La Singularidad Desnuda

Un universo impredecible de pensamientos y cavilaciones sobre ciencia, tecnología y otros conundros

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Detectada una atmósfera de carbono en una joven estrella de neutrones

Posted by Carlos en noviembre 7, 2009

Cassiopeia A supernova remnant

NASA/CXC/MIT/UMass Amherst/M.D.Stage et al.

Casiopea A es un objeto fascinante. Se trata de una estrella de neutrones remanente de una supernova que tuvo su origen a unos 3,3-3,7 kpc de distancia de la Tierra, hace unos 300 años (se piensa el evento podría corresponderse con registros históricos de 1680). La imagen superior muestra restos de material en expansión a una velocidad de unos 4 000 km/s y a temperaturas de unos 30 millones de kelvins. La onda de choque de la nube de material distorsiona las líneas de campo magnético, creando una especie de acelerador de partículas natural que convierte a Casiopea A en la radiofuente más intensa del firmamente (fuera del Sistema Solar).

Con todo, lo más interesante está en el interior de la nube. Se trata de una jovencísima estrella de neutrones que ofrece una ventana de observación única a la infancia de este tipo de objetos astronómicos. Utilizando dos conjuntos de datos recopilados por el Observatorio de Rayos X Chandra relativos al espectro de emisión de Casiopea A, Wynn C. G. Ho (de la Universidad de Southampton) y Craig O. Heinke (de la Universidad de Alberta) han realizado un estudio de la posible composición atmosférica de esta estrella de neutrones. Quien haya tenido ocasión de leer la fantástica “Huevo de Dragón” de Robert L. Forward recordará como los cheela habitaban la superficie de una estrella de neutrones rodeada de una milimétrica atmósfera compuesta fundamentalmente de hierro. Este tipo de atmósfera es el que se puede esperar en estrellas de neutrones maduras, pero no se corresponde con las características de Casiopea A. Ho y Heinke han considerado diferentes composiciones atmosféricas tales como carbono, helio, nitrógeno, oxígeno, e hidrógeno, así como un modelo de cuerpo negro. Los resultados los exponen en un trabajo titulado

publicado en Nature. Como indica el título del trabajo, la conclusión es que Casiopea A está rodeada de una finísima atmósfera de carbono (de unos 10 cm, pero con la densidad del diamante). Una atmósfera de estas características es consistente con el espectro observado, y a diferencia de otras composiciones atmosféricas sugiere que la superficie no tendría pequeñas regiones calientes, sino que la región de emisión superficial sería comparable al tamaño de la estrella (~12-15 km, lo que encaja muy bien con el tamaño predicho de unos 10-14 km). En otras palabras, no habría variación en la emisión a medida que la estrella rota, y por eso no se observarían pulsaciones, nuevamente de manera consistente con los datos.

Estructura de Casiopea A

Credit: X-ray: NASA/CXC/Southampton/ W. Ho et al.; Illustration: NASA/CXC/M.Weiss

Dependiendo de la distancia exacta a la que Casiopea A se encuentre, pueden obtenerse estimaciones de su temperatura y masa (que en el primer caso corresponden a temperaturas medias superficiales, a diferencia de los púlsares, en los que la temperatura medida es la de la región caliente, y por lo tanto una cota superior de la temperatura superficial). Dicha temperatura ronda los 1,8 millones de kelvins, y la masa de la estrella está acotada en 1,5-2,4 masas solares. La temperatura en las capas por debajo de la superficie puede superar los 100 millones de kelvins, lo que significaría que los materiales que por acrecimiento caigan en la estrella estarían sujetos a combustión nuclear (lo que acabaría con el hidrógeno en menos de un año, y con el helio en menos de un siglo). Entre diez mil y un millón de años en el futuro, la temperatura habrá bajado lo suficiente para que empiece a formarse una atmósfera de materiales ligeros.

Otra interesante propiedad de Casiopea A es la ausencia de un campo magnético fuerte. Queda por ver si el campo magnéticode la estrella progenitora está de alguna forma atrapado en el interior de la estrella de neutrones y emergerá en el futuro, o si de alguna forma esta baja actividad magnética es una propiedad permanente de esta estrella de neutrones. En ese caso podría haber un gran número de estrellas de neutrones análogas ocultas en el firmamento. Fascinante.

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Tormenta azul en Saturno

Posted by Carlos en marzo 14, 2009

La atmósfera de los gigantes gaseosos son el campo de juego en el que se desenvuelven colosales vórtices y corrientes aéreas hiperveloces. La Gran Mancha Roja de Júpiter -un descomunal remolino en el que cabrían un par de Tierras- es uno de los más conocidos ejemplos. A menor escala Saturno también ofrece este tipo de formaciones. La Cassini acaba ha captado recientemente algunas instantáneas de una gran tormenta azul que recorre el Hemisferio Sur de Saturno.

NASA/JPL/Space Science Institute

NASA/JPL/Space Science Institute

De acuerdo con la escala de la imagen (60 km por pixel) el tamaño de la mancha azul es de unos 3000 km de diámetro. En la imagen inferior se muestra una perspectiva más amplia del hemisferio sur, y la posición de la mancha azul.

NASA/JPL/Space Science Institute

NASA/JPL/Space Science Institute

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Galernas en Saturno

Posted by Carlos en noviembre 2, 2007

La troposfera de Saturno es un lugar sumamente peculiar en la que se pueden distinguir tres regiones de diferente composición y temperatura: en la parte superior hay nubes de amoniaco a -153ºC; más abajo se encuentra una capa de nubes de hidrosulfuro amónico a -93ºC; finalmente, hay una capa de nubes de agua a -23ºC. Estas regiones están sometidas a violentos temporales que pueden alcanzar los 1800 km/h en el ecuador. Precisamente la sonda Cassini ha conseguido unas espectaculares imágenes en las que se pueden apreciar estas impresionantes tempestades (imagen tomada a 3.4 millones de km de Saturno, con una escala de 20 km por pixel).

NASA/JPL/Space Science Institute)
Credit: NASA/JPL/Space Science Institute

El estudio del funcionamiento de los chorros atmosféricos en los gigantes gaseosos ha dado lugar a un interesante giro en nuestra compresión de los mismos. Las típicas bandas atmosféricas que observamos en estos planetas son debidas a corrientes que circulan en diferentes sentidos. En las fronteras entre estas corrientes suelen encontrarse remolinos como el que se muestra en la imagen superior, y que según se suponía se alimentaban de estos chorros debido a la fricción contra los mismos. Sin embargo, la creencia actual es que es precisamente al revés: estos remolinos alimentan las corrientes atmosféricas, cediéndoles su energía de rotación. Esto explica que los patrones atmosféricos de Saturno o Júpiter hayan permanecido estables desde que los astrónomos empezaron a estudiarlos.

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Los volcanes superficiales hicieron posible el surgimiento de oxígeno atmosférico hace 2,500 millones de años

Posted by Carlos en septiembre 5, 2007

Hace unos 3,000 millones de años la Tierra era un lugar bien diferente a la actualidad. Se trataba de un mundo geológicamente muy activo, con una gran convección en el manto que provocaba fuerte vulcanismo y una poderosa tectónica de placas que a la postre impedía la formación de grandes masas continentales. La atmósfera de aquella Tierra primitiva estaba compuesta fundamentalmente por dióxido de carbono, nitrógeno, y posiblemente hasta un 40% de hidrógeno. El oxígeno era virtualmente inexistente, con concentraciones que debían ser inferiores a 10-5 veces la actual, según indica el registro sedimentario, y el hecho de aunque las temperaturas medias eran similares a las de hoy en día, el Sol tuviera 1/3 del brillo actual indica un poderoso efecto invernadero provocado por el dióxido de carbono y el metano.

Todo cambió hace unos 2,500 millones de años, en la transición entre el Arcaico y el Proterozoico, cuando la atmósfera anóxica tocó a su fin, y el oxígeno empezó a ser abundante como hoy en día. Una de las explicaciones más comunes a este hecho es la proliferación de cianobacterias, cuyo metabolismo produce cantidades abundantes de oxígeno. Sin embargo, se tiene constancia de la existencia de estas bacterias con bastante anterioridad al establecimiento de la atmósfera oxigenada, lo que sugiere que aunque su rol liberador de oxígeno pueda ser importante, debe haber algún motivo adicional por el que los sumideros de oxígeno fueran mayores antes de la citada transición. Una propuesta al respecto es la presentada por Lee. R. Kump -de la Pennsylvania state University– y Mark E. Barley -de la University of Western Australia– en un trabajo titulado

publicado en Nature. La propuesta de Kump y Barley se basa en la observación de que hace entre 2.7 y 2.5 Gyr (1 Gyr = 109 años) se estabilizaron la mayor parte de los cratones arcaicos, como el cratón de Kaapval y el de Pilbara, y surgieron las primeras masas continentales elevadas. Esto dio lugar a un incremento del vulcanismo superficial (en oposición al vulcanismo submarino predominante durante el Arcaico), y tuvo una gran influencia en el poder reductor de los gases volcánicos liberados. Mientras que en un volcán superficial los gases se han formado a elevadas temperaturas y bajas presiones, con predominio de H2O, CO2 y SO2, en un volcán submarino los gases se forman a más baja temperatura y mayor presión, siendo ricos en H2, CO, CH4 y H2S, y resultando mucho más reductores. Usando un cierto índice en el que el valor 1 indica que se produce empobrecimiento atmosférico de oxígeno, Kump y Barley establecen que el vulcanismo superficial resulta en un valor de 0.48±0.14, y la combinación actual de vulcanismo superficial y submarino es del orden de 0.69 (como cabría esperar dada la abundante presencia de oxígeno hoy en día). El vulcanismo submarino predominante en el Arcaico tenía sin embargo un índice reductor de 1.5, más que suficiente para acabar con el oxígeno libre.

La hipótesis es sumamente interesante, y en principio cabe suponer que la única explicación alternativa debería ser un enorme crecimiento de la población de cianobacterias ligado por algún motivo a los eventos tectónicos de hace 2.5 Gyr, lo que por el momento carece de justificación. Resulta entonces que los volcanes, típicamente considerados portadores de destrucción de la vida, pueden ser quizás los grandes responsables de que la vida sea en la Tierra tal como la conocemos.

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