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La espectaculares primeras imágenes oficiales del telescopio espacial James Webb

El 12 de julio pasará a la historia de la astronomía y de la observación desde el espacio, el telescopio espacial James Webb nos ha mostrado su primera imagen, el mundo astronómico ha quedado maravillado con el resultado y los científicos ya están procesando la panorámica de miles de galaxias muy distantes. Aquí la tenéis como primicia mundial, que además ha sido la primera que ha enseñado para todo el mundo el presidente de EEUU Jonh Baiden;

Crédito de la imagen: NASA, ESA, CSA y STScI

El telescopio espacial James Webb de la NASA ha producido la imagen infrarroja más profunda y nítida del universo distante hasta la fecha. Conocida como el primer campo profundo de Webb, esta imagen del cúmulo de galaxias SMACS 0723 está repleta de detalles.

Miles de galaxias, incluidos los objetos más débiles jamás observados en el infrarrojo, han aparecido a la vista de Webb por primera vez. Este campo profundo, tomado por la cámara de infrarrojo cercano de Webb (NIRCam), es un apilado de imágenes en diferentes longitudes de onda, con un total de 12,5 horas, alcanzando profundidades en longitudes de onda infrarrojas más allá de los campos más profundos del telescopio espacial Hubble.

Espectros de las galaxias observadas en el Universo profundo. Crédito de la imagen: NASA, ESA, CSA y STScI

La imagen muestra el cúmulo de galaxias SMACS 0723 tal como apareció hace 4600 millones de años. La masa combinada de este cúmulo de galaxias actúa como una lente gravitacional , magnificando galaxias mucho más distantes detrás de él. La NIRCam de Webb ha enfocado nítidamente esas galaxias distantes: tienen estructuras diminutas y tenues que nunca antes se habían visto, incluidos cúmulos de estrellas y características difusas. 

Pero no sólo se ha enseñado esta imagen, habían cuatro logros más, tres imágenes y el espectro de un exoplaneta en el que se han encontrado nubes de agua.

Aquí os dejamos las maravillas del cosmos vistas desde el James Webb:

Este paisaje de «montañas» y «valles» salpicado de estrellas brillantes es en realidad el borde de una joven región de formación estelar cercana llamada NGC 3324 en la Nebulosa Carina. Capturada en luz infrarroja esta imagen revela por primera vez áreas de nacimiento de estrellas previamente invisibles. Crédito de la imagen: NASA, ESA, CSA y STScI
La observación detallada de Webb de este planeta caliente fuera de nuestro Sistema Solar revela la firma clara del agua, junto con evidencia de neblina y nubes que estudios previos de este planeta no detectaron. Con la primera detección de agua en la atmósfera de un exoplaneta por parte de Webb, ahora se dedicará a estudiar cientos de otros sistemas para comprender de qué están hechas otras atmósferas planetarias. Crédito de la imagen: NASA, ESA, CSA y STScI
Esta nebulosa planetaria se encuentra a unos 2.000 años luz de distancia.  Aquí, los poderosos ojos infrarrojos de Webb traen una segunda estrella moribunda a la vista por primera vez.  Desde su nacimiento hasta su muerte como nebulosa planetaria, Webb puede explorar las capas de polvo y gas que expulsan las estrellas envejecidas que algún día pueden convertirse en una nueva estrella o planeta, Crédito de la imagen: NASA, ESA, CSA y STScI
Quinteto de Stephan; Las estrellas se derivan y contribuyen al gas y al polvo en cantidades masivas, girando alrededor de las galaxias. 
Ahora, los científicos pueden obtener una visión poco común, con un detalle sin precedentes, de cómo las galaxias que interactúan desencadenan la formación de estrellas entre sí y cómo se altera el gas en estas galaxias. Crédito de la imagen: NASA, ESA, CSA y STScI

Los astrofísicos pronto comenzarán a aprender más sobre las masas, edades, historias y composiciones de las galaxias, ya que el telescopio James Webb busca las galaxias más antiguas del universo… todo un reto que vamos a poder disfrutar durante las miles de imágenes que enviará en estos futuros meses y años…

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Observadas por primera vez evidencias de un planeta en otra galaxia

Usando el telescopio espacial XMM-Newton y el Chandra de rayos X, los astrónomos han dado un paso importante en la búsqueda para encontrar planetas fuera de la Vía Láctea, lo que se llamaría exoplanetas extragalácticos.

Detectar un planeta en otra galaxia es muy difícil, hasta ahora no se ha confirmado ningún sistema planetario fuera de la Vía Láctea debido a que la luz de otra galaxia se concentra en un área muy pequeña en el cielo, es muy difícil para los telescopios distinguir una estrella de otra, y mucho menos un planeta que orbita alrededor de ellas. Y las técnicas habituales para encontrar exoplanetas en nuestra galaxia no funcionan tan bien para planetas fuera de ella.

Esto es diferente cuando se estudian los rayos X, en lugar de la luz visible, en una galaxia. Debido a que hay menos objetos que brillan intensamente en la luz de rayos X, un telescopio de rayos X como el XMM puede distinguir más fácilmente entre objetos al observar una galaxia. Por lo tanto, esos objetos son más fáciles de identificar y estudiar, y podría ser posible encontrar un planeta a su alrededor.

Algunos de los objetos más brillantes que se pueden estudiar en las galaxias externas son las llamadas binarias de rayos X. Estas consisten en un objeto muy compacto, una estrella de neutrones o un agujero negro, que está en pleno proceso de tragar material de una estrella compañera que orbita a su alrededor. El material que cae es acelerado enormemente por el intenso campo gravitacional de la estrella de neutrones o el agujero negro y se calienta a millones de grados, produciendo una gran cantidad de rayos X muy brillantes. Los astrónomos esperan que, en teoría, los planetas que pasan en tránsito frente a tal fuente bloquearían estos rayos X, lo que provocaría una caída en la curva de luz de rayos X observada, con lo que tendríamos una forma de encontrar planetas en otras galaxias.

Todo esto, como podéis ver en la siguiente imagen, se ha detectado en un sistema binario de rayos X en la galaxia M51 llamado M51-ULS, se encuentra este posible candidato a planeta de un tamaño parecido al planeta Saturno y a unos increíbles 28 millones de años luz de distancia.

M51 y su planeta
Podemos ver una imagen compuesta de M51 con rayos X de Chandra y luz óptica del Telescopio Espacial Hubble de la NASA, esta contiene un cuadrado que marca la ubicación del posible planeta candidato.Créditos: Rayos X: NASA / CXC / SAO / R. DiStefano, et al ; Óptica: NASA / ESA / STScI / Grendler

Este sistema contiene una estrella de neutrones o un agujero negro en órbita con una estrella de aproximadamente 20 a 30 veces la masa del Sol (gran estrella azul). La estrella de neutrones o agujero negro extrae material de su estrella compañera, creando un disco de material que brilla en rayos X.

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Un sistema de seis exoplanetas con movimiento rítmico desafía las teorías de formación de los planetas

Usando una combinación de telescopios, incluido el Very Large Telescope del European Southern Observatory (ESO), los astrónomos han revelado un sistema que consta muy curioso que consta de seis exoplanetas, cinco de los cuales están bloqueados en un ritmo muy poco común alrededor de su estrella central llamada TOI-178, una estrella a 200 años luz que podemos encontrar en la constelación del Escultor.

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El sistema cuenta con seis exoplanetas y todos menos el más cercano a la estrella están encerrados en una danza rítmica mientras se mueven en sus órbitas, es decir están en resonancia. Esto significa que hay patrones que se repiten a medida que los planetas giran alrededor de la estrella, y algunos planetas se alinean cada pocas órbitas. Se observa una resonancia similar en las órbitas de tres de las lunas de Júpiter: Io, Europa y Ganímedes. Io, el más cercano de los tres a Júpiter, completa cuatro órbitas completas alrededor de Júpiter por cada órbita que hace Ganímedes, la más lejana, y dos órbitas completas por cada órbita que hace Europa.

Esta animación muestra una representación de las órbitas y movimientos de los planetas en el sistema TOI-178. En la animación el movimiento rítmico de los planetas alrededor de la estrella central se representa a través de una armonía musical, creada al atribuir una nota a cada uno de los planetas en la cadena de resonancia. Esta nota se reproduce cuando un planeta completa una órbita completa o media órbita cuando los planetas se alinean en estos puntos de sus órbitas, suenan en resonancia. Créditos: ESO / L. Calçada

Los cinco exoplanetas externos del sistema TOI-178 siguen una cadena de resonancia mucho más compleja , una de las más largas descubiertas hasta ahora en un sistema planetario. Mientras que las tres lunas de Júpiter están en una resonancia de 4: 2: 1, los cinco planetas exteriores en el sistema TOI-178 siguen una cadena de 18: 9: 6: 4: 3: mientras que el segundo planeta de la estrella (el primero en el cadena de resonancia) completa 18 órbitas, el tercer planeta de la estrella (segundo en la cadena) completa 9 órbitas, y así sucesivamente. De hecho, los científicos inicialmente solo encontraron cinco planetas en el sistema, pero siguiendo este ritmo resonante calcularon en qué parte de su órbita estaría un planeta adicional cuando tuvieran una ventana para observar el sistema.

Más que una simple curiosidad orbital, esta danza de planetas resonantes proporciona pistas sobre el pasado del sistema, como por ejemplo fijándose en que las órbitas de este sistema están muy bien ordenadas, nos dice que este sistema ha evolucionado con bastante suavidad desde su nacimiento. Si el sistema hubiera sido perturbado significativamente antes en su vida, por ejemplo por un impacto gigante, esta frágil configuración de órbitas no habría sobrevivido.

Para investigar la arquitectura inusual del sistema, el equipo utilizó datos del satélite CHEOPS de la Agencia Espacial Europea, junto con el instrumento terrestre ESPRESSO en el VLT de ESO y el NGTS y SPECULOOS., ambos ubicados en el Observatorio Paranal de ESO en Chile. Dado que los exoplanetas son extremadamente difíciles de detectar directamente con telescopios, los astrónomos deben confiar en otras técnicas para detectarlos. Los principales métodos utilizados son los tránsitos de imágenes, es decir, la observación de la luz emitida por la estrella central, que se atenúa cuando un exoplaneta pasa frente a ella cuando se observa desde la Tierra, y las velocidades radiales, la observación del espectro de luz de la estrella en busca de pequeños signos de oscilaciones que se producen cuando los exoplanetas se mueven en sus órbitas. 

El más rápido (el planeta más interno) completa una órbita en solo un par de días, mientras que el más lento tarda unas diez veces más. Los seis planetas tienen tamaños que van desde aproximadamente una hasta aproximadamente tres veces el tamaño de la Tierra, mientras que sus masas son de 1,5 a 30 veces la masa de la Tierra. Algunos de los planetas son rocosos, pero más grandes que la Tierra, estos planetas se conocen como Super Tierras. Otros son planetas gaseosos, como los planetas exteriores de nuestro Sistema Solar, pero son mucho más pequeños: se les llama Mini Neptunos. Aunque ninguno de los seis exoplanetas encontrados se encuentra en la zona habitable de la estrella, los investigadores sugieren que, al continuar la cadena de resonancia, podrían encontrar planetas adicionales que podrían existir en esta zona o muy cerca de ella. 

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Detectan un planeta gigante orbitando cerca de una estrella moribunda

Cuando una estrella llega a su fin lo normal es que arrase con los planetas de sus sistema planetario, pero sin embargo esto no es siempre es así. De echo se ha detectado el primer planeta orbitando una estrella enana blanca, estrella moribunda que es el final de una estrella parecida a la nuestra.

La estrella en cuestión es una enana blanca denominada WD 1856 que es parte de un sistema de tres estrellas ubicada a unos 80 años luz de nosotros. El planeta gigante que la está orbitando es un exoplaneta del tamaño de Júpiter que es aproximadamente 7 veces más grande que la enana blanca, y que se llama WD 1856 b. Lo extraño pero explicable de todo esto es como ha podido sobrevivir a la destrucción de sus estrella, en principio este planeta estaba muy alejado de su estrella y con el tiempo se ha ido acercando, se calcula que estaba 50 veces más lejos de su estrella actual.

Se pudo acercar por la posible influencia de otros planetas más grandes cercanos a este, pero todavía no se han descubierto con lo que solo es una hipótesis de trabajo. Lo interesante de todo esto es que tal vez planetas rocosos podrían sobrevivir al final de sus estrella con lo que la vida como tal podría sobrevivir mucho más al final de su estrella, siempre y cuando claro haya vida en esos planetas. El exoplaneta se ha detectado con el telescopio espacial TESS, un telescopio especialista en la captura de exoplanetas.

Vamos a ver cual será el final de nuestra estrella, para que veáis un poco que ha tenido que «ver» ese exoplaneta cuando su estrella llegó a su fin.

Para saberlo comencemos por el principio de la formación del Sol. Hay que remontarse cinco mil millones de años atrás para empezar a hablar de la creación de nuestra estrella, por esos años nuestra zona en la galaxia la ocupaba un montón de gas y polvo (una nebulosa) que vagaba por el espacio tan tranquilamente, pero algo sucedió.. tal vez la acción de una supernova enviándonos sus ondas de choque o el choque de masas enormes de gas y polvo hizo que esa nebulosa se comprimiera. Cuando la materia se comprime aparecen procesos energéticos enormes, partes de la nebulosa comienzan agregarse y la acción de la gravedad va formando la estrella, estos procesos concentran una enorme cantidad de calor, cuando se llega a la cifra mágica de los 10 millones de grados se desencadenan procesos nucleares (fusión nuclear) que hacen que la estrella se encienda. Con la fusión nuclear, el Sol convierte el hidrógeno en helio, y la masa restante del proceso se convierte en energía. Hay un equilibro entre la presión del interior de la estrella y la gravedad de la misma que evita que se colapse.

Ciclo vida del SolCiclo de vida del Sol, la escala en en miles de millones de años. Actualmente el Sol tiene 4600 millones de años. Sobre los 8 mil millones de años irá calentándose hasta convertirse en una gigante roja, cuando tenga la edad de 11 mil millones de años estallará y quedará en el centro una enana blanca.

Pero veamos paso a paso que le ira ocurriendo al Sol en la escala de los millones y miles de millones de años, no os preocupéis aun nos queda planeta para rato, bueno siempre que no terminemos destruyéndolo nosotros, comencemos :).

1) Aproximadamente en 1.200 millones de años a partir de ahora, el sol comenzará a cambiar. A medida que se gasta el combustible de hidrógeno en su núcleo, la combustión se extenderá hacia la superficie. Esto hará que el sol comience a crecer y se haga más brillante.

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2) La temperatura superficial media de la tierra aumentará a unos 75 ºC. Los océanos de la tierra se evaporarán. El planeta se convertirá en un desierto sin vida.

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3) A la edad de unos 11-12 mil millones de años el sol expandirá su superficie. Será 166 veces más grande que el sol que conocemos ahora, sera una gigante roja.

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4) Después se reducirá en tamaño. Comenzará un período que durará unos 110 millones de años durante los cuales se producirán pocos cambios.

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5) El sol crecerá a un tamaño enorme con los últimos restos de helio e hidrógeno que se lanzaran al espacio. Será 180 veces más grande que el sol que conocemos y miles de veces más brillante. Grandes cantidades de su atmósfera se arrojaran al espacio, hasta que se pierda casi la mitad de su masa.

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6) La cáscara fina del helio restante que rodea el núcleo de carbono-oxígeno se volverá inestable. El sol comenzará a pulsar violentamente. Se convertirá en una nebulosa con una estrella enana en su centro.

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Este será el final de nuestra estrella, puede que estos otros restos vuelvan a convertirse en otra estrella que forme nuevamente planetas y por consiguiente vida. El Universo es así, una continua sucesión de creación y destrucción de estrellas, es un Universo vivo e increíble. Disfrutemos de nuestro planeta, aun nos quedan miles de millones de años de disfrute, siempre que no lo destruyamos nosotros antes.

Una titánica colisión detectada en otro sistema estelar

El siguiente vídeo simula lo que los astrónomos consideran la evidencia de la primera detección de las secuelas de una colisión titánica de planetesimales en otro sistema estelar.

La imagen es un vasto anillo de escombros helados que rodea la estrella Fomalhaut, que está ubicada a 25 años luz de distancia. En el vídeo podemos ver a la derecha un diagrama animado que es una simulación de la nube en expansión y desvanecimiento, basada en observaciones del telescopio espacial Hubble tomadas durante un período de diez años.

Créditos: NASA, ESA y A. Gáspár y G. Rieke (Universidad de Arizona)

Y esta es la imagen año a año para que veais las diferencias del objeto y sus cambios a lo largo de los años.

Aunque originalmente se pensó que era un exoplaneta masivo al que se le denominó Fomalhayt b, la debilidad de este objero en el infrarrojo y su incapacidad para perturbar el anillo de escombros de Fomalhaut indican una masa baja. Se ha podido detectar que se ha desvanecido en brillo y ha crecido en extensión, con un movimiento consistente con una órbita de escape. 

Este impresionante comportamiento confirma que la fuente inicialmente observada es una nube de polvo dispersante, producida por una colisión masiva entre dos planetesimales (dos planetas en formación). Lo que se observa parece ser polvo muy fino que escapa bajo la influencia de la presión de radiación. Tales eventos sugieren una mayor actividad dinámica dentro del sistema posiblemente debido a la migración orbital de hipotéticos planetas.

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Esta estrella esta siendo muy estudiada desde hace muchos años, por ejemplo a parte del Hubble, un equipo internacional de astrónomos utilizando el observatorio ALMA realizó en 2017 la primera imagen completa en longitud de onda milimétrica del anillo de escombros y polvo que rodea a la joven  Fomalhaut. Los datos de alma, de color naranja, revelan el disco de escombros con detalles nunca antes vistos.

El punto brillante en el centro es la emisión de la estrella, que es aproximadamente el doble de la masa del Sol. Los datos ópticos del telescopio espacial Hubble son los que están en azul. La región oscura es una máscara coronarifica, que filtra la luz. Crédito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), M. MacGregor; NASA / ESA Hubble, P. Kalas; B. Saxton (NRAO / AUI / NSF

Cuando se está formando una estrella aparecen discos de gas y polvo alrededor de ella, esto es un claro indicador de que se suelen formar planetas alrededor de las estrellas, por tanto este proceso no es algo peculiar de nuestro sistema planetario, hay muchos más. Ahora con la anterior imagen y los datos obtenidos estamos más cerca de conocer el mecanismo de formación de planetas en estrellas.

plafImagen en varias longitudes de onda de varios telescopios para la estrella Fomalhaut.

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