Nueva evidencia de que nuestro vecindario en el espacio está lleno de hidrógeno.

Solo las dos naves espaciales Voyager han estado allí, y se necesitaron más de 30 años de viajes supersónicos. Se encuentra mucho más allá de la órbita de Plutón, a través del cinturón rocoso de Kuiper y cuatro veces esa distancia. Este reino, marcado solo por un límite magnético invisible, es donde termina el espacio dominado por el Sol: los confines más cercanos del espacio interestelar.

En esta tierra estelar de nadie, las partículas y la luz vertidas por los 100.000 millones de estrellas de nuestra galaxia se mezclan con los restos antiguos del Big Bang. Esta mezcla, el material entre las estrellas, se conoce como medio interestelar. Su contenido registra el pasado lejano de nuestro Sistema Solar y puede predecir indicios de su futuro.

Las mediciones de la nave espacial New Horizons de la NASA están revisando nuestras estimaciones de una propiedad clave del medio interestelar: su grosor. Los hallazgos publicados en el Astrophysical Journal comparten nuevas observaciones de que el medio interestelar local contiene aproximadamente un 40% más de átomos de hidrógeno de lo que sugirieron algunos estudios anteriores. Los resultados unifican una serie de medidas dispares y arrojan nueva luz sobre nuestro vecindario en el espacio.

Caminando a través de la niebla interestelar

Así como la Tierra se mueve alrededor del Sol, todo nuestro Sistema Solar atraviesa la Vía Láctea a velocidades que superan los 80.000 kilómetros por hora. Mientras navegamos a través de una niebla de partículas interestelares, estamos protegidos por la burbuja magnética alrededor de nuestro Sol conocida como heliosfera. Muchos gases interestelares fluyen alrededor de esta burbuja, pero no todos.

Animación de la heliosfera.
Créditos: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA / Laboratorio de imágenes conceptuales / Walt Feimer
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Nuestra heliosfera repele las partículas cargadas, que son guiadas por campos magnéticos. Pero más de la mitad de los gases interestelares locales son neutros, lo que significa que tienen un número equilibrado de protones y electrones. A medida que nos adentramos en ellos, los neutrales interestelares se filtran y agregan volumen al viento solar.

“Es como si estuvieras corriendo a través de una niebla espesa, recogiendo agua”, dijo Eric Christian, físico espacial del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, MD. “Mientras corres, te empapas la ropa y eso te hace más lento”.

Poco después de que esos átomos interestelares se desplacen hacia nuestra heliosfera, son atacados por la luz solar y golpeados por partículas de viento solar. Muchos pierden sus electrones en el tumulto, convirtiéndose en “iones captadores” cargados positivamente. Esta nueva población de partículas, aunque modificada, lleva consigo secretos de la niebla más allá.

“No tenemos observaciones directas de átomos interestelares de New Horizons, pero podemos observar estos iones de captación”, dijo Pawel Swaczyna, investigador postdoctoral en la Universidad de Princeton y autor principal del estudio. “Están despojados de un electrón, pero sabemos que llegaron a nosotros como átomos neutrales desde fuera de la heliosfera”.

La nave espacial New Horizons de la NASA, lanzada en enero de 2006, es la más adecuada para medirlos. Ahora, cinco años después de su encuentro con Plutón, donde capturó las primeras imágenes de cerca del planeta enano, se aventura a través del cinturón de Kuiper en el borde de nuestro Sistema Solar, donde los iones captadores son los más frescos. El viento solar alrededor de Plutón de la nave espacial, o el instrumento SWAP, puede detectar estos iones captadores, distinguiéndolos del viento solar normal por su energía mucho más alta.

Vista global en color mejorada de Plutón, tomada cuando la nave espacial New Horizons de la NASA estaba a 450.000 kilómetros de distancia.
Créditos: NASA / JHUAPL / SwRI.

La cantidad de iones captadores que detecta New Horizons revela el grosor de la niebla que atravesamos. Así como un corredor se moja más corriendo a través de una niebla más espesa, cuantos más iones captadores observe New Horizons, más densa debe ser la niebla interestelar en el exterior.

Medidas divergentes

Swaczyna usó las mediciones de SWAP para derivar la densidad del hidrógeno neutro en el choque de terminación, donde el viento solar choca contra el medio interestelar y se ralentiza abruptamente. Después de meses de cuidadosos controles y pruebas, el número que encontraron fue de 0,127 partículas por centímetro cúbico, o aproximadamente 120 átomos de hidrógeno en un espacio del tamaño de un litro de leche.

Este resultado confirmó un estudio de 2001 que utilizó la Voyager 2, a unos 6,5 mil millones de kilómetros de distancia, para medir cuánto se había desacelerado el viento solar cuando llegó a la nave espacial. La desaceleración, en gran parte debido a la intervención de partículas de medio interestelar, sugirió una densidad de hidrógeno interestelar coincidente, aproximadamente 120 átomos de hidrógeno en un espacio del tamaño de un litro.

Pero los estudios más recientes convergieron en torno a un número diferente. Los científicos que utilizaron datos de la misión Ulysses de la NASA, desde una distancia ligeramente más cercana al Sol que Júpiter, midieron los iones de recogida y estimaron una densidad de aproximadamente 85 átomos de hidrógeno en un cuarto de espacio. Unos años más tarde, un estudio diferente que combinaba datos de Ulysses y Voyager encontró un resultado similar.

“Sabes, si descubres algo diferente al trabajo anterior, la tendencia natural es comenzar a buscar tus errores”, dijo Swaczyna.

Pero después de investigar un poco, el nuevo número comenzó a parecer el correcto. Las medidas de New Horizons se ajustan mejor a las observaciones basadas en estrellas lejanas.

Las mediciones de Ulysses, por otro lado, tenían un inconveniente: se hicieron mucho más cerca del Sol, donde los iones de captación son más raros y las mediciones más inciertas.

“Las observaciones de los iones captadores de la heliosfera interna pasan por miles de millones de millas de filtrado”, dijo Christian. “Estar la mayor parte del camino, donde está New Horizons, hace una gran diferencia”.

En cuanto a los resultados combinados de Ulysses / Voyager, Swaczyna notó que uno de los números en el cálculo estaba desactualizado, un 35% más bajo que el valor de consenso actual. Recalcular con el valor aceptado actualmente les dio una coincidencia aproximada con las mediciones de New Horizons y el estudio de 2001.

“Esta confirmación de nuestro antiguo y casi olvidado resultado es una sorpresa”, dijo Arik Posner, autor del estudio de 2001 en la sede de la NASA en Washington, DC “Pensamos que nuestra metodología bastante simple para medir la desaceleración del viento solar había sido superada por estudios más sofisticados realizados desde entonces, pero no es así “.

Una nueva disposición de la tierra

Pasar de 85 átomos en un litro de leche a 120 puede no parecer mucho. Sin embargo, en una ciencia basada en modelos como la heliofísica, un ajuste a un número afecta a todos los demás.

La nueva estimación puede ayudar a explicar uno de los mayores misterios de la heliofísica de los últimos años. No mucho después de que el Interestelar Boundary Explorer de la NASA o la misión IBEX devolvieran su primer conjunto de datos completo, los científicos notaron una extraña franja de partículas energéticas provenientes del borde delantero de nuestra heliosfera. Lo llamaron el “listón IBEX”.

“La cinta del IBEX fue una gran sorpresa: esta estructura en el borde de nuestro Sistema Solar de 1,5 mil millones de kilómetros de ancho, 15 mil millones de kilómetros de largo, que nadie sabía que estaba allí”, dijo Christian. “Pero incluso mientras desarrollamos los modelos de por qué estaba allí, todos los modelos mostraban que no debería ser tan brillante como es”.
Un mapa en forma de globo muestra la heliosfera, tal como la ve IBEX. Una cinta verde serpentea diagonalmente por el mapa.

La cinta sigue siendo uno de los mayores descubrimientos del IBEX. Se refiere a una vasta franja diagonal de neutrales energéticos, pintados en el frente de la heliosfera.
Créditos: NASA / IBEX.

“La densidad interestelar 40% más alta observada en este estudio es absolutamente crítica”, dijo David McComas, profesor de ciencias astrofísicas en la Universidad de Princeton, investigador principal de la misión IBEX de la NASA y coautor del estudio. “Esto no solo muestra que nuestro Sol está incrustado en una parte mucho más densa del espacio interestelar, sino que también puede explicar un error significativo en los resultados de nuestra simulación en comparación con las observaciones reales del IBEX”.

Sin embargo, sobre todo, el resultado ofrece una imagen mejorada de nuestro vecindario estelar local.

“Es la primera vez que tenemos instrumentos que observan iones captadores tan lejos, y nuestra imagen del medio interestelar local coincide con la de otras observaciones astronómicas”, dijo Swaczyna. “Es una buena señal”.