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Oteando los confines del Universo

Brasileños observan la más antigua y distante explosión de una estrella

A las 3 horas, 7 minutos y 21 segundos del pasado día 4 de septiembre, el satélite Swift, de la Nasa, la agencia espacial estadounidense, emitió un alerta a los astrofísicos de guardia: instrumentos ubicados a bordo de ese aparato espacial habían captado indicios de lo que podría ser una explosión de rayos gamma en los confines de la constelación de Piscis. Podía ser un evento estelar importante o un evento más, sin mayores predicados. Telescopios apostados en tierra, situados en las más diversas latitudes, hicieron una pausa en sus observaciones de rutina y apuntaron rápidamente sus espejos hacia las coordenadas que indicó el Swift (los artefactos profesionales no disponen de lentes, sino de espejos). Ochenta y seis segundos después del aviso, el Tarot, un observatorio ubicado en la Côte d’Azur, registraba la región indicada por el satélite. Pero fue un esfuerzo en balde. Sus imágenes no mostraban ninguna explosión y, a las 7:23 hs, los astrónomos franceses emitieron un informe de lo que habían visto. No demasiado. Treinta y cinco minutos más tarde, nueva respuesta negativa, ahora del pequeño telescopio Palomar, de California.

Pero el panorama empezó a alterarse a las diez, siempre según el horario de Greenwich. Operado por un joven astrofísico paulista, Eduardo Cypriano, el Southern Observatory for Astrophysical Research, o más sencillamente, el Soar, un telescopio situado allí donde comienza el desierto de Atacama, más precisamente, en Cerro Pachón, una montaña de 2.700 metros de altura enclavada en los Andes chilenos, soltó un informe halagüeño: había captado las primeras imágenes del posible estallido estelar. Con todo, no se podía afirmar cuánto tiempo hacía que el misterioso fenómeno había acontecido, ni precisar exactamente de qué se trataba. Y el evento solamente era avistable en las longitudes de ondas equivalentes al infrarrojo, pero no en las frecuencias ópticas, de luz visible. Por eso, había incertidumbre con relación a su naturaleza. “Podía ser polvo cósmico o una explosión con alto redshift (en castellano, corrimiento al rojo, en la jerga que se emplea para designar a los eventos siderales muy longincuos)”, dice Cypriano, quien contó con la ayuda de otra astrofísica de São Paulo, Elysandra Figueredo, su mujer, en el trabajo de procesamiento de las imágenes. A pedido de Daniel Reichart, de la Universidad de la Carolina del Norte, cazador de explosiones de rayos gamma, la pareja de brasileños había reorientado los espejos del telescopio, del cual Brasil es uno de sus socios mayoritarios, hacia la constelación de Piscis, con la esperanza de obtener algún registro. Y, tal como se vería después, ese movimiento rindió dividendos.

El día 12 de septiembre, al cabo de una serie de mediciones y observaciones efectuadas en forma pionera por el Soar, y ratificadas posteriormente por otros telescopios, se realizó el anuncio formal: la explosión de rayos gamma GRB 050904, así llamada por los investigadores, había ocurrido a 12,7 mil millones de años luz de la Tierra (un año luz equivale a alrededor de 9,5 billones de kilómetros), “tan sólo” mil millones de años después del Big Bang, el evento primordial que probablemente dio origen al Universo. Era la más distante y antigua explosión cósmica detectada por el ser humano, que señalaba la muerte de una estrella con una masa decenas de veces mayor que el Sol y el nacimiento, de sus despojos, de un agujero negro. “Estamos entrando en territorio no mapeado”, dijo Reichart, en el marco de la rueda de prensa en que dio a conocer el descubrimiento. “Finalmente estamos viendo los remanentes de algunos de los objetos más antiguos del Universo”. El record anterior pertenecía a una explosión 500 millones de años más joven que la GRB 050904.

La muerte de una estrella masiva provoca una explosión de rayos gamma extremadamente fugaz, que dura en general no más de diez segundos. Pero el GRB 050904 fue una excepción a la norma: se prolongó durante 200 segundos. Algunos astrofísicos estiman que, en poco más de tres minutos, la explosión confirmada por el Soar generó 300 veces más energía que la que el Sol liberará a lo largo de sus probables 10 mil millones de años de vida. En rigor, no fue precisamente ese rápido y descomunal evento lo que los espejos de los telescopios de todo el planeta persiguieron, sino los remanentes de tal explosión. Su brillo residual, que, en su larga travesía cósmica, demoró los mentados 12,7 mil millones de años para llegar hasta nosotros. Durante tres noches seguidas, entre el 4 y el 6 de septiembre, Cypriano, uno de los integrantes del equipo internacional de astrónomos residentes en Chile que opera el Soar, observó el brillo residual de la explosión desvaneciéndose. “Estaba en el lugar preciso, a la hora precisa”, dice este paulistano de 34 años.

Las imágenes originales del fenómeno, realizadas en distintas longitudes de onda, no son tan nítidas como las publicadas en este artículo. Antes del anuncio público del descubrimiento de la más antigua explosión cósmica, Elysandra pasó una semana removiendo ruidos instrumentales de información que dificultaban el análisis de los registros de ese remoto colapso estelar, en un esfuerzo mancomunado con los científicos de la Universidad de Carolina del Norte. “Por ser muy brillante en el infrarrojo, el cielo es la parte más difícil de tratar en las imágenes”, comenta Lys, como le gusta que le digan a esta paulista de 32 años, nacida en la localidad de São Vicente. Pero, al final, salió todo bien. La detección de la más antigua explosión cósmica es una luz en un período signado por tinieblas. Hay menos información sobre las estrellas que surgieron en la infancia del Universo que sobre el propio Big Bang. El Soar, una alta apuesta de la astrofísica brasileña, pese a que no opera todavía al 100%, produjo imágenes del GRB 050904 que hicieron historia.

Inaugurado en abril de 2004, fruto de un proyecto y construcción que demandó más una década, este observatorio posee un espejo principal de 4,1 metros de diámetro, 6,6 veces más potente que el más grande de los telescopios instalados en Brasil. Si bien está emplazado en una zona desértica, no está solo en la montaña. Divide el Cerro Pachón con un vecino ilustre, la unidad sur del Observatorio Gemini, ubicada a 400 metros de distancia y que también fue utilizado durante las observaciones del GRB 050904. El Soar costó 28 millones de dólares, valor solventado por los cuatro socios en el emprendimiento. Tres de éstos son de Estados Unidos – la Universidad de Carolina del Norte, la Universidad de Michigan y la National Optical Astronomy Observatories (Noao) –, en tanto que el otro es Brasil, que invirtió en la iniciativa 12 millones de dólares.  El Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq) aportó 10 millones, y la FAPESP, los otros 2 millones de dólares.

Acceso privilegiado
El monto destinado al Soar le significó a la comunidad científica nacional el acceso al 30% de la escala de uso del telescopio, la mayor tajada entre los participantes del emprendimiento. Esto implica alrededor de 127 noches de observación por año. En ningún otro emprendimiento astrofísico de primera línea Brasil dispone de tanto tiempo. Junto a otras seis naciones, el país forma a su vez parte del consorcio Gemini, que cuenta con dos telescopios de 8,1 metros, mayores que los del Soar: uno instalado en Chile y otro en Hawai. Pero Brasil tiene a su disposición únicamente las instalaciones del Gemini por menos del 3% de su tiempo de uso. “Entre las grandes infraestructuras recientemente creadas para la ciencia brasileña, el Soar y el Laboratorio Nacional de Luz Sincrotrón (con sede en la ciudad de Campinas) son de singular relevancia”, afirma el astrofísico João Evangelista Steiner, de la Universidad de São Paulo (USP), presidente del consorcio y del consejo directivo del Soar. “Este telescopio será la herramienta más valiosa para la astronomía nacional”, comenta Albert Bruch, director del Laboratorio Nacional de Astrofísica (LNA), con sede en Itajubá, Minas Gerais.

En rigor, ese uso del verbo en tiempo futuro se justifica. Pese a ser capaz de producir resultados espectaculares, como la detección de primera mano de la más antigua explosión de rayos gamma, pasándoles por encima a telescopios de todo el mundo, el Soar funciona actualmente a media máquina. Su mayor contribución a la ciencia (nacional) está todavía por venir. En la actualidad, la mayor parte del tiempo de operación de sus instalaciones se destina a la realización de ajustes de ingeniería. Una fracción de las horas de trabajo se dedica a la obtención de datos para proyectos científicos. Después de su inauguración, todo telescopio pasa por esta fase de ensayos y refinamientos, cuando el tiempo destinado a la investigación científica aumenta gradualmente, mientras que se resuelven los problemas de ingeniería. De no haber atrasos en su cronograma, el telescopio brasileño-estadounidense estará totalmente activo en el segundo semestre de 2006.

Las observaciones efectuadas por los espejos del Soar sirven a variadas líneas de investigación astronómica a cargo de brasileños. Por ahora, los hallazgos no son tan espectaculares como aquél de una explosión de rayos gamma en razón del colapso de una estrella supermasiva. Pero no por ello carecen de importancia. A comienzos de julio, por ejemplo, a pedido de Enos Picazzio, del Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas de la Universidad de São Paulo (IAG-USP), el telescopio captó imágenes del cometa Tempel 1, una masa de hielo, roca y polvo con una edad estimada en 4,6 mil millones de años, que pasó a 133 millones de kilómetros de distancia de la Tierra. Los registros se hicieron antes y después de que ese cuerpo celeste fuera alcanzado por un proyectil lanzado por la sonda estadounidense Deep Impact (Impacto Profundo). “Pudimos ver que antes de la colisión el cometa tenía una estructura formada por cuatro zonas activas (chorros de gases) y después del choque presentaba solamente tres”, comenta Picazzio, quien también avistó el Tempel 1 desde el Observatorio de Pico dos Dias, donde está ubicado el mayor telescopio en funcionamiento en suelo brasileño. Emplazado a 1.860 metros de altitud, en la localidad de Brasópolis, estado de Minas Gerais, donde el cielo no es tan límpido y sin nubes como el de los Andes, el Pico dos Dias tiene un espejo principal de 1,6 metro de diámetro, modesto, si se lo compara al del Soar.

El momento del choque entre el Tempel 1 y el proyectil disparado por la sonda Impacto Profundo, ápice de una misión que le costó 333 millones de dólares a la Nasa, se dio tal cual lo programado, durante la noche del 4 julio, no por casualidad, fecha patria en Estados Unidos. La colisión por lo tanto no pudo verse desde lo telescopios ubicados fuera de América del Norte. De cualquier manera, el paso del cometa, que viaja por el espacio a 37 mil kilómetros por hora, era una buena oportunidad para chequear el Soar, en un trabajo de observación de un objeto que se desplaza a una velocidad aparentemente mucho mayor que la de las estrellas y las galaxias (el movimiento sideral). Fue la primera vez que el telescopio se usó para perseguir un blanco con movimiento no sideral. “Con el Soar, también podemos ver cometas de elevada magnitud aparente, con poco brillo”, dice Picazzio. “Tenemos mucho más oportunidades de observación”. A simple vista, un observador ubicado en la Tierra, en un día de excelentes condiciones para la observación, logra a lo sumo ver estrellas o planetas con un brillo equivalente a la magnitud 6. Pero, con el Soar, es posible producir imágenes de objetos celestes de magnitud 26. Cuanto mayor es la magnitud de un astro, menor es la cantidad de luz que llega a nuestro planeta emanada desde ese cuerpo.

Enanas blancas pulsantes
Otra línea de investigación donde el Soar está siendo bastante útil es el estudio de un tipo raro de objeto astronómico: las ZZ Cetis, también llamadas enanas blancas variables o pulsantes, que pueden catalogarse como fósiles de estrellas que, en un pasado remoto, fueron exuberantes. En un artículo que se imprimirá en la edición de diciembre de la revista científica Astronomy&Astrophysics, el equipo del investigador Kepler de Souza Oliveira Filho, de la Universidad Federal de Río Grande do Sul (UFRGS), reporta el descubrimiento de 14 nuevas enanas blancas pulsantes, con la ayuda del telescopio brasileño-estadounidense ubicado en los Andes chilenos. En el marco de otro trabajo, aún no publicado, Barbara Castanheira, alumna de doctorado de Kepler, identificó con los espejos del Soar otras tres ZZ Cetis (y otras siete con el telescopio de Pico dos Dias, en Brasópolis). Son números considerables, más aún si se tiene en cuenta que, hasta ahora, se conocen alrededor de cien enanas blancas pulsantes.

Pero, ¿qué son exactamente estos objetos siderales? En el crepúsculo de su existencia, cuando dejan de producir las reacciones termonucleares que les suministran energía, las estrellas pequeñas o medianas, de poca masa, más o menos como el Sol, se encogen y se convierten en cuerpos densos y más fríos. Se convierten así en enanas blancas. El destino final del 98% de las estrellas es transformarse algún día en un astro senil, con ese perfil modesto. Si durante el proceso de contracción y pérdida de calor, una enana blanca exhibe inestabilidades periódicas “en otras palabras, si emite pulsaciones a intervalos fijos que alteran su brillo”, se la cataloga como una ZZ Cetis. Para captar estas tenues alteraciones en su luminosidad, los astrofísicos toman varias series de fotos de las estrellas postulantes a erigirse en enanas blancas pulsantes. “Estas variaciones son las únicas pistas que tenemos sobre la composición interna de las estrellas”, explica Kepler, que este año vive en Chile, donde es uno de los astrónomos responsables de la operación del Soar. “De la misma manera que se analizan las ondas de los terremotos para estudiar el interior de la Tierra, podemos usar las variaciones de las enanas blancas para medir su interior.”

Antiguas y distantes explosiones de rayos gamma; veloces cometas que cruzan la órbita de la Tierra; cambiantes y débiles pulsos de enanas blancas variables. Éstos y otros fenómenos del Cosmos ahora están más al alcance de los científicos rasileños con el acceso privilegiado que el país tiene al Soar, un telescopio de primera línea. Si bien es pequeña, la participación en otros grandes proyectos internacionales es también importante, sin lugar a dudas, como así también el mantenimiento de instalaciones más modestas en territorio nacional. Pero nada se compara con ser socio del Soar. “Podemos jugar efectivamente en la primera división del campeonato de la astrofísica”, afirma Steiner. “Y hacer goles, demostrando así que podemos hacer ciencia de frontera”. Tal como lo hicieron Eduardo Cypriano y Elysandra Figueredo.

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