Mientras la Voyager 1 inspecciona el espacio interestelar, sus mediciones de densidad están haciendo ondas

Una ilustración que muestra una de las naves espaciales gemelas Voyager de la NASA. 
Ambos Voyager han entrado en el espacio interestelar, o el espacio fuera de la heliosfera de nuestro Sol. Más información.
Crédito:
NASA / JPL-Caltech.

En la escasa colección de átomos que llena el espacio interestelar, la Voyager 1 ha medido una serie de ondas de larga duración. Allí anteriormente solo detectaba explosiones esporádicas.

Hasta hace poco, todas las naves espaciales de la historia habían realizado todas sus mediciones dentro de nuestra heliosfera, la burbuja magnética inflada por nuestro Sol. Pero el 25 de Agosto de 2012, la Voyager 1 de la NASA cambió eso. Cuando cruzó el límite de la heliosfera , se convirtió en el primer objeto creado por humanos en entrar y medir el espacio interestelar. Ahora, ocho años después en su viaje interestelar, una escucha atenta de los datos de la Voyager 1 está produciendo nuevos conocimientos sobre esa frontera.

Supongamos que nuestra heliosfera es un barco que navega por aguas interestelares. Entonces la Voyager 1 es una balsa salvavidas que acaba de caer desde la cubierta, decidida a estudiar las corrientes. Por ahora, las aguas turbulentas que se sienten provienen principalmente de la estela de nuestra heliosfera. Pero más lejos, sentirá los movimientos de fuentes más profundas en el cosmos. Eventualmente, la presencia de nuestra heliosfera desaparecerá por completo de sus mediciones.

«Tenemos algunas ideas sobre qué tan lejos necesitará llegar la Voyager para comenzar a ver aguas interestelares más puras, por así decirlo», dijo Stella Ocker. Ella es estudiante de doctorado de la Universidad de Cornell en Ithaca, Nueva York, y el miembro más nuevo del equipo Voyager. «Pero no estamos del todo seguros de cuándo llegaremos a ese punto».

El nuevo estudio de Ocker, informa lo que podría ser la primera medición continua de la densidad del material en el espacio interestelar. El estudio fue publicado el Lunes en Nature Astronomy. «Esta detección nos ofrece una nueva forma de medir la densidad del espacio interestelar. Además abre una nueva vía para que exploremos la estructura del medio interestelar muy cercano», dijo Ocker.

Las ondas en el medio interestelar y la densidad del mismo

Al material entre las estrellas, los astrónomos lo llaman el «medio interestelar», una sopa de partículas y radiación. Cuando lo piensas, uno podría imaginar un ambiente tranquilo, silencioso y sereno. Sería un error.

“He usado la frase ‘el medio interestelar inactivo’, pero se pueden encontrar muchos lugares que no son particularmente inactivos”, dijo Jim Cordes. Él es físico espacial de Cornell y coautor del artículo.

Como el océano, el medio interestelar está lleno de olas turbulentas. Las más grandes provienen de la rotación de nuestra galaxia. Esto se debe a que el espacio se difumina contra sí mismo y presenta ondulaciones de decenas de años luz de diámetro. Olas más pequeñas (aunque aún gigantes) surgen de las explosiones de supernovas, que se extienden miles de millones de kilómetros de cresta a cresta. Las ondas más pequeñas suelen ser de nuestro propio Sol. Esto es así porque las erupciones solares envían ondas de choque a través del espacio que impregnan el revestimiento de nuestra heliosfera.

Estas olas rompientes revelan pistas sobre la densidad del medio interestelar. Dicha densidad afecta nuestra comprensión de la forma de nuestra heliosfera, cómo se forman las estrellas e incluso nuestra propia ubicación en la galaxia. Cuando estas ondas reverberan a través del espacio, hacen vibrar los electrones a su alrededor, que resuenan a frecuencias características dependiendo de cuán apiñados estén. Cuanto mayor sea el tono de ese timbre, mayor será la densidad de electrones. El Subsistema de Ondas de Plasma de la Voyager 1, fue diseñado para escuchar ese timbre. Incluye dos antenas de «orejas de conejo» que sobresalen 10 metros detrás de la nave espacial.

Escuchando los sonidos interestelares

Una ilustración de la nave espacial Voyager de la NASA que muestra las antenas utilizadas por el Subsistema de Ondas de Plasma y otros instrumentos. Detalles completos de la imagen.
Crédito: NASA / JPL-Caltech
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En Noviembre de 2012, tres meses después de salir de la heliosfera, la Voyager 1 escuchó sonidos interestelares por primera vez. Seis meses después, apareció otro «silbido», esta vez más fuerte y aún más agudo. El medio interestelar parecía volverse más grueso y rápido.

La nave espacial Voyager 1 de la NASA capturó estos sonidos del espacio interestelar. 
El instrumento de ondas de plasma de la Voyager 1 detectó las vibraciones del denso plasma interestelar, o gas ionizado. Lo hizo de Octubre a Noviembre de 2012 y de Abril a Mayo de 2013.
 Crédito: NASA / JPL-Caltech
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Estos silbidos momentáneos continúan a intervalos irregulares en los datos de la Voyager hoy. Son una excelente manera de estudiar la densidad del medio interestelar, pero se necesita algo de paciencia.

“Solo se han visto una vez al año. Entonces depender de este tipo de eventos fortuitos significó que nuestro mapa de la densidad del espacio interestelar era un poco escaso”, dijo Ocker.

Buscando una medida continua de la densidad

Ocker se propuso encontrar una medida continua de densidad media interestelar para llenar los vacíos. Es decir, una que no dependa de las ondas de choque ocasionales que se propagan desde el Sol. Después de filtrar los datos de la Voyager 1, buscando señales débiles pero consistentes, encontró un candidato prometedor. Comenzó a repuntar a mediados de 2017, justo en el momento de otro silbido.

«Es prácticamente un solo tono», dijo Ocker. «Y con el tiempo, lo escuchamos cambiar, pero la forma en que se mueve la frecuencia nos dice cómo está cambiando la densidad».

Los eventos de oscilación de plasma débiles pero casi continuos, son visibles como una delgada línea roja en este gráfico / tk. Ellos conectan eventos más fuertes en los datos del subsistema de ondas de plasma de la Voyager 1. 
Los gráficos muestran solo las señales fuertes (fondo azul) y los datos filtrados que muestran señales más débiles. 
Crédito: NASA / JPL-Caltech / Stella Ocker
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Ocker llama a la nueva señal una emisión de ondas de plasma, y ​​también pareció rastrear la densidad del espacio interestelar. Cuando aparecieron los pitos abruptos en los datos, el tono de la emisión sube y baja con ellos. La señal también se parece a una observada en la atmósfera superior de la Tierra que se sabe que sigue la densidad de electrones allí.

“Esto es emocionante, porque podemos muestrear regularmente la densidad en un tramo de espacio muy largo, el tramo de espacio más largo que tenemos hasta ahora. Esto nos proporciona el mapa más completo de la densidad y el medio interestelar visto por la Voyager», dijo Ocker.

El aumento de la densidad de electrones en el tiempo

Según la señal, la densidad de electrones alrededor de la Voyager 1 comenzó a aumentar en 2013. Alcanzó sus niveles actuales a mediados de 2015, un aumento de aproximadamente 40 veces en la densidad. La nave espacial parece estar en un rango de densidad similar, con algunas fluctuaciones, en todo el conjunto de datos que analizaron. Abarcó hasta principios de 2020.

Mirando hacia el futuro

Ocker y sus colegas están tratando de desarrollar un modelo físico de cómo se produce la emisión de ondas de plasma que será clave para interpretarlo. Mientras tanto, el Subsistema de Ondas de Plasma de la Voyager 1 sigue enviando datos cada vez más lejos de casa. Desde donde cada nuevo descubrimiento tiene el potencial de hacernos reimaginar nuestro hogar en el cosmos.

Las naves espaciales Voyager fueron construidas por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, que continúa operando ambas. JPL es una división de Caltech en Pasadena. Las misiones Voyager son parte del Observatorio del Sistema de Heliofísica de la NASA. Éste está patrocinado por la División de Heliofísica de la Dirección de Misiones Científicas en Washington.

Para obtener más información sobre la nave espacial Voyager, visite:

https://www.nasa.gov/voyager

https://voyager.jpl.nasa.gov

Fuente: NASA Jet Propulsion Laboratory – Calthec.

Artículo original: «As NASA’s Voyager 1 Surveys Interstellar Space, Its Density Measurements Are Making Waves«. Miles Hatfield. May 10, 2021.

Material relacionado

Sobre el Medio Interestelar

Un tutorial en línea elaborado por la Universidad de New Hampshire sobre el Medio Interestelar, que además contiene links a sitios calificados es:

Otros artículos sobre el Medio Interestelar:

Un artículo conteniendo un vídeo (ESA), revela en detalle el intrincado tejido de gas, polvo y núcleos formativos de estrellas en el plano de la galaxia. El apartado “Material relacionado” de dicho artículo, contiene una selección de recursos sobre el “Medio Interestelar”:

Sobre las naves Voyager

Las Naves Voyager en el Espacio Interestelar.

Esta ilustración muestra la posición de las sondas Voyager 1 y Voyager 2, fuera de la heliosfera. Esta última es una burbuja protectora creada por el Sol que se extiende mucho más allá de la órbita de Plutón. La Voyager 1 cruzó la heliopausa, o el borde de la heliosfera, en Agosto de 2012. Dirigiéndose en una dirección diferente, la Voyager 2 cruzó otra parte de la heliopausa en Noviembre de 2018. Agrandar imagen.
Crédito de imagen: NASA / JPL-Caltech.

Para el 2030, ambas Voyager habrán agotado su reserva de energía, con sus instrumentos científicos desactivados, ya no podrán intercambiar señales con la Tierra. Continuarán a su velocidad actual de más de 17 kilómetros por segundo. Sus discos de oro como mensajes en botellas, navegarán en el vasto océano del espacio interestelar.

Las Voyager navegan en direcciones opuestas, hacia el sur y hacia el norte del Sistema Solar. Pasarán 40.000 años antes de que el Voyager 2 pase a un puñado de años luz del sistema estelar más cercano a su trayectoria de vuelo. Pasarán 296.000 años antes de que el Voyager 1 pase por la estrella brillante Sirio.

Podemos imaginarlos sobreviviendo durante miles de millones de años como las únicas huellas de una civilización de exploradores humanos en los confines de nuestra galaxia.

El Complejo de Comunicación con el Espacio Profundo de Canberra (CDSCC). Crédito: CSIRO.

En 2017 se cumplieron 40 años desde que se lanzaron las dos sondas espaciales Voyager en su misión para explorar los planetas exteriores del Sistema Solar. Australia ha estado ayudando a la agencia espacial de Estados Unidos a mantener un registro de las sondas en cada paso de su épico viaje.

CSIRO opera la estación de rastreo de la NASA en Canberra. Es un conjunto de cuatro radiotelescopios o platos, conocido como el Complejo de Comunicación del Espacio Profundo de Canberra ( CDSCC ).

Es una de las tres estaciones de rastreo espaciadas alrededor del globo, que forman la Red de Espacio Profundo. Las otras dos están en Goldstone, California, y Madrid,  España.

Entre ellas, proporcionan a la NASA y a otras agencias espaciales una cobertura de comunicación de radio bidireccional continua en todas las partes del Sistema Solar.

Cuatro décadas después, la estación australiana de seguimiento es la única con el equipo y la posición adecuados para poder comunicarse con ambas sondas.

Ésta representación artística muestra las distancias en el Sistema Solar en perspectiva. La barra de escala está en unidades astronómicas (UA), con cada distancia establecida más allá de 1 AU representando 10 veces la distancia anterior. Una AU es la distancia desde el Sol a la Tierra, que es de unos 93 millones de millas o 150 millones de kilómetros. Neptuno, el planeta más distante del Sol, está aproximadamente a 30 UA. La Voyager 1 de la NASA, la nave espacial más lejana de la humanidad, está  alrededor de 125 UA.  Más información.
Crédito de la imagen: NASA / JPL-Caltech.

El siguiente artículo lo aborda y contiene además una selección de recursos (artículos, libros, documentales, y charlas públicas) sobre ellas.

El Punto Azul Pálido

La icónica fotografía del «punto azul pálido» del planeta Tierra. Fue tomada el 14 de Febrero de 1990 por la nave espacial Voyager a una distancia de 6000 millones de kilómetros. Ahora, 30 años después, la Voyager 1 está a casi 14 mil millones de millas (22.4 mil millones de kilómetros) de distancia.
Crédito: NASA / Jet Propulsion Laboratory – Calthec.

En el panteón de los famosos autorretratos, este es menos de un píxel, y somos nosotros.

La fotografía icónica del planeta Tierra desde el espacio distante, el «Punto Azul Pálido», fue tomada el 14 de Febrero de 1990. Fue tomada desde una distancia de 6000 millones de kilómetros, por la nave espacial Voyager 1 mientras se acercaba al extremo más alejado del Sistema Solar. Al fallecido Profesor de Astrofísica de Cornell, Carl Sagan, se le ocurrió la idea de la instantánea y acuñó la frase.

Encendiendo los propulsores después de 37 años de estar inactivos

Si tratas de encender un automóvil que ha estado en un garaje durante décadas,  no esperarías  que el motor responda. Pero, un conjunto de propulsores a bordo de la nave espacial Voyager 1 (Viajero 1) se disparó con éxito. Esto ocurrió el Miércoles 29 de Noviembre de 2017, después de 37 años sin uso .

Curiosidades

¿Cuál es la forma de la burbuja solar?

Un modelo actualizado sugiere que la forma de la burbuja de influencia del Sol, la heliosfera (vista en amarillo), puede ser una forma de croissant desinflado. Ella difiere de la forma de cometa de cola larga sugerida por otra investigación.
Créditos: Opher, et al.

El Sistema Solar están encerrados en una burbuja magnética, tallada en el espacio por el material que fluye constantemente del Sol, el viento solar. Fuera de esta burbuja está el medio interestelar. Es el gas ionizado y el campo magnético que llena el espacio entre los sistemas estelares en nuestra galaxia. Una pregunta que los científicos han intentado responder durante años es sobre la forma de esta burbuja. Ella viaja a través del espacio a medida que nuestro Sol orbita alrededor del centro de nuestra galaxia. Tradicionalmente, los científicos han pensado en la heliosfera teniendo una forma de cometa, con un borde de ataque redondeado, y una cola larga detrás.

La investigación publicada en Nature Astronomy en Marzo y presentada en la portada de la revista en Julio, proporciona una forma alternativa: «el croissant desinflado». Ella carece de la larga cola.

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