Astronomy & Science

Making the Case for a “Planet Nine”

Sky&Telescope -

Does a massive, extremely distant planet orbit the Sun? A new analysis of distant solar-system orbits argues that it should exist.

It's been almost a century since self-made astronomer Percival Lowell died. He famously predicted the existence of a "Planet X" beyond Neptune, which led to a search effort at Lowell Observatory, which in turn led to the hiring of Clyde Tombaugh, which . . . well, you know the rest of the story.

The view from "Planet Nine"

The hypothesized "Planet Nine" would average about 100 billion km away and take 10,000 to 20,000 years to orbit the Sun.
Caltech / R. Hurt

Now a new, prediction-driven search for a massive, distant planet is under way, spurred by orbital quirks among some of the solar system's most distant objects. That search will be accelerated thanks to a new analysis that provides circumstantial evidence for a yet-to-be-discovered planet. If Konstantin Batygin and Michael Brown (Caltech) are right, this object must have at least 10 times Earth's mass and occupy a highly elongated orbit that averages about 700 astronomical units (100 billion kilometers) from the Sun.

Writing in February's Astronomical Journal, Batygin and Brown describe how Kuiper Belt objects that average at least 150 a.u. from the Sun and never come closer than about 50 a.u. share an interesting dynamical property. They have perihelia, the point of their orbits closest to the Sun, that all cluster near the ecliptic plane — and they're all moving south to north when they pass through perihelion. (For the number-crunchers among you, this orbital parameter is termed argument of perihelion.)

It's more than just a quirk coincidence, and this clustering started to get lots of attention after the discovery of the object 2012 VP113 a few years ago. In announcing their find, Chadwick Trujillo (Gemini Observatory) and Scott Sheppard (Carnegie Institution for Science) noted the perihelic similarity of 2012 VP113, 90377 Sedna, and 10 other bodies. Moreover, these objects orbited in a kind of dynamical "no man's land" that defied easy explanations for how they got there. They conclude that a massive planet, even farther out, could have been responsible. I wrote a long blog about all of this in 2014.

Now Batygin and Brown have taken this idea to the next level. Their analysis shows that many of the objects with clustered perihelia have elliptical orbits oriented the same way in space, angled below the ecliptic plane by about 30°. All told, the orbital similarities have only a 0.007% chance of having occurred by chance. Instead, they invoke a massive hypothetical body, nicknamed "Planet Nine," to impose this order. It would have a perihelion roughly 300 a.u. away and would naturally explain not only the clustered perihelia but also the dynamically puzzling orbits of Sedna and its kin.

"Surely," I can sense you thinking, "such a large object would have been discovered by now." Well, probably not. Most surveys of the Kuiper Belt, like that undertaken by Trujillo and Sheppard, cover only a small part of the sky. And a search for distant planets by the WISE space telescope, which would be sensitive to their heat, would have spotted a "Jupiter" but overlooked a "mini-Neptune."

You can check out the Batygin-Brown paper here, but be forewarned it's dense with higher-order math. You might find the going a little easier by reading Caltech's press release.

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Los residuos nucleares enterrados suponen un riesgo

Ciencia Kanija -

Artículo publicado por Dan Stober el 15 de enero de 2016 en Universidad de Stanford

El material radiactivo procedente de los laboratorios que diseñan las armas nucleares estadounidenses tendrá que enterrarse y mantenerse lejos de los humanos durante, al menos, 10 000 años. Pero tres expertos de la Universidad de Stanford señalan que los análisis de seguridad de este proyecto deben revisarse para reflejar nuevas estrategias que tengan como objetivo aumentar sustancialmente la cantidad de plutonio disponible.

Back to the Future Part 1 - Plutonium Case

Maletín con muestras de plutonio Crédito: Mooshuu

El plan a largo plazo del Departamento de Energía para lidiar con el material contaminado por plutonio y elementos pesados procedentes del programa armamentístico de los Estados Unidos, es enterrar el material en la Planta Piloto de Aislamiento de Residuos (WIPP) al sureste de Nuevo México.

El plan tiene como objetivo salvaguardar el material los próximos 10 000 años. Pero tres expertos en energía nuclear de la Universidad de Stanford señalan en un nuevo artículo en la revista Nature que WIPP no se diseñó para alojar tanto plutonio como el que ahora se plantea que albergue y, de hecho, el lugar ha sido testigo de dos accidentes en los últimos años.

“Estos accidentes durante los primeros 15 años de funcionamiento ilustran el desafío que supone predecir el comportamiento del repositorio durante 10 000 años”, señala Rod Ewing, Catedrático Frank Stanton de Seguridad Nuclear en Stanford y miembro senior del Centro para Seguridad y Cooperación Internacional.

Es más, habrá más plutonio a disposición de WIPP en el futuro, como resultado de los tratados con la antigua Unión Soviética, y actualmente con Rusia, para disminuir el número de armas nucleares desmantelándolas.

Una reciente evaluación de lo que hacer con el plutonio procedente de las armas desmanteladas ha propuesto que el material sea diluido y se ponga a disposición de WIPP. Pero este análisis no incluye una revisión del análisis de seguridad de la zona, escriben Ewing y los dos coautores de Stanford en el Departamento de Ciencias Geológicas, el becario de posdoctorado Cameron Tracy y la estudiante graduada Megan Dustin.

Apelan al Departamento de Energía, que gestiona WIPP, para que revise la evaluación de seguridad del lugar. Debería ponerse un énfasis particular en las estimaciones de la actividad de prospecciones en la Cuenca del Pérmico, muy rica en petróleo, donde se sitúa WIPP, y en los efectos de un incremento tan significativo en el inventario de plutonio en la planta piloto.

“El actual periodo regulatorio de 10 000 años es relativamente corto para la vida media del plutonio-239, de 24 100 años, mucho menos para su producto de desintegración, el uranio-235, que tiene una vida media de 700 millones de años”, escriben los investigadores.

“No podemos asegurar que los futuros habitantes del área tengan siquiera conocimiento de que WIPP esté ahí”, añade. Como resultado, es importante comprender el impacto de futuras perforaciones en el área.

Los residuos se almacenan a más de 650 metros bajo la superficie en cientos de miles de bidones de acero forrados de plástico en habitaciones excavadas a partir de un lecho salino de hace 250 millones de años. El repositorio está a la mitad de su capacidad planificada, y se planea su sellado para el año 2033.

Los investigadores cuestionan las suposiciones usadas en los estudios de seguridad. Por ejemplo, para determinar las posibilidades de una prospección petrolífera en el futuro, el estudio usa una tasa de perforación media de un histórico de 100 años, aunque las prospecciones se han intensificado en las últimas décadas, lo que pone en cuestión esta suposición.

Los expertos de Stanford también sugieren poner más atención en cómo interactúan entre sí los materiales enterrados, particularmente con la salmuera, a lo largo de los siglos. Un único bidón puede contener una variedad de materiales, tales como batas de laboratorio, guantes, e instrumental de laboratorio; dando, de este modo, unas interacciones químicas complejas.

Ewing señala que la complacencia que ha llevado a los accidentes de WIPP puede darse también en los análisis de seguridad. Por tanto, advierten, es importante revisar cuidadosamente los análisis de seguridad cuando se consideren nuevas estrategias para para la eliminación del plutonio.

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How and When to See Five Planets at Once

Sky&Telescope -

Contacts:
Alan M. MacRobert, Senior Editor
617-864-7360 x22151, amacrobert@SkyandTelescope.com

J. Kelly Beatty, Senior Editor
617-864-7360 x22168, kbeatty@SkyandTelescope.com

Note to Editors/Producers: This release is accompanied by publication-quality illustrations; see details below.

During the next two weeks, for the first time in more than a decade, you can see all five naked-eye planets — from Mercury to Saturn — together in the predawn sky. This celestial treat is relatively easy to see with just your eyes; no telescope or optical aid is needed.

Technically, all five planets are in the sky before dawn from January 20th to February 20th. However, because Mercury will be most challenging to see, Sky & Telescope senior editor Alan MacRobert advises, "Look during the last few days of January and first week of February to have your best chance for success."

The optimum time to look is about 45 minutes before sunrise; at earlier times Mercury is too low to be seen easily, and afterward the twilight sky rapidly brightens. Find a location with a clear, unobstructed view toward southeast, in the general direction of sunrise, and locate brilliant Venus fairly low above the horizon. Venus is brighter than any other planet or star — you can't miss it.

To spot Mercury, look to the lower left of Venus by about the width of your clenched fist held at arm's length. Mercury will appear as a distinct star in dawn's twilight. Be sure that no trees or buildings are blocking your view. In late January, Mercury gets slightly brighter and climbs higher (closer to Venus) in the predawn sky each successive morning.

To find the other three planets, sweep your gaze in a long arc to upper right from Venus. First comes Saturn, which is much dimmer than Venus. The bright orange-tinted star Antares shines to the lower right of Saturn. Next, as you face due south, comes slightly brighter Mars. Finally, look well past the bright star Spica to spot very bright Jupiter high in the southwest. The entire arc of five planets stretches more than halfway across the sky (an arc of 110°).

Near the end of January, the waning Moon enters the scene, and its presence can help identify the planets. It is near Jupiter on the mornings of January 27th and 28th, Mars on February 1st, Saturn on February 3rd, Venus on February 5th, and above Mercury on February 6th.

These five planets appear together in the sky two or three times per decade on average, though sometimes one or more of them is too near the Sun to be seen easily. The last instance was before dawn from late December 2004 to early January 2005, when their order in the sky briefly matched their relative order outward from the Sun: Mercury, Venus, Mars, Jupiter, and Saturn. The next occurrences, in mid-August 2016 and mid-July 2020, will be challenging to see because Mercury will be very close to the horizon.

A Plane of Planets

As you sweep your gaze from Mercury toward Jupiter, notice that all these planets line along a single arc across the sky. That's no accident. All of the major planets have orbits in roughly the same plane as Earth's orbit. We see our orbit projected as a line — the ecliptic — across the sky. The Sun always lies on the ecliptic — and our Moon is never far from it either. "It's the superhighway of planetary motion among the stars," notes Sky & Telescope senior editor Kelly Beatty.

However, this predawn grouping of planets is not an "alignment" — they are not lined up outward from the Sun. Instead, they are simply positioned in their orbits such that we see them in one portion of the sky. Here are their distances from Earth as of February 1st (astronomers use the average Earth-Sun distance, called an astronomical unit, as a handy yardstick for intra-solar-system distances:

Mercury 0.89 a.u. 82 million miles Venus 1.35 a.u. 125 million miles Mars 1.37 a.u. 128 million miles Jupiter 4.64 a.u. 431 million miles Saturn 10.51 a.u. 977 million miles

Sky & Telescope is making a publication-quality illustration available to our colleagues in the news media. Permission is granted for one-time, nonexclusive use in print and broadcast media, as long as appropriate credit (as noted in the caption) is included. Web publication must include a link to SkyandTelescope.com.

How to see 5 planets at once

Here's the view 45 minutes before sunrise as plotted for January 25th. With each passing day, Mercury will appear brighter and climb a little higher.
Sky & Telescope diagram

How to see 5 planets at once

Here's the view 45 minutes before sunrise as plotted for February 1st, about when Mercury should be easiest to spot. For several days the waning Moon is marching eastward among the assembled planets.
Sky & Telescope diagram

How to see 5 planets at once

Here's the view 45 minutes before sunrise as plotted for February 1st, about when Mercury should be easiest to spot. Major constellations are also shown. For several days the waning Moon is marching eastward among the assembled planets.
Sky & Telescope diagram

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"Bird's-eye" view of the solar system

This illustration shows the locations of planets throughout the solar system. Circular symbols are plotted for February 1st, and the curved arrows indicate each planet's motion through the month. During February the outer planets don't change position enough to notice at this scale
Sky & Telescope diagram

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Los nudos cuánticos son reales

Ciencia Kanija -

Artículo publicado el 18 de enero de 2016 en la Universidad de Aalto

Se informa de las primeras observaciones experimentales de nudos en materia cuántica en la revista Nature Physics.

Científicos de la Universidad de Aalto, en Finlandia, y del Amherst College, en Estados Unidos, crearon ondas solitarias anudadas, o nudos de solitones, en el campo mecánico cuántico que describe un gas de átomos superfluidos, también conocido como condensado Bose–Einstein.

Visualización de nudos cuánticos

Visualización de nudos cuánticos Crédito: David Hall

En contraposición a las cuerdas anudadas, los nudos cuánticos creados existen en un campo que asume cierta dirección en cada punto del espacio. El campo se segrega en un número infinito de anillos enlazados, cada uno con su propia dirección del campo. La estructura resultante es topológicamente estable, dado que no puede separarse sin romper los anillos. En otras palabras, no se pueden deshacer los nudos dentro del superfluido a menos que se destruya el estado de la materia cuántica.

Para realizar este descubrimiento, expusimos un condensado de rubidio a cambios rápidos de un campo magnético específicamente diseñado, uniendo los nudos en menos de una milésima de segundo. Después de aprender cómo hacer el primer nudo cuántico, mejoramos mucho en esta tarea. Hasta el momento, hemos anudado cientos de tales nudos, señala el Profesor David Hall, del Amherst College.

Los científicos hicieron los nudos compactando la estructura en un condensado a partir de la periferia. Esto requería inicializar el campo cuántico para que apuntase en una dirección concreta, tras lo cual cambiaron rápidamente el campo magnético aplicado para llegar a un punto nulo aislado, en el cual se desvanece el campo magnético, en el centro de la nube. Luego esperaron apenas un milisegundo para que el campo magnético hiciese su magia y atase el nudo.

Observación de nudos cuánticos

Observación de nudos cuánticos Crédito: David Hall

Durante décadas, los físicos han predicho teóricamente que sería posible tener nudos en campos cuánticos, pero nadie había sido capaz de crear uno. Ahora que hemos visto a estas bestias exóticas, estamos realmente entusiasmados por estudiar sus peculiares propiedades. Es significativo señalar que nuestro descubrimiento se conecta con distintos campos de investigación, tales como la cosmología, la energía de fusión, y los ordenadores cuánticos, dice el director del grupo de investigación Mikko Möttönen, de la Universidad de Aalto.

Los nudos han sido usados y apreciados por las civilizaciones humanas desde hace miles de años. Por ejemplo, han permitido grandes expediciones marinas e inspirado intrincados diseños y patrones. La antigua civilización Inca usó un sistema de nudos conocido como quipu para almacenar información. En la era moderna, se cree que los nudos han desempeñado un papel importante en las bases de la naturaleza de la mecánica cuántica, aunque, hasta el momento, no se habían observado en la dinámica cuántica.

En la vida cotidiana, los nudos normalmente se atan en cuerdas con dos extremos. Sin embargo, este tipo de nudos no son lo que un matemático llamaría topológicamente estables, dado que pueden deshacerse sin cortar la cuerda. En los nudos estables, los extremos de las cuerdas están pegados entre sí. Tales nudos pueden cambiar de posición dentro de la cuerda, pero no pueden deshacerse sin unas tijeras.

Matemáticamente hablando, los nudos cuánticos creados hacen realidad un mapa conocido como fibración de Hopf, descubierto por Heinz Hopf en 1931. La fibración de Hopf aún se estudia ampliamente en física y matemáticas. Ahora se ha demostrado experimentalmente por primera vez en un campo cuántico.

Éste es el principio de la historia de los nudos cuánticos. Sería maravilloso ver nudos cuánticos aún más sofisticados, como aquellos con núcleos anudados. También sería importante crear estos nudos en condiciones donde el estado de la materia cuántica fuese inherentemente estable. Tal sistema permitiría estudios detallados de la estabilidad del propio nudo, señala Mikko Möttönen.

Referencias

D. S. Hall, M. W. Ray, K. Tiurev, E. Ruokokoski, A. H. Gheorghe, and M. Möttönen

“Tying Quantum Knots”

Nature Physics, DOI: 10.1038/NPHYS3624

Link: http://dx.doi.org/10.1038/nphys3624

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Tonight’s Easy Aldebaran Occultation

Sky&Telescope -

North Americans have front-row seats when the Moon covers up the brightest star in Taurus.

On the evening of January 19th, observers all across North America can witness the Moon covering, and then uncovering, the 1st-magnitude star Aldebaran (Alpha Tauri). It happens in the evening. High in the sky. On the Moon's dark limb rather than the bright limb. For almost all of the U.S. and Canada. What's not to like?

This is another in a series of 49 monthly Aldebaran crossings that will continue through September 2018. But most of them don't happen for wherever you are, and nearly half of those that do occur in daylight (though don't let that stop you; Aldebaran is bright enough to glimmer through a clear blue sky in a telescope, as occurred last October 2nd).

The Moon on the evening of the 19th will be waxing gibbous. A waxing Moon leads with its dark edge as it moves along its orbit against the starry background. So Aldebaran will disappear on a dark background away from the dazzling glare of the sunlit lunar surface.

When to view Aldebaran's disappearance

For this map and the one below, note your location, then interpolate between the red lines to find the Universal Time of Aldebaran's disappearance or reappearance. (Remember, 2:00 UT is 9:00 p.m. January 19th EST, or 6:00 p.m. PST.)
S&T: Tony Flanders

With the Moon 82% illuminated, its night portion will probably be too weakly Earthlit to show in a scope. So you'll have to keep a steady watch as Aldebaran's time draws near to catch it the moment it vanishes. Its reappearance on the bright limb will be less obvious, but still easy to see if you're watching.

You can estimate when the star will disappear and reappear for your location using Sky &Telescope's Aldebaran occultation charts, shown at right (click on each for a larger view).

Or you can refer to these detailed timetables for many locations. (Note that this link provides three separate tables: for the disappearance, the reappearance, and the locations of cities).

When to view Aldebaran' sreappearance

During tonight's cover-up, the Moon and Aldebaran will both be high in the sky for most North American observers.
S&T: Tony Flanders

The occultation's southern limit — the graze line where the star skims the Moon's southern limb — runs from south Georgia near the Gulf Coast and across South Texas. Along this line you might see the star wink out and back more than once as it skims behind lunar hills and valleys along the southern limb.

Aldebaran has a large apparent disk as stars go, 21 milliarcseconds wide. That's as big as a pea seen from just 15 miles (25 km) away. So you might see Aldebaran fading and reappearing not quite instantaneously if the Moon's edge skims it at a low angle from your location. A grazing occultation is the only way an amateur can "resolve" the face of a star other than the Sun. A nearby orange or red giant like Aldebaran offers your best chance.

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Una segunda inflación explicaría el exceso de materia oscura

Ciencia Kanija -

Artículo publicado el 14 de enero de 2016 en BNL News

Los físicos sugieren que un segundo periodo inflacionario en los momentos posteriores al Big Bang podría explicar la abundancia de la misteriosa materia.

La cosmología estándar – es decir, la Teoría del Big Bang con su periodo inicial de crecimiento exponencial, conocido como inflación — es el modelo científico predominante para nuestro universo, en el cual todo el espacio y el tiempo se hinchó a partir de un punto muy denso y caliente para formar una vastedad homogénea en eterna expansión. ¿Pero qué sucedería si no todo se debiera a la inflación?

Big Bang

Big Bang

Una nueva teoría desarrollada por físicos del Brookhaven National Laboratory, el Fermi National Accelerator Laboratory, y la Universidad Stony Brook, que se publica en línea el 18 de enero en Physical Review Letters, sugiere un periodo inflacionario secundario más corto que podría explicar la cantidad de materia oscura que se estima que existe en todo el cosmos.

“En general, una teoría fundamental de la naturaleza puede explicar ciertos fenómenos, pero puede que no siempre termine arrojando la cantidad adecuada de materia oscura”, señala Hooman Davoudiasl, director del grupo en el Grupo Teórico de Altas Energías en el Brookhaven National Laboratory y uno de los autores del artículo. “Si terminas con muy poca cantidad, se puede sugerir otra fuente, pero tener demasiada es un problema”.

Medir la cantidad de materia oscura del universo no es una tarea sencilla. Después de todo es oscura, por lo que no interacciona de ninguna forma significativa con la materia común. No obstante, los efectos gravitatorios de la materia oscura dan a los científicos una buena idea sobre cuánta puede haber ahí fuera. Las mejores estimaciones indican que forma aproximadamente un cuarto del total de masa-energía del universo, mientras que la materia común – la que forma las estrellas, los planetas, y a nosotros – apenas suma un 5 por ciento. La materia oscura es la forma predominante de sustancia en el universo, lo que lleva a los físicos a pensar teorías y experimentos para explorar sus propiedades y comprender cómo se originó.

Algunas teorías que explican de forma elegante algunas rarezas de la física – por ejemplo, la desorbitada debilidad de la gravedad en comparación con las otras interacciones fundamentales, tales como la electromagnética, la nuclear fuerte, y la nuclear débil — no puede aceptarse totalmente debido a que predicen más materia oscura de lo que puede derivarse a partir de las observaciones empíricas.

Esta nueva teoría resuelve dicho problema. Davoudiasl y sus colegas añaden un paso a los acontecimientos comúnmente aceptados en el origen del espacio y el tiempo.

En la cosmología estándar, la expansión exponencial del universo, conocida como inflación cósmica, empezó, tal vez, a los 10-35 segundos después del inicio del tiempo. Esta expansión explosiva de todo el espacio duró apenas una fracción de segundo, llevando finalmente a un universo caliente, seguido por un periodo de enfriamiento que ha continuado hasta la fecha. Luego, cuando el universo apenas tenía segundos o minutos de antigüedad – es decir, ya estaba lo bastante frío – empezó la formación de elementos ligeros. Entre estos dos hitos, pudo haber otro periodo inflacionario, señala Davoudiasl.

“No habría sido tan grande ni violento como el inicial, pero podría explicar una disminución de la materia oscura”, apunta.

Al principio, cuando las temperaturas superaban los miles de millones de grados en un volumen relativamente pequeño de espacio, las partículas de materia oscura podían impactar entre sí y aniquilarse en el contacto, transfiriendo su energía a los constituyentes estándar de la materia — partículas como electrones y quarks. Pero conforme seguía expandiéndose y enfriándose el universo, las partículas de materia oscura se encontraban con menos asiduidad, y la tasa de aniquilación no se mantendría con el ritmo de expansión.

“En este punto, la abundancia de materia oscura está ya definida”, comenta Davoudiasl. “Recuerda, la materia oscura interactúa muy débilmente, por lo que no se puede mantener una tasa de aniquilación significativa a temperaturas más bajas. La auto-aniquilación de materia oscura se hace ineficiente muy pronto, y la cantidad de partículas de materia oscura queda fija”.

Sin embargo, cuanto más débiles son las interacciones de materia oscura, es decir, menos eficiente es la aniquilación, mayor es la abundancia final de partículas de materia oscura que encontraríamos. Dado que los experimentos establecen unas restricciones cada vez mayores a la fuerza de las interacciones de la materia oscura, existen algunas teorías actuales que terminan sobrestimando la cantidad de materia oscura del universo. Para alinear estas teorías con las observaciones, Davoudiasl y sus colegas sugieren que tuvo lugar otro periodo inflacionario, disparado por las interacciones en un “sector oculto” de la física. Este segundo y más suave periodo de inflación, caracterizado por un rápido incremento de volumen, disminuiría la abundancia de partículas primordiales, dejando potencialmente al universo con la densidad de materia oscura que vemos hoy.

“Definitivamente no es una cosmología estándar, pero tienes que aceptar que el universo puede no estar regido por la forma estándar en que pensamos”, explica. “Pero nosotros no necesitamos construir nada complejo. Demostramos cómo un simple modelo puede lograr esta pequeña cantidad de inflación requerida en los inicios del universo, y explicar la cantidad de materia oscura que creemos que hay ahí fuera”.

Demostrar esta teoría es otra cuestión totalmente distinta. Davoudiasl dice que puede haber una forma de buscar, al menos, las interacciones más débiles entre el sector oculto y la materia común.

“Si tuvo lugar el periodo inflacionario, podría caracterizarse mediante las energías dentro del ámbito de los experimentos de aceleradores como el RHIC y el LHC”, señala. Sólo el tiempo dirá si las señales de un sector oculto se muestran en las colisiones de estos proyectos, o en otras instalaciones experimentales.

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Get Up Early, See Five Planets at Once!

Sky&Telescope -

Over the next two weeks, for the first time in more than a decade, you can see all of the naked-eye planets — from Mercury to Saturn — together in the predawn sky.

If you follow celestial comings and goings at all, you know that bright planets have been largely missing from the evening sky for a few months. Sure, with careful watching you could have spotted Saturn low in the southwest as late as November, and Mercury put in a brief appearance a few weeks ago.

But really all the action has been in the sky before sunrise. Anchored by bright Venus and Jupiter, joined by Mars and Saturn, this planetary fab four has been dominating skywatchers' attention for months. (Did you catch last October's triple play involving Venus, Jupiter, and Mars?)

The show far from over. In fact, during the next two weeks you'll have a good chance to view five planets at once. It's a real visual treat, so don't pass up the chance to see it.

Let's set the stage. You'll need to be outside about 45 minutes before sunrise. This time of year, if you work or go to school, you're usually already up by then — maybe even well positioned to scan the predawn eastern horizon as you commute to work or head off to school.

5 planets (Stellarium view)

Get up before dawn between January 22 and February 10th to glimpse all five naked-eye planets at once. This view is plotted as they'll appear 45 minutes before sunrise on January 22nd. In the days thereafter, Mercury will climb higher (closer to Venus) and get brighter — making it easier to spot.
Source: Stellarium

Venus is obvious as it lingers above the southeastern horizon. It's actually in decline, not nearly as high up as you saw it toward the end of 2015. But Venus has no equal for brightness among the night's planets and stars. Way over to the right, on the southwestern side of the sky, is Jupiter. In between are four bright beacons: not far from Venus are Saturn and, below it, the star Antares. Shift your gaze farther right to sweep up Mars, then the star Spica, and finally Jupiter.

The fifth planet is Mercury, which was spotable low in the southwest after sunset just two weeks ago. But it's been racing rapidly from evening to morning visibility. (The fleetest of planets can do that, since it circles the Sun in just 88 days.) Your first good chance to spot Mercury before dawn comes later this week. By Friday, the 22nd, find a clear view toward southeast and look 5° above the horizon. That's about the width of your three middle fingers held together at arm's length. It's along a diagonal from Saturn through Venus, about as far from Venus as Saturn is. Day by day, Mercury will appear a little higher up and a little brighter. By month's end, it'll be easy to spot.

A Plane of Planets

As you sweep your gaze from Mercury toward Jupiter, an arc of roughly 110°, notice that all these planets line along a single arc across the sky. That's no accident. All of the major planets lie very near the plane of Earth's orbit, which projects as a line — the ecliptic — across the sky. By defniition, the Sun always lies on the ecliptic — and our Moon is never far from it either. It's the superhighway of planetary motion among the stars.

As you're gazing at all these planets, think about their varied distances from us? Astronomers use the average Earth-Sun distance, called an astronomical unit, as a handy yardstick for intra-solar-system distances. Of the five planets you're seeing, right now Mercury is closest (about 0.8 a.u.), followed by Venus (1.3), Mars (1.4), Jupiter (4.7) and Saturn (10.6). The reflected sunlight you see coming from mercury took a brief 6½ minutes to reach Earth, where that from Saturn took just under 1½ hours to get here.

But don't let the vastness of interplanetary space keep you from enjoying for the simple visual beauty that awaits you before dawn. We haven't had this opportunity since this time 11 years ago. Back then their order in the sky matched their relative order outward from the Sun. This time, Mars and Saturn apparently didn't get the memo, but we'll happily overlook that, right?

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Seeing Shadows of Ancient Galaxies

Sky&Telescope -

A new technique lets astronomers measure nearly invisible clouds of hydrogen gas from across the universe.

An artist's impression of a damped-lyman alpha system

An artist’s impression depicts how astronomers can now measure the size of gas clouds with a background galaxy (wider red cone) as opposed to a background quasar (narrow blue-white beam).
Adrian Malec (Swinburne University) / Marie Martig (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg)

Most of the universe is hidden from view. The world’s best telescopes can’t pick up rocky asteroids that orbit the far reaches of the solar system, exoplanets that circle distant stars, or galaxies that formed in the early universe. Instead, science is often done in silhouette. Astronomers spot such evasive objects only by the shadow they cast when they pass, by chance, in front of a more distant light source.

A new study improves upon that method, bringing to light so-called damped lyman-alpha systems, giant clouds made mostly of hydrogen gas in the early universe. Jeff Cooke (Swinburne Institute of Technology, Australia) and John O’Meara (Saint Michael’s College) announced at the American Astronomical Society meeting in Kissimmee, Florida, that they’ve found one of these clouds that spans three times the width of the Milky Way.

Because neutral hydrogen emits no radiation, damped lyman-alpha systems are notoriously difficult to detect directly. Instead, astronomers use a simple trick: they catch the clouds’ shadows. The flood of light from distant quasars — a class of intensely bright galactic cores with supermassive black holes that are gobbling down gas and dust — casts a spotlight on otherwise invisible gas. Any intervening hydrogen atoms absorb a specific wavelength of the quasar’s light, leaving a dark absorption line in the spectrum that reaches Earth.

The shape and depth of that absorption line reveals some information about the intervening cloud. Astronomers now know, for example, that a similar total amount of hydrogen gas exists in these early clouds as in the interstellar medium of most galaxies today. As such, they’re a good proxy for the star-forming regions within galaxies in the early universe. Detailed measurements of these clouds could therefore shed light on how galaxies form and evolve.

How Big Are They?

To date, astronomers have used absorption lines within quasars’ light to study thousands of damped lyman-alpha systems. But there’s one big disadvantage. Because quasars themselves are very small objects, only a few light-years across, astronomers can only probe a tiny portion of these systems. Cooke compared this problem to illuminating a massive college campus with just the tip of a laser pointer. You’ll likely only spot a blade of grass or a sliver of a cement rooftop.

“For 40 years we've been using this technique to understand gas in early galaxies, but we've been missing out on two really important, fundamental pieces of information,” says O’Meara: the clouds’ sizes and masses. “That's kind of embarrassing.” As such, astronomers are unaware if these systems are just small clouds within a galaxy or massive clouds within the intergalactic medium that are ready to form a galaxy.

So Cooke (pronounced like the treat) and O’Meara decided to look for background galaxies instead. A larger background light source will illuminate far more — if not all — of an intervening cloud and reveal unprecedented detail. Distant galaxies are usually too faint to use as spotlights, but the technique becomes feasible with larger telescopes coming online in the near future.

Cartoon - Damped Lyman-alpha Systems

This simple cartoon shows what astronomers see when they probe damped lyman-alpha systems using quasars (panels a and c) and galaxies (panels b and d). The cloud's size can be found only when using background galaxies.
Jeff Cooke

Shadow of an Ancient Galaxy

As a proof of concept Cooke and O’Meara looked for damped lyman-alpha systems in the signatures of 54 bright galaxies using the Keck Observatory’s twin 10-meter telescopes and the Very Large Telescope’s four 8.2-meter dishes. One galaxy, known as VVDS 910298177 (located at a time when the universe was only 3 billion years old), clearly showed a damped lyman-alpha system. The absorption line drops all the way to zero all the way across the background galaxy, which means that the gigantic cloud in front of it must cover the whole thing. That makes the cloud at least three times the size of the Milky Way — much larger than astronomers could have guessed given a background quasar.

“So what we've done is increased our ability of understanding the size of things by about a factor of a hundred million, which is really kind of cool,” says O’Meara.

The finding might help solve the puzzle of where these early clouds reside. "The damped lyman-alpha systems we've found appear to be essentially 'stand alone' clouds in the intergalactic medium," says Cooke. They are so large that they "will likely form full mature galaxies like the present-day spiral galaxies like the Milky Way."

Dawn Erb (University of Wisconsin Milwaukee), who was not involved in the study, thinks the method will be a useful complement to the work she does. Erb studies galaxies at similar cosmological distances, but she does so by looking at their emitted light, rather than their absorbed light. By looking at these galaxies in both emission and absorption, she says, astronomers can gain a far better understanding of their overall morphologies.

The new technique holds a lot of promise in the era of 30-meter telescopes. “These monster-machines that are getting built are going to be able to use this technique by the thousands,” says O’Meara. And they’ll do so much more in 18 hours than Cooke and O’Meara were able to accomplish on the Very Large Telescope. There are far more galaxies than quasars in the first place, so soon enough astronomers will be able to “map out a three-dimensional tomography of all of the gas in the universe,” says Cooke.

Reference:

Jeff Cooke and John O’Meara “A New Constraint on the Physical Nature of Damped Lyman Alpha Systems.”Astrophysical Journal Letters, 2015 October 15.

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La habitabilidad de otros mundos

Ciencia Kanija -

Artículo publicado el 14 de enero de 2016 en el Instituto Max Planck

Nuevos métodos permiten unas medidas precisas de la gravedad de las estrellas y el tamaño de los exoplanetas.

Cuánto pesamos en un planeta es algo que depende de su gravedad de superficie. La gravedad es un parámetro importante también para las estrellas, y cambia drásticamente a lo largo de la vida de una estrella, proporcionando información sobre su edad y etapa en la evolución estelar. Dado que las estrellas en el cielo nocturno aparecen sólo como pequeños puntos de luz, este valor es muy difícil de medir. Un equipo de científicos del Instituto Max Planck para Investigación en el Sistema Solar, en Göttingen, la Universidad de Viena, y Canadá, Francia y Australia, han desarrollado ahora un nuevo método que puede usarse para determinar la gravedad en la superficie de estrellas lejanas, de una precisión con un bajo porcentaje de error. También permite una mejor determinación del tamaño y la habitabilidad de los exoplanetas.

Exoplaneta circumbinario

Exoplaneta circumbinario Crédito: CfA

En los últimos años, los astrónomos han descubierto miles de planetas alrededor de estrellas lejanas (exoplanetas), la mayor parte de los mismos usando el método de tránsito. Este método implica una búsqueda de variaciones en el brillo de la estrella, que tienen lugar cuando los planetas pasan frente a su estrella madre, bloqueando parte de la luz estelar. El tamaño del planeta puede deducirse a partir de la curva de luz – pero siempre sólo en relación al tamaño de su estrella.

Para calcular si un planeta recién descubierto es similar a la Tierra, o si es un gigante gaseoso como Júpiter, por ejemplo, los investigadores deben tener información precisa sobre las propiedades de la estrella. El tamaño de la estrella y, en última instancia, del planeta, también pueden deducirse a partir de la fuerza gravitatoria.

Hasta ahora, las medidas exactas sobre la gravedad eran posibles sólo para un pequeño número de estrellas relativamente brillantes. Tal como informan los astrónomos en la revista Science Advances, el nuevo método les permite determinar la gravedad de superficie de las estrellas que son mucho más tenues con una precisión casi constante.

El método usa variaciones mínimas del brillo en la luz estelar. Aunque el brillo de las estrellas en el cielo nocturno parece constante a primera vista, está sujeto a variaciones medibles: oscilaciones acústicas en el interior de una estrella cambian la cantidad de luz irradiada, como también los movimientos de convección – burbujas de gas caliente que suben y luego bajan al enfriarse.

Ambos fenómenos se ven influidos directamente por la gravedad de superficie de la estrella. Pueden, por tanto, usarse para medir la gravedad, la cual se deduce de la masa y el radio de la estrella.

El autor principal, Thomas Kallinger de la Universidad de Viena, explica que no es necesario mirar en el espacio para observar estos fenómenos. Simplemente mirando lo que sucede en nuestra cocina podemos verlo: “Si calentamos agua en una olla, sube desde el fondo hacia la superficie, donde el calor transportado se transfiere al aire. El líquido se hunde de nuevo, y el ciclo se inicia de nuevo”.

Esta circulación transporta energía y es lo que se conoce como convección. También tiene lugar en las capas bajo la superficie solar, entre otros sitios, y de forma similar en la mayor parte de las estrellas de nuestra galaxia.

Para poder investigar las oscilaciones acústicas y los movimientos de convección de una estrella, se determina su brillo en intervalos cortos a lo largo de un gran periodo de tiempo. El valor del brillo medido – dibujado en una gráfica como una función del tiempo – genera la curva de luz.

El método más preciso disponible para medir la gravedad de una estrella está en el análisis minucioso de las oscilaciones estelares y, por tanto, de la curva de la luz. Sin embargo, este método puede usarse sólo para aquellas estrellas cuyas oscilaciones sobresalen claramente del ruido de fondo. Pero normalmente este caso sólo se da con estrellas brillantes que son, relativamente, muy pocas.

Más habitual es el caso en que los astrónomos tienen que lidiar con estrellas que no tienen el brillo suficiente para que sus oscilaciones puedan estudiarse en detalle. Sus curvas de luz son mucho más ruidosas, dado que la proporción de señal a ruido depende del brillo de la estrella, entre otras cosas. Cuanto más tenue es la estrella, más débil es la señal que llega al detector, y más difícil es procesarla. Para curvas de luz con tanto ruido, las frecuencias individuales no pueden extraerse y no se puede aplicar el método clásico.

El nuevo método, que los investigadores llaman Autocorrelation Function Timescale TechniqueTimescale Technique para abreviar, ahora permite a los investigadores determinar un valor preciso para la gravedad de estrellas débiles con curvas de luz con mucho ruido.

Los astrónomos filtran las curvas de luz para eliminar las señales de periodo largo – las cuales se originan a partir del campo magnético de la estrella, por ejemplo, y no se ven afectadas directamente por la gravedad de superficie. La escala de tiempo normal es la señal provocada por la convección y los pulsos, que pueden determinarse a partir de la curva de luz filtrada.

Esto se hace con la ayuda de lo que se conoce como filtro de paso alto, que tamiza las señales de periodo largo en los datos. La frecuencia de filtrado debe seleccionarse de tal forma que la señal que quiere medirse no se vea también filtrada; la intención es eliminar todas las señales periódicas que no se correlacionan con la gravedad, es decir, señales que surgen a partir de la rotación estelar, por ejemplo.

La precisión del método está alrededor del 4 por ciento. El único método hasta la fecha que puede aplicarse a estrellas tenues sólo proporciona una precisión de alrededor del 25 por ciento, por contra.

Los investigadores ven una enorme cantidad de posibles aplicaciones para su método. El telescopio espacial Kepler, por ejemplo, actualmente usa el método de tránsito para buscar exoplanetas, generando cientos de miles de curvas de luz extremadamente precisas durante el proceso. Futuras misiones, tales como PLATOTESS, también usarán este método.

En el proceso, se observarán millones de estrellas, cuyas etapas de evolución y tamaños de planetas podrían investigarse usando este nuevo método.

“El método nos proporciona valores precisos para parámetros estelares que necesitamos para determinar la estructura y edad de la estrellas”, dice el coautor Saskia Hekker del Instituto Max Planck para Investigación en el Sistema Solar, en Göttingen. Y también apunta que: “Los resultados para estrellas individuales también serán muy útiles para darnos una mejor comprensión de nuestra Vía Láctea”.

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