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Introducción:
Adjunto este archivo, inicialmente concebido sólo como “carpeta” con algunos hallazgos recientes (como
un planeta extrapolar similar a la Tierra) e imágenes de interés. Sin embargo, encontré necesario escribir
unas breves notas para explicar las figuras, y resumir parte del material visto en clases. Sin embargo, el
material adjunto está muy lejos de la completitud, y no puede considerarse como un texto.
Adicionalmente, pido disculpas por las dificultades que tengo con el “Word” en cuanto a manejar figuras
y leyendas asociadas, no consiguiendo posicionar las segundas donde yo hubiese deseado, apareciendo
grandes espacios en blanco, que le quitan continuidad al texto. Tampoco supe eliminar unas malditas
rayas horizontales, inicialmente concebidas para separar Ítems, pero que me resultó imposible
posicionarlas adecuadamente.
J.R.
_____________________________________
Síntesis de Elementos en el Universo:
El “Big Bang” sólo sintetizó Hidrógeno (76 % aprox.), Helio (24 %
aprox.) y Litio (fracción inferior a 10-8), como muestra el gráfico adjunto
{Abundancia de Elemento (en Masa)} versus {Tiempo después del Big
Bang}. Notar que el Berilio-7 decae en Litio-7 por captura electrónica;
también decaen el Hidrógeno-3 y el Neutrón (si no está incorporado a un
núcleo).
Los restantes elementos se debieron sintetizar por otros mecanismos,
principalmente por reacciones nucleares en el interior de las estrellas.
Así, las primeras estrellas del universo (la denominada “Población III”)
inicialmente estaban formadas por Hidrógeno y Helio. Se cree que se trató
de objetos enormes (acaso de 300 masas solares), y de vida muy corta (del
orden del millón de años, en contraste con el Sol, con unos 4600 millones
de años, y otras estrellas de unos 10.000 millones de años). Ellas debieron
morir en gigantescas explosiones de Supernova detonadas por
“inestabilidad de pares” (i.e., la profusa producción de pares “partículaantipartícula”, en especial, neutrino-antineutrino, que se fugan fácilmente
del corazón estelar, a velocidad cercana a la de la luz). Esto fue una
primera etapa de enriquecimiento químico del espacio interestelar, y de la
cual testifican las estrellas más viejas hoy día existentes (pertenecientes a la
llamada “Población II extrema”, y con abundancias de elementos pesados
del orden de 10-5 a 10-6 respecto al Sistema Solar).
Las siguientes generaciones de estrellas fueron aumentando la variedad y
el número de átomos más pesados que el Helio (conocidos como
“metálicos” en la jerga astrofísica). De hecho, una Estrella necesita
producir energía para mantener su elevada temperatura interior y así poder
soportar su propio peso. Esta energía la extrae de reacciones nucleares.
Inicialmente “quema” los núcleos livianos (Deuterio, Helio-3, Litio, Berilio
y Boro) existentes en la nube de gas interestelar progenitora, aunque
principalmente extrae energía de la contracción gravitacional.
Si la estrella no es demasiado liviana, Mestrella > 0.08 Msol (i.e., no se trata
de “Enana Café”), entonces su interior puede alcanzar temperaturas de
unos 107 ºK, lo que posibilita el “quemado de protones”,
1
1H
+
1
1H
2
1H
+
1
1H
3
3
2
1H
+ e + + νe

3
2 He
+ 32 He 
4
2He
2 He
+ 42 He 
7
4Be
7
7

4Be
3Li
+

7
1
1H
3Li

(reacción tarda 1010 años por protón en interior del Sol)
2 He
+
1
1H
1
1H
(85 % del Helio-3)
(15 % del Helio-3)
+ e+ + νe
4
2 He
+
+
4
( 50 días aprox.)
2 He
En total, este ciclo “p-p”, que podemos resumir como
4 { protones} 
4
2 He
produce 26.2 MeV de energía por cada helio-4 que se forma. Acá se
descarta la energía de los neutrinos (que se “fugan” de la estrella casi sin
interactuar con la materia).
En el caso de Estrellas más pesadas que el Sol (digamos, M > 2 Msol) este
proceso se puede acelerar vía el llamado “Ciclo de Bethe” (ver más
adelante). Otra condición para que tal ciclo sea activo es que se trate de
“Estrellas de elevada metalicidad”, i.e., precedidas por varias
generaciones de Estrellas, y por ende, con un elevado contenido de
elementos pesados, en especial Carbón y Nitrógeno.
En cualquier caso, el “quemado de protones” para producir Helio-4 es la
etapa más larga de la vida estelar, donde produce energía de un modo
bastante regular.. Esto corresponde a la llamada “secuencia principal” en
el diagrama “Color-Luminosidad” de Hertzsprung-Russell. Así, si
queremos buscar vida biológica en el espacio, la mejor apuesta es buscarla
en Estrellas de la secuencia Principal, dada la estabilidad en la
luminosidad, y lo prolongado de esta etapa de la vida estelar. Igualmente,
debemos apuntar hacia Estrellas de Población I, generadas cuando el
Universo ya había sido enriquecido químicamente.
Abundances of the chemical elements in the Solar system (in number of atoms).
Abundance (atom fraction) of the chemical elements in Earth's upper continental crust
as a function of atomic number
________________________________________________
Si Mestrella < 0.5 Msol, la estrella termina su vida activa una vez que
consume todo el Hidrógeno de su zona central, y muere como “Enana
Blanca” inerte, cesando toda producción de energía.
Para M > 0.5 Msol es posible “quemar” el Helio, transformándolo en
Carbón; ello se hace pasando por un estado intermedio, muy inestable,
4
2 He
+ 42 He 
8
8
4 Be
+ 42 He 
12
4Be
6
(vida media 10 --16 segundos, fracción 10 --10 de los Helio-4)
C
Este proceso sólo produce 7.3 MeV (i.e., el rendimiento por unidad de
masa es mucho más bajo que en la síntesis de Helio-4 a partir de protones).
Él sólo le proporciona energía a la Estrella por un corto tiempo más.
Una vez agotado el Hidrógeno del centro estelar, e incluso antes del
“encendido del Helio” (3 {42 He}  12 6 C ), la estrella empieza a dilatar
sus capas externas, alcanzando un diámetro superior al de la órbita
terrestre. La luminosidad se incrementa considerablemente, aunque la
superficie estelar crece más rápido que la potencia irradiada, lo que implica
un enfriamiento superficial. Acá hablamos de “Estrellas Gigantes Rojas”,
como es el caso de Antares y Betelgeuse.
Mientras el exterior se dilata y enfría, el centro estelar se contrae
enormemente, hasta densidades que pueden alcanzar 10 5 ( gramos/cm3) y
temperaturas sobre 10 8 ºK. Bajo estas condiciones se inicia la síntesis del
Carbón, proceso que puede ocurrir de un modo irregular, en los llamados
“flashes de Helio”. En esta etapa de “Gigante Roja” la estrella puede perder
bastante masa, sobre todo si el “quemado” de Helio-4 se traslada desde el
núcleo estelar hacia las capas externas. En especial, un “flash de Helio”
superficial puede botar bastante masa, al mismo tiempo que produce
convección, llevando elementos químicos recién sintetizados hacia la
superficie. Este material será parcialmente eyectado al espacio, antes que la
Estrella “muera” como Enana Blanca.
Para estrellas suficientemente pesadas, la síntesis de elementos puede
continuar, vía procesos del tipo
4
2 He
4
20
2 He
10 Ne
+ 126 C 
16
+ 168 O 
+ 2010 Ne 
8O
20
16
(con rendimiento de 7.2 MeV)
10 Ne
8O
+
(con rendimiento de 7.2 MeV)
24
12 Mg
(con rendimiento de 4.6 MeV)
Esta síntesis de elementos se detiene en algún punto, debido a la alta
energía de la “barrera Coulombiana” (repulsión electrostática internuclear).
Es la masa estelar la que determina hasta donde llega la nucleosíntesis,
pues para estrellas más pesadas es posible alcanzar temperaturas y
presiones mayores, lo que permite la síntesis de elementos más pesados.
Para entender porqué estas reacciones de fusión producen energía,
conviene considerar este gráfico de “Energía de cohesión nuclear”, donde
se grafica la energía de ligadura por nucleón versus el número de
nucleones, A. Tal gráfico indica que esta energía crece con A hasta llegar
al Fe-56, que es el núcleo más cohesionado. Después empieza a declinar.
También este gráfico muestra “peaks” locales de alta cohesión, como el
Carbono-12 y el Oxígeno-16, que son núcleos especialmente estables, pero
que sin embargo todavía es posible extraer un remanente de energía de
ellos vía ulteriores procesos de fusión.
Por ejemplo, para estrellas con masa inicial M > 5 Msol son posibles las
reacciones
12
6
12
12
23
6
C +
C +
6
C +
11
Na +
12
6C
12
12
6C
6C
1
1

20
10 Ne

24

23
H 
4
+
12
Mg
11
Na +
24
12
Mg
2 He
(con rendimiento de 4.6 MeV)
(con rendimiento de 13.9 MeV)
1
1
H
(con rendimiento de 2.24 MeV)
(con rendimiento de 11.7 MeV)
____________________________________________
También puede aportar a la nucleosíntesis el llamado “Proceso s”
correspondiente a la captura lenta de neutrones. Por ejemplo, para una
estrella “Población I” (antecedida por varias generaciones estelares), donde
hay bastante Carbono-13 disponible, se puede dar la reacción
13
6
C+
4
2
He 
16
8O
+
Neutrón
El neutrón disponible no ve la barrera Coulombiana, por lo cual puede
ser capturado por un núcleo de cualquier número atómico. Este proceso va
produciendo elementos pesados vía sucesivas capturas neutrónicas y
decaimientos “Beta”. Por ejemplo:
56
57
58
59
26
26
26
27
Fe + 10 Neutrón
Fe + 10 Neutrón
Fe + 10 Neutrón
Co + 10 Neutrón




57
26
58
26
59
26
60
27
Fe
Fe
Fe 
Co 
59
27 Co + e
60
28 Ni + e
+ Antineutrino
+ Antineutrino
Los procesos “s” sólo pueden llegar a producir Plomo y Bismuto, pero no
logran llegar al Torio u o el Uranio.
Estos procesos “s” de nucleosíntesis no siempre aportan energía; tal es el
caso de las reacciones recién mostradas, que van más allá del Fe-56, que
más bien substraen energía de la Estrella. Pero lo último no es grave, ya
que el proceso “s” no es demasiado relevante desde el punto de vista del
balance energético.
Para llegar a sintetizar Fe-56 en forma copiosa (no como en el “lento”
proceso “s”), se estima que se necesitan masas iniciales M > 10 Msol
(hay bastante incertidumbre en estas cotas). A partir del Fe-56 ya no es
posible seguir produciendo energía, como se desprende del gráfico de
energías de cohesión nuclear. Entonces la Estrella pierde sustentación, y se
desmorona por efecto de su propio peso, colapsando. Esto da lugar a una
espectacular “Explosión de Supernova” (ver luego).
**************************************
Desde el punto de vista de la evolución del medio interestelar, la situación
más destacable es ésta:
(a) Para Estrellas no demasiado pesadas, digamos Minicial < 11 Msol ,
ellas mueren como Enanas Blancas, deteniéndose la nucleosíntesis en
algún punto anterior al Fe-56 (nos referimos a los eficientes procesos vía
fusión nuclear, aunque tales estrellas pueden sintetizar pequeñas cantidades
de elementos más pesados que el Fe mediante el “proceso s”). Al cesar la
vida activa, dichas estrellas han perdido suficiente masa, de modo que se
cumple
Mfinal < 1.4 Msol
(límite de Chandrasekhar)
Cuando la masa inicial sobrepasa considerablemente el límite de
Chandrasekhar, 1.4 Msol << Minicial < 11 Msol , no sólo hay pérdida de
masa, sino que el material inyectado al medio interestelar está
considerablemente enriquecido químicamente, ya que (como antes
señalado) los “flashes” de Helio permiten convección, que lleva elementos
químicos “pesados” a la superficie.
Las capas exteriores recién eyectadas forman una “nebulosa planetaria”,
que envuelve inicialmente al núcleo estelar inerte, el que se contrae para
formar una “Estrella Enana Blanca” de enorme densidad (donde una masa
similar a Msol se debe acomodar en una esfera de tamaño similar a la
Tierra). Tal estrella soporta su propio peso gracias a la llamada “Presión
del gas de Fermi Electrónico Degenerado”. Lo último es un efecto
cuántico, que deriva del “Principio de Pauli”.
Por su parte, la “nebulosa Planetaria” se va expandiendo, y mezclándose
con el medio interestelar, hasta disipar.
Nebulosa Planetaria “Reloj de Arena”, producida cuando estrella, en etapa final de
vida, eyecta sus capas externas, mientras ella se contrae para formar “Enana
Blanca”: objeto del tamaño de la tierra, pero con una masa 300 000 mayor (i.e., del
orden de una masa solar). Ella ya no produce reacciones nucleares, de modo que
empieza a enfriarse.
En el caso de esta foto (gentileza del Telescopio Espacial Hubble), el color rojo
representa Nitrógeno, el azul al Oxígeno y el verde al Hidrógeno. Notar como domina
el Nitrógeno en la eyecta. Esto indica que en ella el “Ciclo de Bethe” fue dominante.
Ciclo de Bethe:
(tiempos estimados de reacción corresponden a estrella similar a Sirio_A)
Carbono_12 + protón  Nitrógeno_13
(~104 años)
Nitrógeno_13 Carbono_13 + positrón + neutrino (decaimiento Beta+, 15 minutos)
Carbono_13 + protón  Nitrógeno_14
(~2 ·103 años)
(según los tiempos de reacción, debería tenerse Carbóno_12/Carbono_13 = 6/1
cuando ciclo de Bhete domina )
Nitrógeno_14 + protón  Oxígeno_15
(~·106 años)
(este proceso es el más lento, de allí la alta concentración de Nitrógeno_14 en
estrellas con ciclo de bethe muy activo)
Oxígeno_15 Nitrógeno_15 + positrón + neutrino (decaimiento Beta+, 3 minutos)
Nitrógeno_15 + protón  Carbono_12 + Helio_4
(~ ·102 años)
(se recupera el catalizador, Carbono_12, sintetizando Helio_4 a partir de 4
protones)
Nebulosa planetaria “ojo de gato”
Nebulosa Planetaria. Notar los múltiples procesos de eyección de las capas externas
de “estrella en agonía”. Este material enriquece el medio interestelar, introduciendo
Carbón, oxígeno, nitrógeno, y para estrellas relativamente pesadas, también Silicio,
Magnesio, Azufre… En general ellas producen elementos hasta llegar al Calcio,
salvo que superen unas 8 masas solares.
Arriba: Nebulosa Planetaria “La Hormiga”, Abajo: “El Huevo”. Notar los múltiples
procesos de eyección de las capas externas de “estrella en agonía”. Este material
enriquece el medio interestelar, introduciendo Carbón, oxígeno, nitrógeno, y para
estrellas relativamente pesadas, también Silicio, Magnesio, Azufre…, según la masa
inicial de la Estrella. Por ejemplo, para ir más allá del Calcio se estima como
necesario una masa inicial superior a 8 Msol.
En resumen, si Minicial < 11 Msol, la estrella termina su vida como “Enana
Blanca”, con Mfinal < 1.4 Msol , eyectando el exceso de masa. La “Enana
Blanca” es un astro extremadamente denso, con un tamaño similar a la
Tierra, pero una masa similar al Sol.
____________________________________________________
(b) Si Minicial > 11 Msol, tenemos una estrella de muy corta vida (10 7 años
o menos). En tal caso el núcleo estelar puede sintetizar Fe-56, tratándose
éste de un material inerte desde el punto de vista de la energía nuclear,
siendo imposible extraer de él energía. Cuando el núcleo estelar,
principalmente de Fe-56, sobrepasa el límite de Chandrasekhar (1.4 Msol)
la fuerza de gravedad ya no puede ser balanceada, ni siquiera por el “gas
degenerado” de electrones, entonces la estrella “se desmorona sobre si
misma”, bajo su propio peso. Esta súbita contracción relaja una enorme
cantidad de energía (procedente del potencial gravitacional), dando lugar
al famoso fenómeno de Supernova. Esta rápida inyección de energía
conlleva una copiosa nucleosíntesis, que puede llegar a producir Uranio,
Plutonio, Americio, e incluso Californio (el llamado “proceso r”, donde la
letra “r” se refiere a rápido ).
La energía relajada en el colapso gravitacional se imparte a las capas
exteriores de la estrella, que son eyectadas a gran velocidad. La eyecta
también contiene los elementos recientemente sintetizados. Las
“Explosiones de Supernova” son un gran aporte en cuanto al
enriquecimiento del medio interestelar. Asimismo, la eyecta,
expandiéndose a gran velocidad, puede comprimir una nube de gas
interestelar vecina a la explosión, gatillando con ello el colapso de dicha
nube, y con ello la formación de nuevas estrellas. Hay evidencias que el
Sistema Solar, en sus inicios, contaba con gran cantidad de material
radioactivo (todavía presente en la tierra). Ello es un indicio que nuestro
Sistema Solar tuvo como progenitor a una Supernova. Incluso se estima
que un 80% del calor del centro de la Tierra es de origen radioactivo, lo
que obviamente apunta en la dirección de una “Supernova progenitora”.
Se estima que, si 30 Msol > Minicial > 11 Msol , entonces la “Explosión
de Supernova” deja como residuo final a una “Estrella de Neutrones”. A su
vez, si Minicial > 30 Msol , entonces el residuo de la explosión es un
“Agujero Negro”. Los límites de masas acá indicados son muy inciertos,
pues la pérdida de masa de estrella avanzada es un proceso poco entendido,
y muy sensible a condiciones tales como la existencia o ausencia de
compañera, rotación estelar,….
La “Estrella de Neutrones” es un objeto mucho más denso que las “Enanas
Blancas”, pues ahora se tiene una masa similar a Msol reducida a una
esfera de unos 20 Kms. de diámetro. En este caso, el peso de la estrella es
soportado por la presión de un gas de neutrones degenerado. Los
neutrones, al igual que los electrones, son Fermiones, y por tanto satisfacen
el “Principio de Pauli”, lo que permite invocar el mismo mecanismo
cuántico que explica las “Enanas Blancas”. La diferencia de tamaños entre
ambas se debe al hecho que el Neutrón es unas 1840 veces más pesado que
el Electrón. De hecho, un análisis cuántico del problema (que omitiremos)
nos lleva a la estimación del radio estelar
R ~ N1/3 · h / m c
donde N es el número de partículas, h es la constante de Planck, c es la
velocidad de la luz, y m es la masa de cada partícula del gas degenerado
de fermiones. Para masas similares a la solar se tiene N ~ 1057, lo que
entrega R ~ 104 para gas de electrones (Enana Blanca) y R ~ 10 para
gas de neutrones.
Para entender el origen de este gas de neutrones, y porqué ellos no decaen
(un neutrón libre decae ß- en unos 13 minutos, produciendo un protón),
debemos recordar algunos conceptos. Consideremos un sistema de N
Fermiones no interactuantes, donde cada partícula aislada posee el
espectro de energías { εν }, ε1 < ε2 < ε3 < …. Entonces, aun en el estado
global de mínima energía, debemos ocupar los niveles individuales ε1 , ε2 ,
ε3, … εν =N = εFermi. El estado εFermi se conoce como “Nivel de Fermi”. Así,
el “principio de Pauli” introduce una considerable “energía del punto
cero”
ETotal = Σν≤N εν
Es esta “energía del punto cero” fermiónica la que se opone al colapso
gravitatorio. De hecho, al reducirse el radio estelar, crece la separación
interniveles εν+1 - εν , lo que implica que también crece ETotal. Sin
embargo, para M > MChandra = 1.4 Msol la energía fermiónica pierde la
lucha contra la gravedad y la estrella colapsa, como andes dicho.
En el proceso de colapso, la energía de Fermi del gas electrónico va
creciendo, alcanzando unos 20 MeV (millones de electrón-Volt) para
R~ 103 Kms. En tales circunstancias resulta energéticamente favorable
(se reduce la energía total) si empleamos los electrones en procesos
“Beta inversos”. Por ejemplo,
56
26
Fe + 26 {e-}  56 { 10 Neutrón} + 26 {νe}
En rigor, este proceso ocurre en etapas, pero lo relevante es que los núcleos
atómicos absorben los electrones, reduciendo así la enorme energía del gas
de Fermi, y dejando como resultado un gas de neutrones libres. De acá en
adelante, pasa a ser el gas de neutrones (también de tipo fermiónico) el que
soporta el peso estelar, teniéndose ahora una “Estrella de Neutrones”.
Según estimaciones (todavía algo inciertas), el gas de neutrones puede
soportar masas estelares
MEstrella Neutrones < 3 Msol.
Si el núcleo estelar pesa más que este valor (situación esperable para
Minicial > 30 Msol) entonces se espera que se produzca un “Agujero Negro”.
***********************
No siempre las supernovas ocurren como colapso de una “Estrella Pesada”,
en estado avanzado de nucleosíntesis (i.e., con núcleo de 5626 Fe). Otro
escenario posible corresponde a una pareja binaria, donde una de las
estrellas en una Enana Blanca. La segunda estrella ha alcanzado ya la etapa
de “Gigante Roja”, y su dilatada atmósfera empieza a ser absorbida por la
“Enana Blanca”, la que incrementa paulatinamente su masa, hasta alcanzar
el “límite de Chandrasekhar” de 1.4 Msol. Entonces la estrella implota.
Allí, la gran relajación de energía gravitacional y la enorme compresión,
permiten “encender” el interior estelar, por ejemplo transformando el
Helio o el Carbón de su interior en elementos más cohesionados desde el
punto de vista nuclear.
Gigante roja alimentando a su
compañera Enana Blanca. El exceso de momento angular se disipa a través del Jet, al igual que ocurre en
el proceso de nacimiento de una estrella.
Cabe destacar que si la Enana Blanca gira rápidamente, la fuerza centrífuga
le ayuda en parte a soportar su propio peso, y en tal caso el límite de
Chandrasekhar puede incrementarse respecto a su valor “nominal” (MEnana
Blanca < 1.4 Msol ).. Eventualmente, la supernova SN_2003_fg fue un caso
de este tipo, donde habría colapsado una Enana Blanca de 2 Msol
alimentada por su compañera, que le donó el exceso de masa. Una
situación similar podría darse con Estrellas de Neutrones (para la cual el
límite “nominal” es 3 Msol).
ß 11 H
νπα
***********************************
A continuación mostramos algunos remanentes de Explosiones de
Supernovas, e información asociada
Cassiopeia_A (Rayos Espectro de Remanente de Super_Nova,
X). Notar la síntesis de elementos pesados
Foto de Cassiopeia_A tomada en Rayos X por Telescopio Chandra. Notar punto
central, seguramente correspondiente a Estrella de Neutrones, resultado de
explosión. Astrónomo inglés John Flamsteed, hacia año 1680, reportó breve
aparición de “estrella nueva” en posición de Cassiopeia_A. En estos 330 años se ha
expandido la eyecta, que ha colisionado con el medio interestelar, “barriéndolo” y
compactándolo, dando lugar a estas estructuras. Esto produce también ondas
radiales, lo que permite hacer imágenes como la siguiente:
Cassiopeia_A, Radio-telescopio
Foto en Rayos X de Nebulosa Crab, con Estrella de Neutrones muy magnetizada,
que gira a unas 30 revoluciones por segundo. Se trata de objeto de unas 1.4 Masas
Solares, pero del tamaño de Santiago, muy magnetizado. Ello produce campos
eléctricos que dan lugar a corrientes en el plasma circundante (una verdadera
“Central Eléctrica” en el cosmos). Las estructuras anulares hacen patente este hecho.
Foto en el Visible de la Nebulosa Crab. Filamentos corresponden a “luz de
Sincrotrón”, como se atestigua por el hecho que es luz polarizada. De hecho, la
imagen de la Nebulosa Crab se modifica considerablemente al examinarla con un
polarizador, según la orientación de éste. En este caso, hay reportes chinos del año
1051 d.c. que dan cuenta de “estrella invitada” en la posición de este objeto (ellos
denominaban “estrella invitada” a los objetos que se hacen visibles sólo por
algunos meses).
Más fotos de la célebre “Nebulosa Crab”
Remanente de Supernova en M_49, galaxia
vecina “Nube de Magallanes”.
Notar los característicos filamentos, asociados con “luz de Sincrotrón” irradiada por
electrones que giran en torno a las líneas de campo magnético
Algunas Joyas de Nuestro Sistema Solar:
Júpiter. Sus nubes se organizan como franjas paralelas al ecuador,, dada la gran
velocidad de rotación del planeta (su día dura 9 horas, 55 minutos, y su diámetro es
unas 12 veces mayor que el terrestre, lo que apunta a una enorme fuerza centrífuga)
Foto en UV de Júpiter,
golpeado por el Cometa Shoemaker_Levy_9, que lo impactó. Esto nos muestra que
todavía continúan los procesos de crecimiento vía colisión, que debieron ser muy
activos hacia los inicios del Sistema Solar, como lo testifican los cráteres de impacto
presentes en la Luna y otro astros geológicamente muertos. Gracias a estas
colisiones, los pequeños “planetesimales” fueron agregándose entre sí, hasta formar
planetas propiamente tales.
Imagen del cometa Shoemaker_Levy_9, que impactó a Júpiter el 14 de Julio de 1994
______________________________________________________________________
Imagen de una zona de luna “Europa” de
Júpiter, tomada por sonda “Galileo”. Notar marcas del hielo resquebrajado. Tanto su
aspecto, como su campo magnético (producto de inducción de corrientes por campo
magnético del astro_padre) sugieren que puede poseer un mar salino (conductor) en
su interior. Es uno de los candidatos para la (poco probable) existencia de vida en
nuestro sistema solar, fuera de nuestra Tierra.
Europa and the Thrace Region
Image of Jupiter satellite Europa, and an enlargement of the Thrace region. Here we can see evidence of a young and thin, cracked and ruptured
ice shell, probably moving slowly over the surface of a briny ocean that is 100 kilometers (62 miles) or more deep. Europa has become recognized
as a potential habitat for extraterrestrial life and is now an important target for future solar system exploration.
_________________________________________________________________________________________________________________
Volcanes activos en luna Io de Júpiter. Ellos son producidos por la “fricción de marea” asociada con la
fuerte gravedad de Júpiter, que remueve las entrañas de esta luna (muy cercana al planeta) cuando ella
varía ligeramente su distancia al astro central. Notar las variaciones en la actividad volcánica de Io.
Formación de Estrellas:
¡Notable foto!, ella nos habla del origen de un sol, y su sistema solar:
Estrella naciente HH_30, con su disco protoplanetario, y el jet bipolar casi ortogonal
al plano del disco. El jet es cercano a la dirección del Momento Angular del
proto_sistema_solar.
Varios ejemplos de “estrellas en formación” en Nebulosa de Orión, M_42 (la segunda
de “las tres chepas”, según denominación “campestre”)
Gentileza: Hubble Space Telescope
Notar Jets, que eyectan exceso de momento angular y campo magnético, para hacer
posible la contracción. En una de estas fotos se visualiza bien el disco
protoplanetario. En otras, tal disco se infiere como la “pantalla” que esconde la luz
de proto_estrella (manchón negro).
Otra foto de “embrión estelar” en M_42 (Hubble Space Telescope)
Foto en visible e infrarrojo, HH_46 y HH_47. La
primera aparece como un “manchón negro” asociado a fragmento de nube
molecular que colapsa por su propio peso. La foto infrarroja muestra el característico
Jet bipolar.
“El objeto Gómez”, en honor a un funcionario No_Académico de cerro Tololo, que
gracias a su dedicación, encontró este “extraño objeto”, que hoy ya sabemos
identificar como un disco de acreción en torno a Estrella en gestación.
COSMIC NEWS
ScienceShot: Building Blocks of Life
in Titan's Atmosphere?
by Phil Berardelli on 7 October 2010, 4:26
Previous Article Next Article
Credit: NASA/JPL/University of Arizona/DLR
Vista de Titán y su densa atmósfera
It's unlikely that the process produced Titanians, but experiments simulating the chemistry of the
dense air on Saturn's biggest moon have yielded some of the basic buildings blocks of life.
Today at the American Astronomy Society's Division for Planetary Sciences meeting in
Pasadena, California, researchers described how they used radio-frequency radiation—a more
convenient substitute for ultraviolet sunlight—to turn methane, nitrogen, and carbon monoxide
(the main constituents of Titan's atmosphere) into glycine and alanine, the two smallest amino
acids. The experiments also produced cytosine, adenine, thymine, and guanine, the four most
basic components of DNA. And they created uracil, a precursor of RNA. The researchers said
that because they achieved the reactions without the presence of liquid water, it's possible life
could have sprung forth on Earth not in the seas, as commonly assumed, but perhaps in the
planet's early atmosphere—a considerably thinner version of the fog enveloping Titan today.
See more
ScienceShots.
Astronomers Find Most Earth-like
Planet to Date
by Phil Berardelli on 29 September 2010, 5:25 PM
Carbon copy? The Gliese 581 solar system resembles our own but on a much smaller scale.
Credit: Zina Deretsky/National Science Foundation
Survivalists take note. Astronomers may have found the most Earth-like alien planet to date,
and it's located only a short distance away, cosmically speaking. The team says that the
planet's proximity to its sun, coupled with the ease with which it was detected, suggests that the
galaxy could be teeming with habitable worlds.
Most of the 500 or so planets astronomers have found orbiting other stars have fallen into the
gas-giant class: very large worlds, some much bigger than Jupiter, that can't support life,
because they lack solid surfaces, and because they orbit either too far from or much too close
to their suns. The few rocky worlds discovered so far also orbit too near or far from stars to fall
into what planetary scientists call the "habitable zone," in which liquid water—and therefore
life—could exist.
But Gliese 581g looks like a game-changer. Detected from the minuscule amount of
gravitational influence it exerts on its star, the planet lives a mere 20 light-years away in the
constellation Libra. Gliese 581g is the sixth world discovered around its sun—and the fourth
most distant. Yet its orbit brings it closer to its parent star than Mercury is to our sun. Still, it's
squarely within the habitable zone, because the planet's star, which is a type known as a red
dwarf, contains only about 30% of the sun's mass and shines with only about 1% of its
brightness, the researchers will report in an upcoming issue of the Astrophysical Journal.
That said, if Gliese 581g harbors any kind of life, the creatures would inhabit a world quite
different from our own. For one thing, explains astronomer and co-author Steven Vogt of the
University of California, Santa Cruz, Gliese 581g is "tidally locked" to its star. Just like our moon,
the length of Gliese 581g's day precisely matches the length of its year. Consequently, the
planet rotates so that it always shows the same face to its sun. Another difference is that the
star casts Gliese 581g in a soft, red light that would give the appearance of a perpetual sunset.
On the other hand, Vogt told reporters during an online briefing today, the perpetual days or
nights would mean that the planet could develop highly stable habitats. Although the most
comfortable areas for humans would lie along the so-called terminator—the zone between the
world's dayside and nightside—other creatures with preferences for hotter or colder
temperatures could find tolerable conditions elsewhere on the surface.
There's another advantage, says astronomer and co-author Paul Butler of the Carnegie
Institution for Science in Washington, D.C. Because red-dwarf stars are essentially immortal—
their life spans are much longer than our sun's—life could have many more chances of gaining
a foothold on Gliese 581g. The key is whether liquid water exists on the surface, Butler
explained at the briefing. The planet is about 3.1 times more massive than Earth—bulky enough
to hold onto an atmosphere and to keep liquid water from evaporating into space. And "on
Earth, anywhere you find liquid water you have life," Butler says.
But whether Gliese 581g harbors life may not be the most striking aspect of this find. Vogt says
the discovery of a potentially habitable world less than 100 light-years away means that
habitable worlds may be much more common than astronomers thought. Given the number of
stars in the Milky Way, Vogt explains, that could mean there are "potentially billions" of Earthlike worlds out there.
Planetary scientist Jack Lissauer of NASA's Ames Research Center at Moffett Field, California,
agrees. "It's a big breakthrough. Gliese 581g could be a big, rocky planet with oceans on its
surface warmed by the faint but nearby red-dwarf star," he says. Or it could be a "mini-Neptune,
hosting a massive atmosphere above a surface that is far too hot for life as we know it." But
however it turns out, the discovery promises "even more exciting news in the near future."
ScienceShot: Too Much Water on the
Moon?
by Phil Berardelli
on 21 September 2010, 3:05 PM
Credit: ISRO/NASA/JPL-Caltech/Brown University/USGS
Is the moon too wet for astronomy? Chinese scientists have found evidence that our airless,
dry-as-a-bone satellite actually contains enough water vapor to complicate the operations of
some telescopes. In 2013, China plans to place a small ultraviolet observatory on the lunar
surface. UV astronomy must be conducted in an airless environment—in Earth orbit, say, or on
the moon—because water molecules in Earth's atmosphere absorb UV light. But at a
presentation yesterday at the European Planetary Science Congress in Rome, researchers
from the Chinese Academy of Sciences have found a hitch in the latter prospect. Chemical
surveys taken from India's Chandrayaan-1 spacecraft have detected the presence of water
vapor on the lunar surface (blue areas). Sunlight breaks down the water molecules, freeing
individual hydrogen atoms, which can scatter incoming ultraviolet light and smear images. The
effect is sufficient, the scientists have concluded, to distort images enough that UV astronomers
with lunar ambitions may have to look elsewhere.
COMENTARIO: Del mismo modo como hay vapor de agua en la superficie lunar, proveniente de la descomposición de las sales hidratadas que
forman algunas rocas lunares, la Tierra pudo formar gran parte de su Stock de agua. Este proceso pudo ser ayudado por el gran calor del interior
(proveniente tanto de la energía cinética colisional, 20 % ¿?, y decaimientos radioactivos, como el 40-K, 80 % ¿?). En la Tierra, la fuerte gravedad
(Velocidad de escape = 11.2 Km/seg ) nos lleva a una probabilidad de Exp(- 11.2 ^ 2 / 0.33 ^ 2) = 10 ^ -500 (10 elevado a menos 500 !!) que
una molécula de agua escape, al considerar una temperatura de 300ºK (distribución de Boltzmann!!). Así, el vapor de agua de la Tierra primitiva
fue retenido, al igual que otros gases provenientes de la descomposición de las primitivas rocas, sometidas al enorme calor del interior. Entre estos
gases, dominó el CO2 , como lo atestigua las atmósferas de Venus y Marte. La débil gravedad lunar no pudo retener, ni el vapor de agua, ni los
restantes gases provenientes de su cálido interior (hoy ya bastante enfriado). Así, seguramente una cierta fracción del agua de los Océanos
provino del interior, y otra fracción del agua provendría del “BOMBARDEO TARDIO PESADO”. Este último, que también pudo traer moléculas
orgánicas complejas, ha sido atestiguado por las misiones tripuladas APOLLO, y los resultados del LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter), ver
siguiente artículo.
Moon Hit With a Double Whammy of
Impacts
by Phil Berardelli on 16 September 2010, 5:12 PM
Lunar Braille. A laser instrument aboard NASA's lunar orbiter (inset) has compiled a new topographical map of the moon's major craters.
Credit: Science/AAAS; (Inset) NASA
The moon may be only 384,000 kilometers away, but that doesn't mean it isn't full of mystery.
Scientists studying the first year's worth of data from NASA's Lunar Reconnaissance Orbiter
(LRO) have found unexpected mineral deposits, the possibility that our natural satellite was
bombarded in two waves in its early history, and virtually no trace of a pristine lunar surface. If
scientists can confirm these findings, they could take big steps toward understanding not only
the moon's distant past but also Earth's and the rest of the solar system's as well.
In a news briefing held online today, in conjunction with three papers published in Science,
researchers presented a tantalizing preliminary portrait of what the moon must have endured
during its early history, ending around 3.5 billion years ago. LRO's Lunar Orbiter Laser Altimeter
(LOLA), which can determine the height of a small patch of lunar soil to within 10 centimeters,
has enabled scientists to compile a detailed topographical map of 5185 lunar craters, all more
than 20 kilometers in diameter.
Planetary geologist James Head III of Brown University told reporters that the LOLA
data on
the moon's impact history support an emerging idea about early bombardment in the solar
system. By analyzing the topographical map, the researchers could determine when objects
struck existing craters, and they could measure the size of the objects. The data suggest that
larger objects tended to hit the moon earlier in its history than did smaller objects. There
seemed to be two stages of impacts, he said, and they were "distinctly different." That's an
important clue, he added, about what was going on in the early solar system—including on
Earth—because "the same population [of objects] that was hitting the moon certainly was hitting
the Earth." Why the moon took such big hits early on isn’t clear.
Planetary scientist Benjamin Greenhagen of NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena,
California, described a study he co-authored of lunar surface chemistry by LRO's Diviner Lunar
Radiometer Experiment (DLRE), which analyzes chemical composition by reading the lunar
soil's infrared emissions—its internal heat. He said this method gives a much more detailed
picture than using the heat from reflected sunlight, the method used by previous studies,
because each mineral emits a distinctive radiation signature. The Diviner survey has provided
the first chemical map of the entire lunar surface, he added.
Based on the Diviner data, Greenhagen said the lunar orbiter has located five previously
unobserved sites in the moon's highlands that are surprisingly rich in oxygen-bearing silicate
minerals. As of now, the reason for the deposits is unknown, but the presence of oxygen in the
lunar rock would make those sites attractive for future moon missions, even for human colonies,
which could use the oxygen for breathing and as a rocket-fuel component.
Planetary scientist Timothy Glotch of Stony Brook University in New York said the DLRE
also revealed concentrations of what he called highly silicic minerals, such as quartz and
data
feldspar. These minerals, which likely originated deep below the lunar surface, are different
from anything found on the lunar surface before, so they raise the possibility of an as-yetunknown geologic process at work.
Among the mysteries unearthed by Diviner is the apparent complete lack of pristine lunar
mantle on the surface. The scientists had hoped to find spots on the moon containing material
going back to its formation. But the instrument's surveys turned up no such evidence, even at
surface locations considered to be the moon's oldest. Glotch said all of the new mineral
discoveries should make for "some new, really juicy targets for future [lunar] exploration."
Un frío hermano de la Tierra
BBC Ciencia
Un nuevo estudio de científicos de la NASA revela que una de las lunas de
Saturno guarda un parecido sorprendente con la Tierra.
Titán es la luna más grande de Saturno y la segunda más grande del Sistema Solar.
A pesar de que Titán está diez veces más lejos del sol que la Tierra (su temperatura
promedio es de 180 grados bajo cero) y no tiene agua, este satélite se parece más
a nuestro planeta que ningún otro cuerpo del sistema solar.
La investigación se basó en datos enviados por la sonda Cassini -un proyecto
conjunto de las agencias espaciales de Estados Unidos, Europa e Italia- y muestra
que Titán tiene muchos elementos parecidos a los de la nuestro planeta: cadenas
montañosas, dunas, lagos y, posiblemente, volcanes.
Titán ha suscitado gran interés entre los astrónomos por ser el único satélite que
posee una atmósfera densa, y el único cuerpo del sistema solar -además de la
Tierra- con depósitos de líquido en su superficie.
¿La próxima Tierra?
Aunque no tiene agua, otros elementos como el metano y el etano caen como la
lluvia o la nieve y forman lagos que dan al satélite un aspecto parecido al de la
Tierra.
En cierto sentido, Titán podría ser la próxima Tierra.
Andrew Coates, Laboratorio de Ciencia Espacial Mullard
Según dijo a la BBC el profesor Andrew Coates, del Laboratorio de Ciencia Espacial
Mullard, las características de Titán se parecen a las que presentaba la Tierra hace
4.000 millones de años.
"En cierto sentido, Titán podría ser la próxima Tierra. De hecho, en 5.000 millones
de años el sol explotará; esto destruiría a la Tierra y calentaría el sistema solar, por
lo cual Titán podría ser un lugar muy importante en el futuro".
La atmósfera química de Titán se parece a la de nuestro planeta en el momento
que surgió la vida. Esto, según afirma el periodista de ciencia de la BBC Pallab
Ghosh, aumenta las intrigantes posibilidades de que algún día haya vida en ese
lejano planeta.

Podría haber vida en luna de Saturno
BBC Ciencia
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El lugar más prometedor para tratar de encontrar vida en nuestro Sistema
Solar podría ser Encélado, una de las lunas de Saturno.
La sonda espacial Cassini logró obtener lo que -dicen- es evidencia firme de que
este satélite tiene agua líquida.
Cassini, un proyecto conjunto de las agencias espaciales de Estados Unidos, Europa
e Italia, detectó sales de sodio alrededor de la luna que parecen surgir de su polo
sur.
Tal como explican los científicos de la agencia espacial estadounidense, el agua
líquida que está en contacto prolongado con rocas puede extraer sodio. Esto es
exactamente lo que ha ocurrido en los océanos de la Tierra que se han vuelto
salados con el paso del tiempo.
La investigación, que aparece publicada en la revista Nature, afirma que el agua
líquida podría residir en las cavernas que se encuentran bajo la superficie de
Encélado.
Según los expertos, si se confirman estos resultados el hallazgo sería muy
impactante porque significaría que en este lugar podría haber indicios de vida
extraterrestre.
"Necesitamos tres ingredientes para que haya vida: agua líquida, energía y los
componentes químicos básicos", explicó a la BBC John Spencer, uno de los
científicos del proyecto Cassini.
"Y parece que podemos contar con los tres ingredientes en Encélado, incluidas unas
moléculas orgánicas algo complejas".
"Esto no quiere decir que haya vida en en satélite, pero ciertamente el "alimento
básico" para la vida está allí si es que existe", agrega el científico.
Buscando sal
Los científicos han estado buscando sodio en las cercanías de Encélado desde que
en 2005 se descubrió que esta luna de 500 kilómetros de diámetro estaba activa y
escupiendo vapor y partículas de hielo hacia el espacio.
En la superficie de Encélado hay una red de grietas llamadas rayas de tigre.
El vapor y las partículas de hielo emergen en chorros de gran velocidad desde una
serie de grietas "calientes" en la superficie a las que se les llama "rayas de tigre"
por su semejanza a las características marcas de estos animales.
Los investigadores habían especulado que los chorros podían surgir de una gran
masa de agua líquida bajo la superficie, algo tan grande como un océano.
Pero hasta ahora había sido imposible encontrar el mejor indicio de esta teoría.
Si esta masa de agua existe, explican los científicos, el líquido debería estar en
contacto con rocas en la profundidad de Encélado y esto provocaría que a través
del tiempo absorbiera una serie de sales disueltas.
Y estas sales podrían ser detectadas en los chorros que se pueden observar desde
los telescopios en la Tierra.
De hecho, el sodio es uno de los elementos que los observatorios pueden detectar
más fácilmente en el espacio.
Hasta ahora, sin embargo, ni siquiera los telescopios más poderosos como el Keck
en Hawaii, habían podido ver sodio cuando observaban a Encélado.
Pero las últimas imágenes de Cassini parecen haber resuelto el enigma.
La sonda de la NASA ha estado volando sobre el anillo exterior E de Saturno que
está sostenido por el flujo constante de material que surge de las rayas de tigre.
Cassini ha analizado miles de granos de hielo y logró probar de forma directa la
existencia de sal, principalmente cloruro de sodio y bicarbonato de sodio.
Las cantidades, sin embargo, son muy pequeñas -menos de 2% de la masa de
granos analizada. Pero esta baja abundancia del elemento podría explicar porqué
los telescopios hasta ahora no habían podido observarlo.
Mar subterráneo
Con este hallazgo la imagen que surge ahora es que en el corazón rocoso de la luna
hay una enorme masa de agua que está absorbiendo las sales.
El líquido de este mar subterráneo está brotando hacia reservas cercanas a las
superficie a través de una red de fallas en el manto de hielo de Encélado.
Necesitamos tres ingredientes para que haya vida: agua líquida, energía y los
componentes químicos básicos. Y parece que podemos contar con los tres
ingredientes en Encélado, incluidas unas moléculas orgánicas algo complejas
Dr. John Spencer
Los científicos creen que justo debajo de las rayas de tigre hay cavernas brumosas
donde el agua se vaporiza y libera sodio. Y algo de este sodio se congela para
formar los pequeños granos que Cassini logró detectar.
"Probablemente las burbujas de gas en el agua lanzan hacia la superficie las
pequeñas gotas de agua (como el spray que podemos observar cuando abrimos
una botella de agua gaseosa)" explica Fran Postberg, científico del Instituto Max
Planck para Física Nuclear en Heidelberg, Alemania, y uno de los autores de la
investigación.
"Estas gotitas de aerosol se congelan y conservan la composición del líquido.
Posteriormente son aceleradas hacia arriba a las grietas en la capa de hielo"
agrega.
Todo este proceso, sin embargo, no tiene mucha fuerza porque si la tuviera la sal
sería disparada hacia el espacio y los telescopios en la Tierra podrían detectarla.
Los científicos subrayan que la presencia de agua bajo la superficie no es un hecho
comprobado. Y puede haber varias otras explicaciones igual de plausibles sobre el
surgimiento de los chorros de vapor.
"Podría ser hielo que se está vaporizando y alejándose de la superficie", explica el
profesor Nicholas Schneider, otro de los autores del estudio de Nature.
"O quizás son sitios donde la corteza se fricciona contra sí misma por los
movimientos de la marea y esta fricción crea agua líquida que después se evapora
hacia el espacio".
"Todas estas son hipótesis y hasta ahora no hemos logrado verificar ninguna de
ellas", expresa el científico.