Un nuevo criterio para medir el universo

Los astrónomos han dependido durante mucho tiempo de las explosiones estelares llamadas supernovas de tipo Ia para medir la escala del cosmos. Una segunda clase de supernovas ahora se puede poner al mismo nivel, proporcionando un control independiente de las medidas que se utilizaron por primera vez hace más de una década para descubrir la expansión acelerada del Universo.

Un número creciente de investigadores está trabajando en la idea de que algunas supernovas de tipo II – las cuales son causadas por el colapso gravitacional de estrellas gigantes con núcleos de hierro – puede tener un papel como indicador de distancias cósmicas. El método podría ser objeto de un uso en estudios de próxima generación – incluyendo el que se realizará sobre energía oscura y que comenzará en el Cerro Tololo en Chile a finales de 2011, y el Gran Telescopio Sinóptico, aún en fase de desarrollo, en Cerro Pachón, también en Chile. Se espera que ambos encuentren decenas de miles de supernovas al año.

“Estamos en una etapa en la que sería estúpido hacer caso omiso de métodos alternativos a los de tipo Ia”, dice Dovi Poznanski, astrofísico de la Universidad de California, Berkeley, que ha analizado resultados de lo que parece ser la promesa de una nuevo modo de medir a escalas cósmicas. Sus hallazgos más recientes se publicaron el 1 de octubre en la revista Astrophysical Journal.

La característica clave de las supernovas de tipo Ia – que resultan de la explosión de estrellas enanas blancas que absorben material de estrellas compañeras – es que sólo se apagan cuando la enana blanca se acerca a una masa crítica, el límite de Chandrasekhar (1,4 veces la masa de nuestro Sol). Esto significa que las supernovas son muy consistentes en su comportamiento. Su brillo intrínseco se puede predecir mediante la observación de cómo su brillo aparente desde la Tierra sube y baja, y se utiliza para calcular  distancias. Al proporcionar una medida de la distancia entre la Tierra y galaxias remotas, de tipo ‘candelas estándar’ las supernovas de tipo Ia sustenta el descubrimiento de la misteriosa energía oscura repulsiva que está impulsando la expansión acelerada del Universo.

Las estimaciones de las distancias de las galaxias usando las supernovas de tipo Ia son precisas con un margen de  error del 7%. Sin embargo, tales medidas también se cree que adolecen de errores sistemáticos,  como la posibilidad de que el tipo de galaxia que contiene la supernova haga varias el brillo, un factor que podría variar con la distancia respecto de la Tierra y que podría sesgar los resultados.

“Siempre es bueno tener más de una forma de medir los efectos físicos importantes como es la expansión cósmica”, dice Robert Kirshner del Instituto Smithsoniano de Astrofísica de Harvard,  que co-descubrió la aceleración de la expansión del Universo en 1998, utilizando mediciones de “candelas estandard” de supernovas de tipo Ia.

La medición de la luminosidad intrínseca de una segunda clase de supernovas, tipo II-P, llamadas así porque su brillo se queda en una meseta más o menos constante (P) alrededor de 90 días antes de caer, es considerablemente más compleja. Pero es posible, gracias a una técnica pionera desarrollada en 2002 por los astrónomos Mario Hamuy, ahora en la Universidad de Chile en Santiago, y Philip Pinto, de la Universidad de Arizona, Tucson. El método fue desarrollado por Poznanski y sus colegas.

“Es poco probable que esta técnica seá capaz de competir con la Ia, pero puede aportar información complementaria cósmica”, dice Adam Burrows, astrofísico de la Universidad de Princeton en Nueva Jersey que ha trabajado en ambos tipos de supernovas.

Para el método de tipo II-P, los astrónomos necesitan un espectro de la supernova alrededor de 50 días después de que explote, y usar el cambio con respecto a un nivel de una línea espectral causado por la absorción de luz por el hierro, para determinar la velocidad a la que la estrella está expulsando parte de su material. La velocidad y la escala de tiempo de 50 días se utilizan para calcular el tamaño de la explosión. En conjunto con las mediciones de temperatura, que revelan el brillo intrínseco de la explosión. Por último, una comparación con el brillo aparente, visto desde la Tierra muestra lo lejos que se haya.

En 2009, Poznanski demostró que una muestra de 17 supernovas de tipo II podría ser usada para predecir las distancias de la Tierra de sus galaxias con un error del 10%; no mucho más que el error de las estimaciones utilizando explosiones de tipo Ia.

Pero los astrónomos están aún muy lejos de ser capaz de verificar la expansión cósmica con las medidas de tipo II. Todas las supernovas en la muestra de Poznanski estaban cerca a la Tierra, y cuando el astrofísico Christopher D’Andrea, de la Universidad de Pennsylvania en Filadelfia y sus colegas trataron de aplicar el método de las supernovas más lejanas – cerca de 1.7 millones de años luz o 530 megaparsecs de la Tierra – su resultados arrojaron un 15% de error. Pero D’Andrea y sus colegas utilizaron los espectros de supernovas recogidos por el Sloan Digital Sky Survey en el Observatorio Apache Point en Nuevo México, que buscó  principalmente supernovas de tipo Ia, y algunos de los espectros se tomaron sólo dos semanas después de la explosión de la supernova. Lo que no puede ser tomado como una estimación precisa de la velocidad de la explosión y por lo tanto del brillo y la distancia.

Poznanski ha revisado los resultados del documento de D’Andrea , y se centra en el hecho de que los investigadores han seleccionado una muestra sesgada de las supernovas, favoreciendo las más brillantes intrínsecamente. Al volver a calibrar las líneas espectrales para calcular la velocidad de estas explosiones de supernovas, el margen de error se redujo hasta el 11%. Dice que la técnica de tipo II sigue funcionando. D’Andrea está de acuerdo con el diagnóstico de Poznanski y asegura que es muy optimista acerca de la técnica. “La lección que aprendí es que tienes que saber lo que estás haciendo antes de empezar el estudio” dice.

Poznanski está trabajando con alrededor de 60 supernovas de tipo II, descubiertas por un estudio del Observatorio de Monte Palomar en California, para obtener el método para trabajar a mayor distancia y que permitirá a los astrónomos sondear aún más atrás en la historia del Universo. “Los resultados de D’Andrea resultados demuestran que necesitamos una mejor muestra y eso es lo que estamos tratando de hacer”, dice.

Autor: Eugenia Samuel Reich

Enlace original: Alternative yardstick to measure the Universe