22 de noviembre de 2014

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[NatGeo] Así son los flujos de CO2 en la Tierra

La NASA ha publicado unas impactantes imágenes de cómo el dióxido de carbono fluye en el planeta. En la simulación se ven columnas del gas brotando hacia la atmósfera procedente de los centros industriales más importantes y arremolinándose de continente en continente como consecuencia del viento.

Imagen 1: Representación artística del orbitador OCO-2. Créditos: NASA/JPL-Caltech.

La simulación, creada por supercomputación en el Centro Espacial Goddard de la NASA durante 75 días, muestra las emisiones de CO2 de mayo de 2005 a junio de 2007. Las imágenes de alta resolución ponen de manifiesto dos hechos que en ocasiones no se tienen en cuenta. El primero es que las emisiones de CO2 provienen casi exclusivamente del Hemisferio Norte: en las imágenes, las columnas de color rojo oscuro de este gas, normalmente invisible, proceden de núcleos de Estados Unidos, Europa y Asia.

Modelo de ultra-alta resolución de cómo el dióxido de carbono en la atmósfera se desplaza por la Tierra. Créditos: NASA's Goddard Space Flight Center/B. Putman. (Si no puedes ver el vídeo, haz clic aquí).

El segundo es que estas enormes cantidades de gas son absorbidas de forma estacional por los bosques y la vegetación. A medida que la simulación pasa de primavera a verano, los ríos de gas rojo empiezan a desaparecer, expulsados de la atmósfera por la fotosíntesis de las plantas. Cuando se acerca el invierno, y la vegetación muere, el gas vuelve a estar presente en la atmósfera. En la primavera de 2013, por primera vez en la historia, el dióxido de carbono en la atmósfera superó la concentración de 400 partes por millón; los expertos advierten que niveles por encima de las 450 partes por millón podrían provocar peligrosos fallos en el sistema climático.

Para estudiar las emisiones de CO2 con gran precisión, la NASA lanzó en julio un nuevo satélite, el Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2), del que esperan obtener nuevos datos a principios de 2015. Además de ayudar a los científicos a medir los cambios en las emisiones y flujos del gas, OCO-2 puede ofrecer información sobre el comportamiento de los bosques y océanos, que eliminan casi la mitad de las emisiones de CO2 de la atmósfera, y que los expertos temen que ya hayan alcanzado los límites de absorción del gas.

Fuente NatGeo: La NASA presenta una simulación con los flujos de dióxido de carbono
Fuente NASA: NASA Computer Model Provides a New Portrait of Carbon Dioxide

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20 de noviembre de 2014

Problemas en los cúmulos globulares

Los cúmulos globulares, esas grandes bolas de estrellas que orbitan las galaxias, representan uno de los mayores misterios que nos presenta el universo. Antes se pensaba que estaban formados por una misma población de estrellas, pero tras varias investigaciones se demostro que, al menos, están formados por dos poblaciones, una más envejecida y otra más joven y contaminada de elementos químicos más pesados.

Al analizar cúmulos globulares de nuestra galaxia se vio que la población de estrellas de primera generación supone casi la mitad de la población total, mientras que las restantes, más jóvenes, muestran una concentración de nitrógeno entre 50 y 100 veces superior a las estrellas más antiguas.

Sucede también que la población de estrellas de segunda generación es mayor de lo esperado, pudiéndose explicar esto a través de una expulsión de las estrellas más antiguas, reduciéndose así el número de estrellas de primera generación y aumentando por lo tanto el porcentaje de estrellas más jóvenes.

Esta explicación tendría sentido en cúmulos globulares de la Vía Láctea, donde las estrellas expulsadas podrían pasar fácilmente desapercibidas junto a otras estrellas envejecidas ubicadas en el halo galáctico. Fuera de la Vía Láctea esta teoría no tiene sentido debido a recientes observaciones realizadas por un equipo de astrónomos.

Mirando a la vecina

El equipo, liderado por Søren Larsen de la Radboud Universiteit en Nijmegen (Holanda), usó la WFC3 (Wide Field Camera 3) a bordo del Hubble para observar cuatro cúmulos globulares en una pequeña galaxia cercana llamada Galaxia Enana de Fornax capturada por la gravedad de la Vía Láctea siendo ahora un satélite de la nuestra.

Imagen 1: Aspecto de la Galaxia Enana de Fornax. Créditos: ESO/Digitized Sky Survey 2.

"Para probar nuestras teorías sobre cómo se forman estos cúmulos necesitábamos saber qué ocurría en otros entornos", explica Larsen. "Hasta ahora no sabíamos si los cúmulos globulares en galaxias más pequeñas tenían múltiples generaciones de estrellas, y nuestras observaciones muestran claramente que sí", añade.

Las detalladas observaciones de los cúmulos Fornax 1, 2, 3 y 5 mostraron esa segunda generación de estrellas contaminadas. Cuantitativamente Fornax 1, 3 y 5 presentaban aproximadamente un 40% de estrellas de primera generación y un 60% de estrellas contaminadas de segunda. Por otro lado, Fornax 2 contaba con un 60% de estrellas de primera generación frente a un 40% de estrellas más jóvenes.

Imagen 2: Detalle de los cuatro cúmulos globulares analizados por el Hubble. Créditos: NASA, ESA, S. Larsen (Radboud Universiteit, Holanda).

En cuanto a la cantidad de nitrógeno presente en las estrellas contaminadas de los cúmulos de Fornax, apreciaron que cerca de la mitad de las estrellas están contaminadas en los mismos niveles que se encuentran en nuestra Vía Láctea. Con estos datos, significa que la formación de cúmulos globulares en Fornax sigue el mismo proceso que en la Vía Láctea. 

El problema está en la masa

Ahora bien, si nos basamos en el número de estrellas contaminadas de estos cúmulos, antes de expulsar a sus estrellas de primera generación tendrían que haber sido hasta diez veces más masivos. Pero, a diferencia de la Vía Láctea, la Galaxia Enana de Fornax no tiene suficientes estrellas viejas como para pensar que fueron expulsadas de los cúmulos. ¿Por qué? Frank Grundahl de la Aarhus University (Dinamarca), co-autor del artículo, lo explica: "Si las estrellas expulsadas del cúmulo estuvieran allí, las veríamos, pero no las vemos. Nuestra mejor teoría es errónea porque no hay ningún lugar en Fornax donde se pudieran haber ocultado estas estrellas expulsadas".

Este hallazgo significa que una teoría principal sobre cómo se formaron estos cúmulos globulares generación mixta no es correcta y los astrónomos tendrán que darle vueltas a la cabeza para intentar comprender qué sucede con estas grandes agrupaciones de estrellas. Y tendrán que investigar tanto dentro de nuestra galaxia como fuera de ella.
Esta investigación ha sido publicada en la revista The Astrophysical Journal del 20 de noviembre bajo el título "Nitrogen abundances and multiple stellar populations in the globular clusters of the Fornax DSPH", por S. Larsen et al.

El equipo internacional de astrónomos que ha realizado el estudio está compuesto por S. Larsen (Radboud University, Holanda), J. P Brodie (University of California, Estados Unidos), F. Grundahl (Aarhus University, Dinamarca) y J. Strader (Michigan State University, Estados Unidos).
Artículo científico: 

Nota de prensa: 

Referencias:

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19 de noviembre de 2014

Así dan vueltas los cuásares

Hoy toca volver a hablar de los cuásares. No es la primera vez que os hablo de estos inmensos agujeros negros que reinan en el interior de galaxias. Paradójicamente el hecho de que sean negros no les impide brillar. De hecho con su brillo eclipsan a todas las estrellas situadas a cientos de miles de años luz a su alrededor. Esto es debido a cómo interactúan con el material que los rodea porque, no son ellos los que brillan, sino el material circundante próximo al disco de acreción cuando se ve sometido a las fuerzas de estos monstruos. Hoy no hablaré de la tranquilidad que presentaban algunos cuásares cuando el universo estaba en pañales, sino más bien de cómo giran estas bestias cósmicas.

Para comenzar, recordemos que la materia que los rodea se encuentra a una temperatura extremadamente alta. Y es tal el giro que experimentan estos materiales que de vez en cuando se desestabilizan y parte son emitidos en forma de largos chorros o "jets" a lo largo del eje de rotación del cuásar. Y es este giro lo que nos interesa.

Gira y gira

La cuestión es: ¿la dirección del eje de giro es aleatoria o sigue algún patrón? Para dar respuesta a la pregunta, un equipo liderado por Damien Hutsemékers de l'Université de Liège (Bélgica) utilizó el instrumento FORS (Focal Reducer and low dispersion Spectrograph) instalado en el VLT (Very Large Telescope) para estudiar 93 cuásares dispuestos a lo largo de miles de millones de años luz cuando el universo tenía unos 4.500 millones de años, esto es, un tercio de la edad actual.

"Algunos de los ejes de rotación de los cuásares se alinean unos con respecto a otros, a pesar de que estos cuásares están separados por miles de millones de años luz", explica Hutsemékers. Pero el equipo de científicos fue más allá para ver si los ejes de rotación de los cuásares estaban vinculados no sólo entre ellos, sino con la estructura a gran escala del universo en aquel momento. Y el equipo llegó a la conclusión de que los ejes de rotación tienden a ser paralelos a las estructuras a gran escala en las que se encuentran.

Imagen 1: Impresión artística de los cuásares alineados con respecto a las estructuras que los albergan. Créditos: ESO/M. Kornmesser.

"Una correlación entre la orientación de los cuásares y la estructura a la que pertenecen es una importante predicción de modelos numéricos de evolución de nuestro universo. Nuestros datos proporcionan la confirmación de la primera observación de este efecto, a escala mucho mayor que lo que había sido observado hasta la fecha", explica Dominique Sluse del Argelander-Institut für Astronomie (Alemania).

Polarizando la luz

Pero todo esto tiene su punto de complicación porque el equipo no podía ver directamente ni los ejes de rotación ni los chorros de los cuásares. Entonces, ¿cómo lo hicieron? Tan sencillo y tan complejo como medir la polarización de la luz de cada cuásar, esto es, midiendo la dirección en la que oscilan las ondas electromagnéticas que emite el cuásar. Con esta técnica vieron que en 19 de los cuásares se daba esta polarización cuya dirección de oscilación podía utilizarse para deducir el ángulo del disco de acreción del agujero negro y, por lo tanto, la dirección del eje del giro del cuásar.

Imagen 2: Simulación muy detallada de la estructura a gran escala del universo. La distribución de materia oscura se muestra en azul y la distribución de gas en naranja. Está referida al estado actual del universo y se centra en un cúmulo de galaxias masivas simulando una región de 300 millones de años luz de diámetro. Créditos: Illustris Collaboration.

Estos resultados resuelven un aspecto referido a la orientación de eje de rotación de los cuásares, pero abre otras, tal y como afirma Sluse: "Las alineaciones en los nuevos datos pueden ser un indicio de que hay un ingrediente que falta en nuestros modelos actuales del cosmos".
Este trabajo de investigación ha sido presentado en el artículo titulado "Alignment of quasar polarizations with large-scale structures", por D. Hutsemékers et al. que aparece en la revista Astronomy & Astrophysics del 19 de noviembre de 2014.

El equipo de investigación está compuesto por D. Hutsemékers (Institut d’Astrophysique et de Géophysique/Université de Liège, Bélgica), L. Braibant (Institut d’Astrophysique et de Géophysique/Université de Liège, Bélgica), V. Pelgrims (Institut d’Astrophysique et de Géophysique/Université de Liège, Bélgica) y D. Sluse (Argelander-Institut für Astronomie, Alemania; Université de Liège, Bélgica).
Nota de prensa:

Artículo científico:

Referencias:

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