Un choque de estrellas de neutrones abre una nueva era en la astronomía

• La colisión crea una kilonova, un tipo de astro cuya existencia no se había podido confirmar antes
• Ondas Gravitacionales: Así colisionan dos estrellas de neutrones

Imagen virtual de una explosión de kilonova causada por la colisión de dos estrellas de neutrones (European Southern Observatory)

• El choque de dos estrellas diminutas, de unos veinte kilómetros de diámetro, ha abierto una nueva era en la astronomía.
  No eran estrellas cualesquiera. Eran estrellas de neutrones, auténticos zombis cósmicos, cadáveres oscuros de astros que ardieron en el pasado. Estaban condenadas a una eternidad de sombras. Pero se atrajeron y, al unirse, volvieron a encenderse.
  El primer eco de aquel encuentro, que tuvo lugar a 130 millones de años luz de la Tierra, llegó el 17 de agosto al detector de ondas gravitacionales LIGO de Hanford, en el estado de Washington (EE.UU.). Dos segundos después, una ráfaga de rayos gamma deslumbraba a los telescopios espaciales Fermi e Integral.

• Ondas gravitacionales y señales ópticas se han observado juntas por primera vez: es el inicio de la astronomía multi-mensajero

  Desde entonces, unos 4.000 astrónomos de todo el mundo han estado trabajando sin descanso para descifrar qué ocurrió. Han recurrido a todos los grandes observatorios, unos 70 en total, incluidos telescopios espaciales como el Hubble, para mirar hacia aquella región del cielo.
  Sus conclusiones, presentadas hoy en ruedas de prensa simultáneas en Washington, Garching (Alemania) y Madrid, responden a preguntas que los astrónomos se hacen desde hace décadas.
  ¿Cuál es el origen de los elementos químicos pesados que hay en la Tierra como el plomo, el oro o el platino? Las observaciones de los dos últimos meses han detectado estos y otros elementos tras la colisión de las estrellas de neutrones, lo que indica que gran parte de ellos se formaron en este tipo de cataclismos.

La galaxia NGC 4993, a 130 millones de años luz de la Tierra, donde se ha observado por primera vez una colisión de estrellas de neutrones. (European Southern Observatory)

¿Existen las kilonovas, explosiones estelares mil veces más potentes que una nova nornal, cuya existencia fue predicha hace más de tres décadas? “Esta es la primera observación confirmada” de una kilonova, destaca el Observatorio Austral Europeo (ESO) en un comunicado.

¿De dónde proceden los estallidos de rayos gamma, los fenómenos electromagnéticos más luminosos del Universo, cuyo origen ha desconcertado a los astrónomos durante décadas? “Al menos algunas de las ráfagas cortas de rayos gamma son generadas por la fusión de estrellas de neutrones”, señala el consorcio de investigadores españoles que han participado en la investigación en otro comunicado.

¿Cuál es el valor de la constante de Hubble, el número fundamental que determina la velocidad de expansión del Universo y por lo tanto explica su historia y su futuro? Después de décadas de controversias, y de que las últimas estimaciones la situaran en un intervalo entre 65 y 76 km/s/Mpc, las nuevas observaciones apuntan a un valor de 70 km/s/Mpc.

Los elementos pesados como el oro y el platino proceden de colisiones de estrellas de neutrones

Pero lo más importante, para los astrónomos, es que por primera vez han podido combinar las ondas gravitacionales con las ondas electromagnéticas para estudiar el Universo.

Si en el pasado las observaciones se reducían a detectar fotones (las partículas de la radiación electromagnética, que incluye entre otras la luz visible, la ultravioleta, los rayos gamma o las ondas de radio), a partir de ahora se podrán complementar con la detección de ondas gravitacionales. En el futuro se espera poder complementarlas además con observaciones de neutrinos, un tipo de partícula que no interactúa con el electromagnetismo ni con la gravedad y que por lo tanto muestra una vertiente complementaria del Universo.

Es “una nueva era en sus inicios”, destaca en un comunicado Elena Pian, investigadora del Instiuto Nacional de Astrofísica de Italia (INAF) y primera autora de uno de los más de quince artículos científicos donde hoy se presentan los resultados de las observaciones, publicados en revistas como Nature, Science y The Astrophysical Journal Letters. A esta nueva manera de hacer astronomía combinando datos de fuentes complementarias se la empieza a conocer, en la jerga del sector, como astronomía multi-mensajero (en el sentido de que los fotones son un tipo de mensajero, las ondas gravitacionales otro y los neutrinos un tercero)

La investigación revela un origen de los estallidos de rayos gamma, que han desconcertado a los astrónomos desde hace décadas

Pero volvamos al 17 de agosto. A las 14.41 (hora española), el detector LIGO del estado de Washington, en el noroeste de EE.UU., captó la señal de una onda gravitacional. Se trataba de la quinta señal de este tipo que llegaba a Hanford en los dos últimos años. Pero a diferencia de las cuatro anteriores, que fueron extremadamente breves y procedían de colisiones de agujeros negros, la nueva señal se prolongó durante un centenar de segundos, lo que indicaba que tenía un origen distinto.

Otro detector LIGO que se encuentra en el estado de Luisiana, en el sureste de EE.UU., y el detector Virgo construido cerca de Pisa, en Italia, también registraron la señal, lo que permitió triangular su posición y determinar la pequeña región en el cielo del hemisferio sur de la que procedía.

El análsis de las ondas gravitacionales reveló que habían sido emitidas por dos astros que habían estado girando uno alrededor de otro como bailarines, cada vez más cerca y cada vez más rápido. Tenían unas masas situadas entre 1,1 y 1,6 veces la masa del Sol, lo que corresponde al rango de masas de las estrellas de neutrones. Giraban tan rápido que distorsionaban el espacio-tiempo a su alrededor emitiendo energía en forma de ondas gravitacionales.

Imagen virtual de una colisión de dos estrellas de neutrones. (European Southern Observatory)

Al entrar en contacto, moviéndose a un tercio de la velocidad de la luz una respecto a la otra, se fusionaron y formaron un objeto ultradenso emitiendo el alarido de rayos gamma que fue captado por los telescopios espaciales Fermi (de la NASA) e Integral (de la Agencia Espacial Europea).

Sabiendo la región del cielo de la que procedía la señal, telescopios de todo el mundo orientaron sus objetivos hacia la galaxia NGC 4993, en la constelación de Hidra. Allí pudieron seguir durante las semanas siguientes la evolución del cataclismo.

Observaron cómo parte del material de las estrellas de neutrones fue violentamente expulsado, a una quinta parte de la velocidad de la luz, y se iluminó formando una kilonova. La luz de la kilonova empezó siendo de un color azul intenso y en pocos días viró hacia un rojo profundo. Un análisis del espectro de la luz reveló los elementos que contenía: oro, platino, plomo, cesio, telurio… Los elementos pesados cuyo origen era un enigma.

Mientras tanto, en el centro de la escena, la unión de las dos estrellas de neutrones ha dado lugar posiblemente a una estrella de neutrones hipermasiva, que no ha podido ser observada directamante y está destinada a convertirse en un agujero negro.

Fuente: http://www.lavanguardia.com/ciencia/20171016/432121891733/ondas-gravitacionales-estrella-de-neutrones-kilonova-ligo-virgo.html

Explican el origen de los monstruosos agujeros negros aparecidos tras el Big Bang

Proponen un posible origen para los enormes cuerpos situados en el centro de muchas galaxias: corrientes supersónicas de gas formado tras el origen del Universo se acumularon y colapsaron, generando estos objetos 

Un equipo internacional de investigadores ha conseguido elaborar una simulación de ordenador para explicar y recrear la formación de los primeros  agujeros negrossupermasivos, esas colosales acumulaciones de energía y masa (que tienen una masa comparable a la de cientos o miles de millones de soles) y que están en el centro de muchas galaxias, como la Vía Láctea. El estudio, publicado este jueves en Science, ha mostrado que corrientes de gas supersónicas formadas tras el Big Bang podrían ser la explicación para la aparición de estos objetos tan importantes en la evolución del Universo.

«Es un avance significativo», ha dicho en un comunicado Naoki Yoshida, primer autor del estudio e investigador en el Insituto Kavli de Física y Matemáticas del Universo. «El origen de los monstruosos agujeros negros siempre ha sido un misterio y ahora tenemos una posible solución».

Los astrónomos han podido ver agujeros negros supermasivos situados a una distancia de 13.000 millones de años luz, cuando el Universo apenas tenía el cinco por ciento de su edad actual. Pero ninguna de sus teorías ha podido explicar hasta ahora cómo fue el nacimiento de estos cuerpos en aquellas etapas tempranas. Esto implica que se desconoce una parte importante de cómo nació el Universo visible hoy en día y de que las teorías han pasado algo muy importante por alto. 

La semilla: el colapso gravitacional

Los científicos han dado varias posibles explicaciones. Sugirieron que los agujeros negros supermasivos podrían haberse formado tras la muerte de la primera generación de estrellas que apareció en el Universo. O bien que su origen estaría en la nube de gas primordial, esa masa de gas formada tras el Big Bang, antes que las estrellas. De acuerdo con esta idea, podría ser que el nacimiento de los agujeros negros estuviera relacionado con el colapso gravitacional de este gas. ¿Qué quiere decir esto? Este colapso ocurre cuando una gran acumulación de masa genera una atracción gravitacional tan fuerte que incluso supera la capacidad de resistencia de los átomos. Por eso, en teoría, el colapso progresa fuera de control y sin que nada pueda detenerlo hasta generar una singularidad: el agujero negro. 

 

Acumulación de materia oscura (arriba) y de gas primordial (abajo), que luego darían lugar a un agujero negro- Shingo Hirano

En esta ocasión, Yoshida y su compañero Shingo Hirano, investigador en la Universidad de Texas, Austin (EE.UU.), se fijaron en un posible mecanismo para generar agujeros negros supermasivos con una velocidad suficiente. La clave fue tener en cuenta el movimiento supersónico del gas atrapado por la materia oscura, esa extraña entidad que genera gravedad en el tejido del Universo pero que no está asociada a nada que pueda verse directamente a través de ningún instrumento.

Matemáticas para ver más lejos

De momento, no hay forma de ver lo que ocurrió directamente cuando el Universo estaba dando sus primeros pasos, y quizás nunca sea posible. Pero los científicos pueden desarrollar modelos de ordenador para usar los datos recogidos por los astrónomos y obtener resultados. Guardando las distancias, el proceso recuerda al funcionamiento de una «Thermomix»: se introducen datos (ingredientes) y la máquina los procesa (siguiendo las instrucciones de una «receta») para obtener resultados también en forma de números (la comida procesada). Si resulta que estas conclusiones son compatibles con las cosas que se observan a través de los telescopios, es porque el modelo ha dado con una explicación, al menos plausible, sobre lo que se está estudiando: en este caso el origen de los agujeros negros supermasivos más antiguos.

En esta ocasión, y gracias a los masivos cálculos de un supercomputador, las simulaciones mostraron que solo 100 millones de años después del Big Bang se formó una gran acumulación de materia oscura. Las corrientes de gas supersónicas, originadas en la gran explosión, fueron capturadas por estas acumulaciones de masa. Así, en tiempos muy breves, el gas se concentró y formó enormes y turbulentas nubes de gas, en cuyo interior se pudieron formar rápidamente los gérmenes de estrellas inmensas.

«Una vez que llegaron a una masa de 34.000 soles, las estrellas colapsaron por su propia gravedad, y dieron paso a agujeros negros», ha dicho Yoshida. «Estos agujeros negros masivos nacidos en el Universo temprano continuaron creciendo y fundiéndose con otros hasta convertirse en agujeros negros supermasivos», ha propuesto el astrofísico. Estos son los que podemos ver hoy en día a través de potentes telescopios.

La densidad de los agujeros negros

Las simulaciones son simulaciones y la realidad es la realidad. Pero lo cierto es que el modelo usado por estos investigadores ha predicho un Universo en el que habría un número de agujeros negros supermasivos similar al que realmente existe: con una densidad de cerca de uno por cada 3.000 millones al cubo de años luz (este es el volumen que queda comprendido en un cubo de 3.000 millones de años luz de lado).

Esta investigación será importante para las futuras investigaciones que analicen el crecimiento de grandes agujeros negros. Además, se espera que en los próximos años el potente telescopio espacial James Webb acelere este área gracias a su capacidad de observar el Universo más lejano y por tanto más antiguo.

Así las cosas, parece que con el Big Bang, en un instante imposible el tiempo comenzó a correr. Y con él la materia, la energía y el espacio «brotaron» en todas direcciones. Desde un punto singular en el que se concentraba toda la energía, en cuestión de segundos la expansión permitió la aparición de los átomos más sencillos posibles: los de hidrógeno y helio. En teoría, hicieron falta miles de millones de años para que apareciera la luz, y para que el gas primordial se aglutinase y formase estrellas, galaxias y también agujeros negros. Pero, ¿cómo ocurrió esto? ¿Cuándo y por qué aparecieron los primeros agujeros negros supermasivos? Esto es lo que aun se está tratando de comprender. La receta para lograrlo pasa por usar telescopios cada vez más potentes, y quizás valerse de la información de lasondas gravitacionales, y hacer simulaciones por odenador que puedan explicar los fenómenos que sí que se pueden observar.

Fuente: http://elblogantares.blogspot.com.es/2017/09/explican-el-origen-de-los-monstruosos.html

Resuelto el misterio de la distribución del oxígeno en las zonas externas de la Vía Láctea

Un equipo dirigido por un investigador del IAC y de la ULL ha medido con precisión la variación de la abundancia de este elemento químico a lo largo del disco de nuestra galaxia.

Durante la Gran Explosión (Big Bang) que dio lugar a nuestro Universo, solo se formaron dos elementos químicos en cantidades apreciables: el hidrógeno y el helio. Casi todos los elementos químicos restantes, menos los creados artificialmente por el ser humano, los producen las estrellas durante su vida y en procesos asociados con su muerte. En Astrofísica, los elementos químicos más pesados que el helio se denominan de forma genérica “metales” y la proporción que tiene un objeto cósmico de los mismos es la “metalicidad”, cuya cantidad media ha ido aumentado en las galaxias con el tiempo. De entre los “metales”, el oxígeno es el más abundante y, por lo tanto, se convierte en un indicador muy utilizado para estimar metalicidades.

Todas las galaxias espirales, como la Vía Láctea, muestran que la cantidad de oxígeno que contienen va disminuyendo según nos alejamos del centro galáctico, lo que se denomina el “gradiente de abundancia de oxígeno”. Este comportamiento puede explicarse atendiendo a distintos factores relacionados, primero, con la distribución radial de los flujos de gas que experimenta el disco galáctico, y, segundo, con la formación estelar posterior. Hace casi 30 años, se encontraron indicios de que el comportamiento del gradiente parecía aplanarse en las zonas más externas del disco de la Vía Láctea, más allá del denominado “radio isofotal”, situado a una distancia de 37.500 años luz del centro galáctico. Hasta la fecha, este presunto aplanamiento ha carecido de pruebas observacionales contundentes debido a que las nebulosas ionizadas asociadas a la formación estelar (regiones HII), que son los objetos donde mejor se puede determinar la abundancia de oxígeno, son muy débiles y difíciles de observar en esas zonas tan lejanas.

Sin embargo, gracias, principalmente, al espectrógrafo OSIRIS del Gran Telescopio CANARIAS (GTC), ubicado en el Observatorio del Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma), un equipo de investigación del IAC y de la Universidad de Hong Kong ha podido medir de forma precisa y por primera vez la temperatura en las nebulosas de esas zonas externas de la Vía Láctea y determinar la abundancia de oxígeno. Sus resultados, recientemente publicados en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, muestran que tal aplanamiento no existe y que el gradiente de oxígeno se mantiene prácticamente constante hasta una distancia de 55.500 años luz del centro de la Vía Láctea, una fracción muy considerable del disco cuyo radio podría alcanzar unos 70.000 años luz.

“Si el gradiente de oxígeno en las zonas externas del disco de la galaxia presentase un aplanamiento -indica César Esteban, profesor de la Universidad de La Laguna (ULL), investigador del IAC y autor principal de este trabajo- supondría que algunos mecanismos complejos y exóticos estarían actuando en dichas zonas lejanas. Por ejemplo, que la eficiencia de la formación estelar se mantuviera constante, que existiera una caída de gas enriquecido químicamente desde el espacio intergaláctico o que los procesos de mezcla radial de gas fueran insólitamente eficaces. Nuestros resultados sugieren que podemos estar tranquilos a este respecto, no parece ocurrir nada extraño en los extrarradios de la Vía Láctea.”

En este sentido, Jorge García-Rojas, investigador en el IAC y otro de los autores del artículo, explica que “los resultados que hemos obtenido indican que los mecanismos que gobiernan la formación estelar y la evolución química en la Vía Láctea no sufren cambios sustanciales según su posición a lo largo del disco de la Galaxia”.

Grandes telescopios

Para obtener espectros detallados que permitieran determinar la temperatura del gas ionizado de las nebulosas ha sido fundamental usar grandes telescopios como el GTC, de 10,4 m, o el Very Large Telescope, sistema de cuatro telescopios de 8,2 m instalados en el Observatorio de La Silla, en Chile, del European Southern Observatory (ESO). “Hasta ahora – apunta Xuan Fang, investigador de la Universidad de Hong Kong que también ha participado en este estudio-, disponíamos de espectros obtenidos con telescopios sustancialmente más pequeños y muchas de las determinaciones de las abundancias químicas eran indirectas, sin la precisión suficiente para establecer sin lugar a dudas el comportamiento que hemos encontrado”.

“Estos resultados implican que los modelos más aceptados para la formación y evolución de la Vía Láctea, como son los denominados inside-out, pueden ser aplicados, al menos, a la mayor parte del disco galáctico”, concluye Laura Toribio, recién doctorada en el IAC y que también ha contribuido a esta investigación.

Artículo: “The radial abundance gradient of oxygen towards the Galactic anticentre”, por C. Esteban, X. Fang, J. García-Rojas y L. Toribio san Cipriano, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Artículo en astro-ph: https://arxiv.org/pdf/1706.07727.pdf
Artículo en Royal Astronomical Society: https://academic.oup.com/mnras/article-lookup/doi/10.1093/mnras/stx1624


Fuente: http://elblogantares.blogspot.com.es/2017/09/resuelto-el-misterio-de-la-distribucion.html

Entanglement is an inevitable feature of reality

Credit: CC0 Public Domain

(Phys.org)—Is entanglement really necessary for describing the physical world, or is it possible to have some post-quantum theory without entanglement?

In a new study, physicists have mathematically proved that any theory that has a classical limit—meaning that it can describe our observations of the classical world by recovering classical theory under certain conditions—must contain entanglement. So despite the fact that entanglement goes against classical intuition, entanglement must be an inevitable feature of not only quantum theory but also any non-classical theory, even those that are yet to be developed.

The physicists, Jonathan G. Richens at Imperial College London and University College London, John H. Selby at Imperial College London and the University of Oxford, and Sabri W. Al-Safi at Nottingham Trent University, have published a paper establishing entanglement as a necessary feature of any non-classical theory in a recent issue of Physical Review Letters.

"Quantum theory has many strange features compared to classical theory," Richens told Phys.org. "Traditionally we study how the classical world emerges from the quantum, but we set out to reverse this reasoning to see how the classical world shapes the quantum. In doing so we show that one of its strangest features, entanglement, is totally unsurprising. This hints that much of the apparent strangeness of quantum theory is an inevitable consequence of going beyond classical theory, or perhaps even a consequence of our inability to leave classical theory behind."

Although the full proof is very detailed, the main idea behind it is simply that any theory that describes reality must behave like classical theory in some limit. This requirement seems pretty obvious, but as the physicists show, it imparts strong constraints on the structure of any non-classical theory.

Quantum theory fulfills this requirement of having a classical limit through the process of decoherence. When a quantum system interacts with the outside environment, the system loses its quantum coherence and everything that makes it quantum. So the system becomes classical and behaves as expected by classical theory.

Here, the physicists show that any non-classical theory that recovers classical theory must contain entangled states. To prove this, they assume the opposite: that such a theory does not have entanglement. Then they show that, without entanglement, any theory that recovers classical theory must be classical theory itself—a contradiction of the original hypothesis that the theory in question is non-classical. This result implies that the assumption that such a theory does not have entanglement is false, which means that any theory of this kind must have entanglement.

This result may be just the beginning of many other related discoveries, since it opens up the possibility that other physical features of quantum theory can be reproduced simply by requiring that the theory has a classical limit. The physicists anticipate that features such as information causality, bit symmetry, and macroscopic locality may all be shown to arise from this single requirement. The results also provide a clearer idea of what any future non-classical, post-quantum theory must look like.

"My future goals would be to see if Bell non-locality can likewise be derived from the existence of a classical limit," Richens said. "It would be interesting if all theories superseding classical theory must violate local realism. I am also working to see if certain extensions of quantum theory (such as higher order interference) can be ruled out by the existence of a classical limit, or if this limit imparts useful constraints on these 'post-quantum theories.'"

 Explore further: Envisioning a future quantum internet

More information: Jonathan G. Richens, John H. Selby, and Sabri W. Al-Safi. "Entanglement is Necessary for Emergent Classicality in All Physical Theories." Physical Review Letters. DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.080503

Read more at: https://phys.org/news/2017-09-entanglement-inevitable-feature-reality.html#jCp

Observaciones de las ondas gravitacionales detectadas por LIGO sugieren dos escenarios de formación de agujeros negros

Un agujero negro binario. NASA

• MADRID, 23 (EUROPA PRESS)
• Un equipo de físicos dirigido por investigadores de la Universidad de Birmingham, en Reino Unido, junto a la Universidad de Maryland, la Universidad de Chicago y el Instituto Kavli de Física Teórica, en Estados Unidos, han descrito en un artículo publicado en 'Nature' cómo las observaciones de las ondas gravitacionales --detectadas por el interferómetro LIGO en 2015 y 2017-- limitan a dos las posibles explicaciones para la formación de agujeros negros fuera de la Vía Láctea.
  Según los investigadores, o los agujeros negros de fuera de la Vía Láctea giran más lentamente que aquellos que se hallan en la Vía Láctea --donde los científicos han sido capaces de observar electromagnéticamente agujeros negros orbitados por estrellas y mapear su comportamiento, es decir, su rápido giro-- o bien giran rápidamente, pero son 'volteados' con giros aleatoriamente orientados a su órbita.
  Las ondas gravitacionales ofrecen información sobre los dramáticos orígenes del agujero negro que de otro modo no podrían obtenerse. Los físicos concluyeron que las primeras ondas gravitacionales detectadas, en septiembre de 2015, fueron producidas durante la fracción final de un segundo de la fusión de dos agujeros negros para producir un solo agujero negro giratorio más masivo. Las colisiones de dos agujeros negros habían sido predichas, pero nunca observadas.
  Como tal, las ondas gravitacionales presentan la mejor y única manera de obtener una mirada profunda a la población de agujeros negros binarios de masa-estelar más allá de la galaxia de la Vía Láctea, donde se encuentra la Tierra. Este documento afirma que los agujeros negros vistos a través de las ondas gravitacionales son diferentes a los observados anteriormente en la Vía Láctea en una de dos maneras posibles.
  LAS DOS POSIBILIDADES DE FORMACIÓN
  La primera posibilidad es que los agujeros negros estén girando lentamente. Si ese es el caso, la investigación sugiere que algo diferente sucede a las estrellas que forman estos agujeros negros a las observadas en la Vía Láctea.
  La segunda posibilidad es que los agujeros negros estén girando rápidamente, de forma muy parecida a los de la Vía Láctea, pero se han 'caído' durante la formación y, por lo tanto, ya no están alineados con la órbita. Si este es el caso, significaría que los agujeros negros están viviendo en un ambiente denso --muy probablemente dentro de los cúmulos estelares--. Esto permitiría una formación considerablemente más dinámica.
• Sin embargo, también existe la posibilidad de que ambas posibilidades sean verdaderas --que hay casos de agujeros negros que giran lentamente en el campo y ejemplos de agujeros negros que giran rápidamente en un ambiente denso--.
  Según el doctor Will Farr, de la Facultad de Física y Astronomía de la Universidad de Birmingham, al presentar estas dos explicaciones y descartar otros escenarios, se está proporcionando a aquellos que estudian y tratan de explicar la formación de los agujeros negros un objetivo al que dirigirse. "En nuestro campo, conocer la cuestión a preguntar es casi tan importante como conseguir la respuesta en sí", afirma Farr.
  Por su parte, el profesor Ilya Mandel, también de la Universidad de Birmingham, asegura que la explicación correcta se sabrá en los próximos años. "Este campo está en el periodo de la infancia, estoy seguro de que en un futuro próximo miraremos hacia atrás a estas primeras detecciones y modelos rudimentarios con nostalgia y a una mejor comprensión de cómo se forman estos exóticos sistemas binarios", vaticina el experto.

Fuente: http://www.lavanguardia.com/vida/20170823/43762035076/observaciones-de-las-ondas-gravitacionales-detectadas-por-ligo-sugieren-dos-escenarios-de-formacion-de-agujeros-negros.html

Hubble Detects Exoplanet with Glowing Water Atmosphere

This artist's concept shows hot Jupiter WASP-121b, which presents the best evidence yet of a stratosphere on an exoplanet.

Credits: Engine House VFX, At-Bristol Science Centre, University of Exeter

The top of the planet's atmosphere is heated to a blazing 4,600 degrees Fahrenheit (2,500 Celsius), hot enough to boil some metals.

Credits: NASA, ESA, and G. Bacon (STSci)

Scientists have discovered the strongest evidence to date for a stratosphere on a planet outside our solar system, or exoplanet. A stratosphere is a layer of atmosphere in which temperature increases with higher altitudes.

"This result is exciting because it shows that a common trait of most of the atmospheres in our solar system -- a warm stratosphere -- also can be found in exoplanet atmospheres," said Mark Marley, study co-author based at NASA's Ames Research Center in California's Silicon Valley. "We can now compare processes in exoplanet atmospheres with the same processes that happen under different sets of conditions in our own solar system."

Reporting in the journal Nature, scientists used data from NASA's Hubble Space Telescope to study WASP-121b, a type of exoplanet called a "hot Jupiter." Its mass is 1.2 times that of Jupiter, and its radius is about 1.9 times Jupiter's -- making it puffier. But while Jupiter revolves around our sun once every 12 years, WASP-121b has an orbital period of just 1.3 days. This exoplanet is so close to its star that if it got any closer, the star's gravity would start ripping it apart. It also means that the top of the planet's atmosphere is heated to a blazing 4,600 degrees Fahrenheit (2,500 Celsius), hot enough to boil some metals. The WASP-121 system is estimated to be about 900 light years from Earth – a long way, but close by galactic standards.

Previous research found possible signs of a stratosphere on the exoplanet WASP-33b as well as some other hot Jupiters. The new study presents the best evidence yet because of the signature of hot water molecules that researchers observed for the first time.

“Theoretical models have suggested stratospheres may define a distinct class of ultra-hot planets, with important implications for their atmospheric physics and chemistry,” said Tom Evans, lead author and research fellow at the University of Exeter, United Kingdom. “Our observations support this picture.”

This 360° animation depicts planet WASP-121b; an exoplanet with an atmosphere of glowing water. With an atmosphere hot enough to boil iron, WASP-121b is a type of exoplanet known as a 'hot Jupiter'. The planet orbits closely to it's host star, located in the constellation of 'Puppis', about 900 light years away from Earth.

To study the stratosphere of WASP-121b, scientists analyzed how different molecules in the atmosphere react to particular wavelengths of light, using Hubble's capabilities for spectroscopy.  Water vapor in the planet's atmosphere, for example, behaves in predictable ways in response to certain wavelengths of light, depending on the temperature of the water.

Starlight is able to penetrate deep into a planet's atmosphere, where it raises the temperature of the gas there. This gas then radiates its heat into space as infrared light. However, if there is cooler water vapor at the top of the atmosphere, the water molecules will prevent certain wavelengths of this light from escaping to space. But if the water molecules at the top of the atmosphere have a higher temperature, they will glow at the same wavelengths.

"The emission of light from water means the temperature is increasing with height," said Tiffany Kataria, study co-author based at NASA's Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California. "We're excited to explore at what longitudes this behavior persists with upcoming Hubble observations."  

The phenomenon is similar to what happens with fireworks, which get their colors from chemicals emitting light. When metallic substances are heated and vaporized, their electrons move into higher energy states. Depending on the material, these electrons will emit light at specific wavelengths as they lose energy: sodium produces orange-yellow and strontium produces red in this process, for example. The water molecules in the atmosphere of WASP-121b similarly give off radiation as they lose energy, but in the form of infrared light, which the human eye is unable to detect.

In Earth's stratosphere, ozone gas traps ultraviolet radiation from the sun, which raises the temperature of this layer of atmosphere. Other solar system bodies have stratospheres, too; methane is responsible for heating in the stratospheres of Jupiter and Saturn's moon Titan, for example.

In solar system planets, the change in temperature within a stratosphere is typically around 100 degrees Fahrenheit (about 56 degrees Celsius). On WASP-121b, the temperature in the stratosphere rises by 1,000 degrees (560 degrees Celsius). Scientists do not yet know what chemicals are causing the temperature increase in WASP-121b's atmosphere. Vanadium oxide and titanium oxide are candidates, as they are commonly seen in brown dwarfs, "failed stars" that have some commonalities with exoplanets. Such compounds are expected to be present only on the hottest of hot Jupiters, as high temperatures are needed to keep them in a gaseous state.

"This super-hot exoplanet is going to be a benchmark for our atmospheric models, and it will be a great observational target moving into the Webb era," said Hannah Wakeford, study co-author who worked on this research while at NASA's Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland.

The Hubble Space Telescope is a project of international cooperation between NASA and ESA (European Space Agency). NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, manages the telescope. The Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Maryland, conducts Hubble science operations. STScI is operated for NASA by the Association of Universities for Research in Astronomy, Inc., in Washington. Caltech manages JPL for NASA.

For more information about Hubble, visit:

https://nasa.gov/hubble
http://hubblesite.org

For more information about exoplanets, visit:

https://exoplanets.nasa.gov

Elizabeth Landau
Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Calif.
818-354-6425
elizabeth.landau@jpl.nasa.gov

Ray Villard
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland
410-338-4514
villard@stsci.edu

2017-204     

Last Updated: Aug. 4, 2017

Editor: Tony Greicius

Fuente: https://www.nasa.gov/feature/jpl/hubble-detects-exoplanet-with-glowing-water-atmosphere

Scientists photograph BIRTH OF TIME with astonishing new dark energy camera

SCIENTISTS have pictured the moment the lights came on in the universe – effectively the dawn of recordable time.

The cosmic dawn: Dark energy camera reveals 23 young galaxies that appeared just 800 million years after the Big Bang.

Using the powerful Dark Energy Camera in Chile, researchers have spotted 23 young galaxies as they appeared 800 million years after the Big Bang, when the universe first began to transform from the darkness of its birth

For the first 300,000 years after the Big Bang the rapidly expanding universe was dark and filled with neutral hydrogen gas doing nothing much.

But over the next half billion years the first stars and galaxies arrive through a process known as re-ionization – turning the lights on in the universe.

NASA

Let there be light: NASA pic of how the universe became illuminated

Using an amazing Dark Energy Camera which is part of the -meter Blanco Telescope, at Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO), in northern Chile, scientists have captured a picture of 23 of these young galaxies – the very dawn of visual time.

Arizona State University astronomers Sangeeta Malhotra and James Rhoads, working with international teams in Chile and China, are now attempting to find when the very first light illuminated the universe.

This dramatic moment, known as re-ionization, occurred sometime in the interval between 300 million years and one billion years after the Big Bang.

NASA

Last scattering: The universe was dark for 300 million years and will remain a closed book

Mr Malhotra said: “Before re-ionization, these galaxies were very hard to see, because their light is scattered by gas between galaxies, like a car's headlights in fog.

“As enough galaxies turn on and 'burn off the fog' they become easier to see. By doing so, they help provide a diagnostic to see how much of the 'fog' remains at any time in the early universe.

"Several years ago, we carried out a similar study using a 64-megapixel camera that covers the same amount of sky as the full moon.

"The Dark Energy Camera (DECam) by comparison, is a 570-megapixel camera and covers 15 times the area of the full moon in a single image."

NASA

Light show: How re-ionisation turned the lights on in the universe

DECam was recently made even more powerful when it was equipped with a special narrowband filter, designed at ASU's School of Earth and Space Exploration (SESE), primarily by Rhoads and Zheng (who was a SESE postdoctoral fellow and is currently at the Shanghai Astronomical Observatory in China), with assistance from Alistair Walker of NOAO.

Mr Zheng said: "We spent several months refining the design of the filter profile, optimizing the design to get maximum sensitivity in our search.

The galaxy search using the ASU-designed filter and DECam is part of the ongoing "Lyman Alpha Galaxies in the Epoch of Reionization" project (LAGER). It is the largest uniformly selected sample that goes far enough back in the history of the universe to reach cosmic dawn.

"The combination of large survey size and sensitivity of this survey enables us to study galaxies that are common but faint, as well as those that are bright but rare, at this early stage in the universe," says Malhotra.

Junxian Wang, a co-author on this study and the lead of the Chinese LAGER team, adds that "our findings in this survey imply that a large fraction of the first galaxies that ionized and illuminated the universe formed early, less than 800 million years after the Big Bang."

The next steps for the team will be to build on these results. They plan to continue to search for distant star forming galaxies over a larger volume of the universe and to further investigate the nature of some of the first galaxies in the universe.

Read more: http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-4747960/Dark-energy-camera-reveals-look-cosmic-dawn.html#ixzz4obIADV27 
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Fuente: http://www.express.co.uk/news/science/835116/DAWN-OF-TIME-dark-matter-camera-when-did-time-start-re-ionizaton

La primera imagen del entramado de materia oscura que conecta las galaxias

^{En un mapa de color falso, la región en que se encuentran las galaxias aparece en blanco, mientras que los filamentos de materia oscura uniendo las galaxias se presenta en rojo.} 

^{S. Epps & M. Hudson / University of Waterloo}

El universo, ese mundo infinito de oscuridad salpicado de trillones de galaxias, es, de hecho un entramado de redes intergalácticas conectadas por filamentos invisibles de materia oscura. Si es que hasta ahora se te ha hecho complicado pensar en cómo sería este escenario, un grupo de científicos ha conseguido darnos una idea. Por fin, gracias a investigadores de la Universidad de Waterloo, Canadá, hemos sido capaces de capturar la primera imagen compuesta de un “puente de materia oscura” que conecta y une las galaxias. El trabajo ha sido publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

La imagen compuesta, que combina un número de imágenes individuales, confirma las predicciones de que las galaxias a lo largo del universo están atadas juntas a través de una red cósmica conectada por materia oscura —hasta ahora— imposible de observar.

La materia obscura, esa misteriosa sustancia que se estima, comprende el 25% del universo, no brilla, no absorbe ni refleja luz, lo que la ha hecho largamente indetectable a no ser por la gravedad. “Esta imagen nos lleva más allá de las predicciones hacia algo que podemos ver y medir”, han indicado los autores en declaraciones que recoge Phys.org.

Como parte del trabajo, Mike Hudson y Seth Epps usaron una técnica llamada “weak gravitational lensing” (lente gravitacional débil), un efecto que hace que las imágenes de galaxias distantes se deformen ligeramente bajo la influencia de una masa invisible como un planeta, un agujero negro, o en este caso, la materia oscura. El efecto fue medido en imágenes desde una observación multianual del cielo en el Telescopio Canadá-Francia-Hawaii.

Así, combinaron imágenes de lente de más de 23.000 pares de galaxias a 4.500 millones de años luz de distancia para crear una imagen compuesta o un mapa que muestra la presencia de materia oscura entre las dos galaxias. Los resultados muestran que el puente de filamento de materia oscura es más fuerte entre sistemas a menos de 40 millones de años luz separados.

La técnica, explican los astrónomos, no solo permite ver la existencia de los filamentos de materia oscura, sino también en qué medida estos filamentos enlazan a las galaxias.

Al igual que la materia oscura, los agujeros negros son objetos misteriosos del espacio de los que cada cierto tiempo se conoce nuevos detalles: hace poco un grupo de científicos europeos reveló que las estrellas se forman dentro de los flujos de material expulsados de los agujeros negros supermasivos.

Fuente: https://nmas1.org/news/2017/04/13/imagen-materia