Dos astrónomos, 100 años después, usan estrellas Ceféidas para medir el universo

La herramienta que Hartman y Beaton están usando para mejorar nuestro conocimiento de las variables Ceféidas es el Experimento de Evolución Galáctica Apache Point de Sloan Digital Sky Survey (APOGEE), que está mapeando sistemáticamente las composiciones químicas y los movimientos de estrellas en todos los componentes de nuestra galaxia.

  Por : Dick Bain

Un aplauso para Henrietta Leavitt. Ella está obteniendo el reconocimiento que debería haber obtenido hace 100 años! En la Revelación de Urantia se menciona el valor del uso de estrellas variables Ceféidas para determinar la distancia.

Dice el Libro de Urantia:

(459.4) 41:3.10 En un grupo de estrellas variables, el período de la fluctuación de la luz es directamente dependiente de la luminosidad, y el conocimiento de este hecho permite a los astrónomos utilizar dichos soles como faros universales o puntos de medición precisa para una exploración ulterior de grupos distantes de estrellas. Mediante esta técnica es posible medir las distancias estelares más precisamente, hasta más de un millón de años luz. Mejores métodos de medición del espacio y una técnica telescópica perfeccionada revelarán en el futuro más plenamente las diez grandes divisiones del superuniverso de Orvonton; vosotros reconoceréis por lo menos ocho de estos inmensos sectores como grupos estelares enormes y relativamente simétricos.
(459.3) 41:3.9 Las variables estelares tienen numerosos orígenes. En algunas estrellas dobles, las mareas causadas por las distancias en rápido cambio a medida que los dos cuerpos giran alrededor de sus órbitas también ocasionan fluctuaciones periódicas de la luz. Estas variaciones de la gravedad producen fulgores regulares y recurrentes, del mismo modo que la captación de los meteoros por acrecentamiento de material de energía en la superficie darían como resultado un fulgor de luz comparativamente repentino que velozmente volvería al brillo normal de ese sol. A veces un sol capta una corriente de meteoros en una línea de oposición disminuida a la gravedad, y ocasionalmente los choques producen estallidos estelares, pero la mayoría de dichos fenómenos se debe totalmente a las fluctuaciones internas.

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¿Qué tan lejos está esa galaxia? Toda nuestra comprensión del universo se basa en conocer las distancias a otras galaxias, sin embargo, esta pregunta aparentemente simple resulta ser diabólicamente difícil de responder. La mejor respuesta vino hace más de 100 años de un astrónomo que en su mayoría no era reconocido en su tiempo - y hoy, otro astrónomo ha utilizado los datos de Sloan Digital Sky Survey (SDSS) para hacer esas mediciones de distancia más precisas que nunca.

"Ha sido fascinante trabajar con estrellas tan históricamente significativas", dice Kate Hartman, una estudiante del Pomona College que anunció los resultados en la reunión de la American Astronomical Society (AAS) en National Harbor, Maryland. Hartman estudió "Variables Ceféidas", un tipo de estrella que entra y sale periódicamente, variando en brillo durante el transcurso de unos pocos días o semanas.

El patrón se notó por primera vez en 1784 en la constelación de Cefeo en el cielo norteño, por lo que estas estrellas se conocieron como "Variables Ceféidas". Gracias al trabajo de la astrónoma Henrietta Leavitt, las variables ceféidas pasaron de ser interesantes a totalmente indispensables a principios del siglo XX. Las contribuciones de Leavitt fueron ignoradas en gran medida por una sencilla razón - ella era una mujer en un momento en que las mujeres no eran tomadas en serio como astrónomas.

De hecho, cuando Leavitt fue contratada por primera vez por el Harvard College Observatory en 1895, fue contratada como una "computadora" - un término que significaba algo completamente diferente de lo que significa hoy en día. En los días previos a las computadoras modernas o incluso a las calculadoras de bolsillo, una "computadora" era una persona contratada para realizar cálculos complejos en su mente, asistida sólo por lápiz y papel. Aunque el trabajo era exigente, no fue tomado en serio por los científicos profesionales masculinos de la época - fue visto como un trabajo de memoria que no requería inteligencia o perspicacia que podría ser hecho por cualquiera, incluso una mujer.

Así que en 1908, cuando Leavitt descubrió una relación entre el brillo (o "luminosidad") de una estrella variable de la Ceféida y el tiempo que tardó en pasar por un ciclo completo de cambio (su "período"), su trabajo no fue reconocido inmediatamente por su significado. A la comunidad astronómica mayoritariamente masculina le llevó años darse cuenta de que esta relación (hoy conocida como "la Ley de Leavitt") significa que medir el período de una variable Ceféide inmediatamente da su verdadero brillo - y además, que comparándolo con su aparente brillo inmediatamente da su distancia.

Lamentablemente, fue sólo después de la muerte de Leavitt por cáncer a la edad de 53 años que los astrónomos se dieron cuenta de que ella había encontrado la clave para desbloquear distancias a tales estrellas por todas partes - ya sea en nuestra Vía Láctea o en una galaxia en el Universo distante.

Usando la relación período-luminosidad que descubrió Leavitt, otros más tarde calcularon las distancias a las variables Ceféidas en galaxias fuera de nuestra Vía Láctea. Al hacerlo, descubrieron que nuestro universo se está expandiendo, comenzando desde un solo punto hace más de 14 mil millones de años en el Big Bang - un descubrimiento que nunca hubiera sido posible sin el descubrimiento de la Ley Leavitt.

Más de un siglo después, astrónomos como Hartman continúan con la obra de Leavitt. Su anuncio surgió como resultado de un proyecto de investigación de verano de diez semanas en Carnegie Observatories. Hartman trabajó en estrecha colaboración con su asesor de investigación, Rachael Beaton, un becario del Hubble y Carnegie-Princeton que ahora reside en la Universidad de Princeton.

La herramienta que Hartman y Beaton están usando para mejorar nuestro conocimiento de las variables Ceféidas es el Experimento de Evolución Galáctica Apache Point de Sloan Digital Sky Survey (APOGEE), que está mapeando sistemáticamente las composiciones químicas y los movimientos de estrellas en todos los componentes de nuestra galaxia.

Como explica Beaton,"La encuesta de APOGEE está optimizada para estudiar las viejas y geniales estrellas gigantes que se encuentran en toda nuestra galaxia. Y aunque las variables Ceféidas son más jóvenes y más grandes, son similares en temperatura, por lo que se adaptan bien a APOGEE".

El hecho de que las variables Ceféidas aparezcan en la encuesta de APOGEE proporciona una gran oportunidad para calibrar la Ley Leavitt, pero también proporciona un beneficio importante: permite a los astrónomos mapear las estrellas jóvenes de la misma manera que mapean las viejas estrellas gigantes. El mapeo de estos dos tipos de estrellas permite a los astrónomos conectar estructuras de la galaxia antigua con componentes formados recientemente. De esta manera, las variables Ceféidas pueden ofrecer una visión tremenda de la estructura de nuestra galaxia - pero tal visión viene con complicaciones.

La propiedad misma de estas estrellas que le permitió a Henrietta Leavitt descubrir la Ley Leavitt - sus predecibles variaciones de brillo - crea desafíos para APOGEE.

"Durante un ciclo de pulsaciones de una variable Ceféide, las propiedades de la estrella cambian", dice Beaton.

"Su temperatura, gravedad superficial y propiedades atmosféricas pueden variar enormemente en un tiempo bastante corto. Entonces, ¿cómo puede APOGEE medirlas adecuadamente? Pensé que sería un excelente proyecto de investigación de verano para averiguarlo".

La estudiante de pregrado que aceptó el reto fue Kate Hartman de Pomona College en Claremont, California. Hartman pudo demostrar que es posible obtener mediciones consistentes de la composición química de las variables Ceféidas, independientemente de cuándo en su ciclo fueron observadas por APOGEE.

Hartman explica:"Tuve que mirar múltiples espectros de la misma variable Ceféide y medir la cantidad de diferentes elementos en la estrella. Cuando observamos el espectro de una estrella a lo largo de todo su ciclo de pulsaciones, no encontramos diferencias significativas en los resultados. Eso significa que estamos obteniendo resultados fiables cada vez que miramos".

Sabiendo que APOGEE puede medir las variables Ceféidas de manera confiable es particularmente importante, explica Hartman, porque es la primera encuesta en ver tantas, tan regularmente y en tantos lugares. Debido a que APOGEE ahora opera simultáneamente con instrumentos gemelos en telescopios tanto en el hemisferio norte como en el sur, puede ver toda la Galaxia, así como a nuestros vecinos la Nube de Magallanes Grande y Pequeña. Esto significa que las Ceféidas pueden ser observadas en ambientes químicos muy diferentes, usando el mismo instrumento y proceso de análisis de datos cada vez.

Como resultado de los hallazgos de Hartman, las observaciones adicionales del APOGEE de las variables Ceféidas están ahora muy avanzadas. Jen Sobeck, de la Universidad de Washington, Directora de Proyectos de APOGEE, explica:"la encuesta observará a las Ceféidas más cercanas y bien estudiadas con observaciones varias veces al mes, se dirigirá a las Ceféidas en la Nube Magallánica Grande y Pequeña en enero, y planea eventualmente atacar a todas las Ceféidas en todas las partes del cielo que observamos". Estas observaciones son una importante adición al mapa APOGEE de la galaxia".

Con distancias directas desde los paralajes trigonométricos a mil millones de estrellas en nuestra galaxia que pronto provendrán de la misión ESA Gaia, la espectroscopia APOGEE es la pieza final en el rompecabezas para completar el trabajo iniciado por Henrietta Leavitt en 1908 y proporcionar una calibración precisa de la Ley Leavitt en todas las estrellas variables  Ceféidas. Y el próximo Sloan Digital Sky Survey V proporcionará datos aún mejores. Con todas estas nuevas herramientas a su disposición, los astrónomos podrán hacer un seguimiento del trabajo de astrónomos como Leavitt - y Hartman - para las generaciones venideras.

Fuente: http://www.spacedaily.com/reports/Two_Astronomers_100_Years_Apart_Use_Stars_to_Measure_the_Universe_999.html