viernes, 8 de marzo de 2013

MEDIR EL UNIVERSO CON MÁS PRECISIÓN



Animación de estrella binaria eclipsante - Crédito: Wikimedia Commons

En la era de la cosmología de precisión, es  esencial para determinar la constante de Hubble con una  precisión del 3% o mejor. En la actualidad su incertidumbre  es dominada por la incertidumbre en la distancia real a La Gran nube de Magallanes [Large Magellanic Cloud – LMC en inglés], que siendo nuestra segunda galaxia más cercana, sirve como una excelente punto de anclaje para la medición de distancias cósmicas; en especial, mediante la observación de los sistemas binarios eclipsantes, los cuales ofrecen una oportunidad única para medir los parámetros estelares, en especial, medir las distancia con precisión y exactitud.
Tras casi una década de meticulosas observaciones, un equipo internacional de astrónomos liderado por Grzegorz Pietrzynski et al., de la Universidad de Concepción, Chile, y Observatorio de la Universidad de Varsovia, Polonia,  ha medido, con una mayor precisión jamás efectuada antes, la distancia que nos separa de nuestra galaxia vecina, La Gran Nube de Magallanes.
Estas nuevas medidas también amplían el conocimiento que teníamos sobre la tasa de expansión del Universo — la constante de Hubble — siendo  un paso crucial hacia delante que nos  hace entender la naturaleza de la misteriosa energía oscura, la cual es responsable que la expansión se esté acelerando.
  
Imagen artística de explicación de las binarias eclipsables. Crédito ESO/L.Calçada

El equipo utilizó telescopios de ESO instalados en Chile en el Observatorio La Silla, además de otros telescopios alrededor del mundo. Estos resultados aparecen en el número del 7 de marzo de 2013 de la revista Nature.
Para conocer con exactitud distancias cada vez más alejadas en el cosmos, los astrónomos sondean la escala del universo midiendo primero la distancia a objetos cercanos, utilizándolos como puntos de referencia (candelas estándar). Las candelas  estándar son objetos de conocido brillo. Observando el brillo de este tipo de objetos los astrónomos puede deducir las distancias — los objetos más alejados parecen más débiles. Ejemplos de estas candelas estándar son las variables Cefeidas  Pero esta cadena solo es tan precisa como lo es su eslabón más débil. Hasta el momento, encontrar una distancia precisa a la Gran Nube de Magallanes [LMC], una de las galaxias más cercanas a la Vía Láctea, ha resultado ser impreciso. Dado que las estrellas en esta galaxia se utilizan para fijar la escala de distancias para galaxias más remotas, las medidas son de crucial importancia. La minuciosa observación de un extraño tipo de estrella doble ha permitido a un equipo de astrónomos deducir un valor mucho más preciso para la distancia a LMC: 163.000 años luz.
Estoy muy emocionado porque los astrónomos han estado intentando durante cien años medir con precisión la distancia a la Gran Nube de Magallanes, y se ha comprobado que esto es extremadamente difícil”, afirma Wolfgang Gieren (Universidad de Concepción, Chile) uno de los investigadores que lidera el equipo. “Ahora hemos resuelto este problema con un resultado demostrable y con una precisión de un 2%”.
La mejora en la medida de la distancia a la Gran Nube de Magallanes también facilita conocer mejor las distancias a muchas estrellas variables Cefeidas. Las variables Cefeidas son estrellas brillantes inestables que pulsan y varían su brillo; hay una relación muy clara entre la velocidad con la que cambian y su brillo. Las Cefeidas que pulsan más rápidamente son más débiles que las que pulsan más lentamente. Esta relación periodo-luminosidad permite que sean utilizadas como candelas estándar de referencia para medir la distancia a galaxias cercanas.


Imagen: Mapa de la Gran Nube de Magallanes (LMC) – Crédito:ESO/R.Gendler

Estas brillantes estrellas pulsantes se utilizan como estrellas de referencia para medir distancias a galaxias más remotas y para determinar la tasa de expansión del universo — la Constante de Hubble. A su vez, son la base para sondear el universo hasta las galaxias más distantes que pueden verse con los actuales telescopios. De manera que una distancia precisa a la Gran Nube de Magallanes reduce inmediatamente la inexactitud en las medidas actuales de distancias cosmológicas.
Los astrónomos obtuvieron la distancia a la Gran Nube de Magallanes observando una extraña pareja de estrellas cercanas, conocidas como binarias eclipsantes .Este trabajo forma parte del Proyecto Araucaria (*) para la mejorar de las medidas de las distancias a galaxias cercanas. Dado que estas estrellas orbitan una alrededor de la otra, pasan la una delante de la otra. Cuando esto ocurre, visto desde la Tierra, el brillo total desciende, tanto cuando una estrella pasa delante de la otra como cuando pasa por detrás (aunque la cantidad es diferente).


Imagen artística de una binaria eclipsable - crédito: ESO/L.Calçada

 Las variaciones exactas de la luz dependen de los tamaños relativos de las estrellas, de sus temperaturas y colores y de los detalles de las órbitas. Haciendo un seguimiento muy preciso de estos cambios en el brillo, y midiendo las velocidades orbitales de las estrella, es posible saber el tamaño de las estrellas, sus masas y otras informaciones sobre sus órbitas. Cuando combinamos esto con medidas minuciosas del brillo total y del color de la estrella; los colores se miden comparando los brillos de las estrellas en diferentes longitudes de onda del infrarrojo cercano, se obtienen distancias notablemente precisas.
Este método ha sido utilizado anteriormente, pero con estrellas calientes. Sin embargo, en este caso deben asumirse ciertas hipótesis y estas distancias no resultan tan precisas como se desearía. Ahora, por primera vez, se han identificado ocho binarias eclipsantes extremadamente raras, en las que ambas estrellas son gigantes rojas frías. Estas estrellas se encontraron buscando entre los 35 millones de estrellas de LMC estudiadas con el proyecto OGLE.
Estas estrellas han sido cuidadosamente estudiadas y resultan en valores de distancias mucho más precisas — hasta alrededor de un 2%.
ESO proporcionó el equipo perfecto de telescopios e instrumentos necesario para las observaciones de este proyecto: HARPS (**) para obtener las velocidades radiales extremadamente precisas de estrella relativamente débiles, y SOFI para las medidas precisas de cuán brillantes son estas estrellas en el rango infrarrojo”, comenta Grzegorz Pietrzyński.
Estamos trabajando para mejorar nuestro método aún más y esperamos tener una distancia a LMC de un 1% dentro de unos pocos años. Esto tiene consecuencias de amplio alcance no solo para la cosmología, sino para numerosos campos de la astrofísica”, concluye Dariusz Graczyk, el segundo líder del equipo.


Crédito del vídeo: ESO/Nick Risinger /R.Gendelr y L. Calçada / Música: movetwo

Esta secuencia de zoom comienza con una amplia visión de los cielos del sur y se va a cercando a una de las galaxias más cercanas de la Vía Lácteala Gran Nube de Magallanes. En esta galaxia se han identificado varias estrellas binarias eclipsantes frías muy raras y débiles. Cuando una de las estrella pasa delante de la otra, dado que se orbitan mutuamente, su brillo combinado, visto desde lejos, disminuye. Estudiando los cambios de la luz y otras propiedades del sistema, los astrónomos pueden medir las distancias a las binarias eclipsantes de un modo muy preciso. Una larga serie de observaciones de estrellas binarias eclipsantes frías, muy raras, ha llevado a la determinación más precisa realizada hasta el momento de la distancia a la Gran Nube de Magallanes, una galaxia vecina a la Vía Láctea, dando un paso crucial en la determinación de distancias en el universo.
La información técnica de la investigación, fue presentado bajo el título “An eclipsing binary distance to the Large Magellanic Cloud accurate to 2 per cent”, en la revista Nature del 07 de marzo de 2013
Información adicional:
(*) El Proyecto Araucaria es una colaboración entre astrónomos de instituciones en Chile, los EE.UU. y Europa. Su objetivo principal es proporcionar una mejor calibración local de la escala de distancias extragalácticas hasta distancias de unos pocos Megaparsecs.

(**) El objetivo principal del  proyecto HARPS-N, es que con este instrumento se descubran y caractericen planetas extrasolares del tamaño de la Tierra. La observación está basada en el principio de la variación de la velocidad radial de una estrella sujeta a las fuerzas gravitacionales de cuerpos en rotación alrededor de ella.
Su nombre es un acrónimo de Buscador de Planetas por Velocidad Radial de Alta Precisión en el Hemisferio Norte [High Accuracy Radial velocity Planet Searcher in the Northem Emisphere] y es un espectrógrafo Échelle de alta precisión instalado en el año 2012 en el Telescopio Nazionale Galileo [TNG] ubicado en el Observatorio del Roque de los Muchachos [La Palma, Islas Canarias]; es gemelo del instrumento HARPS instalado en el Telescopio de 3,6 metros de la ESO en el Observatorio de La Silla, en Chile.

Fuente: ESO Comunicado Científico 1311es / Nature /Proyecto Araucaria