El tulipán negro

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¡Hay uno más feo, más perverso, más inmundo! … ese delicado monstruo…¡es el aburrimiento!

Así llamaba la atención del lector Charles Baudelaire en el poema introductorio de su libro Las flores del mal.

No hay tiempo para el aburrimiento en la afición astronómica. Hay quien mira, quien descubre, quien explora y hay quien muestra. Esto último hacen quienes se dedican a la Astrofotografía y, de vez en cuando, se les reconoce el trabajo realizado.

Nos reencontramos después de las vacaciones con una fotografía, APOD recientemente seleccionada, es decir, premiada. Se trata de ‘The Tulip and Cygnus X-1’ de Carlos Uriarte. Es, sin duda, un premio por mérito personal (¡Felicidades!) y también me gusta pensar que tiene algo de colectivo, que esas APODs son un reconocimiento y un estímulo para quienes nos permiten sorprendernos al mirarlas.

Una alegría. ¡Enhorabuena!

Más amable que Baudelaire resulta Abraham Cowley quien en sus Poetical blossoms elogiaba al tulipán sobre las demás flores: ‘… Su única intención es agradar a la vista y eclipsar a las demás con su esplendor’. Y esto lo decía en plena burbuja financiera en los Países Bajos por la década de los 1630 provocada por el valor inflado de los tulipanes.

Tulipán, burbujas, mal … ¡a ver qué nos enseña la foto!

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Antes algo de geografía

SH2-101, nebulosa del Tulipán o, por su nombre normalizado e interminable, LBN 071.58+02.86, se localiza en la parte central de la línea que une Deneb y Albireo, en la constelación Cygnus, muy cerca de ηCyg.

El objeto está próximo a la asociación de estrellas Cygnus OB 3, aunque a veces se le incluye en ella. Se encuentra en la periferia del complejo CSB (Cygnus Super Bubble – superburbuja de Cygnus).

Sin entrar mucho en detalles, la superburbuja es una enorme región de emisión de rayos X donde se pueden distinguir distintas asociaciones OB. Un esquema de la zona se puede ver en la siguiente imagen (Uyanıker et al. 2001).

Frente a la teoría de que la región de Cygnus haya formado una cáscara por gases y vientos internos, un reciente artículo (Bluem, 2020) se inclinaba por un origen debido a un único suceso, probablemente una hipernova. No se trataría, entonces, de una acumulación de gases que van haciendo presión hacia el exterior sino que la presión hacia la materia circundante se debería a una explosión que expandiría los gases de manera más violenta.

En el siguiente gráfico extraído de este último estudio, se señala el área central ocupada por la superburbuja. Las dos zonas de emisión más pequeñas podrían haberse generado por explosiones de supernova ajenas a ella.

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Y algo de historia

En otro artículo reciente se intenta explicar la evolución en el tiempo de esta misma región de Cygnus utilizando una muestra de 24 supergigantes rojas. Un trabajo de ‘arqueocosmología’ se podría decir (Comerón et al., 2020).

Aunque solo se destacan las conclusiones, resulta interesante su lectura para conocer el método empleado.

Parece que la producción de estrellas masivas es anterior al desarrollo de las asociaciones OB actuales. El comienzo de formación estelar que ha conducido a dichas asociaciones se produjo hace aproximadamente 15 Ma. Se han encontrado evidencias de otros episodios formativos anteriores; uno de ellos entre 20 y 30 Ma y otro previo a los 40 Ma.

Además los autores interpretan que las supergigantes más antiguas se formaron en otro lugar fuera del complejo y proponen el brazo galáctico Sagitario-Carina.

Como los propios autores dicen, hay que esperar a nuevas actualizaciones de Gaia para profundizar en el tema.

Hace muy pocos días se anunciaba en la prensa el descubrimiento de una concentración de gas que podría constituir un nuevo brazo en nuestra galaxia y, por tanto, cambiar la concepción que de ella tenemos (Li et al., 2021).

Para ir desentrañando la distribución de estos brazos se utilizan distintos y variados trazadores que, con los datos que proporcionen, puedan confirmar o desmentir los modelos que se vayan planteando.

El análisis de esas supergigantes rojas del artículo antes mencionado, induce a pensar en un desplazamiento entre brazos de la espiral galáctica. Los máseres están permitiendo, mediante la medida de su paralaje, obtener más información sobre la estructura de la Vía Láctea (Vallée, 2020).

Todos estos estudios se relacionan con nuestro propio entorno, el brazo Local, íntimamente ligado por proximidad con el complejo Cygnus. Encontraremos otras denominaciones en la literatura para este brazo (fracción o isla) como espolón Orión, el brazo Orión-Cygnus, la isla Cygnus, por ejemplo. Quizás con este nuevo descubrimiento vayan apareciendo nuevas denominaciones que nos complicarán un poco más el acceso a la información a los no profesionales, pero seguro que aumentarán el interés que despiertan.

En esta imagen podemos ver representado lo que hasta ahora sabemos de la estructura de nuestra galaxia.

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Los objetos de la astrofotografía

Esta parte del universo, muy estudiada desde perspectivas muy distintas, presenta, a pesar de todo, una gran complejidad. Se halla en pleno brazo espiral y, por tanto, se superponen millones de estrellas que es muy difícil asignar a cada uno de los objetos. También en este caso, la información se encuentra muy dispersa y hay que indagar en muchas fuentes para ir extrayendo datos pertinentes.

SH2-101 (LBN 071.58+02.86), la zona ocupada por el tulipán, es el objeto más espectacular. No obstante, hay otros más discretos pero igualmente interesantes que se indican en la siguiente imagen:

Las estrellas cuyos nombres se han encuadrado pertenecen al grupo Cyg OB3, el resto de los 41 miembros reconocidos de la asociación se encuentran en coordenadas más hacia el Este (izquierda) fuera de campo.

Los cúmulos

Como área de formación de estrellas que es el complejo Cygnus, a medida que se van conociendo más datos, se van catalogando nuevos objetos. Dos de ellos los recoge la fotografía. Se trata de dos cúmulos abiertos.

Teutsch 8 fue propuesto candidato a cúmulo tras el análisis de datos proporcionados por DSS y 2MASS (Kronberger, 2006). En la actualidad se le reconocen 23 miembros y una distancia aceptada desde 2018 de 1.668 pc. Se pueden comparar escalas aprovechando las imágenes del DSS2

Frente a una densa concentración en Teutsch 8, se encuentra el otro cúmulo abierto, [FSR2007] 0198, en el que sus componentes reconocidas se hallan dispersas en una amplia zona de nuestra visual. Se ha señalado su centro con un círculo en la siguiente imagen ampliada

También catalogado a partir de los datos fotométricos de 2MASS (Camargo, 2009), se le reconocen los 11 componentes que aparecen en la tabla y una distancia de 12.800 pc (datos de 2013), casi el doble que el anterior cúmulo.

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Sin entrar en más consideraciones, desde el punto de vista de la observación visual resulta llamativa la comparación dispersión visual/distancia.

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Las estrellas

Destaca, en el campo de la nebulosa y también perteneciente a la asociación Cyg OB3, la estrella HD 189688 del tipo K5. Es una de las gigantes rojas inventariadas en el trabajo de Comerón que se ha comentado anteriormente.

En el estudio aparece una discrepancia con la catalogación del CDS. En él se le reconoce el tipo M1. Esto hace pensar en lo complicado que debe ser tener certezas, sobre todo cuando se trata de zonas tan pobladas de objetos.

Es interesante esta estrella, además, porque se halla en una zona de emisiones de infrarrojo, es decir, en una zona de formación estelar. Ella misma se encuentra junto a una emisión. A continuación se señala la localización de algunas de estas fuentes no visibles.

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Una flor, el tulipán

Esa flor que, segün Cowley, tenía la intención de eclipsar a las demás. También en la fotografía parece querer eclipsar al entorno. Se trata, ya se ha dicho, de SH2-101 en el catálogo de Stewart Sharpless (1959), o, por su nombre normalizado, LBN 071.58+02.86 en el catálogo de Berverly T. Lynds (1965), y ya había sido incluido en otros inventarios anteriores que les sirvieron como referencia.

Por un lado, Sharpless se basa en lo recogido por Vera Fedorovna Gaze y Grigory Abramovich Shajn, ambos de Rusia, que registraron con la referencia GS 175 (1955). Por otro, Lynds se inclina por los datos recogidos por el sueco(?) Sven Cederblad como Ced 173 (1946).

Lo cierto es que, aunque aparece en todos estos catálogos clásicos, no se le han dedicado estudios específicos. Su interés radica en sus características de región ionizada HII (o, en otra terminología, nebulosa de emisión) y, como tal, se incluye en las investigaciones de tipo general.

Se puede destacar un único estudio (Johnson, Mack, y Songsathaporn, 1982) entre la bibliografía consultada. Se trata de parte de un programa iniciado a finales de los 1970 para medir la velocidad radial de regiones HII que no parece haber tenido continuación como tal programa.

Entre las conclusiones expuestas en el artículo figura la detección de dos zonas, una HI (de hidrógeno neutro) y otra HII (ionizada) desplazándose a dos velocidades distintas.

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Una burbuja, la de una estrella fugitiva

Ya desde el catálogo de Sharpless, se acepta que hay una única estrella responsable de la ionización de la nebulosa. Se trata de la HD 227018 a una distancia reconocida en 2018 de 2.105, 26 pc. Su tipo espectral O6.5V((f))z indica fuerte emisión de helio y una edad temprana a punto de iniciar su fase de secuencia principal.

Es una de las estrellas fugitivas tipo O del catálogo HIPPARCOS (Mdzinarishvili, 2004). Para la detección de este tipo de estrellas se utilizan sus características peculiares: un inusual alto movimiento propio o velocidad radial, su gran masa y la onda de choque que provoca su alta velocidad. Este último se puede apreciar en la fotografía formando una media esfera alrededor de la estrella que, así, parece encerrada en una burbuja. Aunque no siempre se puede obtener una visión en el infrarrojo de esta onda de choque, sí que podemos comprobar que aparece en imágenes tomadas por el WISE:

En un reciente artículo (Rao et al., 2020) se conjetura con la posibilidad de que la estrella fugitiva pudiera ser el producto expulsado de un choque entre varios objetos estelares, incluido el sistema cercano Cygnus X-1 y la estrella HD 227611 (fuera del campo de la foto) que estuvo a una distancia mínima de unos 20 pc hace tan solo 1 Ma.

Sembrar vientos

Hay que mencionar un reciente trabajo en el que se comenta la aplicación de un software libre para la simulación de nebulosas ionizadas por estrellas masivas (Mackey, 2021).

Se trata de PION (PhotoIonization of Nebulae) y aplica la teoría de dinámica de fluidos para estudiar la evolución de las burbujas creadas por el viento de estrellas masivas. Lo que se pretende es que se utilice para examinar “los choques de arco y nebulosas de viento alrededor de estrellas masivas con simulaciones 3D”…”PION se originó como un código de hidrodinámica de la radiación para simular nebulosas fotoionizadas alrededor de estrellas masivas, desarrollado como parte del doctorado de Jonathan Mackey en el DIAS de 2006 a 2010. Se desarrolló aún más para modelar burbujas de viento estelar alrededor de estrellas en evolución de 2010 a 2015 en Alemania en la Universidad de Bonn y la Universidad de Colonia” [https://www.pion.ie].

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Un maligno, Cygnus X-1

No sé por qué tienen tan mala prensa los agujeros negros. Como a la Jessica de ¿Quién engañó a Roger Rabbit? , no son malos, es que los han dibujado así … fascinantes.

Esto mismo parece pensar el mundo de la Astronomía. Si hiciéramos un análisis de producción científica (y no científica), el tema de los agujeros negros se llevaría el primer puesto y Cygnus X-1 casi seguro que estaría en cabeza.

Descubierta la emisión de rayos X durante un vuelo de cohete en 1964, fue identificada como una fuente masiva en órbita con la estrella HD 226868 convirtiéndose en el primer candidato a agujero negro.

Aunque en la literatura se acepta mayoritariamente que se trata de un agujero negro, lo cierto es que no aparece catalogado en las bases de datos del CDS sino como un candidato a agujero negro. Incluso en algún trabajo reciente de los consultados se señala la posibilidad de una estrella de neutrones (Meyer-Hofmeister et al., 2020).

Es imposible repasar toda la bibliografía al respecto así que se destacan algunos trabajos que pueden ayudarnos a comprender lo que se va averiguando sobre estos ‘malvados devoradores de materia’.

Al oeste de nuestro tulipán, SH2-101, (a la derecha en la fotografía) se localiza la estrella HD 226868. una HMXB (High-Mass X-Ray Binary – Binaria masiva de rayos X) en la que su fuente de rayos es la que recibe la denominación de Cygnus X-1.

El sistema está compuesto por esa estrella supergigante azul y un agujero negro (?) que captura el gas del viento generado por ella.

Parece que, aunque se encuentra, no dentro, sino en el borde de la asociación Cyg OB3, el sistema podría haberse originado de la misma nube molecular y, por tanto, pertenecer a ella (Rao et al., 2020).

Elena Gallo, experta en agujeros negros actualmente en la universidad de Michigan, ha estudiado, desde un punto de vista cuantitativo, la relación entre la energía entrante y saliente en el chorro (oscuro, de baja luminosidad) producido por los agujeros negros de estrellas binarias masivas (Fender, Belloni and Gallo, 2004) y, especialmente lo ha estudiado en Cygnus X-1 en un posterior trabajo publicado en 2005. De este último se extraen las imágenes siguientes:

Arriba la localización de la burbuja de frente tenue que aparece en la fotografía. Abajo la misma zona con imágenes del radiotelescopio Westerbork (Países Bajos) en que, tal como se indica en el trabajo, ‘el anillo parece dibujar un borde entre la cola de Sh2-101, la nebulosa HII cercana en el lado izquierdo (el tulipán), y la dirección del chorro de radio interior de Cygnus X-1’ que se muestra en la ampliación de la derecha donde se señala el eje del chorro procedente del agujero negro.

Igualmente ilustrativas resultan estas recreaciones de lo que se cree que está pasando en ese punto del espacio:

Lo penúltimo de Cygnus X-1

Ya me gustaría poder disponer del tiempo suficiente como para detenerme en los múltiples artículos relacionados con este complejo estelar. Como siempre se quedan fuera informaciones seguro que interesantes y directamente relacionadas, o no, con la fotografía que se comenta.

Destacaré un reciente artículo (Neijssel, 2021) en el que se presenta una evolución del sistema (en su terminología, canal de formación) a partir de una binaria cuya primaria colapsa formando un agujero negro tal como se explica en el siguiente esquema extraído del artículo citado

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Como comentaba al principio, no hay lugar para el aburrimiento. Es más, a cada nueva foto, mi afición aumenta. Buscando un equilibrio entre tiempo de dedicación (disfrute más bien) e información que transmitir, voy a intentar una nueva periodicidad porque una semana se me hace muy corta. A partir de esta nueva temporada, las fotografías se comentarán cada diez días. Si os interesan las razones, están en el apartado ¿de qué trata el blog?

Espero que vosotros tampoco os hayáis aburrido. Por si acaso, y ya que esta entrada ha resultado muy literaria, está la novela de Alejandro Dumas, El tulipán negro.

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Bases de datos

Centre de Données astronomiques de Strasbourg [https://cds.u-strasbg.fr/]

NASA [https://www.nasa.gov/]

Referencias

Bluem, J., “A HaloSat Analysis of the Cygnus Superbubble”, The Astrophysical Journal, vol. 905, no. 2, 2020. doi:10.3847/1538-4357/abc41b.

Camargo, D., Bonatto, C., and Bica, E., “Astrophysical parameters of 14 open clusters projected close to the Galactic plane”, Astronomy and Astrophysics, vol. 508, no. 1, pp. 211–220, 2009. doi:10.1051/0004-6361/200912786.

Comerón, F., Djupvik, A. A., Schneider, N., and Pasquali, A., “The historical record of massive star formation in Cygnus”, Astronomy and Astrophysics, vol. 644, 2020. doi:10.1051/0004-6361/202039188.

Fender, R. P., Belloni, T. M., and Gallo, E., “Towards a unified model for black hole X-ray binary jets”, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, vol. 355, no. 4, pp. 1105–1118, 2004. doi:10.1111/j.1365-2966.2004.08384.x.

Gallo, E., “A dark jet dominates the power output of the stellar black hole Cygnus X-1”, Nature, vol. 436, no. 7052, pp. 819–821, 2005. doi:10.1038/nature03879.

Garmany, C. D. and Stencel, R. E., “Galactic OB associations in the Northern Milky Way Galaxy. I. Longitudes 55 to 150.”, Astronomy and Astrophysics Supplement, Series, vol. 94, pp. 211–244, 1992.

Johnson, P. G., Mack, P., and Songsathaporn, R., “A radial velocity survey of the H II region S 101.”, Astrophysics and Space Science, vol. 87, no. 1–2, pp. 13–20, 1982. doi:10.1007/BF00648903.

Kronberger, M., “New galactic open cluster candidates from DSS and 2MASS imagery”, Astronomy and Astrophysics, vol. 447, no. 3, pp. 921–928, 2006. doi:10.1051/0004-6361:20054057.

Li, C., Qiu, K., Hu, B., and Cao, Y., “The discovery of the largest gas filament in our Galaxy, or a new spiral arm?”, arXiv e-prints, 2021.

Mackey, J., “PION: simulating bow shocks and circumstellar nebulae”, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, vol. 504, no. 1, pp. 983–1008, 2021. doi:10.1093/mnras/stab781.

Meyer-Hofmeister, E., Liu, B. F., Qiao, E., and Taam, R. E., “Wind accretion in Cygnus X-1”, Astronomy and Astrophysics, vol. 637, 2020. doi:10.1051/0004-6361/202037561.

Mdzinarishvili, T. G., “New Runaway O-stars Based on Data from HIPPARCOS”, Astrophysics, vol. 47, no. 2, pp. 155–161, 2004. doi:10.1023/B:ASYS.0000031830.18416.a5.

Neijssel, C. J., “Wind Mass-loss Rates of Stripped Stars Inferred from Cygnus X-1”, The Astrophysical Journal, vol. 908, no. 2, 2021. doi:10.3847/1538-4357/abde4a.

Rao, A., Gandhi, P., Knigge, C., Paice, J. A., Leigh, N. W. C., and Boubert, D., “Kinematic study of the association Cyg OB3 with Gaia DR2”, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, vol. 495, no. 1, pp. 1491–1500, 2020. doi:10.1093/mnras/staa1217.

Uyanıker, B., Fürst, E., Reich, W., Aschenbach, B., and Wielebinski, R., “The Cygnus superbubble revisited”, Astronomy and Astrophysics, vol. 371, pp. 675–697, 2001. doi:10.1051/0004-6361:20010387.

Vallée, J. P., “Interarm islands in the Milky Way – the one near the Cygnus spiral arm”, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, vol. 494, no. 1, pp. 1134–1142, 2020. doi:10.1093/mnras/staa758.