El Búho Azul, marzo 2016 (Núm. 21)

Boletín de la

Sociedad Astronómica de México

www.sam.org.mx / Facebook: Sociedad Astronómica de México / Twitter: @SAMastronomia @elbuhoazul

Marzo 2016 • Año 2 • Número 21

❧ ¿Qué hay de nuevo? ❧

Nuestra extraña Tierra Astrónomos de Suecia y Estados Unidos han simulado usando computadoras cómo serían los planetas formados a lo largo de la vida del universo.

Para ello, han usado los datos disponibles sobre las características del universo y de los exoplanetas conocidos. Los resultados (que serán publicados en The Astrophysical Journal) indican que nuestro planeta es una rareza ya que la mayoría de los exoplanetas creados con sus simulaciones se formaron mucho antes que la Tierra y alrededor de estrellas diferentes a nuestro Sol.

Siguiendo la pista de Nueve El mes pasado nos hacíamos eco de la posible existencia de un nuevo planeta en nuestro sistema solar.

No han tardado en salir trabajos proponiendo otras

explicaciones para el peculiar movimiento de los seis cuerpos del Cinturón de Kuiper. Los astrónomos Ann-Marie Madigan y Michael McCourt sugieren que los miles de objetos que hay en las partes más externas del sistema solar tienen efectos unos sobre otros y esto podría producir las órbitas observadas.

Para poder saber cuál de las hipótesis es correcta se está tratando de escudriñar el cielo buscando a Nueve. La sonda Cassini ha permitido reducir la región en la que buscar, y cuando llegue Juno a Júpiter se podrá determinar aún mejor donde apuntar los telescopios.

¿Por qué hay años

El problema es que el viaje de la Tierra alrededor del Sol tarda exactamente 365.2422, así que de vez en cuando hay que hacer pequeños ajustes para que no haya un efecto importante con el paso de los años. Para que los números cuadren, será un año bisiesto aquel que sea múltiplo de 4, excepto que sea también múltiplo de 100, excepto que sea múltiplo de 400. Por ejemplo, 2000 fue año bisiesto, 2100, 2200 y 2300 no lo serán, y 2400 sí lo será.

pregunta

bisiestos?

La definición de un año tiene que ver con el movimiento de nuestro planeta alrededor del Sol. Esto ocurre en alrededor de 365.25 días. Al añadir un día cada cuatro años, la Tierra estará más o menos en el mismo lugar (de su órbita alrededor del Sol) cada año.

“Hemos detectado ondas gravitacionales. ¡Lo hemos hecho!”

“Esto nos dará oídos para escuchar el universo, antes sólo teníamos ojos”.

“El universo nos ha hablado y nosotros lo hemos escuchado”.

VICTOR BLANCHARD SCHEFFER

¿Cuándo se realizó la primera detección indirecta de ondas gravitacionales?

Manda tu respuesta a elbuhoazul@sam.org.mx y entrarás en el sorteo de un lote de pósters de El Búho Azul.

“Los hechos son tan hermosos”.

“He pasado 35 años trabajando para esta detección y el éxito es muy dulce”.

DAVID REITZE, KARSTEN DANZMANN, DAVID BLAIR, GABRIELA GONZÁLEZ Y PETER VEITCH: miembros de la colaboración LIGO.

¡Qué ondas con la gravedad! por Alejandro Farah Simón (SAM, IA-UNAM) Para empezar, hagamos un recorrido histórico que describa la importancia del reciente logro de la detección de ondas gravitatorias por medio del interferómetro LIGO. Etimológicamente, la palabra gravitación proviene del latín gravitas, que significa “peso”; al agregarle el sufijo – ción, quiere decir “la acción y efecto del peso”. Este nombre fue acuñado por Isaac Newton en el año de 1687 en su famoso libro Philosophiae Naturalis Principia Mathematica.

En el libro de Newton se describe por primera vez un modelo matemático, desarrollado empíricamente, de la fuerza con que se atraen dos cuerpos. Este modelo — que seguramente conocen—, nos dice que la fuerza de atracción entre dos cuerpos es directamente proporcional a sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa (véase Figura 1). En palabras coloquiales, dicha fuerza es igual a la multiplicación de las masas de los dos cuerpos por una constante y dividido entre la distancia multiplicada por sí misma.

Se trata de una ecuación sencilla, fácil de usar y con un poder enorme. Imaginen que tan solo con ella se puede calcular la energía y las trayectorias necesarias para ir a la Luna y regresar a salvo. Newton cambió la cosmovisión del universo y, por ello, es considerado uno de los genios más importantes de la historia.

Décadas después y gracias a los experimentos hechos por Henry Cavendish con su balanza de torsión, se pudo calcular por primera vez el valor de la constante G. Esto representó todo un reto, debido a la precisión requerida para medir pequeñas desviaciones del ángulo entre diversas esferas.

Desde entonces, esta fuerza de atracción ha sido todo un misterio. Sabemos cómo funciona y a qué leyes responde. Todos los físicos, desde aquel tiempo, han utilizado esta ecuación a diestra y siniestra; a ella debemos en buena parte el desarrollo de la tecnología moderna.

Sin embargo, no sabemos realmente qué es la gravedad. Según la Teoría de la Relatividad General de Albert Einstein, toda masa deforma el espacio- tiempo y eso genera una supuesta atracción entre cuerpos sin importar qué tan lejos se encuentren. Esto quiere decir que, en realidad, la fuerza de atracción no es una fuerza, sino un efecto que causa dicha deformación. En palabras del mismo Einstein: “la gravedad no es responsable de que la gente caiga enamorada”. Bueno, al menos de eso sí estamos seguros.

Como parte del trabajo a realizar que heredó la Teoría de la Relatividad a la humanidad, está la predicción de la existencia de las ondas gravitatorias. Uno de los postulados más importantes de la relatividad es que nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz; esto último incluye a la gravedad (o la deformación del espacio-tiempo). En otras palabras, los cambios en el campo gravitatorio no pueden ocurrir instantáneamente en todas partes, no pueden ser más rápidos que la luz, y deben propagarse en forma de ondas.

Para medir las ondas gravitacionales nos encontramos con un problema mayúsculo. La resolución con que se deben medir las variaciones del espacio-tiempo es tan pequeña que la mayoría de los físicos del mundo pensó que jamás se podrían detectar. Incluso algunos trataron de demostrar que no existían. Aun el mismo Einstein tuvo dudas de su existencia.

Imagen que ilustra la distorsión del espacio-tiempo causada por la colisión de los agujeros negros. Crédito: R. Hurt, Caltech/JPL.

Imaginemos un simple imán con el cual se levantan unas llaves. La pequeña fuerza inducida por las ondas electromagnéticas del imán es suficiente para contrarrestar toda la atracción -fuerza gravitatoria- que ejerce la Tierra sobre las llaves. Por ende, para generar ondas gravitacionales, se deben utilizar objetos masivos con movimientos acelerados; tan masivos como agujeros negros y tan acelerados que se aproximen a la velocidad de la luz. La necesidad de estos factores hace imposible, con la tecnología actual, realizar experimentos.

Para continuar, hagamos una descripción -simple y somera- de qué es y qué mide el interferómetro LIGO, la herramienta que permitió detectar ondas gravitacionales.

Un interferómetro es un arreglo óptico que utiliza una fuente de energía electromagnética (luz) que se desvía en dos caminos para, posteriormente, volverse a combinar y, así, poder medir pequeñas diferencias ocurridas a lo largo de dichos caminos. Con instrumentos de este tipo se pueden medir, con cierta facilidad, diferencias de nanómetros (millonésimas partes de milímetros). Mientras más largo es el camino que recorre la luz en el interferómetro, más precisión se puede lograr. Mientras más precisión se logre, las perturbaciones inherentes al sistema son más difíciles de controlar. El interferómetro debe estar más y más aislado del medio ambiente.

LIGO es un Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser compuesto por dos arreglos ópticos: uno en Livingston, Luisiana y otro en Hanford, Washington.

El primero con dos brazos (o caminos ópticos) perpendiculares entre sí y con una distancia de recorrido de 4 kilómetros. El segundo, con la mitad de sensibilidad, comprende 2 kilómetros en total. Es el observatorio más largo del mundo en su tipo, ya que, con los arreglos ópticos que posee, la luz recorre un camino total de 1600 kilómetros. Es importante mencionar que los dos arreglos ópticos son independientes y se usan simplemente para verificar que lo que capta uno, lo capta el otro. De este modo, es posible descartar muchas lecturas inducidas por fenómenos que ocurren en la Tierra; por ejemplo, las vibraciones que generan los sismos.

Después de muchas mejoras realizadas durante 30 años de trabajo, con miles de científicos e ingenieros involucrados y mucho dinero y esfuerzo, el 14 de septiembre de 2015, el interferómetro LIGO logró captar la interacción de ondas gravitatorias con la luz del sistema interferométrico.

Este fenómeno fue causado por la colisión de dos agujeros negros: uno de 36 masas solares y el otro con 29 que se encuentran a 1300 millones de años luz. Según los cálculos realizados por los grupos científicos de los institutos de tecnología de California y Massachusetts, la masa que se convirtió -casi instantáneamente- en energía es equivalente a tres veces la masa de nuestro Sol. Esto último detonó una modificación en forma de ondas al espacio-tiempo. Para darnos una idea de la energía liberada en ese instante, los investigadores detallan en su trabajo que es equivalente a la energía de todo el universo visible en ese mismo instante. ¡Cómo sucedió esto! Básicamente, la luz no es afectada por las variaciones del espacio-tiempo; no obstante, las dimensiones del interferómetro sí. Por eso, al presentarse una diferencia en el tiempo en que la luz atraviesa el camino óptico, es justificado pensar que se debe al efecto de las ondas gravitacionales al pasar sobre los dos interferómetros. Justamente eso fue lo que sucedió hace unos meses. El primer detector en medir la señal de las ondas fue el de Hanford y, casi 7 milisegundos después, el de Livingstone. De este modo, se confirmó que las mediciones provenían del espacio.

Las señales generadas fueron exactamente las propuestas por la Teoría de la Relatividad General. Este hecho marca una nueva pauta para la investigación astronómica.

Ningún astrónomo, hasta este día, había estudiado el universo de esa manera: sin la luz proveniente del cosmos.

El suceso confirma teorías físicas que cambiarán la forma en que vemos y sentimos el espacio y el tiempo; es un hito de la física que cambia la cosmovisión del universo.

Ambos interferómetros están colocados en túneles al vacío, bajo tierra y totalmente aislados de la radiación e l e c t ro m a g n é t i c a ( l u z ) d e l m u n d o e x t e r n o . E l interferómetro LIGO no es un instrumento diseñado para observar -aunque su nombre diga lo contrario-, sino que fue diseñado para medir la interacción de las ondas gravitatorias con la luz. Fue creado para medir las fluctuaciones del espacio-tiempo, generadas por un evento astronómico muy energético.

Los dos interferómetros del Observatorio LIGO.

Gráficas obtenidas con los dos interferómetros del Observatorio LIGO. En ellas se pueden ver las distorsiones del espacio-tiempo. Cabe resaltar la precisión de diez a la menos 21 con la que se hicieron las mediciones.

❧ Efemérides ❧

❧ En clave de Sol ❧

2 Saturno 2.8 grados al sur de la Luna en Ofiuco.

Los colores del Sol (II): la imagen de hoy en nuestro recorrido de color es un tanto peculiar. Es un magnetograma: un mapa del campo magnético solar (en realidad, sólo se ve la componente del campo magnético que está alineada con nuestra linea de visión). Es decir, esta imagen no se ha tomado con ningún filtro de color, sino con un instrumento que puede medir la dirección del campo magnético que hayan atravesado los fotones que llegan al detector. Las manchas negras indican campo magnético que emerge del interior solar, y el color blanco es campo magnético que se sumerge. Las zonas negras y blancas mejor definidas, por donde el campo magnético entra y sale, son las manchas solares.

Puedes observarlo en las últimas horas de la madrugada.

9 Eclipse total de Sol visible en Asia, Australia y el Pacífico sur.

10 La Luna en perigeo (el punto más cercano a la Tierra), 359510 km.

14 Máximo de la lluvia de estrellas GammaNórmidas. Tasa horaria de hasta 6 meteoros.

Radiante en la constelación de Norma.

20 Inicio de la Primavera. Venus 0.5 grados al sur de Neptuno en la constelación de Acuario.

22 Júpiter 2.9 grados al norte de la Luna en la constelación de Leo. Puedes observarlo en las primeras horas de la noche hacia el este.

23 Eclipse penumbral de Luna. Visible en Asia, Pacífico Sur y las Américas.

❧ Astronomía mexicana ❧

Crédito de la imagen: NASA/SDO

Deborah Dultzin Kessler nació en Monterrey el 9 de octubre de 1945. Desde niña descubrió su vocación por las estrellas; ella cuenta que, cuando era pequeña le gustaba mirar el cielo y que cuando alguien le preguntaba que sería de grande ella contestaba “estrellífera”. Se graduó como física de la UNAM en 1968 y realizó la Maestría en Astrofísica en la Universidad Lomonosov de Moscú, en Rusia, a donde llegó siguiendo los pasos de Gagarin y Tereshkova.

Durante sus estudios en Rusia se especializó en los hoyos negros de la mano de Yákov Borísovich Zeldóvich. Se incorporó al Instituto de Astronomía de la UNAM en 1973, y obtuvo después el grado de Doctora en la Sorbonne de París durante una estancia sabática.

Ha colaborado en el descubrimiento de dos hoyos negros dentro del objeto OJ 287. Tiene más de 200 artículos en revistas internacionales y sus trabajos han recibido más de 3000 citas. Ha dirigido decenas de tesis de Licenciatura y Doctorado y da clases en la Facultad de Ciencias. Se especializa principalmente en dos temas: 1) el estudio de las condiciones físicas del gas que hay cerca de los hoyos negros y 2) el estudio del ambiente que rodea a las galaxias activas.

❧ Actividades en la S.A.M. ❧ ✩ Cursos: Mecánica celeste Iniciación a la astronomía 360º Pintura y dibujo astronómico Construye tu telescopio Actividades especiales por el Día del Niño, 30 de abril

❧ La Luna ❧ 1 de marzo: cuarto menguante 9 de marzo: luna nueva

15 de marzo: cuarto creciente 23 de marzo: luna llena

Este boletín es una publicación mensual y gratuita elaborada por la Sociedad Astronómica de México, A. C., con sede principal en la calle Cádiz esquina Isabel la Católica, colonia Álamos, México D. F. Presidente: Alejandro Farah Simón. Editora de “El Búho Azul”: Gloria Delgado Inglada. Diseño Gráfico: Leticia González Sánchez y Gloria Delgado Inglada. Correctora de estilo: Diana Rosalba Cortés Monter. Sección “En clave de Sol”: Jorge Fuentes Fernández. Sección “Astronomía mexicana”: Abraham Lara. Página web: www.sam.org.mx. Agradecemos su aportación económica a Claudia Abreu y Viky Mariles.