Alpha Magnetic Spectrometer

Ya está puesto en órbita el Alpha Magnetic Spectrometer. Un gigantesco detector de rayos cósmicos (8500 kilos y 64 metros cúbicos) instalado en la estación espacial internacional ISS, construido y operado por un equipo internacional de expertos. Con el estudio de rayos cósmicos se esperan avances y descubrimientos relativos a la antimateria, la materia oscura, entre otros.

AMS-02 en la bodega del Endeavour - Foto: NASA

Ensamblaje del AMS-02 - Foto: NASA

El AMS tuvo una historia bastante accidentada hasta su puesta en órbita. A pesar de su coste, de 2,000 millones de dólares, y 16 años de desarrollo, hubo un riesgo importante de que se quedara juntando polvo en algún galpón, debido al plan de retirada de órbita de los transbordadores espaciales. De hecho la misión STS-134, la última del Endeavour, fue casi agregada ex-profeso al plan de misiones remanentes para garantizar que no se echara a perder esa inversión y la oportunidad que representa.

Instalación del AMS-02 en la ISS mediante brazo robótico - Fotgramas: NASA TV

Diversos componentes permitirán la clasificación de partículas según su masa y su energía.

En su núcleo, un imán permanente de 0.15 Tesla hecho de una aleación de neodimio-hierro-boro deflecta las partículas en una dirección u otra según su carga. Reemplazó al diseño original, un imán superconductor que aunque hubiera sido más potente, hubiera tenido la desventaja de una menor vida útil.

El imán permanente del AMS - Fuente: AMS

El Transition radiation detector (TRD) permitirá distinguir particulas de masa en reposo pequeña de las de gran masa mediante detección de rayos emitidos por las primeras al atravesar las fibras que componen el detector.

Principio de funcionamiento del TRD - Fuente: AMS

El Time of flight system mide la velocidad y carga de una partícula al registrar mediante destellos entre sus dos capas el paso de las rápidas partículas. Actúa de cronómetro, con precisión de décimas de nanosegundo. Esto permite detectar las velocidades relativistas que normalmente tienen los rayos cósmicos. En este caso, hasta un 98% de la velocidad de la luz.

Las dos capas del time of flight system - Fuente: AMS

El Silicon tracker ayuda a medir el momento de las partículas. Son capas que registran con precisión de 10µm la trayectoria que siguen al ser desviadas por el imán permanente. Esto permite calcular la rigidez, definida como el cociente del momento y la carga (R= p/Z). Las partículas más energéticas son más rígidas que las de baja energía - son desviadas con más facilidad por el imán.

Detalle de los detectores de silicio - Fuente: AMS Génova

El Ring imaging Cherenkov detector (RICH), puede estimar la velocidad de las partículas con gran precisión (0.1%). Se basa en la medición del cono de luz emitido cuando una partícula que se mueve a velocidades relativistas atraviesa un medio en el cual la luz tiene una velocidad inferior a la de la partícula (efecto Cherenkov).

 

Componentes del detector de Cherenkov - Fuente: AMS

El Electromagnetic CALorimeter (ECAL) es un gran bloque de plomo equipado con instrumentos. Las particulas incidentes interactúan con el denso material provocando una lluvia de partículas de menor energía. La forma de esta lluvia de partículas identifica el tipo de partícula y su energía total.

Lluvia de partículas originada por la interacción con el ECAL - Fuente: AMS

El Anti-Coincidence Counter (ACC) actúa como filtro, descartando 80% de las partículas que atraviesan el AMS, reservando aquellos eventos útiles. Esto se debe a que los rayos cósmicos vienen de todas direcciones; en cambio el poder del AMS es máximo para partículas que lo atraviesan de extremo a extremo. Las que no puedan ser bien analizadas son descartadas.

El anti-coincidence counter actúa como filtro - Fuente: AMS

El objetivo más excitante del AMS es indagar en lo desconocido, buscar fenómenos que ocurren en la naturaleza que ni siquiera nos hemos imaginado aún y para cuyo descubrimiento no contábamos con herramientas apropiadas

Dr Samuel Ting - premio Nobel y líder del proyecto

Wonders of the Universe - Stardust (II)

Wonders of the Universe
Presentado por Prof. Brian Cox
BBC
[2011]




El segundo de los episodios se intitula Stardust, y explica cómo se forman los elementos de la tabla periódica a través del proceso de fusión en núcleos de estrellas; también explica las huellas químicas que dejan en la luz, lo que nos permite deducir la composición de objetos lejanos.

Fotogramas: BBC

Los hindúes creen en la reencarnación, una eterna secuencia de muerte y renacimiento. La incineración ayuda a liberar el alma, para que esté preparada para la próxima vida. También creen que los elementos físicos del cuerpo son liberados de vuelta al mundo, para que puedan ser reciclados en la nueva etapa de creación. Es una creencia antigua que roza una verdad más profunda sobre cómo funciona el Universo.

Los Himalayas no siempre fueron montañas. Podemos encontrar pistas de su verdadero origen mirándolas más detenidamente. (...)las conchas, de criaturas marinas muertas,coral y pólipos, y cuando murieron, quedaron apretujados bajo enormes presiones formando al final la caliza. Así que los Himalayas fueron una vez criaturas vivas.

Cada átomo de mi cuerpo fue una vez parte de otra cosa, ya fuese de un antiguo árbol, o de un dinosaurio, o de una roca, de hecho, indudablemente, de una roca. Y el motivo de que las rocas terrestres puedan convertirse en seres humanos y los seres humanos convertirse en rocas terrestres es porque todo está hecho de los mismos ingredientes básicos. Esos ingredientes son los elementos químicos, los ladrillos de todo lo que hay en la Tierra.

Sabemos que la Tierra está hecha de 92 elementos químicos y eso es bastante impresionante, si pensáis en la complejidad de las cosas que vemos a nuestro alrededor. También sabemos que todo lo que está más allá de la Tierra, todo lo que podemos ver en el Universo, está hecho de esos mismos 92 elementos.

Parece imposible que podamos descubrir de qué están hechas las estrellas, por la enorme distancia a la que están. (...)
Nuestro único contacto con las estrellas distantes es su luz, que ha viajado a través del Universo para alcanzarnos, y codificada en esa luz está la clave para entender de qué está hecho el Universo. Y todo eso depende de una particular propiedad de los elementos químicos. Mirad, cuando calentáis los elementos, cuando los quemáis, emiten luz y cada uno de esos elementos emiten su particular patrón de colores.

Esto es un espectro de la luz tomado de nuestro sol (...) si miráis más detenidamente, veréis que este espectro está cubierto de líneas negras. Se les llama líneas de absorción.
Cada elemento del interior de nuestro sol no sólo emite luz de un determinado color, también absorbe luz del mismo color. Buscando esas líneas negras en la luz del sol, podemos simplemente leer una lista de sus elementos constituyentes como si se tratase de un código de barras.

Mucho antes de que el Universo tuviese un minuto de antigüedad, los quarks había sido atrapados dentro de protones y neutrones y fueron los ladrillos de todos los núcleos atómicos, los ladrillos de los elementos. Esos mismos protones y neutrones están con nosotros hasta hoy. Forman los corazones, los núcleos, de todos los átomos. Sólo unos segundos tras el inicio del Universo, los bloques fundamentales de construcción de todo, fueron creados. Parece ridículo (...) pero tenemos pruebas experimentales bastante fuertes que sugieren que eso fue lo que ocurrió.

El elemento con un sólo protón en su núcleo es el hidrógeno y, del hidrógeno, puedes hacer todos los otros elementos. El primer paso es unir dos protones. (...) Eso se llama deuterio. El deuterio aún es una forma del hidrógeno (...) Sólo cuando dos núcleos de deuterio se combinan se crea un nuevo elemento. Tomad dos deuterios, fusionadlos y obtendréis un núcleo con dos protones y dos neutrones.
Eso es helio, el segundo elemento más sencillo. Después, sólo es cuestión de añadir más y más protones y neutrones.

Es en las estrellas como nuestro Sol dónde los elementos se fusionan. Son los únicos lugares del universo lo suficientemente calientes y densos para que los átomos se fusionen.(...)
el sol fusiona hidrógeno en helio a un ritmo frenético. Cada segundo, quema 600 millones de toneladas de hidrógeno. Al hacerlo, libera enormes cantidades de calor y la luz que trae la vida a nuestro planeta.
(...) A pesar de su poder, el sol sólo convierte el hidrógeno, el elemento más simple, en helio, el siguiente más simple.

Cuando el helio se acaba, la gravedad vuelve a tomar el mando y el derrumbamiento continúa. La temperatura vuelve a subir una vez más, lanzando la tercera etapa, en la cual el carbono se fusiona en magnesio, neón, sodio y aluminio. Y así continúa.
(...) [por último] el corazón de la estrella se transforma en hierro casi puro, y ahí es donde acaba el proceso de fusión. Durante sus millones de años de vida, la estrella ha fabricado todos los elementos comunes, el material del que está hecho hasta el 99 por ciento de la Tierra.

Hay más de 60 elementos más pesados que el hierro en el Universo. Algunos son valiosos, como el oro, la plata y el platino. Algunos son fundamentales para la vida, como el cobre y el zinc, y otros son simplemente útiles, como el uranio, el estaño y el plomo. Pero a través del Universo hay cantidades ridículamente pequeñas de esos elementos.

El motivo de esa escasez es que crear cantidades sustanciales de los elementos más pesados requiere de algunas de las condiciones más raras del Universo (...) En una galaxia de 100.000 millones de estrellas, esas condiciones existirán de media durante menos de un minuto en cada siglo.

Eso es porque sólo son creados durante los últimos estertores de la muerte de las estrellas más grandes (...) [la estrella] se derrumba sobre sí misma a una gran velocidad... y rebota con una fuerza descomunal. A medida que la onda de choque impacta con las capas externas de la estrella, se generan las temperaturas más altas en el universo, 100 mil millones de grados. Estas últimas condiciones sólo se dan por 15 segundos, pero es suficiente para formar los elementos más pesados como el oro.
Se le llama supernova...

A medida que la estrella es destrozada,dispersará hacia el espacio todos los elementos que creó durante su vida y su muerte.Esos elementos se extenderán para convertirse en una nebulosa, una nube rica en químicos a la deriva por el espacio.
Y en el corazón de la nebulosa habrá un pequeño faro de luz, el remanente de la estrella de alguna vez más de mil millones de kilómetros que ha sido aplastada por la gravedad hasta quedar irreconocible.

Ésto es una placa, una muestra del interior de un meteorito. ¿Veis esas pequeñas zonas marrones? Bueno, en esas zonas marrones, encontramos aminoácidos, los bloques de construcción de las proteínas, las cuáles son los bloques que me construyen, los ladrillos de la vida. Compuestos de carbono increíblemente complejos. Ésto nos dice que la compleja química del carbono que necesitas para poner en marcha la vida estaba ya ocurriendo en el espacio hace 4.500 millones de años.

STS-134 Despegue

Después de varias postergaciones, despegó hoy de Cabo Cañaveral a las 12:56 UTC el transbordador Endeavour, en lo que será su última misión.Seguirá así los pasos del Discovery. Este es el anteúltimo vuelo de un Shuttle. El último vuelo planificado será del Atlantis

La tripulación de la misión está compuesta por:
Comandante: Mark Kelly
Piloto: Gregory H. Johnson
Especialistas: Michael Fincke, Greg Chamitoff, Andrew Feustel y Roberto Vittori

Entre los objetivos principales de la misión se encuentra el transporte del Express Logistics Carrier 3 y el Alpha Magnetic Spectrometer a la estación espacial; a lo que se suman repuestos varios, un tanque de alta presión entre otras cosas.

El despegue había sufrido varias postergaciones debido al fallo de una unidad auxiliar de potencia (APU) entre otros inconvenientes. La misión tendrá una duración de 16 días e incluirá cuatro caminatas espaciales (EVAs).

Los equipos trabajaron muy duro en resolver ese tema, entender cuál era un problema -- finalmente no supuso susto alguno durante la cuenta regresiva"

Bill Gerstenmaier - Associate Administrator for Space Operations

Fotogramas: NASA

Abell 383

"Las primeras galaxias se formaron mucho antes de lo pensado."

Suelen aparecer títulos como éste con bastante frecuencia, muchas veces con exceso de bombos y platillos, cuando en muchos casos no es para tanto. Sin embargo, lo cierto es que para una ciencia observacional como lo es la astronomía, algunas "piezas" del gran rompecabezas que es el cosmos son más interesantes que otras. Como una ficha con tres patitas y un agujero; aunque uno no sepa donde va, la deja separada en un costado.

Abell 383 visto por el Hubble; detalle de la galaxia cuya imagen aparece duplicada
Fuente: Hubble Space Telescope

Abell 383 es un cúmulo de galaxias; uno de los más luminosos en rayos X entre los que presentan un corrimiento al rojo de z=0.2. Cuanto más emisiones en rayos X, el cúmulo debería ser tanto más masivo, y candidato para uno de los fenómenos más interesantes predichos por la teoría de la relatividad: el desvío de rayos de luz en presencia de fuertes campos gravitacionales; en este caso en particular, produciendo lo que se conoce como efecto de lente gravitacional.

Diagrama del efecto de lente gravitacional (no está a escala)

Fuente: Hubble Space Telescope

Abell 383 distorsiona de gran modo la imagen de varias galaxias que se encuentran detrás suyo, formando desde imágenes dobles hasta finos arcos. El estudio se centra en una de estas galaxias, con corrimiento de z=6.027, lo que indica que estamos viendo el Universo como era cuando tenía "sólo" 950 millones de años.

Región central de Abell 383 analizada mediante la WFPC2 del Hubble. Las curvas de isodensidad muestran la distribución de masa que origina el efecto relativista sobre las galaxias más lejanas.- Fuente: HST

Aunque esta galaxia a z=6,027 no es la más remota que se ha encontrado, es particularmente interesante por dos motivos; el primero es que el inusual alineamiento magnifica la imagen y permite estudiar mejor el objeto. El segundo es que, en el estudio espectral aparece evidencia de abundancia en estrellas viejas.

Las imágenes en infrarojo indicaban que la galaxia estaba compuesta por estrellas sorprendentemente viejas y relativamente débiles, con una edad de 750 millones de años, ubicando su formación sólo 200 millones de años luego del Big Bang... mucho antes de lo que hubieramos esperado.

Eiichi Egami - co-autor

Los autores sugieren que, en caso de haber más galaxias de este tipo, podrían ser la fuente de ionización de gas de hidrógeno molecular que hizo al Universo transparente a la radiación ultravioleta en sus inicios. Es muy factible que el alineamiento casual que proporciona Abell 383 literalmente haga destacar a una de lo que podrían ser muchas galaxias débiles y tempranas.

El James Webb tendrá como uno de sus principales objetivos el estudio de las galaxias primigenias 

Fuente: NASA

Las dificultades técnicas en el estudio de distancias tan lejanas son enormes; aunque usando el Hubble al límite nos acercamos más y más a la formación de las primeras galaxias, es posible que haya que esperar a la (esperemos) exitosa puesta en marcha en 2014 del telescopio destinado a suceder al HST, el telescopio espacial James Webb, para poder confirmar la existencia de un mayor número de galaxias de este tipo. Mientras tanto las lentes gravitacionales proporcionan la mejor oportunidad de tener una "ayudita extra" en el estudio del génesis galáctico.

Fuentes:
Hubble news- First galaxies were born much earlier than expected
Richard et al - Discovery of a possibly old galaxy at z = 6.027, multiply imaged by the massive cluster Abell 383
CFHT - Abell 383: A Massive Lensing Cluster at z~0.2
NASA - Telescopio Espacial James Webb

Astronomía babilónica (I)

Encuentro muy interesante la historia de la astronomía porque es casi tan antigua como la historia misma. A pesar de ser mayormente de inspiración religiosa, la astronomía muestra a través de diversos ejemplos la enorme importancia funcional que tuvo en sus inicios como reloj natural del ciclo anual de la Tierra; como tal, puede ser considerada como la ciencia más antigua.

Aunque el cielo de nuestros días es fundamentalmente de herencia griega, muchos de ellos, principalmente los signos zoodiacales, son de herencia mesopotámica. Justamente estas constelaciones fueron las primeras en surgir, debido a su importancia en la determinación del ciclo anual.


Pictogramas iniciales (3200-2100aC)

Los símbolos astronómicos babilónicos más antiguos son fundamentalmente respresentaciones gráficas de deidades, comenzando en el 3000aC. Su papel en el firmamento se interpreta en forma directa sólo a través de símbolos más inequívocos del sol, la luna y venus, y en forma indirecta por tablas posteriores que documentan la presencia de los mismos dioses en forma mucho más específica como parte del cielo.

En esas primeras representaciones sumerias domina la presencia de toros y leones, y en algunos casos escorpiones. Estos animales fueron representados en el cielo como las primeras constelaciones: Tauro, Leo y Escorpio.

BM113871 - Sello de la tercera dinastía de Ur - Leones atacados por toros con cabezas humanas
© The Trustees of the British Museum

Las figuras antropomórficas representan dioses. Ea, es el dios de la tierra y la vida, rodeado de aguas abisales y con dos torrentes de agua corriendo por sus manos. Se convirtió en Acuario. Ishtar es la diosa del cielo, el amor, la fertilidad y la guerra. Su símbolo astral era el planeta Venus. Podría haber dado origen a la constelación de Virgo, pero no esta claro. El dios sol, Shamash, se representa como un hombre barbudo con rayos emanando de sus hombros.

BM89115 - Sello de Adda
© The Trustees of the British Museum

Rogers destaca que no es casual que Acuario, Tauro, Leo y Escorpio sean las constelaciones de tradición más antigua. Todas contienen estrellas de primera magnitud, pero su mayor importancia radicaba en que en ese momento de la Edad de Bronce, contenían los puntos de equinoccio y solsticio. Hoy en día estos puntos se han desplazado a las constelaciones de Aries, Cáncer, Capricornio y Libra, debido al movimiento de precesión de la tierra, que provoca una rotación completa de dichos puntos en un ciclo que dura aproximadamente 26.000 años.

Tauro era el toro de los cielos para los sumerios. Como equinoccio de primavera, marcaba el inicio de un nuevo año. Su cabeza estuvo siempre dominada por Aldebarán, aunque su postura era posiblemente diferente; las pléyades podrían haber sido uno de sus cuernos.

Leo era el león que marcaba el solsticio de verano. La estrella Regulus, que en latín es príncipe o pequeño rey, ya era llamada Sharru, o rey, por los babilonios.

Escorpio marcaba el equinoccio de otoño. Inicialmente fue más grande, incluyendo como tenazas lo que luego se convirtió en la constelación de Libra

Acuario marcaba el solsticio de invierno, representado por el dios Ea, generador de las aguas. Ea, normalmente en la cima de una mantaña sagrada o zigurat, emana dos torrentes de agua desde sus manos u hombros.


Pictogramas en kudurru (1350-1000 aC)

Durante el reinado de los casitas, a partir del 1350aC, aparecen nuevos símbolos gráficos, en forma de mojones de piedra o kudurru, que invocaban a los dioses como testigos para proteger las tierras.

102485 - Kudurru o mojón de piedra del período babilonio medio
© The Trustees of the British Museum

En esas representaciones hay simbolos divinos que luego claramente se convierten en constelaciones. A las cuatro más antiguas (Tauro, Leo, Escoprio, Acuario) se agregan Sagitario y Capricornio, y lo que posiblemente son versiones iniciales de Virgo, Aries, Piscis, Hidra y Géminis. Otros muchos símbolos, representando animales, demonios o diosas de la fertilidad, fueron desapareciendo.

Ya en período asirio (1000aC), aparecen también representaciones concretas de estrellas. Sirio, representada como flecha, y las siete estrellas del cúmulo de las Pléyades.

De gran importancia para la evolución posterior de la cosmografía es la narrativa épica del Enûma Eliš, compilado aproximadamente en esta época, y que registra el mito de la creación babilónico.

BM40559 - 2da tabla del Enuma Elish

© The Trustees of the British Museum

Cuando el océano estaba vacío y previsto de forma, estaba dominado por el gran dragón Tiamat, que defendía el caos mediante monstruos diversos que mantenían a los dioses alejados. El dios Marduk mató finalmente al monstruo, que quedó dividido en dos partes, creando la tierra y el cielo. En el cielo, constituyó los caminos de Anu, Enlil y Ea.

BM89589 - Marduk derrotando a Tiamat
© The Trustees of the British Museum

Con esto se establecía la grilla celeste que iba a dominar los períodos posteriores.

Construyó estaciones para los grandes dioses
fijándolos en las estrellas a su semejanza
Determinó el año al designar sus zonas
estableció tres estrellas para cada uno de los doce meses
Luego de establecer los sectores del año
instaló la estación de Nebiru* para determinar sus límites
de manera que ninguno pudiere transgredir o aberrar
Junto a ella estableció las estaciones de Enlil y Ea.

* Nebiru es Júpiter, y la estación de Nebiru es la eclíptica

Fuentes:
John Rogers Origins of the ancient constellations: I. The Mesopotamian traditions
Wikipedia: Babylonian astronomy
British Museum
Enuma Elish en Sacred-texts.com

APOD: Abril 2011

Un poco de eye candy, con lo mejorcito de lo que nos dejó el mes de abril via Astronomy Picture of the Day.

Abril 26 - Nube de Magallanes

Foto: Marco Lorenzi (Star Echoes) 

Abril 24 - Nebulosa Ojo de gato

Foto: NASA, ESA, HEIC, and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Abril 21 - Galaxias en Arp 273

Foto: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI / AURA) 

Abril 16 - "Renacuajos" en IC 410

Foto: Mark Hanson

Abril 6 - M74: La espiral perfecta

Foto: Descubre Foundation, Calar Alto Observatory, OAUV, DSA, V. Peris (OAUV), J. L. Lamadrid (CEFCA), J. Harvey (SSRO), S. Mazlin (SSRO), I. Rodriguez (PTeam), O. L. (PTeam), J. Conejero (PixInsight).