La Voyager 1 de la NASA inspecciona el espacio interestelar y los nuevos datos pueden cambiar nuestro concepto del cosmos

Esta ilustración muestra una de las naves espaciales gemelas Voyager de la NASA. Ambas Voyager han entrado en el espacio interestelar o han salido de la heliosfera de nuestro Sol. Crédito: NASA / JPL-Caltech.

En la escasa cantidad de átomos que llena el espacio interestelar, la Voyager 1 ha medido una serie de ondas de larga duración en las que anteriormente solo se detectaban explosiones esporádicas.

Hasta hace poco, todas las naves espaciales de la historia habían realizado sus mediciones dentro de nuestra heliosfera, la burbuja magnética influenciada por nuestro Sol, hasta el 25 de agosto de 2012, cuando la Voyager 1 cruzó el límite de la heliosfera, convirtiéndose en el primer objeto creado por humanos en entrar y medir el espacio interestelar. Ahora, ocho años después, un análisis exahustivota de los datos de la Voyager 1, está generando nuevos conocimientos sobre cómo es esa frontera.

Si nuestra heliosfera fuese un barco que navega por aguas interestelares, la Voyager 1 sería una balsa salvavidas que acaba de caer desde la cubierta, decidida a estudiar las corrientes. Por ahora, las aguas turbulentas detectadas provienen principalmente de la estela de nuestra heliosfera. Pero cuando se vaya alejando, percibirá los movimientos de fuentes más profundas en el cosmos. Progresivamente, la presencia de nuestra heliosfera desaparecerá por completo de sus mediciones.

“Tenemos algunas ideas sobre la distancia a la que necesitará llegar la Voyager para comenzar a navegar en aguas interestelares más puras, por así decirlo”, dijo Stella Ocker, doctoranda en 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, publicado el lunes en Nature Astronomy, informa de lo que podría ser la primera medición continua de la densidad de material en el espacio interestelar. “Esta detección nos ofrece una nueva forma de medir la densidad del espacio interestelar y abre una nueva vía para que exploremos la estructura del medio interestelar muy cercano”, dijo Ocker.

Cuando imaginamos el material entre las estrellas (los astrónomos lo llaman el “medio interestelar”, una sopa de partículas y radiación), suponemos un ambiente tranquilo, silencioso y sereno. Sería un error.

“He usado la frase ‘el medio interestelar inactivo’, pero puedes encontrar muchos lugares que no están particularmente inactivos”, dijo Jim Cordes, 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, ya que el espacio se difumina contra sí mismo y presenta ondulaciones de decenas de años luz de diámetro. Olas más pequeñas (aunque aún así, gigantes) surgen de las explosiones de supernovas, que se extienden a lo largo de miles de millones de kilómetros de cresta a cresta. Las olas más pequeñas suelen ser de nuestro propio Sol, ya que las erupciones solares envían ondas de choque a través del espacio que impregnan los límites de nuestra heliosfera.

Estas olas que chocan revelan pistas sobre la densidad del medio interestelar, un valor que afecta a nuestra comprensión de la forma de nuestra heliosfera, a cómo se forman las estrellas e incluso a nuestra propia ubicación en la galaxia. A medida que estas ondas reverberan a través del espacio, hacen vibrar los electrones de su alrededor, que resuenan a frecuencias características dependiendo de la densidad en la que se encuentren. Cuanto mayor sea el tono de ese timbre, mayor será la densidad de electrones. El Plasma Wave Subsystem de la Voyager 1, que incluye dos antenas que sobresalen 10 metros por detrás de la nave espacial, fue diseñado para detectar ese timbre.

Esta ilustración de la nave espacial Voyager de la NASA muestra las antenas utilizadas por el Plasma Wave Subsystem y otros instrumentos. Crédito: NASA / JPL-Caltech.

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, de octubre a noviembre de 2012 y de abril a mayo de 2013.
Crédito: NASA / JPL-Caltech.

Estos silbidos momentáneos continúan detectándose en intervalos irregulares en los datos de la Voyager hoy en día. Son una forma excelente de estudiar la densidad del medio interestelar, pero se necesita algo de paciencia.

“Solo se han visto una vez al año, por lo que confiar en este tipo de eventos fortuitos significaba que nuestro mapa de la densidad del espacio interestelar sería un poco escaso”, dijo Ocker.

Ocker se propuso encontrar una forma para poder medir la densidad media interestelar y así, llenar los vacíos, 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 único tono”, dijo Ocker. “Y con el tiempo, lo escuchamos cambiar, la forma en que varía la frecuencia nos indica cómo está cambiando la densidad”.

Ocker identifica la nueva señal como una emisión de ondas de plasma que también parecía rastrear la densidad del espacio interestelar. Cuando aparecían picos abruptos en los datos, el tono de la emisión subía y bajaba a su vez. La señal también se asemeja a una observada en la atmósfera superior de la Tierra que sigue la densidad de los electrones en ella.

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

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

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

La nave espacial Voyager fue construida por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, que continúa operando ambas naves. JPL es una división de Caltech en Pasadena. Las misiones Voyager son parte del Observatorio del Sistema de Heliofísica de la NASA, patrocinado por la División de Heliofísica de la Dirección de Misiones Científicas en Washington.

Edición: R. Castro.