El telescopio espacial Hubble, lanzado por la NASA en 1990, continúa ampliando nuevas fronteras en nuestro conocimiento astronomico. Uno de sus aparatos a bordo, el espectrógrafo de imágenes STIS, dio respuestas a preguntas relacionadas con los campos magnéticos de Saturno y, también, sobre la existencia de un agujero negro en el centro de una galaxia. Abrió, además, una interesante especulación sobre la evolución estelar al fotografiar la evolución del remanente de la supernova 1987A.
En la débil luz que nos llega de los distintos lugares del universo arriba también la información acerca su estructura y su estado de movimiento. El espectrógrafo STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph) uno de los instrumentos ubicados a bordo del telescopio espacial Hubble ha brindado, y promete seguir haciéndolo, la posibilidad de obtener información inasequible por cualquier otro medio.
Por la década de 1840, Augusto Comte, al referirse a los límites del conocimiento, citaba como ejemplo la imposibilidad de averiguar de qué están hechas las estrellas. Como consecuencia de la enorme distancia a la que se encuentran, creía que nunca podría conocerse su composición. El filósofo francés, uno de los padres de la sociología, no podía saber que en la tenue luz que llega hasta nosotros desde el cielo se encuentra cifrada toda la información necesaria para conocer la composición química de los cuerpos celestes, la temperatura a la que se hallan y la velocidad a la que se desplazan.
Así, pocos años después de su afirmación, nacería la espectroscopia, rama de la física que se fundamenta en el hecho de que cada elemento químico emite un patrón de luz característico. Empleando un espectrógrafo, instrumento compuesto básicamente por un sistema de prismas que descompone la luz que el telescopio alcanza en los colores (frecuencias) que la componen, se obtiene el espectro de frecuencias que permite determinar la composición química de la fuente de luz. Con un poco de teoría adicional (el efecto Doppler) es posible conocer el estado de movimiento de la fuente.
En astrofísica, los resultados más espectaculares hasta la fecha fueron obtenidos por el Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) instalado en el telescopio espacial Hubble a comienzos de 1997. Se trata de un espectrógrafo para producir imágenes bidimensionales a partir del registro de frecuencias pertenecientes a los rangos ultravioleta, visible e infrarrojo cercano.
Las auroras de Saturno, la interacción de la supernova 1987A con el extraño anillo de gas que la rodea y el registro de un posible agujero negro ubicado en el núcleo de la galaxia M84 son algunos de los nuevos resultados que se obtuvieron con el STIS y de los cuales vamos a hablar a continuación.
LAS AURORAS DE SATURNO
La comprensión de las auroras planetarias, fenómeno ocasionalmente observado en la Tierra como un “manto ondulante” de luz sobre el cielo nocturno a altas latitudes, resulta crucial para descifrar la interacción de los campos magnéticos planetarios y la corriente de partículas supersónicas eyectada por el Sol, conocida como viento solar. Las “deformaciones” que el viento solar produce sobre los campos magnéticos generan corrientes eléctricas de escala planetaria con repercusiones en la dinámica general del planeta.
Al respecto, en octubre del año pasado, el STIS obtuvo la primera imagen de las auroras de Saturno en el rango de luz ultravioleta (ver figura 1).
Si bien las auroras de Saturno también son producidas por el viento solar, a diferencia de lo que ocurre en la Tierra, sólo son observables en luz ultravioleta. Y dado que este tipo de radiación, al alcanzar la Tierra, es en gran medida absorbido por su atmósfera, las auroras de Saturno sólo pueden ser percibidas desde el espacio.
Ya en 1980 los datos obtenidos de los vuelos espaciales Voyager 1 y 2 hicieron posible la elaboración de un mapa del campo magnético de Saturno. Como su estructura, en primera aproximación, es la de un dipolo, con las líneas de campo magnético saliendo del polo norte y entrando por el polo sur, se comprende que las partículas cargadas provenientes del viento solar, a las que les resulta muy fácil desplazarse sobre las lineas de campo magnético, penetren por los polos “encendiendo” la atmósfera en sus vecindades, a semejanza de lo que ocurre en los tubos de luz fluorescente.
En la figura 1 se muestra una imagen de estas auroras. Las zonas rojas en las proximidades de los polos, que representan las auroras, corresponden a emisiones ultravioletas de átomos de hidrógeno, los cuales son excitados por las partículas provenientes del viento solar. Emitiendo el exceso de energía en forma de radiación ultravioleta, la cual es registrada por el STIS, el hidrógeno recupera su estado energético primitivo.
LA SUPERNOVA 1987A
En mayo de 1997, el STIS produjo la primera imagen detallada de la supernova 1987A, la más cercana observada después de la que Kepler registró en 1604 en el interior de la Vía Láctea.
Descubierta en febrero de 1987 por el astrónomo canadiense lan Shelton, en el observatorio de Las Campanas, Chile, posteriores datos tomados del pequeño telescopio a bordo del satélite IUE (International Ultraviolet Explorer) permitieron ubicar la supernova en una región del cielo en la que anteriormente brillaba una supergigante azul. Esto hace pensar que el núcleo de esta supergigante colapsó y que este proceso, cuya escala temporal es del orden de los segundos, originó la ráfaga de neutrinos que fueron recibidos en detectores subterráneos en los EE.UU. y en el Japón como primer indicio de la explosión de la supernova.
Ahora bien, en 1988, observaciones efectuadas con el telescopio ubicado en La Silla, Chile, revelaron un nuevo hecho sorprendente, el cual iba a ser confirmado dos años después por observaciones del propio Hubble: 1987A estaba rodeada por un anillo brillante ubicado a una distancia de 0,75 años luz de su centro y cuyo origen podría haber tenido lugar 20.000 años antes de la explosión de la supernova.
Al respecto, una de las hipótesis sostiene que 1987A evolucionó de un sistema binario que, por “succión”de uno de sus componentes, se transformó en un objeto simple. Este proceso habría producido el inusual anillo de gas.
Recién en mayo del año pasado, el STIS produjo la primera imagen del anillo en ultravioleta e identificó la presencia de oxígeno, nitrógeno y azufre. Al mes siguiente, en junio, el espectrógrafo obtuvo indicios de la presencia de gas de hidrógeno, eyectado durante la explosión de la supernova, que se dirigía a 13.000 kilómetros por segundo hacia el anillo.
En estos momentos, como muestra la figura 2, la ráfaga de hidrógeno ha alcanzado la “orilla” interna del anillo, el cual ha comenzado a encenderse como consecuencia del aumento de temperatura provocado por el choque, desde unos pocos miles hasta casi un millón de grados.
Lo interesante del asunto es que los astrónomos predicen que en menos de una década el anillo se habrá encendido completamente una vez absorbida toda la energía del choque. “Como un flash iluminando un cuarto de fumadores -dice el comunicado de la NASA- el resplandor del anillo iluminará por un breve período de tiempo el propio pasado de la supernova al permitir observar los componentes que ahora resultan invisibles.”
Por último, resulta una oportunidad única para comprender las etapas finales de la evolución estelar, como también para entender un poco mejor los fenómenos físicos de interacción por choque, dado que la velocidad de impacto es, en este caso, diez veces mayor que los choques de gases estelares observados hasta el presente.
NÚCLEO DE LA GALAXIA M84
La imagen de la izquierda en la figura 3 fue obtenida por el Hubble y muestra el núcleo de la galaxia M84 (ubicada en el cúmulo de galaxias Virgo, a 50 millones de años luz de la Tierra), lugar en el cual podría hallarse un agujero negro, objeto muy masivo con un campo gravitatorio tan intenso que ni aún la luz puede escapar de su atracción. Esto hace que sea imposible observarlos de manera directa, si bien puede inferirse su presencia por el comportamiento de la materia cercana.
El campo gravitatorio de un agujero negro suele atraer materia de sus vecindades, la cual se arremolina a su alrededor en la forma de un disco gaseoso. A medida que esta materia orbita, va cayendo sobre el agujero negro, siendo comprimida y calentada a millones de grados, por lo que produce emisión de radiación.
Apuntando la abertura del espectrógrafo en la dirección del núcleo de la galaxia M84, se ha logrado registrar el movimiento de materia gaseosa de sus vecindades.
La imagen de la derecha en la figura 3 fue obtenida por el STIS. En ella se puede observar el cambio de registro en la longitud de onda. La estructura en forma de S en el centro del barrido señala un rápido giro del disco gaseoso, lo cual indica la presencia de un cuerpo muy masivo en el centro de la galaxia. Recordando que el efecto Doppler se basa en el corrimiento de la luz hacia el violeta cuando la fuente emisora se acerca hacia nosotros y hacia el rojo cuando la fuente se aleja, puede concluirse que la región azul muestra el trayecto de la órbita en la cual el gas se aproxima al STIS; mientras que la región roja indica el trayecto en el cual el gas se aleja del instrumento de observación.
A partir de este registro es posible estimar la velocidad en 400 kilómetros por segundo para el gas que se encuentra, como máximo, a 26 años luz del centro de la galaxia. De acuerdo con este valor, y de manera similar a como la masa del Sol puede calcularse a partir del radio y la velocidad de los planetas, fue posible estimar que el agujero negro tendría una masa 300 millones de veces mayor que la del Sol.
El STIS puede producir imágenes detalladas de fenómenos planetarios, de dinámica estelar en galaxias distantes o estudiar agujeros negros masivos mediante el análisis de la dinámica del gas alrededor del centro de las galaxias. Esta versatilidad de registros ha sido posible combinando en este instrumento las capacidades de los espectrógrafos más sofisticados como el Goddard High Resolution Spectrograph y el Faint Objet Spectrograph. También incluye tecnología novedosa, como su capacidad de corregir la aberración esférica producida por el espejo primario del Hubble. Sin embargo, el punto clave viene dado por su capacidad para realizar espectroscopia bidimensional, lo que permite registrar, simultáneamente, diferentes regiones, tanto de la atmósfera de un planeta como del interior de una galaxia.
Enunciemos, para terminar, algunas palabras acerca de la insaciable voracidad de los astrofísicos. El futuro director del Instituto del Telescopio Espacial, en Baltimore, Steven Beckwith, actual director del Instituto Max Planck de Astronomía, en Heidelberg, está intentando persuadir a la NASA de comenzar a pensar en un telescopio espacial de nueva generación que podría ser puesto en órbita, según Beck with, en el 2005.
