El concepto de este artista muestra dos agujeros negros supermasivos candidatos en el núcleo de un cuásar llamado PKS 2131-021. En esta vista del sistema, se puede ver la gravedad del agujero negro en primer plano (derecha) torciendo y distorsionando la luz de su compañero, que tiene un chorro fuerte. Cada agujero negro tiene aproximadamente cien millones de veces la masa de nuestro sol, siendo el agujero negro en primer plano un poco menos masivo. Crédito: Caltech/R. Lesionado (IPAC)
Los astrónomos encuentran evidencia del supermasivo más compacto[{» attribute=»»>black hole duo observed to date.
Locked in an epic cosmic waltz 9 billion light years away, two supermassive black holes appear to be orbiting around each other every two years. The two giant bodies each have masses that are hundreds of millions of times larger than that of our sun, and the objects are separated by a distance roughly 50 times that which separates our sun and Pluto. When the pair merge in roughly 10,000 years, the titanic collision is expected to shake space and time itself, sending gravitational waves across the universe.
A Caltech-led team of astronomers has discovered evidence for this scenario taking place within a fiercely energetic object known as a quasar. Quasars are active cores of galaxies in which a supermassive black hole is siphoning material from a disk encircling it. In some quasars, the supermassive black hole creates a jet that shoots out at near the speed of light. The quasar observed in the new study, PKS 2131-021, belongs to a subclass of quasars called blazars in which the jet is pointing toward the Earth. Astronomers already knew quasars could possess two orbiting supermassive black holes, but finding direct evidence for this has proved difficult.
Two supermassive black holes are seen orbiting each other in this artist’s loopable animation. The more massive black hole, which is hundreds of millions times the mass of our sun, is shooting out a jet that changes in its apparent brightness as the duo circles each other. Astronomers found evidence for this scenario in a quasar called PKS 2131-021 after analyzing 45-years-worth of radio observations that show the system periodically dimming and brightening. The observed cyclical pattern is thought to be caused by the orbital motion of the jet. Credit: Caltech/R. Hurt (IPAC)
Reporting in The Astrophysical Journal Letters, the researchers argue that PKS 2131-021 is now the second known candidate for a pair of supermassive black holes caught in the act of merging. The first candidate pair, within a quasar called OJ 287, orbit each other at greater distances, circling every nine years versus the two years it takes for the PKS 2131-021 pair to complete an orbit.
The telltale evidence came from radio observations of PKS 2131-021 that span 45 years. According to the study, a powerful jet emanating from one of the two black holes within PKS 2131-021 is shifting back and forth due to the pair’s orbital motion. This causes periodic changes in the quasar’s radio-light brightness. Five different observatories registered these oscillations, including Caltech’s Owens Valley Radio Observatory (OVRO), the University of Michigan Radio Astronomy Observatory (UMRAO), MIT’s Haystack Observatory, the National Radio Astronomy Observatory (NRAO), Metsähovi Radio Observatory in Finland, and NASA’s Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) space satellite.
Artist’s animation of a supermassive black hole circled by a spinning disk of gas and dust. The black hole is shooting out a relativistic jet—one that travels at nearly the speed of light. Credit: Caltech/R. Hurt (IPAC)
The combination of the radio data yields a nearly perfect sinusoidal light curve unlike anything observed from quasars before.
“When we realized that the peaks and troughs of the light curve detected from recent times matched the peaks and troughs observed between 1975 and 1983, we knew something very special was going on,” says Sandra O’Neill, lead author of the new study and an undergraduate student at Caltech who is mentored by Tony Readhead, Robinson Professor of Astronomy, Emeritus.
Ondas en el espacio y el tiempo
La mayoría de las galaxias, si no todas, tienen monstruosos agujeros negros en sus núcleos, incluida la nuestra.[{» attribute=»»>Milky Way galaxy. When galaxies merge, their black holes “sink” to the middle of the newly formed galaxy and eventually join together to form an even more massive black hole. As the black holes spiral toward each other, they increasingly disturb the fabric of space and time, sending out gravitational waves, which were first predicted by Albert Einstein more than 100 years ago.
The National Science Foundation’s LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), which is managed jointly by Caltech and MIT, detects gravitational waves from pairs of black holes up to dozens of times the mass of our sun. However, the supermassive black holes at the centers of galaxies have millions to billions of times as much mass as our sun, and give off lower frequencies of gravitational waves than those detected by LIGO.
Three sets of radio observations of the quasar PKS 2131-02, spanning 45 years, are plotted here, with data from Owens Valley Radio Observatory (OVRO) in blue; University of Michigan Radio Astronomical Observatory (UMRAO) in brown; and Haystack Observatory in green. The observations match a simple sine wave, indicated in blue. Astronomers believe that the sine wave pattern is caused by two supermassive black holes at the heart of the quasar orbiting around each other every two years. (A period of five years was actually observed due to a Doppler effect caused by the expansion of the universe.) One of the black holes is shooting out a relativistic jet that dims and brightens periodically. Note that data from OVRO and UMRAO match for the peak in 2010, and the UMRAO and Haystack data match for the peak in 1981. The magnitudes of the peaks observed around 1980 are twice as large as those observed in recent times, presumably because more material was falling towards the black hole and being ejected at that time. Credit: Tony Readhead/Caltech
In the future, pulsar timing arrays—which consist of an array of pulsing dead stars precisely monitored by radio telescopes—should be able to detect the gravitational waves from supermassive black holes of this heft. (The upcoming Laser Interferometer Space Antenna, or LISA, mission would detect merging black holes whose masses are 1,000 to 10 million times greater than the mass of our sun.) So far, no gravitational waves have been registered from any of these heavier sources, but PKS 2131-021 provides the most promising target yet.
In the meantime, light waves are the best option to detect coalescing supermassive black holes.
The first such candidate, OJ 287, also exhibits periodic radio-light variations. These fluctuations are more irregular, and not sinusoidal, but they suggest the black holes orbit each other every nine years. The black holes within the new quasar, PKS 2131-021, orbit each other every two years and are 2,000 astronomical units apart, about 50 times the distance between our sun and Pluto, or 10 to 100 times closer than the pair in OJ 287. (An astronomical unit is the distance between Earth and the sun.)
Sandra O’Neill. Credit: Caltech
Revealing the 45-Year Light Curve
Readhead says the discoveries unfolded like a “good detective novel,” beginning in 2008 when he and colleagues began using the 40-meter telescope at OVRO to study how black holes convert material they “feed” on into relativistic jets, or jets traveling at speeds up to 99.98 percent that of light. They had been monitoring the brightness of more than 1,000 blazars for this purpose when, in 2020, they noticed a unique case.
“PKS 2131 was varying not just periodically, but sinusoidally,” Readhead says. “That means that there is a pattern we can trace continuously over time.” The question, he says, then became how long has this sine wave pattern been going on?
The research team then went through archival radio data to look for past peaks in the light curves that matched predictions based on the more recent OVRO observations. First, data from NRAO’s Very Long Baseline Array and UMRAO revealed a peak from 2005 that matched predictions. The UMRAO data further showed there was no sinusoidal signal at all for 20 years before that time—until as far back as 1981 when another predicted peak was observed.
“The story would have stopped there, as we didn’t realize there were data on this object before 1980,” Readhead says. “But then Sandra picked up this project in June of 2021. If it weren’t for her, this beautiful finding would be sitting on the shelf.”
O’Neill began working with Readhead and the study’s second author Sebastian Kiehlmann, a postdoc at the University of Crete and former staff scientist at Caltech, as part of Caltech’s Summer Undergraduate Research Fellowship (SURF) program. O’Neill began college as a chemistry major but picked up the astronomy project because she wanted to stay active during the pandemic. “I came to realize I was much more excited about this than anything else I had worked on,” she says.
With the project back on the table, Readhead searched through the literature and found that the Haystack Observatory had made radio observations of PKS 2131-021 between 1975 and 1983. These data revealed another peak matching their predictions, this time occurring in 1976.
“This work shows the value of doing accurate monitoring of these sources over many years for performing discovery science,” says co-author Roger Blandford, Moore Distinguished Scholar in Theoretical Astrophysics at Caltech who is currently on sabbatical from Stanford University.
Tony Readhead. Credit: Caltech
Like Clockwork
Readhead compares the system of the jet moving back and forth to a ticking clock, where each cycle, or period, of the sine wave corresponds to the two-year orbit of the black holes (though the observed cycle is actually five years due to light being stretched by the expansion of the universe). This ticking was first seen in 1976 and it continued for eight years before disappearing for 20 years, likely due to changes in the fueling of the black hole. The ticking has now been back for 17 years.
“The clock kept ticking,” he says, “The stability of the period over this 20-year gap strongly suggests that this blazar harbors not one supermassive black hole, but two supermassive black holes orbiting each other.”
The physics underlying the sinusoidal variations were at first a mystery, but Blandford came up with a simple and elegant model to explain the sinusoidal shape of the variations.
“We knew this beautiful sine wave had to be telling us something important about the system,” Readhead says. “Roger’s model shows us that it is simply the orbital motion that does this. Before Roger worked it out, nobody had figured out that a binary with a relativistic jet would have a light curve that looked like this.”
Says Kiehlmann: “Our study provides a blueprint for how to search for such blazar binaries in the future.”
Reference: “The Unanticipated Phenomenology of the Blazar PKS 2131–021: A Unique Supermassive Black Hole Binary Candidate” by S. O’Neill, S. Kiehlmann, A. C. S. Readhead, M. F. Aller, R. D. Blandford, I. Liodakis, M. L. Lister, P. Mróz, C. P. O’Dea, T. J. Pearson, V. Ravi, M. Vallisneri, K. A. Cleary, M. J. Graham, K. J. B. Grainge, M. W. Hodges, T. Hovatta, A. Lähteenmäki, J. W. Lamb, T. J. W. Lazio, W. Max-Moerbeck, V. Pavlidou, T. A. Prince, R. A. Reeves, M. Tornikoski, P. Vergara de la Parra and J. A. Zensus, 23 February 2022, The Astrophysical Journal Letters. DOI: 10.3847/2041-8213/ac504b
The Astrophysical Journal Letters study titled “The Unanticipated Phenomenology of the Blazar PKS 2131-021: A Unique Super-Massive Black hole Binary Candidate” was funded by Caltech, the Max Planck Institute for Radio Astronomy, NASA, National Science Foundation (NSF), the Academy of Finland, the European Research Council, ANID-FONDECYT (Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo-Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico in Chile), the Natural Science and Engineering Council of Canada, the Foundation for Research and Technology – Hellas in Greece, the Hellenic Foundation for Research and Innovation in Greece, and the University of Michigan. Other Caltech authors include Tim Pearson, Vikram Ravi, Kieran Cleary, Matthew Graham, and Tom Prince. Other authors from the Jet Propulsion Laboratory, which is managed by Caltech for NASA, include Michele Vallisneri and Joseph Lazio.
Un cohete Atlas V se desplegó en su plataforma de lanzamiento el sábado 4 de mayo, también Día de Star Wars, en la estación espacial de Cabo Cañaveral, días antes de su histórica primera misión con astronautas. En lo alto del propulsor de United Launch Alliance estaba la nave espacial Starliner de Boeing, que también realizará su primer vuelo con humanos a bordo después de su lanzamiento no antes del lunes 6 de mayo.
La ventana de lanzamiento instantáneo se abre a las 10:34 p. m. EDT (02:34 GMT del martes 7 de mayo) y puedes ver la histórica misión de la Estación Espacial Internacional (ISS) en vivo aquí en Space.com, cortesía de NASA Television.
La misión, denominada Crew Flight Test (CFT), enviará a dos astronautas veteranos de la NASA y ex pilotos de pruebas de la Marina estadounidense: Butch Wilmore comandará la misión y Suni Williams será el piloto. El dúo está en cuarentena en el cercano Centro Espacial Kennedy.
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Me uní a un grupo de unos 35 periodistas en una pequeña colina a aproximadamente una milla del Complejo de Lanzamiento Espacial 41 para mi primer lanzamiento de un cohete en Florida, en el que el propulsor siempre iba en la dirección correcta hacia la plataforma.
En agosto de 2006, intenté ver la misión STS-115 volar a la ISS. Entonces sucedió la vida. En mi vuelo desde Canadá a la Costa Espacial, la plataforma de lanzamiento del transbordador espacial Atlantis fue alcanzada por un rayo. Mientras la NASA se tomaba el tiempo para volver a comprobar todos los sistemas, la tormenta tropical Ernesto avanzaba hacia la costa.
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Entonces, en lugar de un lanzamiento, vi que Atlantis regresaba a un refugio, luego se detenía en su camino hacia el edificio de ensamblaje de vehículos y regresaba a la plataforma de lanzamiento cuando la tormenta tropical estaba lo suficientemente lejos como para convertirla en la opción segura. Definitivamente me perdí este lanzamiento, pero no me arrepiento de nada, porque esta situación era bastante única.
La presencia de Starliner aquí dos décadas después también es única, ya que fue la primera nave espacial en llevar astronautas al espacio desde Cabo Cañaveral desde el Apolo 7 el 11 de octubre de 1968.
Y ningún ser humano ha volado un cohete Atlas desde la misión Mercury-Atlas 9 de Gordon Cooper el 15 de mayo de 1963 (casi exactamente 61 años antes del intento de lanzamiento de Starliner CFT).
Si CFT va según lo planeado, Boeing pronto se unirá a SpaceX para enviar astronautas durante seis meses seguidos a la ISS. Esto fue después de que ambas compañías recibieran contratos de tripulación comercial de la NASA en 2014, valorando los de Boeing en 4.200 millones de dólares en ese momento, en comparación con los 2.600 millones de dólares de SpaceX.
Si bien SpaceX ha enviado 12 misiones tripuladas a la ISS desde 2020, incluido un vuelo de prueba de astronautas, Starliner esperó cuatro años más. El primer vuelo de Boeing a la ISS en diciembre de 2019 enfrentó tantos problemas informáticos que Starliner nunca alcanzó su órbita asignada. Después de que estalló la pandemia de COVID-19 y se implementaron docenas de correcciones, Starliner finalmente completó un segundo vuelo de prueba sin tripulación en mayo de 2022.
El CFT también estaba programado para lanzarse antes, más recientemente en 2023. Sin embargo, los problemas críticos descubiertos el año pasado retrasaron ese lanzamiento, ya que los funcionarios de Boeing intentaron resolver problemas con las cargas en los paracaídas principales de la cápsula, así como con el cableado cubierto con cinta inflamable.
La NASA y Boeing revisaron minuciosamente todos los detalles antes de este vuelo y afirmaron durante una conferencia de prensa el viernes 3 de mayo que todo estaba listo en términos de seguridad. El tiempo también es un 95% favorable para el intento de lanzamiento del lunes en la Costa Espacial; Dicho esto, las comprobaciones técnicas y de buen tiempo continuarán hasta el despegue.
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La primera misión operativa de la nave espacial será Starliner-1, no antes de 2025, y enviará al menos tres astronautas a la ISS: Mike Fincke de la NASA (que también sirve como astronauta de respaldo del CFT), junto con Scott Tingle de la NASA y el canadiense Joshua. Kutryk de la Agencia Espacial (el capcom para la fase de ascenso de CFT).
La NASA planea alternar el Dragon de SpaceX y el Starliner de Boeing para enviar astronautas al menos cada seis meses desde suelo estadounidense. La nave espacial rusa Soyuz también seguirá enviando astronautas de la agencia al aire, por razones técnicas y políticas.
Si bien la NASA apunta a que estos vehículos comerciales operen más allá de la vida útil de la ISS, se espera que el complejo orbital finalice sus operaciones en 2030. Rusia podría retirarse ya en 2028, aunque todos los plazos están sujetos a cambios a medida que los países trabajan para implementar las próximas misiones. -Programas espaciales de generación.
¿Estúpido idiota o músculo inteligente? El debate ha terminado Tirano saurio Rex La inteligencia continúa, con un nuevo artículo que se basa en la teoría original de que estos temibles gigantes no eran tan brillantes.
En 2023, un controvertido estudio sugirió que uno de los dinosaurios más infames del mundo, tirano-saurio RexPodría ser tan inteligente como los simios modernos, lo que provocó mucho escepticismo entre otros investigadores que ahora han presentado sus resultados.
«La posibilidad de que Tirano saurio Rex podría haber sido tan inteligente como un babuino es fascinante y aterrador, con el potencial de reinventar nuestra visión del pasado», explicar Darren Naish, paleontólogo de la Universidad de Southampton. «Pero nuestro estudio muestra cómo todos los datos que tenemos van en contra de esta idea».
Dirigido por el zoólogo Kai Caspar de Universidad Heinrich Heine en AlemaniaEl nuevo estudio encontró que las mediciones del tamaño del cerebro en el estudio de 2023 eran inexactas, lo que inflaba las estimaciones sobre cuántas neuronas los reptiles prehistóricos podían caber en sus cabezas, particularmente en el prosencéfalo.
Esta sobreestimación se debió principalmente al hecho de que el artículo original suponía Tirano saurio Rex El cerebro ocupaba la mayor parte del espacio endocraneal, lo que no ocurre en la mayoría de los dinosaurios, Naish explica en un artículo de blog.
Además, Caspar y sus colegas sostienen que el número de neuronas no rastrea de manera confiable la inteligencia. Tomemos como ejemplo a los pájaros: durante mucho tiempo se pensó que el tamaño pequeño de su cabeza significaba que tenían menos neuronas y, por lo tanto, no eran muy inteligentes.
Pero desde entonces hemos aprendido que aves como los cuervos pueden superar a los primates en ciertas tareas cognitivas a pesar de tener cabezas más pequeñas, lo que lleva a la conclusión de que otros factores además del tamaño del cerebro, como los patrones de conectividad, desempeñan un papel muy importante en la determinación de la inteligencia.
«Argumentamos que no es una buena práctica predecir la inteligencia en especies extintas cuando lo único que tenemos es la cantidad de neuronas reconstruidas a partir de endocasts». dicho Casper.
En cambio, se necesitan múltiples fuentes de datos, desde anatomía hasta pistas sobre el comportamiento y más comparaciones con los animales modernos, para hacer estimaciones más precisas sobre las inteligencias prehistóricas.
«Se necesita una comprensión significativamente mejorada de la relación entre el número de neuronas y otras variables biológicas, particularmente el rendimiento cognitivo, en los animales existentes» antes de que puedan ocurrir predicciones más precisas, dijo el equipo. argumenta en su artículo.
Entonces, ¿dónde deja eso a la Tirano saurio Rex?
La evidencia conductual reciente sugiere que los famosos reptiles prehistóricos pueden haber sido sorprendentemente sociales, cazar en manadaspero esto no es suficiente para sugerir inteligencia a nivel de primates.
«Se parecían más a cocodrilos gigantes e inteligentes, y eso es igualmente fascinante». concluye Naish.
¿Existen arcoíris en mundos distantes? Muchos fenómenos que ocurren en la Tierra, como la lluvia, los huracanes y la aurora boreal, también ocurren en otros planetas de nuestro sistema solar si las condiciones son adecuadas. Ahora tenemos evidencia desde fuera de nuestro sistema solar de que un exoplaneta particularmente extraño podría incluso mostrar algo parecido a un arco iris.
Un fenómeno llamado «gloria», que aparece en el cielo como un halo de colores, se produce cuando la luz incide en nubes formadas por una sustancia homogénea en forma de gotas esféricas. Esta podría ser la explicación de un misterio relacionado con las observaciones del exoplaneta WASP-76B. También se observó que este planeta, un gigante gaseoso en llamas que experimenta lluvias de hierro fundido, tiene más luz en su terminador oriental (una línea utilizada para separar el lado diurno del lado nocturno) que en su terminador occidental. ¿Por qué había más luz en un lado del planeta?
Después de observarla con el telescopio espacial CHEOPS y luego combinarla con observaciones anteriores del Hubble, Spitzer y TESS, un equipo de investigadores de la ESA y la Universidad de Berna en Suiza cree ahora que la razón más probable de esta luz adicional es una gloria. .
Mira la luz
Durante tres años, CHEOPS llevó a cabo 23 observaciones de WASP-76B en luz visible e infrarroja. Estos incluyen curvas de fasetránsitos y eclipses secundarios. Las curvas de fase son observaciones continuas que siguen la revolución completa de un planeta y muestran cambios en su fase o en la parte de su lado iluminado que mira al telescopio. El telescopio puede ver este lado más o menos a medida que el planeta orbita su estrella. Las curvas de fase pueden determinar el cambio en el brillo total del planeta y la estrella a medida que el planeta gira.
Los eclipses secundarios ocurren cuando un planeta pasa detrás de su estrella anfitriona y es eclipsado por ella. La luz vista durante un eclipse de este tipo se puede comparar con la luz total antes y después de la ocultación para darnos una idea de la luz reflejada por el planeta. Los Júpiter calientes como WASP-76B se observan comúnmente durante los eclipses secundarios.
Las observaciones de las curvas de fase pueden continuar a medida que el planeta eclipsa a su estrella. Mientras observaba la curva de fase de WASP-76B, CHEOPS vio un exceso de luz previa al eclipse en su lado nocturno. Esto también se había observado en la curva de fase TESS y en las observaciones del eclipse secundario realizadas anteriormente.
¿El fin del arcoíris?
Una ventaja de WASP-76b es que es un Júpiter ultracaliente, por lo que al menos su lado diurno no presenta las nubes y nieblas que a menudo oscurecen las atmósferas de los Júpiter calientes y fríos. Esto hace que las emisiones al aire sean mucho más fáciles de detectar. Que ya habíamos observado una asimetría en el contenido de hierro entre los terminadores del lado diurno y del lado nocturno, descubierta en un estudio previo, hizo que el planeta fuera particularmente intrigante. No había mucho gas de hierro en la atmósfera superior de la rama diurna en comparación con la de la rama nocturna. Probablemente esto se deba a que llueve hierro en el lado diurno de WASP-76b, que luego se condensa en nubes de hierro en el lado nocturno.
Las observaciones de Hubble sugieren que la inversión térmica (cuando el aire cerca de la superficie de un planeta comienza a enfriarse) estaba ocurriendo en el lado nocturno. El enfriamiento en ese lado causaría la condensación del hierro que previamente se había condensado en nubes, llovió en el lado del día y luego se evaporó por el intenso calor. Entonces, las gotas de hierro líquido pueden formar nubes.
Estas nubes son fundamentales ya que la luz de la estrella anfitriona, reflejada por estas gotas en estas nubes, puede crear un efecto de gloria.
«Para explicar la observación con el efecto Gloria se necesitarían gotas esféricas de aerosoles y nubes altamente reflectantes y de forma esférica sobre el hemisferio oriental del planeta», dijeron los investigadores en un artículo publicado recientemente en Astronomy & Astrophysics.
Glorias ya se han visto fuera de la Tierra. También se sabe que se forman en nubes de Venus. Al igual que WASP-76b, en Venus se observó más luz previa al eclipse. Entonces, aunque la gloria es casi definitiva para el exoplaneta, futuras observaciones con un telescopio más potente podrían ayudar a determinar qué tan similar es el fenómeno de WASP-76 al de WASP-76b. Venus. Si coinciden, será la primera gloria jamás observada en un exoplaneta.
Si futuras investigaciones encuentran una manera precisa de determinar si realmente es una gloria, estos fenómenos podrían decirnos más sobre la composición atmosférica de los exoplanetas, en función de los tipos de elementos o moléculas sobre los que se refleja la luz. Incluso podrían delatar la presencia de agua, lo que podría significar habitabilidad. Aunque la supuesta gloria de WASP-76b no se ha demostrado definitivamente, es todo menos un arco iris en la oscuridad.