La medida más precisa del Universo

Impresión artística de una binaria eclipsante. Crédito: ESO/L. Calçada

Tras casi una década de meticulosas observaciones, un equipo internacional de astrónomos ha medido, con mayor precisión que nunca, la distancia a nuestra galaxia vecina, la Gran Nube de Magallanes. Estas nuevas medidas también amplían nuestro conocimiento sobre la tasa de expansión del Universo — la constante de Hubble — y es un paso adelante crucial para entender la naturaleza de la misteriosa energía oscura que hace que la expansión se esté acelerando. El equipo utiliza telescopios instalados en el Observatorio La Silla de ESO, en Chile, 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) [1]. 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 (Large Magellanic Cloud, 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 nos facilita conocer mejor distancias a muchas estrellas variables Cefeidas [2]. 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, esta es la base para sondear el universo hasta las galaxias más distantes que pueden verse con los telescopios actuales. 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 [3]. 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) [4].

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 [5] 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 [6]. 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”, añade Grzegorz Pietrzyński (Universidad de Concepción, Chile, y Observatorio de la Universidad de Varsovia, Polonia), autor que lidera el nuevo artículo de Nature.

“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 autor del nuevo artículo de Nature.

Notas

[1] 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 [2] y las supernovas Tipo Ia. La gran dificultad es calibrar la escala de distancias encontrando ejemplos relativamente cercanos de este tipo de objetos en donde puedan determinarse las distancias por otros medios.

[2] Las variables Cefeidas son estrellas brillantes inestables que pulsan y varían su brillo. Pero 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.

[3] Este trabajo forma parte del Proyecto Araucaria para la mejora de las medidas de las distancias a galaxias cercanas.

[4] 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.

[5] Los colores se miden comparando los brillos de las estrellas en diferentes longitudes de onda del infrarrojo cercano.

[6] Estas estrellas se encontraron buscando entre los 35 millones de estrellas de LMC estudiadas con el proyecto OGLE.

Enlaces

• Artículo científico en Nature
• Fotos de HARPS/3,6m
• Fotos de NTT
• Fotos tomadas utilizando SOFI