Mientras la Voyager 1 de la NASA examina el espacio interestelar, sus mediciones de densidad están creando ondas

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

Hasta hace poco, todas las naves espaciales de la historia habían realizado todas sus mediciones dentro de nuestra heliosfera, la burbuja magnética inflada por nuestro sol. Pero el 25 de agosto de 2012, NASALa Voyager 1 cambió eso. Al cruzar el límite de la heliosfera, se convirtió en el primer objeto creado por humanos en entrar y medir el espacio interestelar. Ahora, ocho años en su viaje interestelar, escuchar atentamente los datos de la Voyager 1 está produciendo nuevos conocimientos sobre cómo se ve esa frontera.

Si nuestra heliosfera es un barco que navega en aguas interestelares, la Voyager 1 es un bote salvavidas que acaba de caer de la cubierta, decidido a buscar las corrientes. Por ahora, cualquier agua agitada que sienta proviene principalmente del rastro de nuestra heliosfera. Pero más lejos, sentirá la confusión 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 cruzó la heliopausa, o el borde de la heliosfera, en 2012. La Voyager 2 todavía se encuentra en la heliosfera, 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 miembro más nuevo de Equipo Voyager. «Pero no estamos seguros de cuándo llegaremos a ese punto».

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 nos abre una nueva forma de explorar la estructura del medio interestelar muy cercano», dijo Ocker.

La nave espacial Voyager 1 de la NASA capturó estos sonidos del espacio interestelar. Voyager 1 plasma El instrumento de ondas 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

Cuando alguien imagina cosas entre las estrellas – los astrónomos lo llaman «medio interestelar», una sopa esparcida con partículas y radiación – uno puede reimaginar un ambiente tranquilo, silencioso y sereno. Sería un error.

«Usé la frase ‘el medio interestelar inactivo’, pero puedes encontrar muchos lugares que no son particularmente inactivos», 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 a medida que el espacio se extiende y crea ondas de decenas de años luz de diámetro. Olas más pequeñas (aunque todavía gigantes) emergen de las explosiones de supernovas, extendiéndose miles de millones de kilómetros de cresta a cresta. Las ondas más pequeñas generalmente provienen de nuestro propio Sol, ya que las erupciones solares envían ondas de choque a través del espacio que impregnan el revestimiento 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, cómo se forman las estrellas e incluso nuestra propia ubicación en la galaxia. A medida que estas ondas reverberan a través del espacio, hacen vibrar los electrones a su alrededor, que resuenan a frecuencias características, dependiendo de cómo se apilen. Cuanto más fuerte sea el tono de ese toque, mayor será la densidad del electrón. El subsistema de ondas de plasma de la Voyager 1, que incluye dos antenas de «orejas de conejo» que se proyectan a 30 pies (10 metros) detrás de la nave espacial, fue diseñado para escuchar ese toque.

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 sonidos interestelares por primera vez (vea el video de arriba). Seis meses después, apareció 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. Son una forma excelente 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 aleatorios significaba que nuestro mapa de densidad espacial interestelar era un poco escaso», dijo Ocker.

Ocker comenzó a encontrar una medida continua de densidad media interestelar para llenar los espacios, una que no dependía de las ondas de choque ocasionales que se propagaban 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, en el momento de otro pitido.

«Es prácticamente un solo tono», dijo Ocker. «Y con el tiempo, escuchamos cambios, pero la forma en que se mueve la frecuencia nos dice cómo está cambiando 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 filtros datos que muestran las señales más débiles. Crédito: NASA / JPL-Caltech / Stella Ocker

Ocker llama a la nueva señal de emisión de ondas de plasma y también parece rastrear la densidad del espacio interestelar. Cuando aparecieron silbidos abruptos 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.

«Esto es realmente emocionante, porque podemos muestrear 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 densidad y 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 densidad de aproximadamente 40 veces. La nave espacial parece estar en un rango de densidad similar, con algunas fluctuaciones, en todo el conjunto de datos que analizaron, que finalizó a principios de 2020.

Ocker y sus colegas están intentando actualmente desarrollar un modelo físico de cómo se produce la emisión de ondas de plasma, que será la 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 reimaginar nuestro hogar en el cosmos.

Para obtener más información sobre esta investigación, lea En el vacío del espacio a 14 mil millones de millas 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