miércoles, 24 de febrero de 2010

Historia: El Cangrejo más famoso

La historia de la Nebulosa del Cangrejo es uno de los capítulos más interesantes de la historia de la astronomía. Además de tratarse de uno de los objetos astronómicos más atractivos relativamente cercanos a la Tierra, resultó ser los restos de la explosión catastrófica de una estrella, una supernova visualizada en 1054 por astrónomos chinos y japoneses.

Imagen de la nebulosa obtenida el 17 de noviembre de 1999 por el ESO. Crédito: European Southern Observatory (ESO).




Texto: José Alejandro Tropea
(Texto original en www.aletropea.com.ar, donde reside desde 2001)




1. La engañosamente apacible noche de los tiempos

Es aproximadamente el año 5246 A.C. El mundo atraviesa el período neolítico. Los sumerios, que llevarán la civilización al más alto nivel conocido hasta entonces, comienzan a interesarse en la ciencia y la tecnología. Un hombre, tal vez un sacerdote y astrólogo -que a simple vista ya conocía Marte, Venus, Mercurio, Júpiter y Saturno, la Vía Láctea, el Sol y la luna, y predecía algunos fenómenos celestes o naturales-, escruta el cielo y lo imagina infinitamente más tranquilo y apacible que el suceso catastrófico que estaba teniendo lugar, en esos días, a 6300 años luz de la Tierra. Pero no puede saberlo, faltan precisamente 6300 años para que las consecuencias se hagan visibles, para que el mensajero llegue con la noticia, acabando con esa bucólica imagen.

2. El gran show en el cielo

En 1054, mientras Europa estaba sumergida en la exageradamente llamada edad oscura, en China -también en Japón-, los astrónomos se daban el lujo de presenciar y registrar (1) uno de los fenómenos astronómicos más espectaculares que se conocen: la aparición de una supernova (2), a la que llamaron "estrella huésped". Una estrella diez veces más grande que el sol, muriendo violentamente a través de una explosión colosal. No fue la primera ni la última visible a simple vista en los tiempos pretelescópicos (3) pero por sus características y magnitud y por los acontecimientos posteriores que la involucran es protagonista de uno de los más interesantes capítulos de la historia de la astronomía.

La Nebulosa del Cangrejo, M1, se encuentra aproximadamente a 1 grado Norte y 1 grado Oeste de Zeta Tauri. Crédito: Wikipedia.

Esta supernova, ubicada aproximadamente a 6300 años luz de la Tierra, en la constelación de Tauro, alcanzó un brillo que superaba en seis veces el de Venus,. una magnitud aparente entre −7 y −4,5 en julio. En términos deportivos, durante su período de máximo esplendor ocupó el tercer lugar en el podio, después del Sol y la luna. Fue visible de día durante casi dos meses y al amanecer durante casi un año.

A pesar de la espectacularidad visual del fenómeno no se han hallado registros en Europa (4), sin embargo, es posible que lo hayan visto los Anazasi, indios americanos del norte de Arizona y Nuevo México. Se hallaron dos pictografías, una en una cueva de White Mesa y otra en una pared del Navajo Canyon. En las dos se observa la luna creciente y una gran estrella cercana (según los cálculos, el 5 de Julio de 1054 la luna estaba ubicada a 2 grados al norte de la nebulosa del Cangrejo).

En 1990, Ralph Robbins, de la Universidad de Texas, descubrió nuevos registros en la alfarería de los indios Mimbres de Nuevo México. Dos pistas confirmaban cronológicamente el hallazgo: el estilo artístico de los trabajos era el utilizado únicamente hasta 1100 y el fechado con carbono-14 indicó que fue realizada entre 1050 y 1070. Es probable además que la supernova haya sido descripta como una estrella de 23 rayos.

Si esta catástrofe cósmica hubiera ocurrido en la actualidad, en 2001, es probable que la cobertura de los medios de comunicación y el merchandising habrían alcanzado, junto con el impacto cultural, dimensiones tan colosales como la explosión misma.
El paso del cometa Halley (5), a pesar de ser un fenómeno estelar y visual insignificante comparado con la explosión de una estrella ha causado, en sus periódicas apariciones (cada 75 ó 76 años) y al menos hasta la de 1910, un apreciable impacto en la humanidad.

Los eclipses, con mucho menos todavía que ofrecer, y a pesar de ser un fenómeno más habitual que el paso del Halley, nunca dejan de ser interesantes y atractivos. Y si a lo largo de la historia tanto estos últimos como el Halley desataron pánico, inquietud religiosa y llegaron a ser interpretados como señales de la cercanía del fin, la supernova podría ser, en 2001 -encima potenciado por el año mismo, el primero del milenio-, la señal más contundente y convincente de la llegada de un final apocalíptico, digno de figurar en las predicciones de Nostradamus. Espectacularidad solo superada por el asteroide que cayó en Yucatán hace 65 millones de años o el ahora confirmado que cayó hace 240 millones de años en un lugar no definido. Pero todavíia no existían hombres para registrar el impacto. Y si los hubiera habido, no habrían tenido tiempo de registrarlo ni habrían sobrevivido. Lo mismo que hubiera ocurrido en 1054, si la estrella que explotó hubiera estado a 50 años luz del Sol (según estimaciones de los astrónomos los efectos de la explosión habrían acabado con la vida sobre la Tierra. Si el Sol explotara de esta manera los océanos comenzarían a hervir desapareciendo toda la vida en el planeta).


3. ¡Cangrejo a la vista!

Durante casi 600 años, salvo aquellos escasos registros orientales, la supernova quedó completamente olvidada en el desván de la astronomía.

En 1731 el astrónomo aficionado inglés John Bevis (1693-1771) descubrió la nebulosa originada por la explosión de 1054, pero no la asoció con esta última. Bevis había entrado al desván con el plumero y, sin saberlo, estaba desempolvando aquella supernova.

En 1758 el astrónomo francés Charles Messier (1730-1817) tenía un problema, era "cazador de cometas" (llegó a descubrir veinte) y le resultaba complicado discernir, sin confundirse, su "presa" de otros objetos fijos en el cielo, como las nebulosas y los cúmulos estelares. Para resolverlo decidió relevar y catalogar estos objetos, lo que dio lugar al "Catálogo de nebulosas y cúmulos estelares" publicado por primera vez en 1774 (6). La primera entrada del mismo fue la nebulosa del Cangrejo, denominada M1 (actualmente NGC 1952), que Messier "el cazador" había visualizado en forma independiente de Bevis el aficionado el 28 de agosto de 1758 e ingresado al catálogo el 12 de septiembre de ese mismo año. Aún así, en 1835, M1 fue confundida por Messier con el cometa Halley.

Dibujo realizado por Lord Rosse SEDS

En 1844 el astrónomo irlandés William Parsons, tercer conde de Rosse (1800-1867) pudo observar la nebulosa con gran detalle, logrando apreciar los gases turbulentos y toda su estructura. Sus filamentos de luz le parecieron las patas de un cangrejo. Por el parecido que le veía con ese crustáceo la bautizó como "nebulosa del Cangrejo". La observación la hizo con su propio telescopio de 36 pulgadas en el Castillo Birr (7).

De los primeros en observarla, Charles Messier,Johann Elert Bode (1747-1826) y William Herschel (1738-1822) notaron que la nebulosa no se podía resolver en estrellas, mientras que John Herschel (1792-1871) y Rosse pensaron -y no se equivocaron- lo contrario.

En 1892 se obtuvo la primera foto a través de un telescopio de 20 pulgadas.


4. Revelación explosiva

En 1913 el astrónomo norteamericano Vesto Slipher (1875-1969) realizó los primeros análisis espectroscópicos de la nebulosa -tarea que llevaría adelante hasta 1915-, observando que las líneas de emisión de la misma estaban divididas. Más tarde se descubrió que esto se debía al efecto Doppler. Partes de la nebulosa se están aproximando a nuestro planeta, desplazando las líneas hacia el azul, mientras que otras se alejan de nosotros, desplazando las líneas hacia el rojo.

Lo que entonces había sido evidente por simple observación telescópica, que la nebulosa era una colosal explosión expandiéndose, comenzaba a confirmarse a través de varias evidencias.

En 1921, Carl Otto Lampland, del Observatorio Lowell, comparando fotografías de la nebulosa, obtenidas con el reflector de 42 pulgadas, encontró cambios y movimientos notables de sus componentes individuales. El mismo año, John Charles Duncan, del observatorio Monte Wilson, comparando fotografías de los últimos 11.5 años encontró que la nebulosa se estaba expandiendo a un promedio de aproximadamente .2 segundos de arco por año. Proyectando hacia atrás este movimiento el cálculo daba para el comienzo de la expansión unos 900 años. En ese mismo año, Knut Landmark observó la proximidad histórica que la nebulosa tenía con la supernova de 1054.

Durante la segunda guerra mundial, en 1942, el astrónomo germano-americano Walter Baade (1893-1960) observó que una estrella cercana al centro de la nebulosa podía estar relacionada con el origen de esta. La misma, por sus características, pertenecía a la categoría de enanas blancas (estrellas pequeñas y azuladas).

En ese mismo año el astrónomo holandés Jan Oort (1900-1992) estaba en una situación inconveniente para el desarrollo de sus actividades científicas. Al no poder hacer en Holanda, su país, otra cosa que trabajos teóricos debido a la ocupación alemana (8), se dedicó, por ejemplo, a estudiar documentos chinos de un especialista de ese origen relacionados con la supernova de 1054. En base a ellos, después de una intensa y detallada investigación llegó a la conclusión de que la nebulosa del Cangrejo eran los restos de la supernova registrada en 1054


5. La caja de Pandora

En 1948, en pleno nacimiento de la radioastronomía, se descubrió una radiofuente muy poderosa en el interior de la nebulosa, después identificada como "Taurus A" (la tercera en intensidad fuera del sistema solar). Si bien en principio se podría suponer que esta emisión de microondas se debía a las altas temperaturas, como sucede con las emisiones de radio del Sol, enseguida se ve que no es posible debido a que las temperaturas necesarias para producir microondas de tal intensidad harían que la nebulosa sea mucho más brillante de lo que es, además la intensidad de las mismas debería disminuir a medida que aumenta la longitud de onda y ninguna de estas cosas sucede. Algo nuevo rondaba por ahí y no tardaría en ser descubierto.

En 1953, buscando una explicación a la intensidad de la radiofuente del Cangrejo, el astrónomo soviético Iosif Samuilovich Shklovsky (1916-1985) había sugerido que la nebulosa podía tener un intenso campo magnético que a través de sus líneas de fuerza hacía girar a los electrones en trayectoria espiral, los que a su vez, debido a este fenómeno, emitirían "radiación sincrotrón" (llamada así por su similitud con el proceso al que los electrones son sometidos en los sincrotrones, aceleradores de partículas), que además de microondas originaría luz visible. Respecto de esa luz, si su origen es la radiación sincrotrón, debería estar polarizada (las ondas se mueven a través de las líneas de fuerza del campo magnético, las cuales están orientadas en una dirección fija).

En 1954 Baade informó, confirmándolo, que el Cangrejo poseía esos poderosos campos magnéticos. Por otro lado, el astrónomo soviético V. A. Dombrovsky demostró que la luz del Cangrejo estaba efectivamente polarizada (9).

En 1963 fue lanzada, por un grupo a cargo del astrónomo norteamericano Herbert Friedman (1916-2000), una serie de cohetes de gran altura para la detección de fuentes de rayos X. Una muy intensa (Tau XR-1) se detectó en la nebulosa del Cangrejo (10).
Al año siguiente, a través de mediciones con globos se detectaron también rayos cósmicos.
A pesar de esta acumulación de objetos y fenómenos celestes en el interior de la nebulosa -supernova, enana blanca, rayos X, rayos cósmicos, radiación sincrotrón-, lo mejor estaba por venir.


6. El corazón delator

Imagen detallada del "corazon" de la nebulosa, obtenida por el telescopio espacial Hubble en 1995. NASA y Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

En 1968 los astrónomos confirmaron y anunciaron lo que había sido detectado el año anterior (11), una señal de radio pulsante y regular proveniente del espacio exterior. Esto hizo pensar a muchos, en un primer momento, que se trataba de mensajes de una civilización extraterrestre avanzada. Pero la fiesta y el alborozo -justificados- no duraron mucho. Más que de señales transmitidas por pequeñas criaturas verdes se trataba de un nuevo objeto estelar, al que se bautizó púlsar. Al menos a nivel científico había motivos para festejar.

El 9 de noviembre de ese mismo año los astrónomos del radiotelescopio de 300 metros de Arecibo, en Puerto Rico, descubrieron en M1 una fuente que emitía una señal de radio pulsante. Era un pulsar, una estrella pulsante. El pulsar del Cangrejo fue el primero que también se pudo observar en la parte visible (12). Ahora se sabe que el pulsar es una estrella de neutrones que rota velozmente (30 veces por segundo), tiene un diámetro de 30 km y una masa mayor que la solar, lo que hace que su densidad sea mayor que la de un núcleo atómico. Un cubo de una pulgada, más o menos como dos caldos en cubito, del material de este pulsar pesaría seis mil millones de toneladas.


7. "Para verte mejor"

No era una abuelita, ni un lobo travestido, ni sus ojos eran tan grandes (otros en la Tierra lo superaban) y hasta fue necesario hacerle un tratamiento oftalmológico (modificando su órgano ocular con lentes correctoras), pero estaba en órbita, más allá de la interferencia y la distorsión de la atmósfera, siendo esto suficiente para ser un instrumento de observación excepcional. Desde 1995 el telescopio Espacial Hubble (HST), de el se trata, nos ha provisto de jugosa y valiosa información sobre la nebulosa y el pulsar del Cangrejo.
Ha revelado que los filamentos de la nebulosa son más complejos de lo que se había pensado. En boca de los astrofísicos "el Cangrejo (por los procesos que ahora pueden analizarse con mayor detalle) es un objeto maravilloso, mezcla de teoría astronómica y experimento científico" (en un documental de Discovery sobre el HST) (13)


8. "Cuatro ojos ven mejor que uno"

En las instalaciones del complejo astronómico de Paranal, en pleno desierto de Atacama, en Chile, se realizan importantes observaciones. Gracias a una técnica llamada interferometría, los cuatro telescopios reflectores allí emplazados, de 8.2 metros de diámetro cada uno, pueden trabajar como uno solo de 16 metros, convirtiéndolo en el observatorio con base en tierra más poderoso de la historia. Con este instrumento, si nuestros vecinos se fueran de vacaciones a la luna, podríamos espiarlos desde Paranal mientras toman sol desnudos en las laderas de los cráteres.
La nebulosa del Cangrejo, por estar en el campo de observación de este telescopio, se ha convertido en presa fácil del mismo (la foto principal que ilustra esta nota fue obtenida allí).
A pesar de todo lo que ya se conoce del Cangrejo, tal vez ahora viene lo mejor...


La Nebulosa del Cangrejo vista en infrarrojo por el Telescopio espacial Spitzer. Crédito: NASA/ESA.

Púlsar de la Nebulosa del Cangrejo. Información óptica del Telescopio espacial Hubble (en rojo) combinada con imágenes de rayos X del Observatorio de rayos X Chandra (en azul). Crédito: NASA/ESA.

La Nebulosa del Cangrejo en el ultravioleta cercano. Crédito: NASA/ESA.

La Nebulosa del Cangrejo en el ultravioleta lejano. Crédito: NASA/ESA.




REFERENCIAS

1 - De acuerdo a los registros chino traducidos por J.J. Duyvendak: "...En el primer año del período Chih-ho, en la quinta luna, el dia chi-ch'ou, una estrella huésped apareció aproximadamente varias pulgadas al sur-este de Tien-Kuan (Z-Tauri). Después de más de un año, en forma gradual se hizo invisible...". La fecha corresponde al 4 de julio de 1054.
Otra referencia posterior: "...En el día Hsin-Wei, de la tercera luna en el primer año del período Chia-yu (17 de abril de 1056) el Director de la Oficina Astronómica dijo 'La estrella huésped se hizo invisible, lo cual es señal de la partida del huésped". Originalmente, durante el quinto mes del primer año del período Chih-ho, había aparecido en la mañana en el este guarding T'ien-Kuan. Era visible durante el día como Venus, con rayos en las cuatro direcciones. El color era blanco rojizo... Fue vista por 23 días".
La fecha del 4 de julio de 1054 ha sido cuestionada varias veces debido a que por las condiciones climáticas los astrónomos chinos recién el 4 de julio pudieron registrar el evento. El poeta japonés Sadiae Fujiwara, en 1235, fija este acontecimiento en mayo 29, pero en esa fecha la estrella Z-Tauri estaba demasiado cerca del Sol para ser observable.

2 - Al explotar, la luminosidad de la estrella puede aumentar 100 millones de veces. Durante un período breve puede alcanzar el brillo de 1000 millones de estrellas y en algunos casos superar el de toda la galaxia a la cual pertenece.
Al explotar expulsa al espacio materia estelar. Al hacerlo pierde energía. Los restos de la estrella colapsan y la misma se apaga. Varios meses después la estrella vuelve a tener el brillo previo a su explosión.

Se clasifican en tipo I y II. Las primeras son estrellas antiguas con una masa ligeramente superior a la del Sol. la radiación durante la explosión es muy grande a pesar de que su masa es una fracción de la del Sol. Durante la explosión pierden entre 1/10 y 9/10 de su masa. Se hallan en galaxias espirales y elípticas. La supernova de 1054 era de este tipo.

Las de tipo II se encuentran solo en galaxias espirales. Son estrellas jóvenes, masivas y calientes. Durante la explosión pierden entre 1/100 y 1/10 de su masa. Generalmente aparecen en los brazos espirales, que es la zona en la que comienzan a formarse las estrellas.

3 - Galileo utilizó el telescopio por primera vez en 1609. Desde entonces no ha aparecido ninguna supernova visible a simple vista. Antes de eso, el 6 de noviembre de 1572, una nova que llegó a presentar de 5 a 10 veces el brillo de Venus (magnitud -4) apareció en la constelación Casiopea. El astrónomo danés Tycho Brahe le dedicó, en 1573, el opúsculo De Nova Stella ("Acerca de la nueva estrella") publicado al año siguiente. A partir de ese trabajo se denominaron "novas" a las estrellas que surgen repentinamente en el cielo.
Otra nova (magnitud -3) apareció en Octubre 9 de 1604, en la constelación de Ofiuco. Su brillo llegó a ser como el de Júpiter y fue observada por Galileo y Kepler.
Anteriormente a estas dos, el 30 de abril de 1006, de acuerdo a datos basados en investigaciones sobre documentos chinos que se publicaron en 1966, fue visualizada otra supernova en la constelación Lupus. Fue además observada y registrada por árabes, japoneses y europeos.
En 1181, en la constelación Casiopea, astrónomos chinos y japoneses observaron otra supernova (magnitud -1).
Otras dos se observaron en 185 a.J. (en la constelación Centauro) y en 393 a 396 (en la constelación Escorpio).
También se especula con que Hiparco registró una nova en 134 a.J. y que fue este fenómeno el que lo llevó a realizar la primera carta celeste conocida. Existen además otras novas de cuya existencia no hay seguridad.

4 - Este es un hecho que no ha dejado de llamar la atención. Pero hay que considerar que la astronomía en Europa casi no existía, no había una visión científica del mundo y los intereses del mundo europeo se movían por otros caminos, como la religión, el arte y, porque no, las luchas y las guerras tanto intestinas como externas. Es posible que debido a estos factores la supernova haya sido pasada por alto en los intereses de aquella civilización.

5 - Fue el astrónomo inglés Edmund Halley (1656-1742) quien descubrió el cometa que lleva su nombre y que en realidad ya era conocido. Lo que Halley hizo fue suponer, en 1704, y luego se confirmaría, que varios cometas supuestamente diferentes que aparecían a intervalos regulares (75 ó 76 años) eran uno solo. El astrónomo hizo cálculos que predijeron el regreso del mismo en 1758.

6 - En ese catálogo figuró por primera vez, designada como M 31, la galaxia de Andrómeda, que en ese momento, a raiz de que los telescopios no permitían resolverla en estrellas, era considerada una nebulosa, como sucedió con muchas otras de ese mismo catálogo. Este fue ampliado posteriormente por William Herschel y su hijo John Herschel hasta 5080 objetos. En 1890 fue sustituido por uno aún más extenso, el Nuevo Catálogo General de Dreyer.

7 - En base a la observación que hizo de la nebulosa, Lord Rosse describió así lo que vio: "Un racimo...no es más largo que una nebulosa oval resolvible (en estrellas); vemos filamentos resolvibles singularmente dispuestos..."
Pero interpretó mal sus observaciones, creyendo ver en los filamentos una señal de que era posible resolverlos en estrellas.
En 1848 volvió a observar M1 con un telescopio reflector de 72 pulgadas, encontrándose entonces con un cuadro muy diferente. En 1855 fue representada con un nuevo dibujo por R.J. Mitchell.

8 - En forma similar, en 1944, otro astrónomo holandés en la misma situación que Oort, Hendrik Christoffel van de Hulst (n. 1918), haciendo cálculos teóricos determinó la existencia de la radiación de 21 cm del hidrógeno en la Galaxia. Finalizada la guerra sus cálculos se confirmaron cuando varios científicos trabajando por separado detectaron esa radiación.

9 - En 1960 se comprobó que las emisiones de microondas de Júpiter están polarizadas debido al campo magnético del planeta y finalmente, en 1962, debido a una explosión nuclear experimental de gran altura más allá de la atmósfera, las líneas del campo magnético terrestre se llenaron de partículas cargadas, que iniciaron un movimiento en espiral en torno a esas líneas del campo, emitiendo radiación sincrotrón.

10 - La energía que emitía a través de los rayos X era 100 veces superior a la emitida como luz visible. Igual esta última es enorme. En términos absolutos es más de 1000 veces más luminosa que el Sol (esto surge de tener en cuenta que a 6300 años luz su brillo aparente corresponde a una magnitud absoluta de -3.2). La luminosidad total en todo el espectro es aproximadamente 100000 veces la Solar.
En 1964 se pudo determinar si esta fuente era puntual o extensa. Aprovechando que la nebulosa sería ocultada por la luna -no volvería a suceder en 8 años-, Friedman y su grupo hicieron mediciones con un cohete y se comprobó que el flujo de rayos X desaparecía gradualmente y que la fuente abarcaba aproximadamente 1 año luz.

11 - En 1967 el radioastrónomo inglés Antony Hewish y sus estudiantes graduados en la Universidad de Cambridge, terminaron un radiotelescopio para estudiar el centelleo de las estrellas, específicamente los quasars. En ese año observaron una señal inusual en la longitud de onda de 3.7 metros que pulsaba con una frecuencia de aproximadamente 1 segundo (exactamente 1.3373011) y que no se podía asociar a ninguna fuente conocida (estrellas, galaxias, etc.).

12 - El 15 de enero de 1969 D.J. Taylor, W.J. Cocke y M.J. Disney, del Observatorio Steward de Tucson, Arizona, observaron, con el telescopio de 90 cm de Kitt Peak que la estrella (CM Tauri) emitía luz pulsante con un período de 33.085 milisegundos, como el pulsar de radio.

13 - A las importantes observaciones del Hubble se agrega la no menos rica información que aportan otros sistemas de observación en todo el espectro de frecuencias, entre ellos está el Observatorio de rayos X Chandra, de la NASA y el Observatorio Keck de Hawaii en el área del infrarrojo.



BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA

The Crab Nebula de Simon Mitton. Charles Scribner's Sons, New York, 1978. 194 páginas. Contiene muchas ilustraciones. Es un excelente libro en inglés dedicado exclusivamente a la Nebulosa del Cangrejo.

© 2001, 2010 José Alejandro Tropea

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