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 borde magnético invisible, es donde termina el espacio dominado por el Sol: las extensiones más cercanas del espacio interestelar.

En esta tierra estelar de nadie, las partículas y la luz emitidas por los 100 mil millones de estrellas de nuestra galaxia se enfrentan entre sí con los vestigios antiguos del Big Bang. Esta mezcla, la materia entre las estrellas, se conoce como medio interestelar. Su contenido registra el pasado lejano de nuestro sistema solar y puede predecir pistas sobre su futuro.

Las mediciones de la nave espacial New Horizons de la NASA revisan nuestras estimaciones de una propiedad clave del medio interestelar: su espesor. Resultados publicados hoy en el Diario de astrofísica compartir nuevas observaciones de que el medio interestelar local contiene aproximadamente un 40% más átomos de hidrógeno como sugirieron algunos estudios previos. Los resultados unen una serie de medidas dispares y arrojan nueva luz sobre nuestro vecindario en el espacio.

Cruza la niebla interestelar

Al igual que la Tierra se mueve alrededor del Sol, todo nuestro sistema solar viaja a través de la Vía Láctea, a velocidades superiores a 50.000 millas 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. Hay muchos gases interestelares circulando alrededor de esta burbuja, pero no todos.

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 ingresamos, los neutrales interestelares se filtran, agregando 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, tu ropa se empapa y te ralentiza».

Poco después de que estos átomos interestelares se hayan desplazado hacia nuestra heliosfera, son golpeados por la luz solar y golpeados por partículas del viento solar. Muchos pierden sus electrones en el tumulto, convirtiéndose en «iones captadores» cargados positivamente. Esta nueva población de partículas, aunque modificada, lleva consigo los secretos de la niebla más allá.

«No tenemos observaciones directas de átomos interestelares de New Horizons, pero podemos observar estos iones de captura», dijo Pawel Swaczyna, investigador postdoctoral de la Universidad de Princeton y autor principal del estudio. «Están desprovistos de electrones, pero sabemos que llegaron a nosotros como átomos neutros desde fuera de la heliosfera».

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

La cantidad de iones capturados que detecta New Horizons revela el espesor de la niebla que atravesamos. Así como un corredor se vuelve más y más húmedo 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 medidas SWAP para derivar la densidad del hidrógeno neutro durante el choque de terminación, donde el viento solar choca con el medio interestelar y se desacelera bruscamente. 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 4 mil millones de kilómetros de distancia, para medir la desaceleración del viento solar cuando llegaba a la nave espacial. La desaceleración, en gran parte debido a partículas intermedias en el medio interestelar, sugirió una densidad de hidrógeno interestelar correspondiente, alrededor de 120 átomos de hidrógeno en un espacio del tamaño de una cuarta parte.

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

«Sabes, si encuentras 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 mediciones de New Horizons corresponden mejor a observaciones basadas en estrellas distantes. Las medidas de Ulises, por otro lado, tenían una desventaja: se hicieron mucho más cerca del Sol, donde los iones recogidos son más raros y las medidas más inciertas.

«Las observaciones de los iones recogidos por la heliosfera interna pasan por miles de millones de kilómetros de filtrado», dijo Christian. «Estar allí la mayor parte del tiempo, donde está New Horizons, hace una gran diferencia».

Con respecto a los resultados combinados de Ulysses / Voyager, Swaczyna notó que se excedió uno de los números en el cálculo, 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 resultado antiguo, casi olvidado 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 en el viento solar había sido superado por estudios más sofisticados desde entonces, pero este no es el caso. «

Una nueva configuración 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. Poco después de que la misión Interestelar Boundary Explorer o IBEX de la NASA presentara su primer conjunto de datos completo, los científicos notaron una extraña banda de partículas energéticas provenientes del borde frontal de nuestra heliosfera. Lo llamaron la “cinta IBEX”.

“La cinta IBEX fue una gran sorpresa: esta estructura en el borde de nuestra sistema solar mil millones de millas de ancho, 10 mil millones de millas de largo que nadie sabía que estaba allí «, dijo Christian.» Pero incluso cuando desarrollamos los modelos para explicar por qué estaba allí, todos los modelos mostraron que no no debería ser tan brillante como es «.

«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».

Pero, sobre todo, el resultado ofrece una mejor imagen de nuestro barrio estelar local.

«Esta es la primera vez que los instrumentos han observado iones recogidos hasta aquí, y nuestra imagen del medio interestelar local coincide con la de otras observaciones astronómicas», dijo Swaczyna. «Es una buena señal».