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Astrofísica

Más allá de las estrellas

Luz y ondas de choque calientan nubes que concentran materia formada por protones y neutrones

Cobra fuerza finalmente una idea concebida hace poco más de dos décadas por dos astrónomas, la brasileña Sueli Viegas y la italiana Marcella Contini, para explicar los fenómenos físicos y químicos observados en las entrañas de gigantescas nubes de gas y polvo que atraviesan las galaxias y concentran la mayor parte de materia bariónica del universo, formada por protones, neutrones y electrones.  Las evidencias más recientes en el sentido de que Sueli y Marcella tienen razón en lo que se refiere al comportamiento de la materia en esas regiones oscuras del cosmos, provienen de la observación de un tipo peculiar de galaxia: las galaxias con núcleo activo, conocidas así por concentrar casi todo su brillo en una región central pequeña, el núcleo.

En colaboración con el astrónomo Alberto Rodríguez Ardilla, del Laboratorio Nacional de Astrofísica  de Minas Gerais, Sueli y Marcella analizaron la estructura de la nube de gas y  polvo de la galaxia con núcleo activo Marcarían 766, considerada relativamente próxima en términos cosmológicos: está ubicada a 150 millones de años luz de la Vía Láctea. Para tener una idea de esa distancia., la luz detectada hoy por los astrónomos partió desde esa galaxia hace 150 millones de años. Descubierta por el astrónomo armenio Benik Marcarían en la década de 1960, esta galaxia presenta una anatomía semejante a la de la Vía Láctea, donde se encuentra el Sistema Solar. Posee una región central en forma de globo muy luminosa, envuelta por un fino disco de estrellas. En el corazón de estas galaxias un poderoso agujero negro, con una masa millones de veces mas grande que el sol, devora la materia ubicada a su alrededor y la transforma en energía, en parte devuelta al espacio en forma de luz. No muy lejos del monstruo devorador de materia, un anillo espeso de gas y polvo abriga estrellas recién nacidas, que alimentan el interminable ciclo de la vida  y la muerte estelar.

Sueli y Marcella consiguieron reconstituir el perfil completo de la luz emitida por la región central de  Marcarían 766 -o bien Mrk 766- a partir de datos obtenidos por el telescopio espacial Hubble y por Rodríguez, usando el telescopio del Observatorio de Mauna Kea, con sede en Hawai. Semejante al trazado de altos y bajos de un electrocardiograma, este perfil registra la cantidad de luz emitida por la galaxia y la nube que la envuelve en diferentes franjas del espectro electromagnético, desde las menos energéticas, como las ondas de radio hasta las de energía más alta como los rayos X. Es una especie de firma de colores que permite conocer la composición química de la galaxia y de la nube de gas y polvo, explica Sueli, quien a finales de 2005 culminó una carrera de 30 años como astrónoma en el Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas de la Universidad de São Paulo (USP) y hoy vive en Estados Unidos con su actual marido -el físico Gary Steigman, de la Universidad de Ohio- dedicándose a la difusión científica.

En ese espectro de luz de la Mrk 766 estaban las evidencias que Sueli y Marcella tanto buscaban para comprobar la explicación que habían planteado bastante antes, para los fenómenos  físicos observados en las nubes extra galácticas de gas y polvo. Formadas esencialmente por gases de elementos químicos leves como el hidrógeno, compuesto tan sólo por un protón y un electrón, además de elementos más pesados como el carbono y el oxígeno, estas nubes impiden que la luz del núcleo de las galaxias llegue a la Tierra, así como la neblina de una mañana fría impide la visión de un conductor en la ruta. Pero ese bloqueo de la luz no es todo lo que ocurre allí. Los corpúsculos de luz (fotones) del núcleo de la galaxia transfieren parte de su energía hacia el gas y las partículas de polvo, calentando a la nube con la energía extra. Los átomos de hidrógeno, silicio y carbono, entre otros, se cargan  eléctricamente (se convierten en iones) y emiten la luz detectada por los telescopios ubicados en el espacio y en la Tierra. En general los astrónomos y astrofísicos atribuyen la energía acumulada por esas nubes a ese fenómeno de transferencia de energía llamado fotoionización. Sueli y Marcella sin embargo piensan diferente.

La energía transferida a la nube por la fotoionización puede ser decenas o centenas de veces menor de la que observamos, afirma Sueli. Algo más suministra energía para que estas nubes alcancen temperaturas de algunos millones de grados. Hace por lo menos veinte años que Sueli y Marcella de la Universidad de Tel-Aviv, Israel, tienen una idea de qué puede ser ese algo más. La astrónoma brasileña ya sospechaba que la fotoionización fuese insuficiente como para generar toda la energía de las nubes extra galácticas cuando Marcella, experta en un fenómeno denominado choque, la consultó a comienzos de la década de 1980.

Juntas desarrollaron un programa de computación que simula las condiciones de las nubes de gas y polvo llamado SUMA -de sumar y también las iniciales de SUeli y MArcella-  que agrega a la fotoionización el efecto de las ondas de choque. En una época en que no existían las notebooks y mucho menos las laptops, tuvieron que utilizar lo más avanzado que había en la USP: una computadora Burroughs, programada por medio de tarjetas de papel perforados. El SUMA  era un programa tan extenso que teníamos que ponerlo en funcionamiento solo los fines de semana, caso contrario la universidad tendría que haber parado recuerda  Sueli. Descrito en un artículo publicado en 1984 en la Astronomy and Astrophisics, el SUMA funciona hoy hasta en las computadoras más sencillas, de las que se usan para acceder a Internet. ¿Cómo imaginaron que esos dos efectos estaban asociados? Nada muy complicado. Sabían que, en cierto grado, la luz del núcleo de esas galaxias contribuía a calentar la nube de gas y polvo. También sabían que la nube no es homogénea sino más bien un aglomerado de nubes menores que se desplazan en un medio mucho menos denso. Estas características indicaban que la posibilidad de que haya ondas de choque en esas es muy grande, afirma Sueli. Pero lo que no imaginaban fue era que la velocidad de desplazamiento de estas nubes fuese tan alta. En el caso de la galaxia Mrk 766, las nubes se mueven a velocidades entre 100  y 500 kilómetros por segundo, como aseguran Sueli, Marcella y Rodríguez en el artículo de la Monthly Notices of the Royal Astronomical Society de diciembre de 2005, una de las más importantes revistas del área. En la zona de la nube más próxima del núcleo de la Mrk 766 predomina el efecto de la fotoionización, mientras que en la parte más distante el principal efecto es causado por el choque, explica Sueli. El conocimiento más preciso de la energía total de estas nubes es esencial para calcular propiedades físicas tales como temperatura, densidad y composición química del gas de esas regiones. Datos que permiten estimar la evolución química de las galaxias y, en última instancia, la del propio Universo.

Pero la comprobación de que el choque y la fotoionización actúan en conjunto no se restringe al caso de la Mrk 766. Sueli, Marcella y Rodríguez notaron resultados similares al analizar otra galaxia con núcleo activo, la Ark 564. Quién más se aproximó a estos resultados fue el equipo del astrónomo Michael Dopita, de Australia, que creó un programa que sólo tiene en cuenta el efecto de choque y deja de lado el de la fotoionización. A pesar de haber cuestionamientos a la interpretación de las dos astrónomas sobre los fenómenos observados en esas nubes, Sueli sigue confiando: Con el aumento de la cantidad de observaciones más precisas de esa región central de las galaxias, la aceptación de nuestra interpretación está cada vez más cerca.

El Proyecto|
Evolución y actividades de las galaxias
Modalidad
Proyecto Temático
Coordinadora
Sueli Viegas -USP
Inversión
R$ 2.247.008,35 (FAPESP)

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