como por ejemplo el motivo por el que son inusualmente débiles. Estas supernovas producen más de cinco veces el calcio que se observa en otras explosiones estelares. Normalmente estas explosiones supernova tienen suficiente energía para crear elementos más pesados, tales como el hierro y el níquel, a expensas de producir menor cantidad de calcio. Sin embargo, para estas explosiones atípicas, parece que la cadena de fusión se detiene a medio camino, dejando gran cantidad de calcio y poco hierro.
Para Foley “todo apunta a un explosión débil. Sabemos que estas explosiones tienen menor energía cinética y menor luminosidad que las supernovas típicas. También parece expulsar menor masa, mientras que las explosiones más energéticas suele desmembrar la estrella”. Los resultados aparecieron publicados el 14 de agosto en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Fuente de la noticia: NASA

Crédito: NASA, ESA y R.Foley (University of Illinois)

Los científicos han estado fascinados por una serie de estrellas explosivas inusuales. Un nuevo análisis de 13 supernovas -incluyendo datos procedentes del Telescopio Espacial Hubble- está ayudando a los astrónomos a explicar cómo algunas estrellas jóvenes explotan antes de lo esperado y son expulsadas hacia un lugar solitario lejos de sus galaxias.
Es un misterio complicado que empezó en el año 2000 cuando la primera supernova de este tipo fue descubierta (de acuerdo con el líder del estudio, Ryan Foley, de la Universidad de Illinois), y que envuelve a sistemas estelares dobles, galaxias que se fusionan y agujeros negros gemelos. Según señaló “Esta historia ha dado muchos giros y vueltas, y fue sorprendente cada paso del camino. Sabemos que estas estrellas están lejos del punto donde explotaron como supernovas y queremos encontrar cómo llegaron hasta sus posiciones actuales”.

Foley piensa que estas estrellas han migrado de algún modo hasta sus posiciones finales. Para probar esta idea, ha estudiado datos del Observatorio Lick (California) y de los telescopios Subaru y W.M.Keck, ambos en Hawaii, para determinar cómo de rápido pueden viajar las estrellas. Para su sorpresa, descubrió que viajaban a más de 7 millones de kilómetros por hora.
Entonces el astrónomo puso su atención en datar la edad de las galaxias en la región de estas supernovas. Estudiando el archivo de imágenes del Hubble confirmó que muchas son galaxias elípticas que se fusionaron y mezclaron con otras galaxias. Otras observaciones aportaron evidencias circunstanciales para estos encuentros, mostrando que los núcleos de muchas de estas galaxias tienen agujeros negros supermasivos alimentados por el proceso de fusión. Muchas de las galaxias también residen en entornos densos en el corazón de cúmulos de galaxias, un área donde son más probables estos encuentros. Una de las evidencias son las estructuras de polvo extendiéndose a lo largo de los centros de varias de ellas.
Tal y como razono Foley, la localización de las supernovas en relación con las galaxias indica que las estrellas debían ser viejas. Y si las estrellas eran viejas, entonces deberían tener compañeras que aportasen material suficiente para iniciar el proceso de explosión supernova.
¿Cómo puede un sistema estelar doble escapas los límites de una galaxia?
La hipótesis de Foley es que un par de agujeros negros supermasivos de las galaxias que han se han fusionado pueden aportar un pulso gravitacional que lance el sistema binario al espacio intergaláctico. Las observaciones del Hubble muestran que casi toda galaxia tiene un agujero negro masivo en su centro. De acuerdo con el escenario de Foley, tras fusionarse dos galaxias, sus agujeros negros migran al centro de la nueva galaxia creada, cada uno arrastrando un conjunto de estrellas. A medida que los agujeros negros giran uno alrededor del otro, acercándose cada vez más, uno de los sistemas binarios de uno de los agujeros negros se puede aproximar al otro. Muchas de estas estrellas serán lanzadas lejos, y orbitarán más cerca que antes del encuentro.
Fuente de la noticia: NASA

Crédito: NASA/ESA/en.wikipedia.org

Astrónomos liderados por Sayan Chakraborh y Alicia Soderberg (CfA), usando el Very Large Array (VLA) del National Science Foundation han encontrado un posible vínculo entre los GRBs (Gamma Ray Bursts) y las explosiones supernova. El estudio se basa en la explosión supernova SN 2012ap, durante la cual el núcleo de la estrella colapsó sobre si mismo, causando la poderosa explosión. En dicha explosión han detectado características muy similares a las observadas en los GRBs. El artículo se ha publicado en Astrophysical Journal.
Tras una explosión supernova queda una estrella de neutrones o un agujero negro. Las capas externas son expulsadas en forma de burbuja esférica que se expande, no produciendo rayos gamma. Sin embargo, en algunos casos (como en el de SN 2012ap) el material cae sobre la estrella de neutrones o agujero negro formado, creando un disco de breve vida, pero que genera jets de material en sus polos y emitidos a velocidades próximas a la de la luz. En estos casos se emitirían rayos gamma. 

Una de las mejores herramientas para medir las distancias en el Universo son las supernovas de tipo Ia. Estas ocurren tras alcanzar las estrellas una masa concreta, la cual es idéntica en todas las explosiones. Es por ello que la luminosidad emitida es la misma, pudiendo establecer una relación de proporcionalidad entre el brillo máximo que podemos observar durante la explosión supernova y la distancia a la que se encuentra de nosotros. Sin embargo es sabido que sin embargo, el proceso no es del todo uniforme, pudiendo introducir cierto error en los cálculos.
Ahora un equipo de astrónomos liderados por Patrick Kelly (Universidad de California, EEUU) ha publicado un nuevo estudio en Science (27 de marzo). Según el nuevo estudio, realizado en longitudes de onda del ultravioleta con el telescopio GALEX (GALaxy Evolution eXplorer. La misión finalizó en 2013) de la NASA ha encontrado una subpoblación estelar dentro de las explosiones supernova de tipo Ia que podría ser más fiable. Se trataría de aquellas explosiones de estrellas enanas blancas jóvenes y muy calientes. En el mismo estudio se apunta a que usando este tipo de población se podría llegar a medir distancias de hasta 6.000 millones de años luz.
Se puede ampliar información en el artículo “Astronomers identify the best supernovae for measuring cosmic distances” de Phys.org.
Crédito: ESO

Un estudio realizado por diversos investigadores y liderados por Miguel Santander García (Observatorio Astronómico Nacional, ING, España) nos descubre que dentro de 700 millones de años podremos observar una explosión supernova en la constelación del Águila. El origen serán dos estrellas masivas que orbitan una alrededor de la otra en una nebulosa planetaria conocida como Henize 2-428. Se estima que a la distancia a la que se encuentran las estrellas la explosión alcanzará una magnitud aparente de -5 a -6 (más brillante que Venus).
Ambas estrellas orbitan una alrededor de otra en un periodo de 4,2 horas, y la separación entre ambas se irá reduciendo progresivamente hasta que se junten y mezclen en una única estrella. Cada estrella tiene actualmente una masa ligeramente inferior a la del Sol, y en conjunto, una vez mezcladas tendrán una masa conjunta de 1,8 masas solares. En este momento la mezcla será lo suficientemente masiva como para superar el conocido límite de Chandrasekhar y colapsará sobre si misma, causando una explosión supernova de tipo Ia.

Para las observaciones se ha empleado el telescopio VLT del ESO (Chile) con el espectroscopio FORS2 y el telescopio GTC de Canarias con el instrumento OSIRIS. El artículo ha sido publicado en Nature.
Se puede ampliar información en el artículo “Stellar partnership doomed to end in catastrophe” de ESO.