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Cómo pesar un agujero negro

Webb examinará el centro de la galaxia activa NGC 4151
Las galaxias y sus agujeros negros centrales y supermasivos están inextricablemente unidos. Ambos crecen al mismo tiempo por razones que aún no se comprenden. Para obtener nuevos conocimientos, Webb dirigirá su mirada infrarroja al centro de una galaxia cercana llamada NGC 4151, cuyo agujero negro supermasivo se está alimentando y brillando intensamente.
 Al medir los movimientos de las estrellas agrupadas alrededor del agujero negro y compararlas con los modelos de computadora, los astrónomos pueden determinar la masa del agujero negro. Esta medición desafiante probará las capacidades del instrumento innovador de Webb llamado unidad de campo integral. 


A primera vista, la galaxia NGC 4151 parece una espiral media. Sin embargo, examina su centro más de cerca, y puedes ver una mancha brillante que sobresale del brillo más suave que lo rodea. Ese punto de luz marca la ubicación de un agujero negro supermasivo que pesa aproximadamente 40 millones de veces más que nuestro Sol.
Los astrónomos usarán el Telescopio Espacial James Webb de la NASA para medir la masa de ese agujero negro. El resultado puede parecer una pieza de trivia, pero su masa determina cómo un agujero negro se alimenta y afecta a la galaxia circundante. Y como la mayoría de las galaxias contienen un agujero negro supermasivo, aprender acerca de esta galaxia cercana mejorará nuestra comprensión de muchas galaxias en todo el cosmos.
“Algunas preguntas centrales en astrofísica son: cómo crece el agujero negro central de una galaxia con el tiempo; ¿Cómo crece la galaxia con el tiempo? ¿Y cómo se afectan unos a otros? Este proyecto es un paso hacia la respuesta a esas preguntas”, explicó Misty Bentz, de la Universidad Estatal de Georgia en Atlanta, la principal investigadora del proyecto.
Probar el núcleo de una galaxia
Existen varios métodos para pesar agujeros negros supermasivos. Una técnica se basa en medir los movimientos de las estrellas en el núcleo de la galaxia. Cuanto más pesado sea el agujero negro, más rápido se moverán las estrellas cercanas bajo su influencia gravitatoria.
NGC 4151 representa un objetivo desafiante, porque contiene un agujero negro particularmente activo que se está alimentando vorazmente. Como resultado, el material que gira alrededor del agujero negro, conocido como un disco de acreción, brilla intensamente. La luz del disco de acreción amenaza con abrumar la luz más débil de las estrellas en la región.
"Con los espejos bellamente formados de Webb y la visión aguda, 'deberíamos poder acercarnos más al centro de la galaxia a pesar de que allí hay un disco de acreción realmente brillante", dijo Bentz.
El equipo espera poder investigar los 1.000 años luz centrales de NGC 4151, y poder resolver movimientos estelares en una escala de unos 15 años luz.
Mil espectros a la vez
Para lograr esta hazaña, el equipo utilizará la unidad de campo integral o IFU del espectrógrafo de nfrarrojo cercano ( NIRSpec ) de Webb . Será el primer IFU volado en el espacio, y tiene una capacidad única.
El IFU de Webb toma la luz de cada ubicación en una imagen y la divide en un espectro de arco iris. Para ello, emplea casi 100 espejos, cada uno de ellos elaborado con precisión a una forma específica, todo comprimido en un instrumento del tamaño de una caja de zapatos. Esos espejos cortan efectivamente un pequeño cuadrado del cielo en tiras, luego dispersan la luz de esas tiras espacialmente y en longitud de onda.
De esta manera, una sola imagen produce 1.000 espectros. Cada espectro les dice a los astrónomos no solo sobre los elementos que forman las estrellas y el gas en ese punto exacto del cielo, sino también sobre sus movimientos relativos.
A pesar de la exquisita resolución de Webb, el equipo no podrá medir los movimientos de las estrellas individuales. En su lugar, obtendrán información sobre grupos de estrellas muy cerca del centro de la galaxia. Luego aplicarán modelos de computadora para determinar el campo gravitatorio que afecta a las estrellas, que depende del tamaño del agujero negro.
“Nuestro código de computadora genera un montón de estrellas simuladas, decenas de miles de estrellas, imitando los movimientos de estrellas reales en la galaxia. Colocamos en una variedad de agujeros negros diferentes y vemos qué coincide mejor con las observaciones”, dijo Monica Valluri, de la Universidad de Michigan, co-investigadora del proyecto.
El resultado de esta técnica se comparará con un segundo que se centra en el gas en el centro de la galaxia, en lugar de las estrellas.
"Deberíamos obtener la misma respuesta, sin importar qué técnica usemos, si estamos viendo el mismo agujero negro", dijo Bentz. "NGC 4151 es uno de los mejores objetivos para hacer esa comparación".
Estas observaciones se tomarán como parte del programa de Ciencia de Lanzamiento Temprano Discrecional del Director . El programa DD-ERS proporciona tiempo para proyectos seleccionados que permiten a la comunidad astronómica aprender rápidamente la mejor manera de utilizar las capacidades de Webb, mientras que también proporciona una ciencia sólida.
El Telescopio Espacial James Webb será el observatorio de ciencia espacial más importante del mundo. Webb resolverá los misterios de nuestro sistema solar, mirará más allá de mundos distantes alrededor de otras estrellas y explorará las misteriosas estructuras y los orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un proyecto internacional liderado por la NASA con sus socios, la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Espacial Canadiense (CSA). 
Sobre el objeto
Nombre del objeto
NGC 4151
Descripción del objeto
Galaxia espiral con núcleo galáctico activo
Posición RA
12: 10: 32.6
Posición de diciembre
+39: 24: 21
Distancia
62 millones de años luz
Dimensiones
La imagen tiene 2.4 minutos de arco (aproximadamente 440,000 años luz)
Sobre los datos
Descripción de los datos
Las observaciones del HST incluyen las de los programas 13765 (B. Peterson)
Instrumento
WFC3 / UVIS
Fechas de exposición
07 dic 2015 - 18 feb 2016
Filtros
F350LP, F555W, F814W
Sobre la imagen
Información de color
Estas imágenes son un compuesto de exposiciones separadas adquiridas por los instrumentos WFC3 en el Telescopio Espacial Hubble. Se usaron varios filtros para muestrear rangos de longitud de onda estrechos. El color resulta de asignar diferentes tonos (colores) a cada imagen monocromática (escala de grises) asociada con un filtro individual. En este caso, los colores asignados son: Luminosidad: F350LP Cian: F555W Naranja: F814W

Se detecta el mayor proto-supercúmulo de galaxias

Utilizando el instrumento VIMOS del Very Large Telescope de ESO, un grupo internacional de astrónomos ha detectado una estructura colosal en el universo temprano. El proto-supercúmulo de galaxias, denominado Hyperion, se ha revelado mediante nuevas mediciones y un estudio complejo de datos de archivo. Se trata de la más grande y masiva estructura encontrada hasta el momento, a tan lejano tiempo y distancia: apenas 2.000 millones de años después del Bing Bang.

Un equipo de astrónomos liderado por Olga Cucciati del Instituto Nacional de Astrofísica de Bolonia (INAF), utilizó el instrumento VIMOS del Very Large Telescope de ESO (VLT) para identificar un gigantesco proto- supercúmulo de galaxias formándose en el universo temprano, tan solo 2300 millones de años tras el Big Bang. La estructura, que los investigadores denominaron Hyperion, es la más masiva y de mayor tamaño que se ha encontrado en una etapa de formación del universo tan temprana [1]. Se estima que la masa del proto-supercúmulo es más de mil billones de veces la masa del Sol. Esta masa colosal es similar a la de estructuras de mayor envergadura observadas en el universo actualmente, pero el hallazgo de un objeto tan masivo en el universo temprano sorprendió a los astrónomos.
Visión de amplio campo del campo COSMOS 
Esta imagen de amplio campo en luz visible de la región en
torno al campo COSMOS se creó a partir de fotografías obtenidas
con filtros azul y rojo como parte del sondeo Digitized Sky Survey 2.
La extensión del campo COSMOS, una de las partes más estudiadas
del  cielo con telescopios en Tierra y en el espacio, está marcada
con un recuadro azul 
El campo de visión total de esta imagen es de, aproximadamente,

3,3 grados de ancho. 
Crédito: ESO and Digitized Sky Survey 2.
Acknowledgement: Davide De Martin.
“Es la primera vez que se ha identificado una estructura de tan gran tamaño a tan alto corrimiento al rojo, sólo 2000 millones de años después del Bing Bang,” declaró la autora principal del artículo científico, Olga Cucciati [2]. 
“Normalmente, este tipo de estructuras son conocidas a menor corrimiento al rojo, vale decir, cuando el universo ha tenido más tiempo para evolucionar y construir objetos tan enormes. Nos sorprendió ver algo tan evolucionado cuando el universo era relativamente joven!”
Ubicado en el campo COSMOS dentro de la constelación Sextans (el Sextante), Hyperion se identificó mediante el análisis de un vasto número de datos obtenidos del VIMOS Ultra-Deep Survey, liderado por Olivier Le Fèvre (Aix-Marseille Université, CNRSCNES). El VIMOS Ultra-Deep Survey proporciona una cartografía en 3D sin precedentes de la distribución de más de 10 000 galaxias.
El equipo encontró que Hyperion tiene una estructura sumamente compleja y contiene, al menos, 7 regiones de alta densidad conectadas por filamentos de galaxias, y su tamaño es comparable al de otros supercúmulos cercanos, si bien su estructura es muy distinta.

“Los supercúmulos más cercanos a la Tierra tienden a tener una distribución de masa más concentrada con claras características estructurales,” explica Brian Lemaux, astrónomo de la Universidad de California, Davis y LAM, miembro del equipo que logró este resultado. “Pero en Hyperion, la masa está distribuida de manera más uniforme en una serie de manchas conectadas, pobladas por conglomerados de galaxias dispersas.”
Comparación entre el proto-supercúmulo Hyperion y un típico cúmulo masivo de galaxias
Esta imagen muestra la extensión de Hyperion, comparada con el tamaño de un típico cúmulo de galaxias masivo en el universo local.
Crédito: ESO/L. Calçada & Olga Cucciati et al.
Este contraste probablemente se debe a que los supercúmulos cercanos han tenido  miles de millones de años en los cuales la gravedad ha aglutinado masa formando regiones más densas, un proceso que ha actuado mucho menos tiempo en el caso del joven Hyperion.

Dado su tamaño en una época tan temprana de la historia del universo, se espera que Hyperion evolucionará de manera similar a los inmensas estructuras del universo local, tales como los supercúmulos que conforman la G
ran Muralla Sloan o el supercúmulo Virgo que contiene a nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. “Comprender a Hyperion y cómo se compara con otras estructuras similares recientes puede brindar información sobre cómo se desarrolló el Universo en el pasado y cómo evolucionará en el futuro, y nos da la oportunidad de desafiar algunos modelos de formación de supercúmulos,”  concluye Cucciati. “El descubrimiento de este titán cósmico ayuda a develar la historia de estas mega-estructuras.”
Notas
El proto-supercúmulo Hyperion
Crédito: ESO/L. Calçada & Olga Cucciati et al.
[1] El apodo Hyperion se escogió por un titán de la mitología griega, debido al enorme  tamaño y masa del proto-supercúmulo. La inspiración para esta nomenclatura mitológica proviene de un proto-cúmulo descubierto anteriormente dentro de Hyperion, designado  Colossus. Las áreas individuales de alta densidad en Hyperion han recibido nombres mitológicos, como TeaEos, Selene y Helios, éste último reflejado en la antigua estatua del Coloso de Rodas.
La descomunal masa de Hyperion, mil billones de veces la del Sol, es 1015 masas solares en notación científica.

[2] La luz que llega a la Tierra desde galaxias extremadamente distantes viaja durante mucho tiempo y nos abre una ventana hacia el pasado cuando el universo era mucho más joven. La longitud de onda de esta luz se ha estirado por la expansión del universo durante su recorrido, un efecto conocido como corrimiento cosmológico al rojo. Los objetos más distantes y antiguos tienen, en consecuencia, mayor corrimiento hacia el rojo, por lo cual los astrónomos frecuentemente utilizan los términos corrimiento al rojo y edad indistintamente. El corrimiento al rojo de 2,45 de Hyperion significa que los astrónomos observaron el proto-supercúmulo tal como éste se encontraba 2300 millones de años tras el Big Bang.

Estrellas vs. Polvo, en la nebulosa Carina

VISTA explora en el infrarrojo una de las nebulosas más grandes de la Vía Láctea
Situada a unos 7.500 años luz de distancia, en la constelación de Carina, se encuentra una nebulosa en la que las estrellas nacen y mueren revueltas. Estos impresionantes eventos han dado forma a la dinámica nebulosa Carina, una nube en constante evolución formada por gas interestelar y polvo apenas dispersos.
Las estrellas masivas que hay en el interior de esta burbuja cósmica emiten una intensa radiación que hace que el gas circundante brille. Por el contrario, otras regiones de la nebulosa contienen pilares oscuros de polvo que ocultan a las estrellas recién nacidas. En la nebulosa Carina hay una batalla salvaje entre estrellas y polvo, y las estrellas nacientes están ganando, ya que producen radiación de alta energía y vientos estelares que evaporan y dispersan los polvorientos viveros estelares en los cuales se han formado.
Con una extensión de unos 300 años luz, la nebulosa Carina es una de las regiones de formación estelar más grandes de la Vía Láctea y es fácilmente visible a simple vista con cielos oscuros. Desafortunadamente para quienes viven en el hemisferio norte, se encuentra a 60 grados por debajo del ecuador celeste, así que solo es visible desde el hemisferio sur.
Esta zona ampliada revela aún más estrellas del concurrido

barrio que rodea a la nebulosa Carina.
Captada por VISTA, el telescopio de sondeos en infrarrojo
más grande del mundo, somos testigos de la drástica
evolución de esta activa ciudad estelar, donde las estrellas
nacen y mueren unas junto a otras.
Crédito-ESO-J. Emerson-M. Irwin-J. Lewis
Una visión más amplia de la nebulosa Carina

Dentro de esta intrigante nebulosa, la estrella Eta Carinae ocupa con orgullo el puesto de sistema estelar más peculiar. Este gigante estelar (una curiosa forma de estrella binaria) es el sistema estelar más energético en esta región y fue uno de los objetos más brillantes en el cielo en la década de 1830. Desde entonces, se ha ido desvaneciendo considerablemente y está llegando al final de su vida, pero sigue siendo uno de los sistemas estelares más masivos y luminosos de la Vía Láctea.
En la imagen, vemos que Eta Carinae forma parte del brillante parche de luz que hay justo encima del punto que hay sobre la "V" que forman las nubes de polvo. Justo a la derecha de Eta Carinae está la nebulosa Keyhole (nebulosa del ojo de la cerradura), una pequeña nube densa de moléculas frías y gas dentro de la nebulosa Carina que alberga varias estrellas masivas, y cuya apariencia también ha cambiado drásticamente durante los últimos siglos.
La nebulosa Carina fue descubierta desde el cabo de Buena Esperanza por Nicolas Louis de Lacaille en la década de 1750 y, desde entonces, se han obtenido numerosas imágenes de este objeto. Pero VISTA (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy) añade una detallada visión sin precedentes de un área grande: su visión infrarroja es ideal para revelar las aglomeraciones de estrellas jóvenes ocultas dentro del material polvoriento que serpentea a través de la nebulosa Carina. En 2014, VISTA fue utilizado para localizar 5 millones de fuentes individuales de luz infrarroja dentro de esta nebulosa, revelando la gran magnitud de este criadero estelar. VISTA es el telescopio infrarrojo más grande del mundo dedicado a hacer rastreos y su gran espejo, su amplio campo de visión y sus detectores, extremadamente sensibles, permiten a los astrónomos [1] desvelar una visión completamente nueva del cielo meridional.

Pronósticos de la NASA sobre cólera, ayudan a salvar vidas en Yemen

El Fondo de las Naciones Unidas para la Infancia (UNICEF), con la ayuda del Reino Unido, distribuye el agua limpia y la información sobre el cólera para prevenir brotes de la enfermedad en Yemen. Créditos: UNICEF
Por primera vez en la historia, las mediciones de la NASA de observación terrestre satélites de investigación están siendo utilizadas para ayudar a combatir un posible brote del cólera que amenaza la vida. Los equipos humanitarios en Yemen se dirigen a las áreas identificadas por un proyecto apoyado por la NASA que prevé precisamente las regiones de alto riesgo en función de las condiciones ambientales observadas desde el espacio.
“Al unir la experiencia internacional con los que trabajan sobre el terreno, tenemos que por primera vez se utilizan estas predicciones sofisticadas para ayudar a salvar vidas y prevenir el sufrimiento innecesario de miles de yemeníes”, dijo Charlotte Watts, jefe científico en el Departamento de Desarrollo internacional del Reino Unido.
El cólera es una enfermedad causada por el consumo de alimentos o agua contaminados con una bacteria llamada Vibrio cholerae. La enfermedad afecta a millones de personas cada año, lo que resulta en diarrea severa e incluso la muerte. Sigue siendo una importante amenaza para la salud mundial, especialmente en los países en desarrollo, como Yemen, donde el acceso al agua potable es limitado.
Un nuevo enfoque de modelado a partir de datos de satélite es probado
para mejorar nuestra capacidad en desarrollar mapas de riesgo de cólera
en varias regiones del mundo. Créditos: NASA / Ryan Fitzgibbons
El gobierno y grupos de ayuda internacional británica en Yemen comenzaron a usar estas nuevas previsiones de cólera para orientar su trabajo en la reducción del riesgo de cólera. Ese trabajo incluye la promoción de una buena higiene para evitar la propagación de la enfermedad transmitida por el agua y la distribución de kits de higiene y tratamiento del cólera. Los resultados hasta la fecha sugieren que el modelo de pronóstico tiene el potencial de cambiar fundamentalmente la manera en que la comunidad internacional se ocupa de cólera.
La investigación sobre la previsión de brotes de cólera financiados por la NASA Programa de Ciencias Aplicadas, está siendo dirigido por el ingeniero hidrólogo y civiles Antar Jutla Universidad de Virginia Occidental, Morgantown, junto con Rita Colwell y Anwar Huq, microbiólogos de la Universidad de Maryland, College Park.
La herramienta de pronóstico de la NASA divide todo el país de Yemen en regiones del tamaño de una provincia, y predice el riesgo de brotes de cólera en cada región. Para calcular la probabilidad de un brote, el equipo científico ejecuta un modelo informático que combina las observaciones por satélite de las condiciones ambientales que afectan a las bacterias del cólera con la información sobre la infraestructura de saneamiento y agua limpia.
La herramienta de previsión de análisis de una variedad de observaciones por satélite de la NASA, incluye los datos de precipitación de las misiones de la precipitación mundial de medición de temperaturas, aire y mar desde los instrumentos de imágenes de resolución moderada espectrorradiómetro (MODIS) en los satélites Terra y Aqua de la NASA, así como las mediciones de las concentraciones de fitoplancton en cercanas zonas oceánicas costeras.
 El mapa superior muestra el riesgo de cólera previsto en base a los datos de análisis y de satélite en Yemen, de junio de 2017. El color azul indica bajo riesgo de cólera mientras que el color rojo indica un alto riesgo de cólera. El mapa de la derecha muestra el número real de casos de cólera en junio de 2017. El área roja representa casos de cólera.
Créditos: Universidad de Virginia Occidental / Antar Jutla
En 2017, el modelo logra el 92 por ciento de exactitud en la predicción de las regiones en las que era más probable que ocurriera y la propagación en Yemen ese año del cólera, incluso la identificación de las zonas interiores que no son generalmente susceptibles a la enfermedad. El brote de cólera en Yemen fue la peor del mundo en 2017, con más de 1,1 millones de casos sospechosos y más de 2.300 muertes, según la Organización Mundial de la Salud.
“El modelo ha hecho un excelente trabajo en Yemen con la detección de los factores desencadenantes de los brotes de cólera”, dijo Jutla, “pero todavía hay mucho trabajo que tenemos que hacer para tener este modelo de previsión y dar predicciones precisas en todas partes.”

Imagen del universo en evolución


La luz ultravioleta agrega la pieza faltante al rompecabezas cósmico
Los astrónomos que usan la visión ultravioleta del Telescopio Espacial Hubble de la NASA han capturado una de las vistas panorámicas más grandes del fuego y la furia del nacimiento estelar en el universo distante. El campo presenta aproximadamente 15,000 galaxias, de las cuales alrededor de 12,000 forman estrellas. La visión ultravioleta de Hubble abre una nueva ventana al universo en evolución, rastreando el nacimiento de estrellas en los últimos 11 mil millones de años hasta el período de formación estelar más activo del cosmos, que ocurrió unos 3 mil millones de años después del Big Bang.
La luz ultravioleta ha sido la pieza que falta en el rompecabezas cósmico. Ahora, combinados con los datos de luz infrarroja y visible del Hubble y otros telescopios espaciales y basados ​​en tierra, los astrónomos han reunido uno de los retratos más completos hasta la fecha de la historia evolutiva del universo.
La imagen abarca el espacio entre las galaxias muy distantes, que solo se pueden ver en luz infrarroja, y las galaxias más cercanas, que se pueden ver a través de un amplio espectro. La luz de regiones distantes de formación de estrellas en galaxias remotas comenzó como ultravioleta. Sin embargo, la expansión del universo ha cambiado la luz a longitudes de onda infrarrojas. Al comparar imágenes de la formación de estrellas en el universo distante y cercano, los astrónomos obtienen una mejor comprensión de cómo las galaxias cercanas crecieron a partir de pequeños cúmulos de estrellas jóvenes y calientes hace mucho tiempo.
Debido a que la atmósfera de la Tierra filtra la mayor parte de la luz ultravioleta, el Hubble puede proporcionar algunas de las más sensibles posibles observaciones ultravioletas basadas en el espacio.
El programa, llamado Hubble Deep UV (HDUV) Legacy Survey, amplía y construye sobre los datos anteriores de longitud de onda de Hubble en los campos CANDELS-Deep (Ensamblaje cósmico, Near-infrared Deep Extragallactic Legacy Survey) en la parte central de GOODS (Campos de Great Observatories Origins Deep Survey). Este mosaico es 14 veces el área del campo ultra profundo ultravioleta Hubble lanzado en 2014.
Esta imagen es una porción del campo GOODS-North, que se encuentra en la constelación norteña Ursa Major.
El Telescopio Espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea). El Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, administra el telescopio. El Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore, Maryland, lleva a cabo operaciones científicas de Hubble. STScI es operado para la NASA por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía en Washington, DC
Créditos: NASA , ESA , P. Oesch (Universidad de Ginebra) y M. Montes (Universidad de Nueva Gales del Sur)

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