Durante los últimos 15 años, el Centro de Fronteras Físicas del Observatorio Norteamericano de Nanohertz para Ondas Gravitacionales (NANOGrav) ha estado utilizando radiotelescopios financiados por la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos (NSF por sus siglas en inglés), incluidos algunos operados por el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO) de la NSF, para convertir un conjunto de púlsares de milisegundos en un detector de ondas gravitacionales a escala galáctica. Los púlsares de milisegundos son restos de estrellas masivas extinguidas; a medida que giran cientos de veces por segundo, sus emisiones de radio «similares a un faro» son detectados como pulsos muy regulares. Las ondas gravitacionales estiran y comprimen el espacio y el tiempo en un patrón característico, provocando cambios en los intervalos entre estos pulsos que se correlacionan en todos los púlsares observados. Estos cambios correlacionados son la señal específica que NANOGrav ha estado trabajando para detectar.
Los datos más recientes de NANOGrav ofrecen evidencia contundente de ondas gravitacionales con oscilaciones con períodos desde años a décadas. Se cree que estas ondas surgen de pares de los agujeros negros más masivos del universo en órbita el uno con el otro: miles de millones de veces más masivos que el Sol, con tamaños mayores que la distancia que separa la Tierra y el Sol. Los estudios futuros de esta señal nos permitirán ver el universo de ondas gravitacionales a través de una nueva ventana, proporcionando información sobre los agujeros negros titánicos que se fusionan en el corazón de galaxias distantes y potencialmente otras fuentes exóticas de ondas gravitacionales de baja frecuencia.
Interpretación artística de un conjunto de pulsares siendo afectados por ondas gravitacionales producidas por un par de agujeros negros supermasivos en una galaxia distante. Crédito: Aurore Simonnet para la collaboración NANOGrav.
Científicos utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para estudiar el disco protoplanetario alrededor de una estrella joven han descubierto la evidencia química más convincente hasta la fecha de la formación de protoplanetas. El descubrimiento proporcionará a los astrónomos un método alternativo para detectar y caracterizar protoplanetas cuando no sea posible obtener imágenes o observaciones directas. Los resultados se publicarán en una próxima edición de The Astrophysical Journal Letters.
HD 169142 es una estrella joven ubicada en la constelación de Sagitario de gran interés para los astrónomos debido a la presencia de su gran disco circunestelar, rico en polvo y gas que se ve casi de frente. Se han identificado varios candidatos a protoplanetas durante la última década y, a principios de este año, científicos de la Universidad de Lieja y la Universidad de Monash confirmaron que uno de esos candidatos, HD 169142 b, es, de hecho, un protoplaneta gigante similar a Júpiter. Los descubrimientos revelados en un nuevo análisis de datos de archivo de ALMA, ahora pueden facilitar que los científicos detecten, confirmen y, en última instancia, caractericen protoplanetas formándose alrededor de estrellas jóvenes.
«Cuando observamos HD 169142 y su disco en longitudes de onda submilimétricas, identificamos varias firmas químicas convincentes de este protoplaneta gigante gaseoso recientemente confirmado», dijo Charles Law, astrónomo del Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian, y el autor principal del nuevo estudio. «Ahora tenemos la confirmación de que podemos usar firmas químicas para descubrir qué tipo de planetas podrían estar formándose en los discos alrededor de las estrellas jóvenes».
El equipo se centró en el sistema HD 169142 porque creían que la presencia del protoplaneta gigante HD 169142 b probablemente estaría acompañada de firmas químicas detectables, y tenían razón. El equipo de Law detectó monóxido de carbono (tanto 12CO como su isotopólogo 13CO) y monóxido de azufre (SO), que se habían detectado previamente y se pensaba que estaban asociados con protoplanetas en otros discos. Pero por primera vez, el equipo también detectó monosulfuro de silicio (SiS). Esto fue una sorpresa porque para que ALMA pueda detectar la emisión de SiS, los silicatos deben liberarse de los granos de polvo cercanos en ondas de choque masivas causadas por el gas que viaja a altas velocidades, un comportamiento que generalmente resulta de los flujos de salida impulsados por protoplanetas gigantes. “SiS era una molécula que nunca antes habíamos visto en un disco protoplanetario, y mucho menos en las cercanías de un protoplaneta gigante”, dijo Law. «La detección de la emisión de SiS nos llamó la atención porque significa que este protoplaneta debe estar produciendo poderosas ondas de choque en el gas circundante».
Con este nuevo enfoque químico para detectar protoplanetas jóvenes, los científicos pueden estar abriendo una nueva ventana al Universo y profundizando su comprensión de los exoplanetas. Los protoplanetas, especialmente aquellos que todavía están incrustados en sus discos circunestelares parentales, como en el sistema HD 169142, proporcionan una conexión directa con la población de exoplanetas conocida. “Hay una gran diversidad de exoplanetas y, al usar firmas químicas observadas con ALMA, esto nos brinda una nueva forma de comprender cómo se desarrollan los diferentes protoplanetas con el tiempo y, en última instancia, conectan sus propiedades con las de los sistemas exoplanetarios”, dijo Law. “Además de proporcionar una nueva herramienta para la búsqueda de planetas con ALMA, este descubrimiento abre una gran cantidad de química emocionante que nunca antes habíamos visto. A medida que continuamos examinando más discos alrededor de estrellas jóvenes, inevitablemente encontraremos otras moléculas interesantes pero no anticipadas, como SiS. Descubrimientos como este implican que solo estamos arañando la superficie de la verdadera diversidad química asociada con la configuración protoplanetaria”.
El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de Taiwán (NSTC), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI).
La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Observatorio Conjunto ALMA (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.
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Ubicada en la constelación de Sagitario, la joven estrella HD 169142 alberga un protoplaneta gigante incrustado dentro de su polvoriento disco protoplanetario rico en gas. La concepción de este artista muestra al planeta similar a Júpiter interactuando y calentando el gas molecular cercano, impulsando los flujos de salida que se ven en varias líneas de emisión, incluidas las de moléculas de trazado de choque como SO y SiS, y el 12CO y 13CO comúnmente visto. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), M. Weiss (NRAO/AUI/NSF)
Nota: Este artículo es un trabajo colaborativo de Ken Kellermann, Ellen Bouton, Heather Cole y Jeff Hellerman.
Antes de 1933, todo lo que sabíamos sobre el universo provenía de observaciones realizadas a en la pequeña región óptica del espectro electromagnético. Todo eso cambió en gran parte gracias a Karl Jansky.
Jansky no se propuso desarrollar un nuevo campo de la astronomía. Mientras trabajaba para AT&T Bell Laboratories, se le asignó la tarea de comprender cuál era la fuente de la interferencia en las comunicaciones telefónicas transatlánticas. Utilizando un arreglo giratorio en 21 MHz, durante un período de tres años, Jansky rastreó meticulosamente el origen de este ruido hasta el centro de la Vía Láctea.
La mayoría de los registros y notas de Karl Jansky en Bell Labs se perdieron o fueron destruidos. Uno de los pocos registros que quedan de sus observaciones es esta serie de escaneos realizados el 16 de septiembre de 1932, que publicó en la revista “Proceedings of the Institute of Radio Engineers”, vol. 21, 1387 (1933). Los picos en los trazados de su grabadora muestran el aumento del ruido cuando el haz de su antena pasó por la Vía Láctea tres veces por hora.
Aún cuando las anotaciones de Jansky se perdieron, la correspondencia que mantenía regularmente con sus padres nos permite seguir al detalle cómo finalmente logró llegar a la fuente del débil ruido.
Registro de las primeras observaciones de Jansky. Crédito: Karl Jansky
El 18 de enero de 1932, Karl Jansky escribió: “Lo peculiar de esta estática es que la dirección desde la que viene cambia gradualmente [sic] y lo que es más interesante siempre proviene de una dirección que es la misma o casi la misma dirección a la cual se encuentra el Sol desde la antena”
Pero para marzo, Jansky estaba confundido, durante enero y febrero, la dirección del ruido se había movido gradualmente hasta que ya no coincidía con el Sol.
Distraído por sus otras responsabilidades en el laboratorio, pasó casi un año antes de que Jansky pudiera volver a su “ruido estelar”. El 15 de febrero de 1933 escribió a su padre lo siguiente:
“Mis registros muestran que el tipo de silbido estático mencionado en mi artículo anterior no proviene del Sol como sugerí en ese artículo, sino de una dirección fija en el espacio. La evidencia que tengo ahora es muy concluyente y, creo, muy sorprendente”.
El 27 de abril de 1933, Jansky hizo una breve presentación de 12 minutos en la reunión del Comité Nacional de EE. UU. para la Unión Internacional para la Ciencia en Radio (URSI). El jefe de Jansky en Bell Labs, Harald Friis, presionó a Jansky para que no hiciera una afirmación extraordinaria, por lo que el artículo tenía el título inocuo, “Una nota sobre el ruido atmosférico tipo silbido”, la que, según escribió a su padre, «no significaba nada para nadie». La semana siguiente, la edición del 5 de mayo de 1933 de The New York Times llevaba el titular “Ondas de radio desde el centro de la Galaxia”.
Fuera de su trabajo, Jansky era un atleta entusiasta y se destacó en muchos deportes y pasatiempos. Actuó como ala derecha en el equipo de hockey sobre hielo Badgers de la Universidad de Wisconsin. Tuvo el promedio de bateo más alto como receptor en el equipo de softball Bell Labs y fue el campeón de tenis de mesa de Nueva Jersey usando una raqueta casera. Disfrutaba del golf, el tenis, los bolos, la vela y el esquí, y era un jugador competitivo de bridge y un apasionado observador de aves. El descubrimiento de Karl Jansky de la emisión de radio cósmica en 1933 sentó las bases para los muchos descubrimientos posteriores en la radioastronomía que han cambiado nuestra comprensión del universo y sus componentes. Estos descubrimientos incluyen radiogalaxias, cuásares, púlsares, el fondo cósmico de microondas, lentes gravitacionales, moléculas interestelares, másers cósmicos, materia oscura, planetas extrasolares y la primera evidencia observacional de radiación gravitacional y evolución cósmica.
Después de la publicación de su descubrimiento de la emisión de radio cósmica, Jansky solo tuvo una oportunidad limitada de continuar con esta investigación, ya que su tiempo fue ocupado cada vez más por otras prioridades de Bell Labs. En 1949, Jansky fue nominado para el Premio Nobel de Física, pero esto fue antes de que la importancia de su trabajo fuera ampliamente apreciada. Sin embargo, su legado ha sido reconocido de muchas maneras.
En 1973, la Asamblea General de la Unión Astronómica Internacional (IAU por sus siglas en inglés) resolvió que se adoptara el nombre ‘Jansky’, abreviado ‘Jy’ como unidad de densidad de flujo en radioastronomía y que esta unidad, igual a 10-26 Wm-2Hz-1, se incorporara al sistema internacional de unidades físicas. Aunque originalmente tenía la intención de definir sólo la unidad de densidad de flujo en radio, Jansky (Jy) se ha convertido en la unidad de facto para las mediciones en todo el espectro electromagnético.
Las conferencias anuales Karl Jansky fueron establecidas por los fideicomisarios de AUI y NRAO para reconocer las contribuciones sobresalientes al avance de la radioastronomía.
Para obtener más información sobre Karl Jansky y la historia de la radioastronomía, consulte los archivos de NRAO/AUI: https://www.nrao.edu/archives/ (en inglés).
