TESS y Spitzer Descubren un Planeta Orbitando una Joven e Inusual Estrella

Durante más de una década, los astrónomos han buscado planetas orbitando a AU Microscopii, una estrella cercana que sigue rodeada por un disco de desechos remanente de su formación. Ahora, usando datos del Satélite TESS y del ya retirado Telescopio Espacial Spitzer, unos científicos han descubierto un planeta tan grande como Neptuno que gira alrededor de la joven estrella en poco más de una semana.

El sistema, conocido como AU Mic, ofrece una oportunidad única para estudiar planetas y sus atmósferas y entender cómo se forman, evolucionan e interactúan con sus estrellas.

"AU Mic es una estrella joven y próxima de tipo M, o enana roja. Está rodeada por un enorme disco de escombros en el que se han detectado agrupaciones móviles de polvo, y ahora, gracias a TESS y Spitzer, un planeta con una cuantificación de tamaño directa", dijo Bryson Cale, estudiante de doctorado en la Universidad George Mason en Fairfax, Virginia. "No hay otro sistema conocido que cumpla con todos estos singulares criterios".

Este nuevo planeta, AU Mic b, se describe en un artículo científico coescrito por Cale y liderado por su tutor Peter Plavchan, profesor auxiliar de física y astronomía en George Mason. El hallazgo fue divulgado el miércoles 24 de junio en Nature.

AU Mic es una enana roja fría con una edad estimada de 20 a 30 millones de años, lo que le convierte en un bebé estelar en comparación con nuestro Sol, que es al menos 150 veces más viejo. La estrella es tan joven que principalmente brilla por el calor generado por su propia gravedad al tirar de ella hacia adentro y comprimirla. Menos del 10% de su energía proviene de la fusión nuclear de hidrógeno en helio, el proceso que potencia a estrellas como nuestro Sol.

El sistema se encuentra a 31,9 años luz de distancia, en la constelación austral del Microscopio. Forma parte de una colección cercana de estrellas denominadas grupo móvil Beta Pictoris, que toma su nombre de una estrella tipo A más grande y caliente que alberga dos planetas y está igualmente rodeada por un disco de desechos.

Aunque los sistemas tienen la misma edad, sus planetas son marcadamente diferentes. El planeta AU Mic b casi abraza su estrella, completando una órbita cada 8,5 días. Pesa 58 veces menos que la Tierra, lo que lo coloca en la categoría de mundos similares a Neptuno. En contraste, Beta Pictoris b y c son al menos 50 veces más grandes que AU Mic b y tardan respectivamente 21 y 3,3 años en orbitar su estrella.

"Creemos que AU Mic b se formó lejos de su estrella y migró hacia su órbita actual, algo que puede ocurrir cuando los planetas interactúan gravitacionalmente con un disco de gas o con otros planetas", explicó Thomas Barclay, coautor e investigador asociado de la Universidad de Maryland, Condado de Baltimore, y científico asociado del proyecto TESS en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. “En cambio, la órbita de Beta Pictoris b no parece haber migrado mucho. Las diferencias entre estos sistemas de edad similar pueden decirnos mucho sobre cómo se forman y migran los planetas".

Detectar planetas alrededor de estrellas como AU Mic plantea un desafío particular. Estas turbulentas estrellas tienen campos magnéticos fuertes y pueden estar cubiertas de puntos estelares —regiones más frías, oscuras y altamente magnéticas, similares a las manchas solares— que frecuentemente expulsan poderosos destellos estelares. Las manchas y sus destellos contribuyen a los cambios de brillo de la estrella.

Durante Julio y Agosto de 2018, cuando TESS observaba AU Mic, la estrella produjo numerosas erupciones de las cuales, algunas fueron más poderosas que las erupciones más fuertes registradas en el Sol. El equipo realizó un análisis detallado para sustraer estas perturbaciones de los datos de TESS.

Cuando, desde nuestra perspectiva, un planeta pasa por delante de su estrella en un evento conocido como tránsito, su paso ocasiona una clara disminución en el brillo de la estrella. TESS monitorea extensas franjas del cielo, llamadas sectores, durante 27 días continuos para cada sector. En el curso de esta larga observación, las cámaras realizan capturas regulares que permiten a los científicos monitorear los cambios de brillo estelar.

Bajadas regulares en el brillo estelar sugieren la posibilidad de un planeta en tránsito. Usualmente se necesita observar al menos dos tránsitos para identificar la presencia de un planeta.

"Desafortunadamente, el segundo de los tres tránsitos ocurridos en el lapso de observación de TESS aconteció cerca de su punto más próximo a la Tierra. En ese momento, TESS no observaba porque estuvo ocupada transmitiendo todos los datos almacenados", dijo Diana Dragomir, coautora y profesora asistente de investigación de la Universidad de Nuevo México en Albuquerque. "Para llenar el vacío, se concedió a nuestro equipo tiempo de observación con Spitzer, que registró dos tránsitos adicionales en 2019 y nos permitió confirmar el período orbital de AU Mic b”.

Spitzer fue un observatorio infrarrojo multipropósito que funcionó desde el 2003 hasta su retirada de servicio el pasado 30 de Enero de 2020. La misión demostró ser especialmente hábil en detectar y estudiar exoplanetas alrededor de estrellas frías. Spitzer envió observaciones de AU Mic durante su último año.

Debido a que la cantidad de luz bloqueada por un tránsito depende del tamaño del planeta y la distancia orbital, los tránsitos registrados por TESS y Spitzer proporcionaron una medida directa del tamaño de AU Mic b. El análisis de estas mediciones muestra que el planeta es 8% más grande que Neptuno.

 

 El satélite TESS y el recién retirado Telescopio Espacial Spitzer de la NASA han encontrado un joven planeta del tamaño de Neptuno orbitando AU Microscopii, una estrella tipo M cercana que está rodeada por un vasto disco de desechos. Image Credit: GSFC/NASA

 Las observaciones realizadas con instrumentos en telescopios terrestres proporcionan el límite máximo para la masa de un planeta. A medida que un planeta recorre su órbita, su gravedad estira a la estrella anfitriona, que en respuesta se mueve ligeramente. Los sensibles instrumentos de los grandes telescopios pueden detectar la velocidad radial de la estrella, así como su movimiento de ida y vuelta a lo largo de nuestra línea de visión. Combinando observaciones del Observatorio W. M. Keck y del Telescopio Infrarrojo de la NASA en Hawai y del Observatorio Europeo Austral en Chile, el equipo concluyó que AU Mic b tiene una masa menor que 58 Tierras.

Este descubrimiento demostró la capacidad de TESS para proporcionar nueva información sobre estrellas bien estudiadas como AU Mic, donde más planetas pueden estar aguardando ser descubiertos.

"Hay un posible evento de tránsito adicional en los datos de TESS, y es de esperar que TESS vuelva a visitar AU Mic a finales de este año en su misión ampliada", dijo Plavchan. "Seguimos monitoreando la estrella con mediciones precisas de velocidad radial, por lo que recomendamos mantenerse atentos”.

Durante décadas, AU Mic intrigó a los astrónomos como un posible hogar para planetas gracias a su proximidad, juventud y su claro disco de desechos. Ahora que TESS y Spitzer hallaron uno, la historia cierra ese capítulo. AU Mic es un sistema referente, un laboratorio cercano para comprender la formación y evolución de estrellas y planetas que será estudiado durante décadas.

La Sonda Espacial IBEX Ofrece 11 Años de Cambios en el Límite del Espacio Interestelar

 

Mucho, mucho más allá de las órbitas de los planetas se encuentran los contornos borrosos de la burbuja magnética en el espacio que llamamos hogar.

Esta es la heliosfera, la gran burbuja que genera el campo magnético del Sol y envuelve a todos los planetas. Los bordes de esta burbuja cósmica no son fijos. En respuesta a las bocanadas y suspiros del Sol, se encogen y se estiran con los años.

Ahora, por primera vez, los científicos han utilizado un ciclo solar completo de datos de la nave espacial IBEX de la NASA para estudiar cómo cambia la heliosfera con el tiempo. Los ciclos solares duran aproximadamente 11 años, a medida que el Sol cambia de temporadas de actividad alta a baja, y vuelve a la alta nuevamente. Con el largo historial de IBEX, los científicos estaban ansiosos por examinar cómo se desarrollan los cambios de humor del Sol en el borde de la heliosfera. Los resultados muestran la heliosfera externa cambiante con gran detalle, dibujan hábilmente la forma de la heliosfera (un tema de debate en los últimos años) y dan pistas sobre los procesos detrás de una de sus características más desconcertantes. Estos hallazgos, junto con un conjunto de datos recién ajustados, se publican en The Astrophysical Journal Supplements el 10 de junio de 2020.

IBEX ha estado observando el límite del espacio interestelar durante más de 11 años, mostrándonos dónde encaja nuestro vecindario cósmico con el resto de la galaxia. "Es una misión muy pequeña", dijo David McComas, el investigador principal de la misión en la Universidad de Princeton en Nueva Jersey. IBEX es tan grande como un neumático de autobús. "Ha sido enormemente exitoso, durando mucho más de lo que nadie había previsto. Ahora tenemos la suerte de tener todo un ciclo solar de observaciones".

La heliosfera se llena con el viento solar, el flujo constante de partículas cargadas del Sol. El viento solar se precipita en todas las direcciones, a un millón de millas por hora, hasta que choca contra el medio interestelar, vientos de otras estrellas que llenan el espacio entre ellos.

A medida que el Sol atraviesa el medio interestelar, genera una ola caliente y densa, muy parecida a la ola en la parte delantera de un barco que atraviesa el mar. Nuestro vecindario cósmico se llama 

Nube Interestelar Local o Local Fluff, por la nube de gases supercalientes que florece a nuestro alrededor. Donde el viento solar y la nube local se unen forma el borde de la heliosfera, llamada heliopausa. Justo dentro de eso se encuentra una región turbulenta llamada heliofunda.

Las partículas llamadas átomos neutros energéticos, o ENAs, que se forman en esta región distante del espacio son el foco de los estudios de IBEX. Se crean cuando partículas calientes y cargadas como las del viento solar chocan con neutros fríos como los que fluyen desde el espacio interestelar. 

Las partículas del viento solar pueden atrapar electrones de los átomos interestelares pesados, volviéndose neutros.

El viaje de estas partículas comienza mucho antes de que IBEX las detecte. Más allá de los planetas, más allá del cinturón de asteroides y el Cinturón de Kuiper, hasta el borde de la heliosfera, la ráfaga de viento solar tarda aproximadamente un año en correr 100 veces la distancia entre el Sol y la Tierra. 

En el camino, el viento solar recoge átomos ionizados de gases interestelares que se han introducido en la heliosfera. El viento solar que llega al borde no es el mismo viento que dejó el Sol un año antes.

Las partículas del viento solar podrían pasar otros seis meses deambulando por el caos de heliofunda, el abismo entre los dos límites exteriores de la heliosfera. Inevitablemente, algunos chocan con gases interestelares y se convierten en neutros energéticos. Las partículas neutras tardan cerca de otro año en el viaje de regreso, atravesando el espacio desde el borde de la heliosfera para llegar a IBEX, si las partículas se dirigían precisamente en la dirección correcta. De todas las partículas neutras formadas, solo unas pocas llegan a IBEX. El viaje completo dura de dos a tres años para las partículas de mayor energía en el rango de observación de IBEX, y aún más en energías más bajas o regiones más distantes.

IBEX aprovecha el hecho de que los átomos neutros como estos no son desviados por el campo magnético del Sol: partículas neutras frescas unidas lejos de las colisiones en casi una línea recta.

IBEX examina los cielos en busca de partículas, observando su dirección y energía. La nave espacial solo detecta aproximadamente uno cada dos segundos. El resultado es un mapa del límite interestelar, elaborado a partir del mismo principio que utiliza un murciélago para ecolocalizarse a lo largo de la noche: monitorear una señal entrante para aprender más sobre los alrededores. Al estudiar de dónde provienen los neutros y cuándo, IBEX puede rastrear los límites remotos de nuestra heliosfera.

"Somos muy afortunados de observar esto desde el interior de la heliosfera", dijo Justyna Sokol, científica visitante del equipo de Princeton. “Estos son procesos que ocurren a distancias muy pequeñas. Cuando observas otras estrellas que están muy lejos, observas distancias de años luz, desde fuera de sus astrosferas". Incluso la distancia entre el Sol y la punta de la heliosfera es pequeña en comparación con muchos, muchos años luz.

Utilizando los datos de más de 11 años de IBEX, McComas y su equipo pudieron estudiar los cambios que evolucionan con el tiempo y son clave para comprender nuestro lugar en el espacio.

El viento solar es constante, pero el viento no es estable. Cuando el viento sopla, la heliosfera se infla como un globo, y las partículas neutrales surgen en las franjas exteriores. Cuando el viento se calma, el globo se contrae; las partículas neutras disminuyen. La consiguiente oscilación de partículas neutras, informaron los científicos, se hizo eco constantemente de dos a tres años después de los cambios en el viento, lo que refleja su viaje hacia el borde de esta burbuja y de regreso.

De 2009 a 2014, el viento soplaba bastante bajo y constante, una brisa suave. La heliosfera se contrajo. Luego llegó una sorpresa en el viento solar, como si el Sol lanzara un gran suspiro. A finales de 2014, una nave espacial de la NASA en órbita alrededor de la Tierra detectó el aumento de la presión del viento solar en aproximadamente un 50% (desde entonces se ha mantenido alto durante varios años).

Dos años más tarde, el viento solar ondulante provocó una ráfaga de partículas neutras en la heliofunda. Otros dos años después, llenaron la mayor parte de la punta de la heliosfera. Finalmente, se alzaron sobre los polos norte y sur de la heliosfera.

Estos cambios no fueron simétricos. Cada golpe observado trazó las peculiaridades de la forma de la heliosfera. Los científicos se sorprendieron de cuán claramente vieron la marea del viento solar empujando la heliopausa.

"El tiempo y las partículas neutrales realmente han pintado las distancias en la forma de la heliosfera para nosotros", dijo McComas.

IBEX todavía no ha observado los efectos de este golpe cósmico desde el extremo posterior de la heliosfera, la heliocola. Eso significa que el extremo de la cola está mucho más lejos del Sol que el frente; esas partículas están en un viaje mucho más largo. Tal vez la marejada eólica solar todavía se precipita hacia la cola, o tal vez las partículas neutras ya están regresando. En los próximos años, el equipo de IBEX estará atento a las señales de su regreso de la cola.

"La naturaleza creó este experimento perfecto para que entendamos mejor este límite", dijo Szalay. 

"Tenemos que ver qué sucede cuando esta gran cosa, el impulso del viento solar, cambie".

En general, esto pinta una imagen de la heliosfera con forma de cometa. La forma de la heliosfera ha sido un tema de debate en los últimos años. Algunos han argumentado que nuestra burbuja en el espacio es esférica como un globo; otros sugirieron que está más cerca de un cruasán. Pero en este estudio, dijo McComas, los datos del IBEX muestran claramente que la respuesta de la heliosfera al impulso del viento solar fue asimétrica, por lo que la propia heliosfera también debe ser asimétrica. 

El Sol está situado cerca del frente, y cuando el Sol se precipita por el espacio, la heliocola se arrastra mucho más atrás, algo así como la cola rayada de un cometa.

Los muchos años de datos de IBEX también han acercado a los científicos a una explicación de una de las características más desconcertantes de la heliosfera, conocida como la franja IBEX. La franja sigue siendo uno de los mayores descubrimientos de IBEX. Anunciado en 2009, se refiere a una vasta franja diagonal de neutros energéticos, pintados en el frente de la heliosfera. Hace mucho que los científicos están desconcertados: ¿por qué una parte del límite debería ser tan diferente del resto?

Con el tiempo, IBEX ha indicado que lo que forma la franja es muy diferente de lo que forma el resto del cielo interestelar. Está conformada por la dirección del campo magnético interestelar. Pero, ¿cómo se producen las partículas de la franja? Ahora, los científicos informan que es muy probable que un proceso secundario sea responsable, lo que hace que el viaje de un cierto grupo de partículas energéticas neutras se duplique aproximadamente.

Después de convertirse en neutrales energéticos, en lugar de rebotar hacia IBEX, este grupo de partículas salen disparadas en dirección opuesta, a través de la heliopausa y hacia el espacio interestelar. Allí, se toparían con la Nube Interestelar Local, navegando hasta que algunos chocaran inevitablemente con partículas cargadas que pasaran, perdiendo un electrón una vez más y quedando atados al campo magnético circundante.

Pasan otros dos años más o menos, y las partículas cargadas pueden chocar una vez más con pares más lentos, robando electrones como lo han hecho antes. Después de esta breve migración más allá de la heliosfera, los neutrales energéticos nacidos dos veces podrían eventualmente volver a entrar y regresar a casa.

Los datos extendidos de IBEX ayudaron a los científicos a conectar la franja con el largo recorrido interestelar de las partículas. Las partículas que forman la franja han viajado unos dos años más que el resto de las partículas neutras observadas. Cuando se trataba del pico del viento solar, la franja tardó otros dos años después del resto de la heliosfera para comenzar a responder.

Superando por mucho su misión inicial de dos años, IBEX pronto se unirá a otra misión de la NASA, 

IMAP, para la cual McComas también sirve como investigador principal. El lanzamiento de la misión está programado para fines de 2024.

"IMAP presenta una oportunidad perfecta para estudiar, con gran resolución y sensibilidad lo que IBEX ha comenzado a mostrarnos, para que realmente obtengamos una comprensión detallada de la física", dijo McComa

 Actualizado: 11/6/2020

El Hubble Hace un Hallazgo Sorprendente Sobre el Universo Temprano

 

 Nuevos resultados del telescopio espacial Hubble sugieren que la formación de las primeras estrellas y galaxias en el universo temprano tuvo lugar antes de lo que se pensaba. Créditos: ESA/Hubble/M. Kornmesser/NASA

Nuevos resultados del telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA sugieren que la formación de las primeras estrellas y galaxias del universo temprano tuvo lugar antes de lo que se creía. Un equipo europeo de astrónomos no ha hallado evidencias de la primera generación de estrellas, conocidas como “población III”, tras remontarse hasta cuando el universo tenía tan solo 500 millones de años de antigüedad.

El estudio, liderado por la becaria de investigación de la ESA Rachana Bhatawdekar, sondeó el universo temprano entre 500 y 1.000 millones de años tras el Big Bang, investigando las vistas tomadas por Hubble del cúmulo galáctico MACSJ0416, que aparece en la imagen, y su campo paralelo, una región cercana en el firmamento capturada con el mismo tiempo de exposición que el propio cúmulo. El equipo combinó estas observaciones, obtenidas como parte del programa Hubble Frontier Fields, para producir las observaciones más profundas jamás realizadas de cúmulos galácticos y las galaxias situadas por detrás, magnificadas por el efecto de lente gravitacional, con datos de apoyo del telescopio espacial Spitzer de la NASA y el Telescopio Muy Grande (VLT) del Observatorio Europeo Austral (ESO).

La exploración de las primeras galaxias sigue siendo un reto importante de la astronomía moderna. 

No sabemos cómo ni cuándo se formaron las primeras estrellas y galaxias del universo. El telescopio espacial Hubble puede abordar estas cuestiones mediante observaciones de campo profundo, que permiten a los astrónomos ver el universo hasta 500 millones de años después del Big Bang.

Rachana y sus colaboradores se habían propuesto estudiar la primera generación de estrellas del universo temprano, también conocidas como población III. Surgidas a partir del material primigenio que emergió del Big Bang, estas estrellas deberían estar compuestas únicamente por hidrógeno, helio y litio, los únicos elementos que existían antes de que los procesos desencadenados en los núcleos de dichas estrellas pudieran dar lugar a elementos más pesados, como oxígeno, nitrógeno, carbono y hierro.

Gracias a una nueva técnica que elimina la luz de galaxias brillantes en primer término de un cúmulo, el equipo descubrió galaxias de fondo con masas inferiores a lo observado hasta el momento con Hubble, a una distancia correspondiente a cuando el universo tenía menos de 1.000 millones de años. 

En el intervalo cósmico estudiado, no encontraron evidencias de la población III.

Estos resultados muestran que las galaxias debieron formarse mucho antes de lo que los astrónomos creían. También sugieren que la formación más temprana de estrellas y galaxias se produjo mucho antes de lo que se puede estudiar con el telescopio espacial Hubble, abriendo así un campo interesantísimo para seguir investigando con el próximo telescopio espacial James Webb de la NASA/ESA/CSA: las primeras galaxias del universo.

Actualizado: 4/6/2020

El Satélite ICESat-2 Mide el Espesor del Hielo Marino del Océano Ártico

El hielo marino del Ártico ayuda a mantener la Tierra fría, ya que su superficie brillante refleja la energía del Sol de vuelta al espacio. Cada año, los científicos usan múltiples satélites y conjuntos de datos para rastrear qué parte del Océano Ártico está cubierta de hielo marino, pero su espesor es más difícil de medir. Los resultados iniciales del satélite ICESat-2 de la NASA sugieren que el hielo marino ha disminuido hasta en un 20% desde el final de la primera misión ICESat (2003-2009), en contra de los estudios existentes que afirmaban que el espesor del hielo marino se había mantenido relativamente constante en la última década.

ICESat-2 tiene un altímetro láser, que utiliza pulsos de luz para medir con precisión la altura hasta aproximadamente una pulgada. Cada segundo, el instrumento envía 10.000 pulsos de luz que rebotan en la superficie de la Tierra y regresan al satélite registrando el tiempo que se tarda en hacer ese viaje de ida y vuelta. La luz se refleja en la primera sustancia que golpea, ya sea agua abierta, hielo marino desnudo o nieve que se ha acumulado sobre el hielo, por lo que los científicos usan una combinación de mediciones ICESat-2 y otros datos para calcular el espesor del hielo marino.

Al comparar los datos de ICESat-2 con las mediciones de otro satélite, los investigadores también crearon los primeros mapas basados en satélites de la cantidad de nieve que se acumuló sobre el hielo marino del Ártico, rastreando este material aislante.

"La bolsa de hielo marino del Ártico ha cambiado drásticamente desde que comenzó el monitoreo desde los satélites hace más de cuatro décadas", dijo Nathan Kurtz, científico adjunto del proyecto ICESat-2 en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. "La extraordinaria precisión y la capacidad de medición durante todo el año de ICESat-2 proporciona una nueva herramienta emocionante que nos permite comprender mejor los mecanismos que conducen a estos cambios, y lo que esto significa para el futuro".

El espesor del hielo marino del Ártico disminuyó drásticamente en la primera década del siglo XXI, según lo medido por la primera misión ICESat de 2003 a 2009 y otros métodos. El CryoSat-2 de la Agencia Espacial Europea, lanzado en 2010, ha medido un espesor relativamente constante en el hielo marino del Ártico desde entonces. Con el lanzamiento de ICESat-2 en 2018, los investigadores analizaron esta nueva forma de medir el espesor del hielo marino para avanzar en el estudio de este registro de datos.

"No podemos obtener el grosor solo de ICESat-2, pero podemos utilizar otros datos para derivar la medición", dijo Petty. Por ejemplo, los investigadores restan la altura de la nieve sobre el hielo marino utilizando modelos informáticos que estiman las nevadas. "Los primeros resultados fueron muy alentadores".

En su estudio, publicado recientemente en el Journal of Geophysical Research: Oceans, Petty y sus colegas generaron mapas del espesor del hielo marino del Ártico desde octubre de 2018 hasta abril de 2019 y vieron el hielo espesándose durante el invierno como se esperaba.

Sin embargo, en general, los cálculos con ICESat-2 encontraron que el hielo era más delgado durante ese período de tiempo que lo que los investigadores encontraron utilizando datos de CryoSat-2. El grupo de Petty también descubrió una disminución pequeña pero significativa del 20% en el grosor del hielo marino al comparar las mediciones ICESat-2 de febrero/marzo de 2019 con las calculadas usando ICESat en febrero/marzo de 2008, una disminución que los investigadores de CryoSat-2 no ven en su datos.

Petty dijo que estos son dos enfoques muy diferentes para medir el hielo marino, cada uno con sus propias limitaciones y beneficios. CryoSat-2 lleva un radar para medir la altura, en oposición al lidar de ICESat-2, y el radar pasa principalmente a través de la nieve para medir la parte superior del hielo. 

Las mediciones de radar como las del CryoSat-2 podrían ser arrojadas por el agua de mar que inunda el hielo, señaló. Además, ICESat-2 sigue siendo una misión joven y los algoritmos informáticos aún se están perfeccionando, dijo, lo que en última instancia podría cambiar los hallazgos de grosor.

"Creo que vamos a aprender mucho al tener estos dos enfoques para medir el espesor del hielo. Puede que nos estén dando un límite superior e inferior en el grosor del hielo marino, y la respuesta correcta probablemente esté en algún punto intermedio ”, dijo Petty. "Hay razones por las cuales las estimaciones de ICESat-2 podrían ser bajas, y razones por las que las de CryoSat-2 podrían ser altas, y necesitamos hacer más trabajo para comprender y alinear estas mediciones entre sí".

Con ICESat-2 y CryoSat-2 utilizando dos métodos diferentes para medir el espesor del hielo: uno mide la parte superior de la nieve, el otro el límite entre el fondo de la capa de nieve y la parte superior de la capa de hielo, los investigadores se dieron cuenta de que podían combinarse los dos para calcular la profundidad de la nieve.

"Esta es la primera vez que podemos obtener profundidad de nieve en toda la capa de hielo marino del Océano Ártico", dijo Ron Kwok, científico de hielo marino en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California y autor de otro estudio en JGR Oceans. "La región ártica es un desierto, pero la nieve que obtenemos es muy importante en términos de clima y hielo marino aislante".

El estudio encontró que la nieve comienza a acumularse lentamente en octubre, cuando el hielo recién formado tiene un promedio de aproximadamente 5 centímetros de nieve y el hielo de varios años tiene un promedio de 14 centímetros de nieve. Las nevadas se acumulan más tarde en el invierno en diciembre y enero y alcanzan su profundidad máxima en abril, cuando el hielo relativamente nuevo tiene un promedio de 17 centímetros y el hielo más viejo tiene un promedio de 27 centímetros de nieve.

Cuando la nieve se derrite en la primavera, puede acumularse en el hielo marino: esos estanques de fusión absorben el calor del Sol y pueden calentar el hielo más rápido, solo uno de los impactos de la nieve sobre el hielo.

 

 

Los científicos han utilizado el satélite ICESat-2 de la NASA para medir el grosor del hielo marino Ártico, así como la profundidad de la nieve en el hielo.‎ Image Credit: NASA/Jeremy Harbeck‎

 Actualizado: 15/5/2020

Curiosity Encuentra Pistas Sobre el Frío y Antiguo Marte Enterradas en las Rocas

 

 

Al estudiar los elementos químicos en Marte hoy en día, incluidos el carbono y el oxígeno, los científicos pueden trabajar hacia atrás para reconstruir la historia de un planeta que alguna vez tuvo las condiciones necesarias para albergar vida.

Tejer esta historia, elemento por elemento, desde aproximadamente 225 millones de kilómetros de distancia es un proceso minucioso. Pero los científicos no son del tipo que se pueda disuadir fácilmente. Los sondas espaciales y los rovers en Marte han confirmado que el planeta alguna vez tuvo agua líquida, gracias a pistas que incluyen lechos de ríos secos, costas antiguas y química de superficie salada. Utilizando el rover Curiosity de la NASA, los científicos han encontrado evidencias de lagos longevos. También desenterraron compuestos orgánicos, o componentes químicos de la vida. 

La combinación de agua líquida y compuestos orgánicos obliga a los científicos a seguir buscando en Marte signos de vida pasada o presente.

A pesar de la tentadora evidencia encontrada hasta ahora, la comprensión de los científicos de la historia marciana aún se está desarrollando, con varias preguntas importantes abiertas para debate. 

Por un lado, ¿era la antigua atmósfera marciana lo suficientemente gruesa como para mantener el planeta cálido y, por lo tanto, húmedo, durante el tiempo necesario para germinar y nutrir la vida? Y los compuestos orgánicos: ¿son signos de vida o de química que ocurre cuando las rocas marcianas interactúan con el agua y la luz solar?

En un reciente informe de Nature Astronomy sobre un experimento de varios años realizado en el laboratorio de química SAM que lleva a bordo el rover Curiosity, un equipo de científicos ofrece algunas ideas para ayudar a responder estas preguntas. El equipo descubrió que ciertos minerales en rocas en el Cráter Gale pueden haberse formado en un lago cubierto de hielo. Estos minerales pueden haberse formado durante una etapa fría intercalada entre períodos más cálidos, o después de que Marte perdió la mayor parte de su atmósfera y comenzó a enfriarse permanentemente.

Gale es un cráter del tamaño de Connecticut y Rhode Island combinados. Fue seleccionado como el sitio de aterrizaje de Curiosity en 2012 porque tenía signos de agua pasada, incluidos minerales de arcilla que podrían ayudar a atrapar y preservar moléculas orgánicas antiguas. De hecho, mientras exploraba la base de una montaña en el centro del cráter, llamado Monte Sharp, Curiosity encontró una capa de sedimentos de 304 metros de espesor que se depositó como barro en lagos antiguos. Para formar tanto sedimento, una gran cantidad de agua habría fluido hacia esos lagos durante millones a decenas de millones de años cálidos y húmedos, dicen algunos científicos. Pero algunas características geológicas en el cráter también insinúan un pasado que incluía condiciones frías y heladas.

"En algún momento, el ambiente de la superficie de Marte debe haber experimentado una transición de ser cálido y húmedo a ser frío y seco, como es ahora, pero exactamente cuándo y cómo ocurrió eso sigue siendo un misterio", dice Heather Franz, geoquímica de la NASA en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland.

Franz, quien dirigió el estudio de SAM, señala que factores como los cambios en la oblicuidad de Marte y la cantidad de actividad volcánica podrían haber causado que el clima marciano se alternara entre cálido y frío con el tiempo. Esta idea está respaldada por cambios químicos y mineralógicos en las rocas marcianas que muestran que algunas capas se formaron en entornos más fríos y otras en los más cálidos.

En cualquier caso, dice Franz, la variedad de datos recopilados por Curiosity hasta el momento sugiere que el equipo está viendo evidencias del cambio climático marciano registrado en las rocas.

El equipo de Franz encontró evidencias de un ambiente antiguo y frío después de que el laboratorio SAM extrajo los gases dióxido de carbono o CO2 y oxígeno de 13 muestras de polvo y roca. Curiosity recolectó estas muestras en el transcurso de cinco años terrestres.

El CO2 es una molécula de un átomo de carbono unido con dos átomos de oxígeno, con el carbono como testigo clave en el caso del misterioso clima marciano. De hecho, este elemento simple pero versátil es tan crítico como el agua en la búsqueda de vida en otros lugares. En la Tierra, el carbono fluye continuamente a través del aire, el agua y la superficie en un ciclo bien comprendido que depende de la vida. Por ejemplo, las plantas absorben carbono de la atmósfera en forma de CO2. A cambio, producen oxígeno, que los humanos y la mayoría de las otras formas de vida usan para la respiración en un proceso que termina con la liberación de carbono al aire, nuevamente a través del CO2, o en la corteza terrestre a medida que las formas de vida mueren y son enterradas.

Los científicos están descubriendo que también hay un ciclo de carbono en Marte y están trabajando para comprenderlo. Con poca agua o abundante vida en la superficie del Planeta Rojo durante al menos los últimos 3 mil millones de años, el ciclo del carbono es muy diferente al de la Tierra.

 

 

 

 

 

 

Esta ilustración muestra un lago de agua lleno parcialmente el Cráter Gale de Marte. Habría sido llenado por la escorrentía de la nieve derritiéndose en el borde norte del cráter. La evidencia de antiguos arroyos, deltas y lagos que el rover Curiosity de la NASA ha encontrado en los patrones de depósitos sedimentarios en Gale sugiere que el cráter albergó un lago como este hace más de tres mil millones de años, llenándose y secándose en múltiples ciclos durante decenas de millones de años. Credits: NASA/JPL-Caltech/ESA/DLR/FU Berlin/MSSS

"Sin embargo, el ciclo del carbono sigue ocurriendo y sigue siendo importante porque no solo ayuda a revelar información sobre el clima antiguo de Marte", dice Paul Mahaffy, investigador principal de SAM y director de la División de Exploración del Sistema Solar de la NASA en Goddard. "También nos muestra que Marte es un planeta dinámico donde están circulando elementos que son los bloques de construcción de la vida tal y como la conocemos".

Después de que Curiosity introdujo muestras de roca y polvo en SAM, el laboratorio calentó cada una a casi 900 ºC para liberar los gases en su interior. Al observar las temperaturas del horno que liberaban CO2 y oxígeno, los científicos podían determinar de qué tipo de minerales provenían los gases. Este tipo de información les ayuda a comprender cómo se está ciclando el carbono en Marte.

Varios estudios han sugerido que la atmósfera antigua de Marte, que contiene principalmente CO2, puede haber sido más gruesa que la de la Tierra en la actualidad. La mayor parte se ha perdido en el espacio, pero alguna se puede almacenar en rocas en la superficie del planeta, particularmente en forma de carbonatos, que son minerales hechos de carbono y oxígeno. En la Tierra, los carbonatos se producen cuando el CO2 del aire se absorbe en los océanos y otros cuerpos de agua y luego se mineraliza en rocas. Los científicos piensan que el mismo proceso ocurrió en Marte y que podría ayudar a explicar lo que le sucedió a la atmósfera marciana.

Sin embargo, las misiones a Marte no han encontrado suficientes carbonatos en la superficie para soportar una atmósfera espesa.

Sin embargo, los pocos carbonatos que SAM detectó revelaron algo interesante sobre el clima marciano a través de los isótopos de carbono y oxígeno almacenados en ellos. Los isótopos son versiones de cada elemento que tienen masas diferentes. Debido a que diferentes procesos químicos, desde la formación de rocas hasta la actividad biológica, usan estos isótopos en diferentes proporciones, las proporciones de isótopos pesados a ligeros en una roca proporcionan a los científicos pistas sobre cómo se formó la roca.
 

En algunos de los carbonatos que encontró SAM, los científicos notaron que los isótopos de oxígeno eran más ligeros que los de la atmósfera marciana. Esto sugiere que los carbonatos no se formaron hace mucho tiempo simplemente por el CO2 atmosférico absorbido en un lago. Si lo hubieran hecho, los isótopos de oxígeno en las rocas habrían sido un poco más pesados que los del aire.

Si bien es posible que los carbonatos se formaron muy temprano en la historia de Marte, cuando la composición atmosférica era un poco diferente de lo que es hoy, Franz y sus colegas sugieren que los carbonatos probablemente se formaron en un lago helado. En este escenario, el hielo podría haber aspirado isótopos pesados de oxígeno y dejar los más ligerps para formar carbonatos más tarde. Otros científicos de Curiosity también han presentado evidencias que sugieren que lagos cubiertos de hielo podrían haber existido en el Cráter Gale.

La baja abundancia de carbonatos en Marte es desconcertante, dicen los científicos. Si no hay muchos de estos minerales en el Cráter Gale, tal vez la atmósfera inicial fue más delgada de lo previsto. O tal vez algo más está almacenando el carbono atmosférico faltante.

Con base en su análisis, Franz y sus colegas sugieren que algo de carbono podría ser secuestrado en otros minerales, como los oxalatos, que almacenan carbono y oxígeno en una estructura diferente a la de los carbonatos. Su hipótesis se basa en las temperaturas a las que se liberaron CO2 de algunas muestras dentro de SAM, demasiado bajas para los carbonatos, pero adecuadas para los oxalatos, y en las diferentes proporciones de isótopos de carbono y oxígeno que los científicos vieron en los carbonatos.

Los oxalatos son el tipo más común de mineral orgánico producido por las plantas en la Tierra. Pero los oxalatos también se pueden producir sin biología. Una forma es a través de la interacción del CO2 atmosférico con los minerales superficiales, el agua y la luz solar, en un proceso conocido como fotosíntesis abiótica. Este tipo de química es difícil de encontrar en la Tierra porque hay abundante vida aquí, pero el equipo de Franz espera crear una fotosíntesis abiótica en laboratorio para determinar si realmente podría ser responsable de la química del carbono que están viendo en el Cráter Gale.

En la Tierra, la fotosíntesis abiótica puede haber allanado el camino para la fotosíntesis entre algunas de las primeras formas de vida microscópicas, por lo que encontrarla en otros planetas interesa a los astrobiólogos.

Incluso si resulta que la fotosíntesis abiótica bloqueó algo de carbono de la atmósfera en rocas en el Cráter Gale, a Franz y sus colegas les gustaría estudiar el suelo y el polvo de diferentes partes de Marte para entender si sus resultados del Cráter Gale reflejan una imagen global. Es posible que algún día tengan la oportunidad de hacerlo. El rover 

Perseverance de la NASA, que se lanzará a Marte entre Julio y Agosto de 2020, planea recoger muestras en el Cráter Jezero para un posible regreso a los laboratorios en la Tierra.

Actualizado: 20/5/2020

 

 

 

 

 

Por Qué se Forman Nubes Cerca de los Agujeros Negros

 

 Esta ilustración muestra un cuásar rodeado de una forma de rosquilla polvorienta (toro) y grupos llamados "nubes". Estas nubes comienzan siendo pequeñas pero se pueden expandir hasta llegar a tener más de 3 años luz de anchura. Credits: Ilustración de Nima Abkena

Una vez que abandonas los majestuosos cielos de la Tierra, la palabra "nube" ya no significa una estructura blanca de aspecto esponjoso que produce lluvia. En cambio, las nubes en el universo mayor son áreas grumosas de mayor densidad que sus alrededores.
 

Los telescopios espaciales han observado estas nubes cósmicas en la vecindad de agujeros negros supermasivos, esos misteriosos objetos densos de los que no puede escapar la luz, con masas equivalentes a más de 100.000 soles. Hay un agujero negro supermasivo en el centro de casi todas las galaxias, y se llama un "núcleo galáctico activo" (AGN) si está absorbiendo una gran cantidad de gas y polvo de su entorno. Si bien el agujero negro en sí no se puede ver, su vecindad se ilumina extremadamente brillante a medida que la materia se desgarra cerca de su horizonte de eventos, su punto de no retorno.

Pero los agujeros negros no son realmente como las aspiradoras; no solo absorben todo lo que se acerca demasiado. Si bien parte del material alrededor de un agujero negro caerá directamente, y nunca se volverá a ver, parte del gas cercano se arrojará hacia afuera, creando una capa que se expandirá durante miles de años. Esto se debe a que el área cerca del horizonte de eventos es extremadamente enérgica; la radiación de alta energía de las partículas de rápido movimiento alrededor del agujero negro puede expulsar una cantidad significativa de gas en la inmensidad del espacio.

Los científicos creían que este flujo de gas era suave. En cambio, es grumoso, se extiende mucho más allá de 1 parsec (3,3 años luz) desde el agujero negro. Cada nube comienza siendo pequeña, pero puede expandirse hasta tener más de 1 parsec de ancho, e incluso podría cubrir la distancia entre la Tierra y la estrella más cercana más allá del Sol, Proxima Centauri.

El astrofísico Daniel Proga, de la Universidad de Nevada, en Las Vegas, compara estos grupos con grupos de automóviles que esperan en una rampa de la autopista con semáforos diseñados para regular la afluencia de tráfico nuevo. "De vez en cuando tienes un montón de coches", dijo.

¿Qué explica estos grupos en el espacio profundo? Proga y sus colegas tienen un nuevo modelo de ordenados que presenta una posible solución a este misterio, publicado en Astrophysical Journal Letters, y dirigido por el estudiante de doctorado Randall Dannen. Los científicos muestran que el calor extremadamente intenso cerca del agujero negro supermasivo puede permitir que el gas fluya hacia afuera muy rápido, pero de una manera que también puede conducir a la formación de grupos. Si el gas se acelera demasiado rápido, no se enfriará lo suficiente como para formar grumos. El modelo de ordenador tiene en cuenta estos factores y propone un mecanismo para hacer que el gas viaje lejos, pero también se agrupe.

"Cerca del borde exterior de la carcasa hay una perturbación que hace que la densidad del gas sea un poco más baja de lo que solía ser", dijo Proga. “Eso hace que este gas se caliente de manera muy eficiente. El gas frío que está más lejos está siendo arrojado hacia fuera por eso.”

Este fenómeno es algo así como la flotabilidad que hace flotar los globos aerostáticos. El aire calentado dentro del globo es más ligero que el aire más frío afuera, y esta diferencia de densidad hace que el globo se eleve.

"Este trabajo es importante porque los astrónomos siempre han necesitado colocar nubes en una ubicación y velocidad determinadas para ajustarse a las observaciones que vemos del AGN," dijo Dannen, y nuestro trabajo ofrece una posible explicación para la formación de estas nubes ".

Este modelo solo mira la capa de gas, no el disco de material que gira alrededor del agujero negro que lo alimenta. El siguiente paso de los investigadores es examinar si el flujo de gas se origina en el propio disco. También están interesados en abordar el misterio de por qué algunas nubes se mueven extremadamente rápido, del orden de 10.000 kilómetros por segundo.

Esta investigación, que aborda un tema importante en la física de los núcleos galácticos activos, fue apoyada con una subvención de la NASA. Los coautores son Dannen, Proga, el académico postdoctoral de UNLV Tim Waters y el ex académico postdoctoral de UNLV Sergei Dyda (ahora en la Universidad de Cambridge).

 

Actualizado: 14/5/2020

Los Astronautas Dejan "Huella Digital Microbiana" en la Estación Espacial

 

 El astronauta de la NASA y Comandante de la Expedición 63 Chris Cassidy trabajando a bordo de la ISS. Image Credit: NASA

Cuando un nuevo miembro de la tripulación llega a la Estación Espacial Internacional, la población de humanos que viven en el espacio cambia, por supuesto. Pero también lo hace la población de microbios. Innumerables tipos de microorganismos habitan nuestros cuerpos, por dentro y por fuera, y cuando un astronauta llega a la Estación, traen su colección específica de "autoestopistas" microbianos. Un nuevo estudio muestra que los microorganismos que viven en las superficies dentro de la Estación Espacial están tan estrechamente relacionados con un astronauta que los científicos podrían ver cuando este nuevo miembro de la tripulación llegó y partió, simplemente mirando los microbios que quedaron atrás. Los hallazgos muestran que vigilar a los residentes más pequeños de la Estación Espacial será importante para proteger la salud de los astronautas y la nave espacial que ocupan. Incluso podrían decirnos algo sobre entornos relativamente cerrados en la Tierra, como los hospitales, donde la comprensión de la presencia de microbios es clave.

Muchos de los microorganismos que viven dentro y alrededor de nosotros son inofensivos o incluso esenciales para una buena salud, pero algunos pueden causar enfermedades o dañar estructuras en entornos construidos. Es por eso que la NASA ha estado siguiendo a la población de microbios de la Estación Espacial con una serie de experimentos llamados Seguimiento Microbiano. Estos estudios, gestionados por el Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley en California permiten a los investigadores aprender cómo los micro habitantes de la Estación Espacial cambian de lugar y con el tiempo.

"Existe una interacción entre la comunidad microbiana de la Estación Espacial y su tripulación, y comprender los detalles es importante para prevenir complicaciones para la salud o para las naves espaciales en misiones espaciales humanas a largo plazo", dijo Crystal Jaing, biólogo del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, LNLL, en Livermore, California, e investigador principal del estudio Microbial Tracking-2.

Muestreo del cuerpo y la Estación Espacial

Un astronauta participó en esta investigación al proporcionar muestras personales de microbiomas antes, durante y después del vuelo espacial. Un microbioma es una comunidad de diferentes microbios que viven juntos. Usando un hisopo de poliéster, se tomaron muestras áreas individuales de la piel, oído, boca, fosa nasal y saliva. Para comprender si el microbioma de la tripulación interactúa con el entorno de la Estación Espacial, también se tomaron muestras de ocho ubicaciones diferentes a bordo de la ISS, como la mesa del comedor, el baño y los cuartos de la tripulación. Estos fueron recolectados durante el vuelo del propio miembro de la tripulación y el que siguió a su partida.
 

De vuelta a la Tierra, las muestras se procesaron en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California, antes del análisis en LLNL para comparar el microbioma del entorno de la Estación Espacial y el microbioma del astronauta. Por primera vez en este tipo de estudio, los investigadores utilizaron una técnica sofisticada, llamada secuenciación metagenómica de escopeta, para explorar cada fragmento de ADN encontrado en las muestras.

Un calendario microbiano 

 

De todas las áreas del cuerpo muestreadas, las poblaciones en las muestras de superficie ambiental se parecían más a las que se encuentran en la piel. En total, el microbioma del astronauta contribuyó al 55% del microbioma de superficie encontrado durante el vuelo del individuo. El microbioma de esta persona también se demoró; apareció, en menor grado, en las muestras de superficie tomadas cuatro meses después de que ese miembro de la tripulación abandonase la Estación Espacial.

"Solo a partir de los datos de microbios, podríamos saber cuándo llegó y partió la nueva persona", dijo David J. Smith, científico e investigador de Ames y coautor del estudio. "Estamos acostumbrados a medir el paso del tiempo con calendarios, pero las transiciones de microbioma esencialmente cuentan la misma historia en este estudio".
 

Las muestras de saliva del astronauta arrojaron otros resultados interesantes. La NASA ha utilizado la saliva antes para estudiar el sistema inmunológico y las condiciones de salud en los astronautas, pero este estudio es el primero en utilizar la secuencia metagenómica para analizar en profundidad los cambios en el microbioma de la saliva debido a los vuelos espaciales. La diversidad de especies encontradas allí disminuyó en el espacio y se recuperó después del regreso del astronauta la Tierra. Algunas de las especies afectadas se consideran potencialmente causantes de enfermedades, y los investigadores creen que las muestras de saliva podrían convertirse en una forma útil de controlar la salud de la tripulación.

Microbios de interior y salud humana en la Tierra

Más datos recopilados de miembros adicionales de la tripulación ayudarán a confirmar las tendencias observadas en este estudio, pero la investigación de Seguimiento Microbiano ya muestra la importancia de estudiar y monitorear microorganismos a bordo de la Estación Espacial. Los estudios futuros podrían profundizar en el material genético del microbioma para comprender qué genes microbianos influyen más en la relación entre la tripulación y los microbios que los rodean, y cómo esto podría afectar su salud. Saber qué grupos de microorganismos son más o menos abundantes en ciertos momentos o en ciertos lugares podría algún día ser la base de pruebas capaces de predecir problemas de salud y evitarlos.

La salud de los astronautas está actualmente protegida mediante el control rutinario de microbios en la Estación Espacial, junto con una buena nutrición de los astronautas y ejercicio adecuado, así como buenos procesos de saneamiento personal y de la Estación Espacial.

La Estación Espacial Internacional proporciona un entorno único para estudiar estos temas y podría arrojar luz sobre otros contextos donde los espacios interiores y la salud humana se superponen. 

Como un "edificio" en órbita en el espacio, la Estación Espacial está perfectamente adaptada para estudiar la llegada, circulación y transmisión de microorganismos. Por lo tanto, comprender mejor las interacciones entre los astronautas y los microbios podría incluso beneficiar a las personas en hábitats relativamente cerrados en la Tierra, ya sea en nuestros hogares u hospitales, a bordo de aviones, metro o incluso submarinos.

Aunque este estudio utilizó muestras traídas desde el espacio, la NASA tiene la capacidad de identificar microbios en tiempo real a bordo de la Estación Espacial y también está planeando el seguimiento microbiano en tiempo real en futuras naves espaciales.

 

 

Actualizado: 7/5/2020