Mientras la Voyager 1 de la NASA estudia el espacio interestelar, sus mediciones de densidad están haciendo olas

En la escasa colección de átomos que llena el espacio interestelar, la Voyager 1 midió una serie de ondas de larga duración donde antes solo detectaba explosiones esporádicas.

Hasta hace poco, todas las naves espaciales de la historia habían tomado todas sus medidas dentro de nuestra heliosfera, la burbuja magnética inflada por nuestro Sol. Pero el 25 de agosto de 2012, NASALa Voyager 1 cambió eso. Cruzando los límites de la heliosfera, se convirtió en el primer objeto creado por el hombre en entrar y medir el espacio interestelar. Ahora, ocho años después del inicio de su viaje interestelar, escuchar atentamente los datos de la Voyager 1 brinda una nueva perspectiva de cómo se ve esta frontera.

Si nuestra heliosfera es un barco que navega por aguas interestelares, la Voyager 1 es una balsa salvavidas que acaba de caer del puente, decidida a observar las corrientes. Por ahora, todas las aguas agitadas que siente provienen principalmente de la estela de nuestra heliosfera. Pero además, sentirá los remolinos provenientes de fuentes más profundas en el cosmos. Eventualmente, la presencia de nuestra heliosfera desaparecerá por completo de sus mediciones.

Este gráfico de octubre de 20218 muestra la posición de las sondas Voyager 1 y Voyager 2 en relación con la heliosfera, una burbuja protectora creada por el Sol que se extiende mucho más allá de la órbita de Plutón. La Voyager 1 pasó a través de la heliopausa, o el borde de la heliosfera, en 2012. La Voyager 2 todavía se encuentra en la heliopausa, o la parte más externa de la heliosfera. (De la NASA La nave espacial Voyager 2 ingresó al espacio interestelar en noviembre de 2018.) Créditos: NASA / JPL-Caltech

«Tenemos algunas ideas sobre qué tan lejos tendrá que llegar la Voyager para comenzar a ver aguas interestelares más puras, por así decirlo», dijo Stella Ocker, estudiante de doctorado en la Universidad de Cornell en Ithaca, Nueva York, y la última miembro de la Voyager. equipo. «Pero no sabemos exactamente cuándo llegaremos a ese punto».

El nuevo estudio de Ocker, publicado el lunes en Astronomía de la naturaleza, informa sobre lo que puede ser la primera medición continua de la densidad 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.

La nave espacial Voyager 1 de la NASA capturó estos sonidos del espacio interestelar. Viajar 1 plasma El instrumento de ondas detectó vibraciones de plasma interestelar denso, o gas ionizado, de octubre a noviembre de 2012 y de abril a mayo de 2013. Crédito: NASA /JPL-Caltech

Cuando imaginamos la sustancia entre las estrellas (los astrónomos lo llaman el «medio interestelar», una sopa que se extiende de partículas y radiación), podríamos reinventar un entorno tranquilo, silencioso y sereno. Sería un error.

«Usé la frase ‘el medio interestelar silencioso’, pero puedes encontrar muchos lugares que no son particularmente silenciosos», dijo Jim Cordes, físico espacial de Cornell y coautor del artículo.

Como el océano, el medio interestelar está lleno de olas turbulentas. Los más grandes provienen de la rotación de nuestra galaxia, ya que el espacio se frota contra sí mismo y crea ondas a decenas de años luz de distancia. Olas más pequeñas (pero aún gigantes) surgen de las explosiones de supernovas, que abarcan miles de millones de millas de pico a pico. Las ondas más pequeñas generalmente se originan en nuestro propio Sol, ya que las erupciones solares envían ondas de choque a través del espacio que impregnan la pared de nuestra heliosfera.

Estas olas rompientes revelan pistas sobre la densidad del medio interestelar, un valor que afecta nuestra comprensión de la forma de nuestra heliosfera, la formación de 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 suenan a frecuencias características dependiendo de su grado de apilamiento. Cuanto mayor sea el tono de este timbre, mayor será la densidad de electrones. El subsistema de ondas de plasma de la Voyager 1, que incluye dos antenas de «orejas de conejo» que sobresalen 30 pies (10 metros) detrás de la nave espacial, fue diseñado para escuchar este tono de llamada.

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. Crédito: NASA / JPL-Caltech

En noviembre de 2012, tres meses después de dejar la heliosfera, la Voyager 1 escuchó por primera vez sonidos interestelares (ver video arriba). Seis meses después, sonó otro «silbido», esta vez más fuerte y aún más alto. El medio interestelar parecía volverse más grueso y más rápido.

Estos silbidos momentáneos continúan a intervalos irregulares en los datos de la Voyager hoy. Es una excelente manera de estudiar la densidad del medio interestelar, pero requiere un poco de paciencia.

«Solo se veían una vez al año, por lo que confiar en este tipo de eventos fortuitos significaba que nuestro mapa de densidad espacial interestelar era bastante escaso», dijo Ocker.

Ocker se propuso encontrar una medida común de la densidad del medio interestelar para llenar los vacíos, una medida que no depende de 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 recuperarse nuevamente a mediados de 2017, justo en el momento de otro silbido.

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

Los eventos de oscilación de plasma débiles pero casi continuos, visibles como una delgada línea roja en este gráfico / tk, conectan eventos más fuertes en los datos del subsistema de ondas de plasma de la Voyager 1. La imagen alterna entre gráficos que muestran solo señales fuertes (fondo azul) y datos filtrados que muestran señales más débiles. Crédito: NASA / JPL-Caltech / Stella Ocker

Ocker llama a la nueva señal una emisión de ondas de plasma, y ​​también parece rastrear la densidad del espacio interestelar. Cuando aparecieron los silbidos agudos en los datos, el tono de la transmisión sube y baja con ellos. La señal también se parece a la que se ve en la atmósfera superior de la Tierra, que se sabe que rastrea la densidad de electrones allí.

“Es realmente emocionante porque podemos muestrear regularmente la densidad en una extensión de espacio muy larga, la extensión de espacio más larga que tenemos hasta ahora”, dijo Ocker. «Esto nos proporciona el mapa más completo de la densidad y el medio interestelar visto 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 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 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 interpretarlo. Mientras tanto, el subsistema de ondas de plasma de la Voyager 1 continúa enviando datos cada vez más lejos de casa, donde cada nuevo descubrimiento tiene el potencial de hacernos reinventar nuestro hogar en el cosmos.

Para obtener más información sobre esta investigación, lea En un vacío del espacio a 14 mil millones de kilómetros de distancia, la Voyager I detecta el «zumbido» de las ondas de plasma.

Referencia: «Ondas de plasma persistentes en el espacio interestelar detectadas por la Voyager 1» por Stella Koch Ocker, James M. Cordes, Shami Chatterjee, Donald A. Gurnett, William S. Kurth y Steven R. Spangler, 10 de mayo de 2021, Astronomía de la naturaleza.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01363-7