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NOTICIAS:

Desde las estrellas hasta nuestros huesos:

ALMA Y ROSSETA SIGUEN LA RUTA DEL FÓSFORO

Astrónomos revelan la historia cósmica del fósforo, uno de los ladrillos para la construcción de la vida.

(17 Enero de 2020 - ESO/CA) El fósforo, presente en nuestro ADN, en nuestras membranas celulares y en nuestros huesos, es un elemento esencial para la vida. Pero aún no sabemos cómo llegó a la Tierra primitiva. Combinando las capacidades de ALMA y de la sonda Rosetta, de la Agencia Espacial Europea, un equipo de astrónomos ha rastreado el viaje del fósforo, desde su nacimiento en las regiones de formación de estrellas hasta los cometas. Su investigación muestra, por primera vez, dónde se forman moléculas que contienen fósforo, cómo se transporta este elemento en los cometas, y cómo una molécula que ha jugado un papel crucial en el desarrollo de la vida en nuestro planeta, pudo haber llegado hasta nuetro planeta.

Imagen: Esta imagen de ALMA muestra una vista detallada de la región de formación de estrellas AFGL 5142 formadas por nubes de gases y polvo. En el centro puede verse una estrella brillante y masiva recién formada. Los flujos de energía y gases de esta estrella han abierto una cavidad en la nube, y es en las paredes de esta cavidad (mostrada en color), donde se forman moléculas portadoras de fósforo como el monóxido de fósforo. Los diferentes colores representan material que se mueve a diferentes velocidades. Crédito: ALMA.

“La vida apareció en la Tierra hace unos 4.000 millones de años, pero todavía no conocemos los procesos que lo hicieron posible”, afirma Víctor Rivilla, autor principal de un nuevo estudio publicado hoy en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Los nuevos resultados de la instalación ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array), de la cual es socio el Observatorio Europeo Austral (ESO), y del instrumento ROSINA, a bordo de Rosetta, muestran que el monóxido de fósforo es una pieza clave en el rompecabezas del origen de la vida.

Con las capacidades de ALMA, que permitió una mirada profunda y detallada de la región de formación de estrellas AFGL 5142 ubicada en la dirección de la constelación de Auriga, los astrónomos pudieron identificar dónde se forman algunas moléculas portadoras de fósforo, como el monóxido de fósforo. Entre las estrellas, hay regiones de gas y polvo en forma de nubes en las que nacen nuevas estrellas y sistemas planetarios, haciendo de estas nubes interestelares los lugares ideales para iniciar la búsqueda de los ladrillos básicos necesarios para la construcción de la vida.

Las observaciones de ALMA mostraron que las moléculas portadoras de fósforo se crean a medida que se forman estrellas masivas. Los flujos de gas que emanan de las estrellas masivas jóvenes abren cavidades en las nubes interestelares. En las paredes de esas cavidades, se forman moléculas que contienen fósforo a través de la acción combinada de choques y radiación de la estrella que está naciendo. Los astrónomos también han demostrado que el monóxido de fósforo es la molécula portadora de fósforo más abundante en las paredes de la cavidad.

Tras buscar esta molécula en regiones de formación estelar con ALMA, el equipo europeo pasó a un objeto del Sistema Solar: el ahora famoso cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, visitado por la sonda Rosetta, de ESA, entre el 2014 y 2015. La idea era seguir el rastro de estos compuestos portadores de fósforo. Si las paredes de la cavidad colapsan para formar una estrella (en concreto una menos masiva, como el Sol), el monóxido de fósforo puede congelarse y quedar atrapado en los granos de polvo helados que permanecen alrededor de la nueva estrella. Incluso antes de que la estrella esté completamente formada, esos granos de polvo se unen para formar conglomerados, guijarros, rocas y, en última instancia, cometas, que se convierten en transportadores de monóxido de fósforo.

Imagen: Mosaico del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, creado con imágenes tomadas el 10 de septiembre de 2014, cuando la nave espacial Rosetta de la ESA estaba a 27,8 km del cometa. Crédito: ESA/Rosetta/NAVCAM.

ROSINA, que proviene de Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis (espectrómetro orbital de Rosetta para el análisis iónico y neutral), recopiló datos de 67P durante dos años mientras Rosetta orbitaba el cometa. Anteriormente, equipos de astrónomos ya habían encontrado indicios de fósforo en los datos de ROSINA, pero no sabían qué molécula lo había llevado hasta allí. Kathrin Altwegg, investigadora principal de Rosina y una de las autoras del nuevo estudio, ofreció una pista sobre cuál podría ser esa molécula después de ser abordada en una conferencia por un astrónomo que estudiaba regiones de formación de estrellas con ALMA: “Ella dijo que el monóxido de fósforo sería un candidato muy probable, así que volví a nuestros datos y ¡allí estaba!”.

Esta primera detección de monóxido de fósforo en un cometa ayuda a los astrónomos a establecer una conexión entre las regiones de formación de estrellas, donde se crea la molécula, hasta la Tierra.

“La combinación de los datos ALMA y ROSINA ha revelado una especie de hilo químico durante todo el proceso de formación estelar en el que el monóxido de fósforo juega el papel principal”, afirma Rivilla, investigador del Observatorio Astrofísico Arcetri del INAF (Instituto Nacional de Astrofísica de Italia).

“El fósforo es esencial para la vida tal y como la conocemos”, añade Altwegg. “Dado que es muy probable que los cometas proporcionaran grandes cantidades de compuestos orgánicos a la Tierra, el monóxido de fósforo detectado en el cometa 67P puede fortalecer el vínculo entre los cometas y la vida en la Tierra”.


Artículo Científico.


Estrellas en formación:

ALMA OBSERVA NACIMIENTO DE GEMELOS ESTELARES

Dos estrellas gemelas nacen entre una retorcida red de gases y polvo.

(4 de Octubre de 2019 - ESO/CA) Utilizando ALMA, un equipo de astrónomos ha obtenido una imagen de muy alta resolución de dos discos en los que crecen sendas estrellas jóvenes alimentadas por una compleja red de filamentos de gases y polvo en forma de pretzel. Observar este notable fenómeno arroja nueva luz sobre las primeras fases de la vida de las estrellas y ayuda a los astrónomos a determinar las condiciones en las que nacen las estrellas binarias.

Imagen: El conjunto ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) captó esta imagen sin precedentes de dos discos circunestelares en los que están creciendo dos estrellas recién formadas, alimentadas con el material del disco circundante que ha dado lugar a su nacimiento. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Alves et al.

Las dos estrellas recién formadas fueron encontradas en el sistema [BHB2007] 11 – el miembro más joven de un pequeño cúmulo estelar situado en la nebulosa oscura Barnard 59, que es parte de la nube de polvo interestelar llamada nebulosa de la Pipa. Observaciones anteriores de este sistema binario mostraron la estructura exterior. Ahora, gracias a la alta resolución de ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array y al trabajo de un equipo internacional de astrónomos liderados por científicos del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE, Alemania), podemos ver la estructura interna de este objeto.

"Vemos dos fuentes compactas que interpretamos como discos circunestelares alrededor de las dos estrellas jóvenes", explica Felipe Alves (MPE), quien dirigió el estudio. Un disco circunestelar es el anillo de polvo y gas que rodea a una joven estrella. La estrella acreta materia del anillo para crecer y hacerse más grande. "El tamaño de cada uno de estos discos es similar al cinturón de asteroides de nuestro Sistema Solar y la separación entre ellos es de 28 veces la distancia entre el Sol y la Tierra", señala Alves.

Los dos discos circunestelares están rodeados por un disco más grande con una masa total de aproximadamente 80 masas de Júpiter, el cual muestra una compleja red de estructuras de polvo distribuidas en formas espirales: los bucles tipo pretzel. "Este es un resultado muy importante", subraya Paola Caselli, directora general del MPE, directora del Centro de Estudios Astroquímicos y coautora del estudio. "Finalmente hemos obtenido una imagen de la compleja estructura de las estrellas binarias jóvenes con los filamentos que las alimentan y que las conectan al disco en el que nacieron. Esto proporciona limitaciones importantes para los modelos actuales de formación de estrellas".

Las estrellas recién formadas acretan (atraen) masa del disco de mayor tamaño en dos etapas. En la primera etapa, la masa se transfiere a los discos circunestelares individuales en hermosos bucles giratorios, que es lo que muestra la nueva imagen de ALMA. El análisis de los datos también reveló que el disco circunestelar menos masivo, pero más brillante — el de la parte inferior de la imagen—, acumula más material. En la segunda etapa, las estrellas acretan masa de sus propios discos circunestelares. "Esperamos que este proceso de acreción de dos etapas impulse la dinámica del sistema binario durante su fase de acreción masiva", añade Alves. "Aunque el hecho de que estas observaciones encajen bien con la teoría resulte ya muy prometedor, tendremos que estudiar más sistemas binarios jóvenes en detalle para entender mejor cómo se forman las estrellas cuando son múltiples".

Imagen: Barnard 59, parte de la enorme nube oscura de polvo interestelar en la constelación de Ofiuco. Crédito: ESO.

Artículo Científico.


Cataclismo lejano:

DETECTAN AGUJERO NEGRO TRAGANDO UNA ESTRELLA DE NEUTRONES

La detección podría ser la primera de su tipo y abriría nuevas perspectivas sobre la teoría general de la relatividad de Einstein y la física de las masas extremas.

(19 Agosto, 2019 - Scientific American/CA) Hace unos 870 millones de años, dos estrellas muertas se convirtieron en una. Su fusión sacudió la estructura del espacio con una onda gravitacional que barrió la Tierra el miércoles pasado, ondulando a través de tres pares de láseres cuidadosamente calibrados diseñados para detectar su paso.

Imagen: Representación artística de una estrella de neutrones a punto de ser tragado por un agujero negro. Crédito: Dana Berry, NASA.

Un sistema automatizado envió una alerta preliminar 21 segundos después, haciendo vibrar smartphones y haciendo sonar notebooks en todo el mundo. Tres años después de la primera detección de ondas gravitacionales ganadora del Premio Nobel, que surgió de un par de agujeros negros en colisión, tales alertas se han convertido en algo común. Esta vez, sin embargo, los astrofísicos supieron al instante que el evento observado era especial.

"Me quedé boquiabierto cuando vi los datos", dice Geoffrey Lovelace de la Universidad Estatal de California, Fullerton (C.S.U.F.), miembro de la Colaboración Científica del Observatorio de Ondas Gravitacionales del interferómetro láser (LIGO). La onda fue detectada por LIGO en los EE. UU. Y el Observatorio Virgo en Italia a las 21:11:18 UTC del 14 de agosto.

Un primer análisis automático lo identificó como el resultado de una fusión sin precedentes entre un par de cuerpos demasiado ligeros para ser clasificados, enviando de inmediato a los astrónomos a buscar emisiones electromagnéticas (luz, radio, microndas, radio) adicionales del evento. Análisis posteriores recategorizaron la señal como una colisión entre un agujero negro y una estrella de neutrones, un remanente estelar en el que la gravedad exprime la masa de un sol entero en una bola del tamaño de una ciudad.

Este sería el primer evento de este tipo detectado con seguridad y, después de un agujero negro, una fusión de agujeros negros y fusiones entre dos estrellas de neutrones, la tercera variedad de colisión detectada por ondas gravitacionales.

Si el análisis actual se mantiene, este evento, denominado S190814bv, marcará el comienzo de una nueva era de estudios astrofísicos, con implicaciones sobre cómo los investigadores entienden la teoría general de la relatividad de Einstein, la muerte de las estrellas y el comportamiento de las masas extremas.

UNA SEÑAL "FUERA DE LAS CARTAS"

Chad Hanna, colaborador de LIGO y astrofísico de la Universidad Estatal de Pensilvania, estaba celebrando su aniversario de bodas con su esposa cuando sonó el teléfono. Su grupo se especializa en la clasificación rápida de eventos LIGO, por lo que inmediatamente inició una sesión para verificar los detalles de la onda gravitacional. "Lo primero que supe fue que era extremadamente fuerte", dice Hanna, "un poco ruidoso".

La tubería algorítmica de la colaboración LIGO-Virgo entrega una clasificación básica basada en la forma de una onda, su duración y otros factores casi al instante (el equipo de Hanna apunta por menos de 20 segundos) para que los astrónomos puedan girar sus telescopios de inmediato en la dirección celestial de la onda.

El miércoles, el sistema automático declaró con confianza que al menos uno de los objetos que produjeron S190814bv cayó en la "brecha de masa", un páramo, que abarca de tres a cinco masas solares, aparentemente sin agujeros negros y estrellas de neutrones. Todos los agujeros negros conocidos pesan más de cinco soles, mientras que todas las estrellas de neutrones conocidas, nacidas de estrellas más claras que no llegaron a convertirse en agujeros negros, pesan menos de tres soles. Una detección de brecha de masa habría sido la primera para LIGO-Virgo, una que habría afilado la línea teórica que separa las estrellas de neutrones más pesadas de los agujeros negros más ligeros, pero la etiqueta preliminar no duraría. "Hubo una transferencia en todo el mundo", dice Jocelyn Read, astrofísica de C.S.U.F. y un miembro de LIGO, comenzando con investigadores en los EE. UU. en la tarde del 14 de agosto y con cálculos que continúan en Europa hasta la mañana siguiente.

Científicos estadounidenses se despertaron el jueves con una nueva clasificación. El análisis humano había vinculado el evento como una fusión de estrella de neutrones y agujero negro con más del 99 por ciento de confianza. LIGO-Virgo ha escuchado las colisiones de más de una docena de pares de agujeros negros, así como dos pares de estrellas de neutrones, pero nunca ha escuchado de manera concluyente los ruidos de un agujero negro que se traga una estrella de neutrones.

"Esto es algo que he esperado durante mucho tiempo", dice James Lattimer, profesor de astronomía en la Universidad Stony Brook y un astrofísico nuclear pionero, que demostró que las fusiones de estrellas de neutrones y agujeros negros pueden rociar elementos pesados ??como el oro y el uranio. al espacio en su tesis de 1976.

Los investigadores detectaron una onda similar en abril, pero no pudieron confirmar que provenía del espacio profundo: la señal asociada con ese evento potencial, según sugieren los modelos, tenía una probabilidad de uno en siete de ser una falsa alarma producida por fuentes terrestres, lo que significa que se esperaría una detección espuria aproximadamente una vez cada 20 meses. Sin embargo, la señal de la semana pasada es tan clara que una falsa alarma sería un evento de una vez en trillones de años. "Cuando es más que la edad del universo", dice Lovelace, "sabes que es el verdadero negocio".

Sin embargo, la señal ensordecedora de S190814bv no garantiza que los astrofísicos hayan embolsado definitivamente su primera colisión de estrella de neutrones y agujero negro. Si bien la etiqueta actual coloca claramente el objeto más pesado en el territorio del agujero negro (más de cinco soles), deja al compañero más ligero en la zona turbia por debajo de tres masas solares. Si un análisis posterior ubica a ese socio entre una y dos masas solares, debe ser una estrella de neutrones. Pero una medida más cercana a tres soles podría romperse de cualquier manera: hacia la estrella de neutrones más pesada conocida del universo o hacia su agujero negro más ligero conocido.

Las estimaciones de masa futuras darán una imagen más clara, pero primero LIGO-Virgo tendrá que comparar la ola con nuestros mejores modelos, que son demasiado complicados para correr de la noche a la mañana. Las herramientas teóricas se vuelven inestables a medida que las masas se alejan de dos socios equilibrados, por lo que los investigadores advierten que deben caminar ligeramente en este territorio desconocido. "Todavía estamos analizando y verificando cosas", dice Lovelace. "Pero es el caso más prometedor como este que ha surgido hasta ahora".

EN BUSCA DE LA LUZ

El detector de Virgo en Italia, junto con solo uno de los dos detectores de LIGO, reconoció la onda inicialmente, pero la colaboración fue capaz de incorporar manualmente los datos del segundo detector de LIGO durante la noche. Triangular a partir de esa tercera detección permitió a los investigadores determinar la ubicación de la fuente en el cielo con mayor precisión que cualquier onda anterior tan pronto después de la detección. "Abrí [el nuevo] mapa celeste y pensé, 'Oh, actualizaron accidentalmente un mapa celeste en blanco'", recuerda Read, pensando antes de anotar el pequeño punto que marca el origen de la onda.

La ubicación reducida, que representaba el 0,06 por ciento del área total del cielo, fue una bendición para los equipos astronómicos que buscaban un destello de rayos gamma o luz visible que pudiera acompañar la muerte de una estrella de neutrones. "En principio, es una forma de minutos para cubrir esa área", dice Marcelle Soares-Santos, cosmóloga de la Universidad de Brandeis, quien coordinó las observaciones de seguimiento utilizando la Cámara de Energía Oscura en un telescopio de cuatro metros ubicado en Chile.

El agujero negro puede haber triturado la estrella de neutrones, dejando un anillo de restos brillantes que se desvaneció al caer en las fauces del agujero. Alternativamente, el agujero negro podría haberse tragado la estrella de neutrones de un solo trago limpio, dejando poco para ver. Las simulaciones de LIGO-Virgo para S190814bv predicen el último escenario, pero nadie sabe con certeza qué ocurrió realmente. Para una observación por primera vez, incluso no ver nada puede ser informativo. "Entramos con la mente abierta", dice Soares-Santos. "Si no hay una contraparte electromagnética, podremos establecer con suficiente seguridad que tendrá un gran impacto en las teorías".

SONDAJE DE NEUTRONIO

Y abundan las teorías de las estrellas de neutrones. Los físicos nucleares buscan echar un vistazo dentro de estos objetos, donde la materia existe en densidades que desafían los mejores modelos actuales. Si la presión disuelve neutrones en un plasma de partículas fundamentales, por ejemplo, las estrellas de neutrones de cierta masa deberían aparecer más pequeñas de lo que serían de otra manera. Las características finas de la onda gravitacional detectada producida a medida que la estrella gira en espiral hacia el agujero negro pueden revelar el tamaño de la estrella y, en consecuencia, la consistencia de la materia que la forma. Del mismo modo, si los astrónomos ven un destello o no, también establecerá límites en el tamaño de la estrella. Tales mediciones precisas de las dimensiones de una estrella de neutrones son "una especie de santo grial de la física nuclear", dice Ben Margalit, un investigador postdoctoral en la Universidad de California, Berkeley, que no forma parte de la colaboración que observó el evento.

Un agujero negro que destruye una estrella de neutrones también representa una nueva arena para probar la relatividad general. La aplicación de la teoría de la gravedad de Einstein al tejido liso del espacio-tiempo alrededor de los agujeros negros es bastante difícil, dice Lovelace. Agregar materia de estrellas de neutrones magnetizadas turbulentas y calientes, una sustancia exótica a veces llamada "neutronio", eleva el desafío a un nuevo nivel desordenado.

Incluso si la ondulación del miércoles en el espacio-tiempo no divulga ninguno de los secretos de la naturaleza de las estrellas de neutrones, los investigadores confían en que este es solo el primero de muchos en llegar. "Espero que nos diga algo sobre el agujero negro y la estrella de neutrones", dice Lovelace. "Pero si no, todavía me hace sentir realmente optimista de que el cielo gravitacional sea tan brillante".

Artículo aparecido en la revista Scientific American del 19 Agosto 2019.


Cataclismo cercano:

FUSIÓN DE ESTRELLAS DE NEUTRONES SERÍA EL ORIGEN DEL ORO EN LA TIERRA

Analizando meteoritos primitivos astrónomos apuntan a un cataclismo cósmico cercano como la fuente del oro y los metales preciosos en la Tierra.

(8 de Mayo de 2019 - CA) "Estamos hechos de materia estelar" reza la conocida frase que popularizó Carl Sagan en su serie Cosmos de los años 1980s, aseveración que sin embargo no cesa de sorprender cuando nos damos cuenta que todos los núcleos de los átomos de los elementos que forman nuestro mundo, con la excepción del hidrógeno y parte del helio (que al menos en la Tierra son muy escasos) se formaron en algún tipo de proceso o cataclismo estelar.

Imagen: La fusión de dos estrellas de neutrones es uno de los cataclismos más potentes que pueden ocurrir en el Universo actual. Además de liberar inmensas cantidades de energía luminosa y de rayos gama, genera potentes ondas gravitacionales que pueden ser detectadas a millones de años luz de distancia. Crédito: ESO.

Es conocido que en el crisol de los corazones de las estrellas comunes, como nuestro Sol, a decenas de millones de grados de temperatura se formaron por fusión de protones los elementos más abudantes, como el helio, el carbono y el oxígeno.

En los centros de las estrellas mayores, donde se pueden alcanzar temperaturas mayores en situaciones de extremas convulsiones estelares, la fusión de los núcleos fabrica sodio, aluminio, potasio, silicio y hasta núcleos de hierro.

Si la estrella estalla como supernova, parte de estos núcleos atómicos serán aventados hacia el espacio circundante. Durante estas breves y violentísimas conflagraciones muchos de los núcleos formados son desintegrados en neutrones y protones. Otros núcleos serán enriquecidos con esos neutrones para formar núcleos de átomos aun más pesados, como cobre y níquel en el turbulento ambiente de la explosión.

En las nebulosas interestelares enriquecidas por la materia producida en las supernovas cercanas pueden llegar a formarse sistemas planetarios como el nuestro.

Según un artículo publicado recientemente en la revista Nature por los científicos americanos Imre Bartos y Szabolcs Marka, esto explica la presencia de los elementos más comunes encontrados en la Tierra y en los meteoritos antiguos, ya que las explosiones de supernovas en nuestra galaxia ocurren una vez cada 50 o 60 años.

Pero para explicar la creación de elementos más raros, como el oro o el platino, con núcleos atómicos con un mayor número de protones y neutrones, se requiere de procesos mucho más energéticos y a la vez menos frecuentes. En su artículo los autores afirman: "Un creciente cuerpo de evidencia indica que las fusiones de estrellas de neutrones binarias son el origen principal de los elementos pesados producidos exclusivamente a través de la captura rápida de neutrones (el "proceso r")".

Para su estudio analizaron meteoritos antiguos recogidos en la Tierra, buscando elementos pesados que podrían haberse formado en la fusión de estrellas de neutrones.

"Aunque los isótopos de proceso r de corta vida (con vidas medias de menos de 100 millones de años) ya no están presentes en el Sistema Solar, su abundancia en el Sistema Solar temprano se conoce porque sus productos secundarios se conservaron en condensados de alta temperatura encontrados en meteoritos".

El análisis de la abundancia de elementos formados por el proceso r de corta duración en el Sistema Solar temprano apunta a su origen en fusiones de estrellas de neutrones, e indican la ocurrencia de un solo evento de fusión que ocurrió en las cercanías. "Tal evento pudo haber ocurrido a unos mil años luz de la nebulosa pre-solar, aproximadamente 80 millones de años antes de la formación del Sistema Solar."

Video: Simulación de la fusión de dos estrellas de neutrones en un sistema binario.

Los resultados aparecen en la revista Nature del 1 de mayo de 2019.

Artículo Nature publicado en Letter 1 Mayo 2019
A nearby neutron-star merger explains the actinide abundances in the early Solar System
Imre Bartos & Szabolcs Marka
Volume 569, pages 85–88 (2019)


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