Sorpresas en la ballena (M77 y NC 1055)

El horizonte avanzaba hacia nosotros velozmente formando un túnel de estrellas que se alargaban  como fideos y se perdían a nuestras espaldas. En cuestión de unos minutos pudimos ver, a lo lejos, nuestro siguiente objetivo. Su núcleo brillaba tanto que parecía querer cegarnos, proyectando sombras contra la pared de la sala de mandos. Rodeándolo, dos brazos en espiral salen del centro, perdiéndose en la periferia, y un halo con forma de anillo engloba el resto de la galaxia. Decidí ponerme las gafas de visiFoto aguejero negroón especial y pulsé el botón de Rayos-X. Un espectáculo apareció ante mis ojos conforme nos íbamos acercando. Pude ver enormes masas de gas que estaban siendo absorbidas por el núcleo, como si cayeran engullidas por un torbellino en el agua, girando tan rápidamente que brillaban y expulsaban chorros de radiación hacia los polos de la galaxia. ¿Por qué ocurría eso? ¿Qué empujaba a ese gas a moverse tan rápidamente? La respuesta no se hizo esperar. Nos acercamos lo suficiente al núcleo, atravesando miles de estrellas, como para ver su interior. Mejor dicho, como para no verlo, porque una esfera completamente oscura ocupaba el centro de la galaxia, rodeada por gases y material de acreción que giraban a su alrededor atraídos por ella. Un agujero negro…

M77 es una galaxia especial, no sólo por su inmenso tamaño (170.000 años luz) o fuerte luminosidad, sino porque esconde en su interior un secreto. A 47 millones de años luz, se descubrió en 1908 que esta galaxia presentaba en su espectro líneas de misión similares a la mayoría de nebulosas planetarias, algo que no es lo que corresponde a una galaxia normal (en esa época ni siquiera se sabía realmente lo que era una galaxia). Cuarenta años después, Seyfert se dio cuenta que había más galaxias que, al igual que M77, producían líneas de emisión, y éstas provenían de un núcleo puntual. Dicho espectro era concordante con la idea de gases moviéndose a altas velocidades, del orden de los 8.500 kilómetros por segundo en las zonas más internas (la velocidad habitual de las estrellas y material cerca de los núcleos de galaxias es de 300 kilómetros por segundo en los más veloces…).

Hoy se sabe que en el corazón de estas galaxias, que reciben el nombre de Galaxias Seyfert, hay objetos altamente densos, agujeros negros supermasivos que atraen la materia que hay a su alrededor, de una manera tan intensa que provocan fuertes corrientes y velocidades. El disco de gas que se forma en su periferia, al caer rápidamente al centro del agujero negro, transforma su energía potencial en una explosión de energía en casi todas las longitudes de onda, especialmente en Rayos-X y Ultravioleta, formando lo que debe ser un espectáculo para los seres que puedan identificar dichas formas de energía.

Se distinguen dos tipos de galaxias Seyfert, en función de la visibilidad de sus dos bandas de gases, la cercana (BLR) está situada a apenas 1-2 años luz del núcleo, y la lejana (NLR) lo hace a partir de esa distancia (al estar más lejos, sus líneas de emisión son más estrechas, siendo las BLR las más anchas debido a la alta velocidad que presentan. Entre ambas nubes se dispone una región de gases oscuros con forma de toroide (de donut), que, en determinadas posiciones oculta la banda más interna. En las galaxias Seyfert tipo 2, la banda toroidal impide la observación de la BLR, mientras que en las Seyfert tipo 1 podemos apreciar las dos nubes de gas.

Dicho esto nos vamos directamente a M77, o NGC 1068, una galaxia espiral prototipo de las galaxias Seyfert tipo 2. Se encuentra junto a la brillante estrella delta Ceti, compartiendo ocular con pocas estrellas, y especialmente cerca de una de la décima magnitud. Ya a bajos aumentos se aprecia una fuerte nebulosidad redondeada, con un brillante núcleo central. A 125 aumentos el halo de la galaxia casi toca a la estrella vecina y el núcleo adquiere cierta forma ovalada. Con visión periférica pude apreciar el comienzo de los brazos espirales, especialmente el meridional, visible como una prolongación del núcleo a ese nivel. El otro brazo, más débil, se extiende tímidamente hacia el norte.

M77

No acaba aquí la cosa. Si tuviera un ocular de gran campo casi podría verlo a la vez, pero el caso es que muy cerca de M77 tenemos otra galaxia igualmente interesante y totalmente distinta. Ambas forman un marco espectacular en cualquier fotografía de larga exposición. NGC 1055 es una galaxia espiral barrada que tiene la particularidad de ofrecernos su silueta vista de canto y, al igual que M104, nFoto M77 NGC 1055os muestra una barra oscura central que atraviesa su núcleo y la divide en dos. La parte inferior no es tan brillante como en la galaxia del sombrero, pero con amplia abertura y buena noche puede cazarse sin problemas. Esta galaxia se encuentra a apenas 440.000 años luz de M77, formando ambas un par físico, siendo parte del Grupo de Galaxias de M77, con ésta última como eje central. NGC 1055 mide 115.000 años luz y muestra una formación estelar especialmente activa, como se puede apreciar por la emisión de radiación en la longitud de onda del monóxido de carbono caliente, característico de las estrellas en formación.

 NGC 1055 ya se aprecia a bajos aumentos como una mancha difusa alargada, formando un bonito triángulo con dos brillantes estrellas que parecen gemelas. El efecto es especialmente agradable. Necesité subir a 214 aumentos para poder distinguir la parte inferior de la barra oscura, como un débil parche de luz alargado, junto a otra estrella brillante. La mala calidad del seeing me hacía verla intermitentemente, pero allí estaba, enviando sus fotones desde tan lejos.

NGC 1055

Viajando en el tiempo (M22)

Hoy vamos a hablar de un “gigante del pasado” con todas las de la ley, uno de los más brillantes cúmulos globulares que podemos ver desde la “estación espacial” que llamamos Tierra. Pero, para hablar de M22, antes tenemos que tener algunas nociones sobre los cúmulos globulares, para no limitarnos a ver con los ojos. Retrocedamos en el tiempo, concretamente 12.000 millones de años atrás, cuando el universo tenía apenas 2.000 mil millones de años de edad.

Vamos en nuestra nave espacial recién lavada, propulsada por antimateria, y el universo es tan distinto a como lo conocemos que nos perderíamos si no fuera por nuestro sofisticado sistema de navegación. Miramos por el gran ventanal de la sala de mandos. El gran vacío se abre ante nosotros, un vasto universo negro como el carbón con pequeñas islas de luz dispersas. Algunas tienden a agruparse, formando el caldo de cultivo de futuros cúmulos galácticos. Nos acercamos a una de estas jóvenes galaxias, un hervidero de estrellas en ebullición en el que predominan los tonos azules. En uno de los brazos nos sorprende la aparición súbita de un brillante punto de luz que nos deslumbra. La observamos maravillados, sonriendo por la gran casualidad que supone estar escuchando en ese mismo momento “Champagne Supernova” de Oasis. Esa estrella que acaba de explosionar será la responsable de la formación de un centenar de progenitores. Pero hay algo más que llama la atención. Rodeando a la galaxia hay pequeñas nubes redondeadas, dispersas, que se concentran sobre todo alrededor del núcleo. Dirigimos la nave hacia una de esas nubes y vamos viendo que está formada por cientos, no, miles de estrellas, densamente agrupadas. Están tan juntas en el centro que apenas pueden distinguirse individualmente. En unos minutos nos encontramos en sus redes, entre un millar de estrellas tan brillantes que proyectan nuestra sombra contra la pared. Me asombra pensar que esa inmensa formación de estrellas seguirá ahí en la época de la que venimos…

Así es, los cúmulos globulares son formaciones de estrellas que surgieron al mismo tiempo que se formaron las galaxias, son fósiles vivientes que han pasado entre 10 y 12 mil millones de años aislados, ajenos a los procesos de formación estelar de los brazos de las galaxias. De hecho, en ellos no quedan restos de las nubes y polvo que formaron sus estrellas, tan solo decenas o cientos de miles de astros, la mayoría en un estado evolutivo bastante avanzado. Estudiando sus componentes podemos conocer de primera mano cómo eran las estrellas primigenias que dieron lugar a nuestra galaxia, de ahí su gran importancia. Se piensa, además, que los cúmulos globulares más masivos llegaron a ser el núcleo de galaxias enanas que, al colisionar con la nuestra, terminaron por descomponerse. Sea como sea, es impresionante poder ver desde nuestro planeta a estos solitarios cuerpos que viajan a nuestro alrededor. Tras ellos sólo hay vacío, el inmenso vacío intergaláctico (que no es tan vacío como parece) y, después, más y más galaxias, hasta donde la imaginación esté dispuesta a llegar.

M22 se encuentra a tan sólo 10.600 años luz de nosotros, en dirección al núcleo galáctico. Tenemos que agradecer que su brillo no quede eclipsado por las enormes masas gaseosas que suelen poblar esta zona. Este cúmulo globular fue de los primeros en ser descubierto, en 1665, por Abraham Ihle. Es un monstruo formado por 83.000 estrellas, todas ellas hermanas que nacieron hace unos 12.000 millones de años. Su fuerte brillo lo hace visible a simple vista cuando la noche es oscura, sorprendiendo a cualquiera que se acerque a él mediante un telescopio. Realicé este dibujo desde el Puerto de la Mora, cerca de Granada, la noche en que la presencia de un jabalí me hizo recoger las cosas y volver a casa.

La mejor visión la obtuve con el Hyperion de 13 mm, que proporciona unos agradables 125 aumentos, más que suficientes para disfrutar de este espectáculo. Un fuerte núcleo repleto de estrellas perfectamente resueltas domina el centro de la imagen, con una región periférica también colmada de puntos brillantes. Una gran cantidad de estrellas se pierde, además, en una nebulosidad que se deja entrever tras las más brillantes. Destaca, en esta periferia, la agrupación de estrellas en forma de “salientes” radiales con origen en el núcleo. Es como si de la zona central salieran dos “espinas” hacia arriba. En el centro, de forma horizontal, se aprecia también una franja más brillante que termina sobresaliendo hacia la derecha. Una estrella centellea con una intensa tonalidad rojiza, como si fuera el guardián de ese cúmulo de joyas. Mayores aumentos tampoco desmerecen la imagen, destacando las brillantes estrellas del núcleo, tan juntas que parece como si fueran a fusionarse.

M22

Pero aquí no termina el interés de este objeto. En 1989 se describió la presencia de una nebulosa planetaria en su interior, convirtiéndose así M22 en uno de los cuatro cúmulos globulares en los que se conoce la existencia de estos cuerpos. Por otro lado, recientemente se ha corroborado, gracias a ondas de radio, que en su interior residen 2 agujeros negros, de una masa entre 10-20 masas solares. Además, los cálculos pertinentes parecen indicar la presencia de 5 a 100 de estos cuerpos dispersos en M22 (al final va a resultar que estamos rodeados de agujeros negros…).

Por si fuera poco (y por último), trabajadores del Hubble monitorizaron el brillo de las 83.000 estrellas cada 3 días durante 4 meses, y obtuvieron resultados interesantes. Pudieron comprobar que algunas estrellas alteraban muy levemente su brillo durante unas horas (una durante 18 días), debido al efecto de “microlentes” que produce la gravedad cuando altera el recorrido de la luz (ya hablaremos de ello en otro momento). Dicho estudio mostró la presencia de cuerpos de una masa 80 veces mayor que la de la Tierra que van “flotando” a través de M22 sin orbitar ninguna estrella en concreto. Son planetas “errantes”, nunca mejor dicho, que parecen haber perdido la atracción por su sol. Imaginemos por un momento al habitante de uno de estos planetas gaseosos (si fuera posible el mantenimiento de su atmósfera) en su periplo a través de un cielo poblado por mil estrellas tan brillantes, e incluso más, como Venus. Él sí que se encontraría con una noche estrellada.

Nucleo m22

(Detalle del núcleo de M22, Hubble)

X-1 Cyg, o cómo ver un agujero negro

En 1964 un cohete suborbital detectó por primera vez en la historia una fuente de rayos X que provenía de una región en la constelación del Cisne. Imaginad la emoción que sentiría el mundo entero, dejándose llevar por la imaginación en una época en la que no se habían recibido todavía señales extraterrestres. No fue hasta 1971 cuando se empezó a desentrañar el misterio de ese “faro estelar” que emitía rayos X a una velocidad pasmosa.

Estamos hablando de la fuente de rayos X conocida como X-1 Cygnus, situada a 6.070 años luz de nuestra isla particular, formando parte de una inmensa región de estrellas conocida como Cygnus OB3, que viajan juntas por la galaxia como una bandada de pájaros. Sin embargo, al apuntar con telescopios visuales a X-1 Cyg no se apreciaba nada, salvo una estrella cercana a la fuente original. Cuidadosas observaciones posteriores pusieron en evidencia que esa solitaria estrella formaba en realidad parte de un sistema binario, siendo su compañera no una estrella, sino la invisible y esquiva fuente de rayos X. Ante la existencia de un objeto desconocido se barajaban dos opciones para explicar su naturaleza. Por un lado podría ser una estrella de neutrones, la última fase de una estrella que ha colapsado, de una masa igual a 8-10 masas solares. Sin embargo se comprobó que la masa de X-1 Cyg debía equivaler aproximadamente a 15 soles, dejando atrás la hipótesis de la estrella de neutrones. Un cuerpo de estas características cumplía todos los requisitos para ser considerado un agujero negro, y así fue, convirtiéndose en el primero de dichos objetos de los que se tuvo constancia.

Entonces, ¿qué es realmente un agujero negro? Para entenderlo tenemos que comprender que una estrella mantiene su estado gracias a dos fuerzas. Una es el resultado de múltiples explosiones, reacciones de fusión nuclear que tienen lugar en ella, en las cuales se fusionan dos moléculas de hidrógeno y forman helio, generando una gran cantidad de energía de “dentro a fuera”. La otra fuerza es la gravedad, que a diferencia de la anterior, tienda a mantener la estrella comprimida, es una fuerza de “fuera a dentro”. Cuando todo el hidrógeno se consume y se forma helio, éste a su vez reacciona (con más dificultad que el hidrógeno) y da lugar a carbono, formándose a continuación, en las estrellas muy masivas, otros elementos más pesados. Una vez que se forma níquel, la capacidad de fusión se anula, con lo cual la estrella pierde su “fuerza interior” y la gravedad actúa entonces en todo su auge, comprimiendo la estrella rápidamente. Esto da lugar al colapso de una estrella y a una gran explosión que se denomina supernova. Toda la masa original de la estrella (restando los gases que salen despedidos y forman los remanentes de supernova, de los cuales ya veremos algunos) queda comprimida en un espacio de apenas 40 km. La densidad es entonces tan inmensa que atrae todo lo que hay a su alrededor, no dejando si quiera escapar la luz. Estos párrafos sirven para introducir el informe de observación, si queréis una explicación más completa y clara os recomiendo visitar el siguiente enlace del blog “Ciencia de Sofá”: http://cienciadesofa.com/2013/04/agujeros-negros-acelerador-particulas.html.

De todo lo anterior podemos deducir que es imposible ver X-1 Cyg, y es cierto, Sin embargo, nada nos impide ver a la estrella azul que forma sistema binario con ella, ya que cuenta con una generosa magnitud 9, al alcance de prismáticos y telescopios.

X-1 Cyg

Tenemos que dejar paso a la imaginación y a ver a esa gigante azul, deformada por estar dejándose, de forma literal, la piel por su compañero. X-1 Cyg está absorbiendo las capas superficiales de la estrella, girando en un continuo baile que durará más que nosotros, completando una vuelta en tan sólo 5.6 días. Es uno de esos objetos que tenemos que “ver” con la mente para sacarle provecho, y cuando alguien nos pida ver un agujero negro, ya sabemos a dónde apuntar.

Cygnus_X-1