¿Por qué no vemos el centro de nuestra galaxia?

Muchas personas aficionadas a la astronomía, han tenido esta curiosidad. Siempre que hablamos de nuestra galaxia (la Vía Láctea), la representamos como una galaxia espiral con un gran bulbo central brillante. Nuestro sistema solar se encuentra en el que hemos llamado brazo de Orión, entre el brazo de Perseo y el brazo de Sagitario.

Pero, ¿qué es exactamente ese bulbo?

En astronomía se llama bulbo al grupo central de estrellas situado en el centro de las galaxias espirales. Es la zona donde se acumula más masa en la galaxia, también es la zona donde se acumula mayor número de estrellas y la zona donde se sospecha que puede haber un agujero negro supermasivo de alrededor de 2,6 millones de masas solares (ahí queda eso).

No cabe duda de que esa zona, donde seguramente tengan lugar algunos de los fenómenos naturales más violentos que se puedan imaginar (y otros que se hacen difíciles de imaginar), debe ser la que más energía luminosa emita, y por tanto la más brillante. Sin embargo, desde nuestro planeta no observamos ningún resplandor especial. Sí es cierto que la zona de las constelaciones de Sagitario, Ofiuco y Escorpio es la zona de la Vía Láctea es algo más brillante que el resto, y es la dirección que marcan estas constelaciones la que hay que seguir para encontrar el centro de nuestra galaxia.

Cuando miramos a la Vía Láctea, lo que vemos es nuestra galaxia pero de perfil, uno de sus brazos. Cuando miramos hacia el centro galáctico, cabe pensar que deberíamos verlo como algo muy brillante. Tal vez nos hagamos esta idea porque cuando miramos otras galaxias similares a la nuestra (en astrofotografías o a través del telescopio), el ejemplo más claro es M31, vemos claramente un “bulbo” mucho más brillante que los brazos exteriores.

El problema está, en que hay que cambiar el punto de vista. Tenemos que tener en cuenta que nuestra galaxia la estamos viendo desde dentro. Entre el centro galáctico y nosotros, hay tal cantidad de gas y polvo que la luz visible al ojo humano, que proviene del centro galáctico, no llega a atravesar esas zonas (o es muy dispersada) y por lo tanto, no consigue llegar hasta nosotros o lo hace de forma muy débil. Es más, casi todas las radiaciones electromagnéticas quedan “atrapadas” a excepción principalmente de las radiaciones infrarrojas y de ondas de radio.

Debido a que el polvo y gas interestelar bloquea la línea visual que lleva hasta el centro de la galaxia, los científicos, para estudiar el centro de nuestra galaxia, utilizan habitualmente los infrarrojos, las ondas de radio, rayos X de alta potencia o incluso el ultravioleta.

Es cierto que el argumento del polvo y el gas puede ser bastante poco convincente si uno es algo escéptico, lo cuál es bueno. Si nos atenemos a los datos, veremos que todo cobra más sentido. La galaxia Vía Láctea es un objeto con forma de disco que tiene unos 100.000 años luz de diámetro y sólo unos pocos años luz de grosor, eso quiere decir que toda la materia está más o menos repartida en un mismo plano. Para que te hagas una idea, coge dos o tres CDs o DVDs y colócalos apilados, ya tienes una representación aproximada de la Vía Láctea. Si miramos la pila desde cualquier posición, vemos claramente el agujero del centro. Ahora imagina por un momento que fueses una de las moléculas que forman parte de la pila de CDs, formamos parte del disco, sin embargo, hemos perdido la visión directa del agujero, ya no podemos verlo debido a que hay otras moléculas como nosotros y otros elementos entre el agujero y nosotros mismos.  En este último caso, si quisiéramos observar el agujero, tendríamos que hacerlo captando algunas ondas que “sortearan” las moléculas que tenemos a nuestro alrededor. Eso es lo que hacemos cuando decimos que el centro galáctico se puede observar utilizando infrarrojos, ondas de radio o rayos X de alta potencia.

Esta fotografía está realizada utilizando una longitud de onda de 90cm y es una representación de una zona bastante amplia del cielo alrededor del centro galáctico:

Dependiendo de la longitud de onda utilizada, veremos una imagen u otra, lógicamente, la señal se traslada al espectro visible para que podamos ver qué es lo que se ha recibido.

El Seeing

El Seeing es un anglicismo que se utiliza en astronomía para referirse a la cantidad de deformación que la atmósfera realiza sobre las imágenes de objetos astronómicos. El seeing se produce debido a que la atmósfera no es estable y tiene variaciones de densidad y temperatura, que deforman la trayectoria de la luz que nos llega de los objetos celestes.

Escalas para medir el seeing

  • Escala de Antoniadi

La escala de Antoniadi fue desarrollada por el astrónomo francés del mismo nombre y consta de cinco niveles que se representan con números romanos del I al V.

I. Seeing perfecto, imágenes sin ningún tipo de temblequeo.
II. Ligeras ondulaciones de las imágenes, con momentos de calma.
III. Seeing moderado, caracterizado por perceptibles temblores de las imágenes.
IV. Seeing pobre, con constantes y molestas ondulaciones de las imágenes.
V. Seeing pésimo, con serias dificultades para discernir las imágenes.

  • Escala de Pickering

Esta escala fue desarrollada por William Pickering observando a través de su telescopio refractor de 125 mm de diámetro. Pickering dividió la escala en 10 valores posibles. Esta escala, aunque se utiliza menos, también es relevante. Es importante tener claro lo que es el disco de Airy y cómo observarlo.

  1. La imagen de la estrella es usualmente el doble del diámetro del tercer anillo de difracción, si dicho anillo es visible; el diámetro de la imagen de la estrella es de 13″.
  2. La imagen de la estrella es usualmente el doble del diámetro del tercer anillo de difracción (13″).
  3. La imagen de la estrella es como del mismo diámetro del tercer anillo de difracción (6.7″), y más brillante hacia el centro.
  4. El disco de difracción Airy central es regularmente visible; los arcos de los anillos de difracción son visibles de vez en cuando en estrellas brillantes.
  5. El disco de Airy siempre es visible; con frecuencia, son visibles arcos en las estrellas brillantes.
  6. El disco de Airy siempre es visible; pequeños arcos constantemente visibles.
  7. El disco usualmente está claramente definido; los anillos de difracción se ven como arcos largos o círculos completos.
  8. El disco siempre está claramente visible; los arcos se ven como largos arcos o círculos completos, pero siempre en movimiento.
  9. El anillo de difracción interno está estacionario. Los anillos externos momentáneamente estacionarios.
  10. Todo el patrón de difracción está estable.

Visión aproximada de una estrella según la escala de Pickering

Podríamos realizar una equivalencia aproximada entre los valores de la escala de Pickering y la escala de Antoniadi

Pickering Antoniadi
9-10 I
7-8 II
5-6 III
3-4 IV
1-2 V

También hay que tener en cuenta, el fenómeno de la extinción atmosférica. La extinción atmosférica significa que la magnitud aparente de las estrellas cambia según la altura que tengan respecto al horizonte. Esto es porque la atmósfera es más gruesa (y por lo tanto opaca) en el horizonte y más transparente en las regiones próximas al cénit. Supongo que habréis deducido, que si en el horizonte la atmósfera es más gruesa, el seeing será peor (en condiciones normales) que en las zonas próximas al cénit.

El disco de Airy

En algunos casos habréis oído hablar del disco de Airy.  El disco de Airy es un fenómeno óptico que se produce debido a la naturaleza ondulatoria de la luz (recordemos que la luz es una dualidad onda-partícula), cuando la luz atraviesa una apertura de forma circular se produce, por un fenómeno de difracción, un patrón luminoso de regiones iluminadas y oscuras.

El patrón generado en el caso de un telescopio de apertura circular, consta de un disco central brillante conocido como disco de Airy. Dicho disco, estará rodeado de una serie de anillos concéntricos.

La más importante aplicación de este concepto está en cámaras y telescopios. Debido a la difracción, el punto más pequeño en el que se puede enfocar un rayo de luz usando una lente, tiene el tamaño de un disco de Airy. Así, incluso teniendo una lente perfecta, aún existe un límite para la resolución de una imagen creada por dicha lente. Un sistema óptico en el que la resolución no está limitada por imperfecciones en las lentes sino sólo por difracción se dice que está limitado por difracción.

El tamaño del disco de Airy

El tamaño del disco de Airy depende de dos factores: la longitud de onda observada y el diámetro de la apertura. Conociendo estos dos valores, podemos calcular el ángulo en el que se produce el primer mínimo de intensidad luminosa medido desde el eje óptico. Podemos calcularlo con la siguiente fórmula:

λ= Longitud de onda observada

d=Apertura de la óptica

Este es el criterio que se utiliza para saber si un sistema óptico puede resolver dos fuentes de luz independientes. Para que la óptica pueda ser capaz de distinguirlos, uno de los objetos debe estar como mínimo a la distancia del primer mínimo de intensidad del patrón de difracción del otro.

Ejemplo de disco de Airy:

Marte y la Luna NO se verán del mismo tamaño

Me han llegado varias consultas por email, a través de esta página (otros a través de facebook), en las que me envían el famoso correo en el que se comenta que Marte y la Luna se van a ver con el mismo tamaño durante el mes de agosto (hay versiones en las que cambian el mes). Lo presentan como un acontecimiento planetario que todo el mundo debería ver. Pues nada más lejos de la realidad. Es totalmente falso y además, es imposible que suceda mientras los planetas sigan obedeciendo las leyes de la física y no haya ninguna catástrofe externa que modifique la órbita de Marte. He decidido publicar la respuesta que envío a todas esas personas, para que tenga algo más de difusión, aunque ya la he publicado en algún que otro foro de astronomía.

Vamos a ver por qué Marte y la Luna no pueden tener el mismo tamaño vistos a simple vista desde la Tierra.

La Luna dista de la Tierra unos 384.000 kilómetros aproximadamente, y tiene un tamaño de unos 3.474 kilómetros de diámetro. Con unos pocos datos, podemos calcular el tamaño aparente de varios cuerpos celestes:

El tamaño aparente del Sol, por ejemplo, vendria dado por:

Tan(tamañoSol)=(Diametro ecuatorial del sol)/afelio
Tan(tamañoSol)=1.392.530km/152.100.000km=0.0092
TamañoSol=0.0092rad=31’28,43″

Nota: En astronomía, las medidas de objetos en el cielo se realizan en minutos y segundos de arco.

Y el tamaño aparente de la Luna seria:

Tan(tamañoLuna)=(Diametro ecuatorial de la luna)/apogeo
Tan(tamañoLuna)=3.476km/354.340km=0,0098
TamañoLuna=0,0098rad=33’41,39″

Con lo cual, tenemos que el tamaño aparente de la Luna en el apogeo es 33 minutos y 41,39 segundos de arco en el cielo. Como vemos, la Luna y el Sol tienen un tamaño aparente parecido en el cielo, ya que aunque el Sol es mucho más grande que la Luna, se encuentra mucho más lejos que ésta.

Comparativamente, el tamaño de Marte sería el siguiente:

Marte es un planeta que tiene unos 6.780 km de diámetro (más o menos el doble que la Luna) y cuando se encuentra en oposición (esto es cuando se encuentra más próximo a la Tierra) se encuentra a una distancia de unos 55.000.000 de kilómetros.

Haciendo las cuentas, nos sale lo siguiente que Marte presenta un tamaño aparente de unos 25 segundos de arco, mucho más pequeño que la Luna.

Pero una imagen…

Para poder observar correctamente Marte, se necesitan telescopios de gran apertura que nos permitan manejar altos aumentos con soltura, una atmósfera lo más estable posible y que se encuentre lo más cercano a la oposición posible. La buena compañía de otros astrónomos aficionados, algo para picar y algo fresquito de beber también son recomendables y ayudan a que una noche de observación se pueda convertir en inolvidable.

Sigue en directo el tránsito de un exoplaneta: 13 de febrero

Si nunca has visto el tránsito de un exoplaneta, os invito a que intentéis seguir el evento del próximo día 13 de febrero (2010). El exoplaneta XO-3b tiene un periodo de traslación de 4 días, así que el fenómeno en sí no tiene nada de extraordinario, pero lo realmente interesante es que todos vamos a poder ser espectadores del tránsito ya que Asociación astrófila Crabnebula lo retransmitirá en directo gracias a un telescopio profesional. En el siguiente gráfico podéis ver una representación artística de la órbita del exoplaneta XO-3b.

Esta retransmisión pertenece a un proyecto llamado “Worlds of the Sky” y ha sido organizado gracias a la cooperación de varias asociaciones astronómicas amateurs italianas y los observatorios de Brera y Palermo en Italia.

Recordad la fecha: 13 de febrero, entre las 19h y 23:30h UTC.

Podremos ver la evolución de la curva de luz que se formará al paso del planeta XO-3b por delante de su estrella.

Para aquellos que no sepan exactamente qué es una curva de luz y un tránsito planetario intentaré explicarlo de forma más o menos sencilla.

El tránsito de un planeta extrasolar es un fenómeno durante el cual un planeta externo al Sistema Solar, pasa por delante de su estrella (desde nuestro punto de vista), provocando que durante el tiempo que está en esa posición relativa bloquee en cierta medida la cantidad de luz que nos llega de la estrella.

Las curvas de luz son los gráficos resultantes de estas observaciones por parte de los astrónomos, durante el tránsito se mide contínuamente la cantidad de luz que llega de la estrella, provocando un pico en la gráfica en el momento en que el planeta pasa por delante de la estrella.

En este gráfico podéis ver una animación de una estrella binaria eclipsante y la gráfica de luz correspondiente, el efecto con los exoplanetas es el mismo.

Esperemos que todo salga según lo previsto.

Vía: Noticiasdelcosmos.

Ver el tránsito: Asociación astrófila Crabnebula.

¿Qué es una galaxia oscura?

Hay un tipo de galaxias, cuya característica fundamental es que contiene poquísimas estrellas o practicamente ninguna, de modo que definitiva no emiten luz visible. Principalmente su masa está formada por polvo interestelar, materia oscura y gas. Actualmente existen diversos objetos candidatos a ser considerados galaxias oscuras: HE0450-2958, HVC 127-41-330 y VirgoHI21, esta última practicamente confirmada como galaxia de materia oscura.

Los últimos estudios sobre VirgoHI21 han demostrado que no es como las galaxias habituales. Ninguna estrella brilla en su interior y ningún telescopio ha sido capaz de captar alguna luz que revele su existencia. Su estudio se ha limitado de momento a las ondas de radio, en la frecuencia del hidrógeno y han demostrado que el objeto está ahí y no es precisamente un objeto pequeño. Se ha medido y estimado su masa en unos diez mil millones de veces la del Sol. Los científicos estan llegando a la conclusión de que se trata de una galaxia formada casi en su totalidad por materia oscura.

VirgoHI21 se encuentra a unos 50 millones de años de la Tierra, y aunque no puede verse en luz visible, lo que sí que es visible es su efecto sobre las galaxias visibles vecinas, que se deforman debido al tirón gravitacional.

Debido a que su descubrimiento es relativamente reciente, las primeras detecciones de este tipo fueron en 1987 cuando los astrónomos comenzaron a estudiar galaxias de bajo brillo superficial. Ése año se descubrió una galaxia cuya masa era 5 veces superior a la de la Vía Láctea, sin embargo sólo tenía el 1% de la luminosidad que tiene una galaxia considerada normal. Este fenómeno, actualmente sólo puede explicarse mediante las teorías de la materia oscura de la que los científicos poco o casi nada saben todavía.

Lo más interesante del asunto es que las galaxias de bajo brillo superficial parece que podrían llegar a suponer la mitad de todas las galaxias conocidas, su evolución es mucho más lenta que la de las galaxias normales (siempre aparecen en fases tempranas de formación), tienden a estar aisladas y contener gas de baja densidad (eso evita la formación estelar), y además, como la formación de estrellas en estas galaxias es muy baja, estas galaxias se caracterizan por su baja metalicidad (pocos elementos pesados).