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
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).
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.
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 Láctea — la 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
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
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