Páginas vistas en total

miércoles, 14 de marzo de 2012

#28.- Una historia con protagonista estelar

"M31_V1 es la estrella más importante en la historia de la cosmología".
Dave Soderblom, Space Telescope Science Institute (STScI). Baltimore, Md.
El GCVS (General Catalogue of Variable Stars) contiene 45.678 estrellas variables catalogadas. Qué casualidad. 4,5,6,7,8... ¿no? Viene muy bien para recordar el número, aunque no sé para qué. Hay un catálogo aparte, el Volumen V,  con 10.979 estrellas variables en galaxias distintas de la nuestra, mas 984 supernovas. Fijaos bien, son casi 11.000 y ahora pienso que si los futbolistas del Real Madrid son galácticos, pues las del Volumen V son estrellas de verdad, y además, extra galácticas. A mí me parece un número altísimo teniendo en cuenta que están tan lejos.

Bueno, con tantas variables, alguna debe haber que destaque entre las demás, una que sea notable por algo. Y no me refiero a cosas como ser la primera que se descubrió, la mas brillante, la mas rápida, la que ha sido mas veces o durante mas tiempo observada, ni a otros méritos de los que sirven para los record Guiness. Me refiero a una que se distinga por los servicios prestados. Eso sí que es estar en otra categoría.

El 10 de Julio de 2.010, la American Association of Variable Stars Observers (AAVSO) publicó una alerta solicitando colaboraciones para una nueva campaña de observaciones de la estrella variable cefeida M31_V1, en la galaxia de Andrómeda y con el objetivo de determinar la fase de su curva de luz. Estas observaciones de aficionados de todo el mundo servirían para preparar un programa de observaciones de la misma estrella por el telescopio espacial Hubble en Diciembre de 2.010 y Enero de 2.011.

Y ¿qué tiene esta estrella M31_V1, tan lejos de nuestra galaxia, para que se ocupe de ella nada menos que el telescopio espacial Hubble? Puede que se pregunte usted eso. La respuesta es que esta estrella es una curiosidad histórica que produjo un enorme resultado y una bonita historia que según para quien, supuso un éxito o una decepción. Si quiere, ahora mismo se la cuento.

Vamos a hablar de Hubble, no del telescopio, sino del astrónomo. Y no vamos a hablar de su descubrimiento de la expansión del Universo. Esto fue antes. En 1.929 Edwin Hubble  publicó un trabajo en Astrophysical Journal (vol 69,103) titulado "A Spiral Nebula as a Stellar System, Messier 31". En ese artículo hacía público el descubrimiento de 50 variables en la galaxia de Andrómeda, de las cuales 40 eran cefeidas con un periodo entre 10 y 48 días. También destacaba que en este conjunto la relación periodo-luminosidad era notable. Casi todos ya sabemos qué importancia tuvo eso pero no exactamente cómo empezó todo.

También es conocido que veinte años antes, en 1.908, Henrietta Leavitt era una joven ayudante de investigación en el Harvard College Observatory obsesionada con las estrellas de brillo variable. Después de haber descubierto cientos de ellas, se dio cuenta de que algunas seguían un patrón sorprendente: Cuanto más brillante era la estrella, más tardaba en cambiar su brillo. A la clase de estrellas que se comportan de esa manera se las denomina Cefeidas, por la matriarca del clan, Delta Cephei. Esta estrella, descubierta en 1784 por John Goodricke, fue a la vez la causa de una pulmonía que lo llevó a la muerte en 1786, por pasar las noches observándola en pleno invierno inglés. Así que, cuidadito con pasarse. Las Cefeidas son estrellas pulsantes, que ocupan la banda de inestabilidad en el diagrama H-R, relativamente jóvenes y su variabilidad resulta de los cambios rápidos de tamaño y densidad. Están oscilando radial y periódicamente. Quiero decir, que se inflan y desinflan con mucha regularidad. Van casi como un reloj.


Volviendo a Miss Leavitt, una prueba de su talento es que propuso las estrellas cefeidas como un modo de medir distancias en el universo. Esta idea aún se aplica y proporcionó a Hubble la herramienta que le convirtió en genio reconocido. El procedimiento consiste en medir una cefeida lejana y compararla con otra cercana y de idéntico periodo. Según la teoría de Leavitt, deberían tener la misma luminosidad absoluta, con lo que su brillo aparente permitiría calcular su distancia.

Y para Harlow Shapley, astrónomo entonces en el Observatorio del Monte Wilson donde también estaba Hubble,  "Su descubrimiento de la relación entre el periodo y el brillo está destinado a ser uno de los resultados más significativos de la astronomía estelar". Y se dedicó a estudiar las estrellas cefeidas. Entre otras cosas propuso la teoría de la pulsación para explicar el mecanismo de variabilidad de las cefeidas, que hasta el momento se creía que eran eclipsantes. También publicó la gráfica de luminosidad-periodo:

http://www.aip.org/history/cosmology/ideas/island.htm

Dibujó la gráfica sin calibrar, porque no se conocían distancias a estrellas cefeidas. Eso lo haría Herzprung más tarde. Pero ya estaba disponible la herramienta. Ahora habría que hacer algo con ella. Consiguió determinar la distancia a los cúmulos globulares, y los situó orbitando alrededor del centro de la vía láctea.

En aquellos tiempos, a principios del siglo XX, la galaxia de Andrómeda todavía no era una galaxia, ni siquiera se sabía a qué distancia estaba. El pensamiento común era que estaba dentro de nuestra galaxia. Era un objeto extraño y se le llamaba "nebulosa espiral". Nebuloso como el saber astronómico no hace siquiera un siglo y hay que ver lo que se ha avanzado en los tiempos recientes. Pienso que por cada astrónomo de entonces hoy deben haber muchos, con más conocimientos pero con más preguntas sin responder que los antiguos.

O sea, que algunos astrónomos sostenían que M31 era un objeto de la Vía Láctea, pero había otros que sostenían lo contrario. Harlow Shapley era de los primeros. Heber Curtis era de los que se oponían. Se publicó un trabajo conjunto titulado "La escala del Universo" en el que cada uno defendía su idea y al que se llamó el Gran Debate. Queriendo demostrar que estaba en lo cierto, Shapley determinó el tamaño de la Vía Láctea dándole un diámetro de 300.000 años-luz, valor muy superior al aceptado hasta entonces. También era tres veces mayor que el valor correcto, pero lo importante es que se acercaba mas que nadie hasta entonces a la realidad. M31, decía Shapley, era mucho mas pequeño y debía estar dentro de nuestra galaxia.

Curtis reclamaba que la Vía Láctea era mucho menor y dejaba abierta una posibilidad a que M31 fuese un objeto independiente y lejano.

Con este debate abierto y sin posibilidad de decidir qué alternativa era la correcta, Hubble se propuso determinar la distancia a M31. Hasta entonces se habían observado unas estrellas en la nebulosa, de comportamiento explosivo, conocidas como Novas. Sin embargo la astrofísica de entonces no podía explicar el cambio repentino de brillo de esas estrellas.

© AIP Emilio Segrè Visual Archives

Con el Hooker de 100 pulgadas se puso a tomar placas de la galaxia. Arriba está sentado en ese telescopio. El otro astrónomo es James Jeans. Y ¿qué trabajo les hubiese costado ponerle unas barandillas a la plataforma esa? Más que dos astrónomos famosos parecen dos trapecistas. En fin, una noche, el 5 de Octubre de 1923, había estado fotografiando M31 como normalmente, y en una de las imágenes vio tres estrellas sospechosas  de ser Novas. Escribió una "N" para cada una encima de la placa de vidrio. En su diario de observaciones hay una entrada para la placa 331 (Nova sospechosa) y otro apunte para confirmar lo anterior en la placa 335:

http://www.aip.org/history/cosmology/ideas/island.htm

Más tarde, comparando con fotos anteriores del mismo campo se dio cuenta de que una de ellas no era Nova. Luego comprobó que en realidad era una variable. Esto era importante. Tachó la "N" y al lado escribió: VAR! Había encontrado a V1. Vio que la curva de variación de brillo correspondía a una del tipo de las cefeidas. Y con esto ya tenía indicios para creer que esa estrella podía resolver la cuestión abierta por el Gran Debate.


Después Hubble pasó varios meses fotografiando la zona y descubriendo más Novas y Cefeidas. Llegó a trazar una curva de luz de nuestra protagonista M31_V1, y con estos datos y el resultado de los trabajos de Leavitt y del propio Shapley, determinó que la distancia entre la Tierra y la estrella era del orden de un millón de años-luz. Eso era unas siete veces el radio que Shapley había dado a nuestra galaxia. Con este descubrimiento, Hubble eliminó cualquier duda de que la Galaxia de Andrómeda pudiese ser un objeto embebido en la Vía Láctea.

Hubble envío a Shapley una curva de luz de M31_V1 en una carta:

http://www.aip.org/history/cosmology/ideas/island.htm

Dentro del sobre iba un mazazo para sus teorías y a Shapley la vista de aquello no le pudo quedar ninguna duda de que las pruebas eran contundentes. Él mismo había contribuido a desarrollar los métodos para calcular aquellos resultados. En la foto anterior, en las líneas de abajo está escrito: "Distancia=320.000 parsecs (sujeto a reducción si la estrella se ve mas débil por nebulosidad interestelar)". Se dice que le dijo a un colega: "Esta es la carta que ha destruido mi universo".

Ahora M31 está a 2 millones de años-luz, el doble de lo estimado por Hubble pero lo importante no es eso. También Shapley equivocó su medida del tamaño de la Vía Láctea en un factor de tres, aunque situó correctamente el centro en dirección a la constelación de Sagitario. Fueron los primeros pasos para medir el universo más allá del Sistema Solar. En la resolución de este misterio Edwin Hubble lo logró, Harlow Shapley salió disgustado y V1, la estrella que puso a Hubble en la dirección correcta se convirtió en la estrella mas importante del catálogo de estrellas variables. Y la astronomía dio un paso adelante de esos que hacen historia.

Se había dado el primer paso para medir el tamaño del Universo. Pronto vendrían más, como consecuencia de este. Por supuesto, Hubble todavía no había descubierto la expansión del universo. Pero había afilado las armas para conseguirlo, que eran las mismas que usó para la determinación de la distancia a M31, mas el estudio de los desplazamientos de las líneas espectrales.

Edwin Hubble en 1.951

Casi un siglo después, V1 se ha puesto de nuevo en el objetivo. Los astrónomos del Hubble Heritage Project, del Space Telescope Science Institute con Dave Soderblom a la cabeza, y en colaboración con la AAVSO, han apuntado el telescopio espacial a esa estrella para hacer un tributo al genial Hubble, así como para llevar a cabo un estudio actualizado de la variable.

Pero antes se llevó a cabo la campaña de la AAVSO. Por parte de los aficionados que han contribuido a las medidas, es asombroso que hayan podido estudiar una estrella de magnitud 19.4V, en otra galaxia, con telescopios comerciales para amateur y desde el jardín o la azotea de una casa. Miren un poco mas arriba cómo era el tubo que empleaba Hubble en Mount Wilson si ya no se acuerdan. Y así es como se ve la estrella con el telescopio Isaac Newton de 2,5 metros en una foto de Arne Henden, director de la AAVSO, el fondo es contaminación de la galaxia:


Un grupo de aficionados recogiendo observaciones para el telescopio espacial es una prueba de que las colaboraciones Pro-Am funcionan y sirven para proyectos importantes. Claro que esta solicitud es una de las difíciles y reservadas para solo unos pocos. Siempre hay otras que están mas al alcance de los que no somos galácticos. Con los datos que han aportado los aficionados se ha construido la curva fotométrica de V1 de la que no habían más medidas que las de las placas de Hubble, y se obtiene la que se ve a continuación. Las observaciones del telescopio espacial son las cuatro últimas.


Se han publicado los resultados de la campaña de observación en un artículo titulado Modern observations of Hubble´s firt-discovered Cepheid in M31, y comparando con los datos del pasado siglo se podrá sacar información acerca de cambios en el periodo. Y ahora una imagen de lo que ve el telescopio espacial Hubble. Es una animación, así que debe verse cambiando de brillo, si no, pinchando encima a lo mejor funciona:


Una idea de la potencia de ese telescopio nos la da el hecho de que la imagen de arriba corresponde a un campo de 5 segundos de arco tan solo. En otra imagen del Hubble es posible ver la estrella variando en su ambiente, en un campo más amplio. Trate de encontrarla ahí. Bueno, mejor no lo intente y vaya derecho hacia la izquierda y abajo, encima de un cumulito azul y debajo de una estrella brillante que hay mas arriba. Mas o menos a la mitad entre las dos.

Por tanto esa atención del telescopio espacial es un homenaje bien importante a los logros de su tocayo, pero cuidado, no es solo un homenaje. Como dice Max Mutchler, miembro del Hubble Heritage team, del STSc, "este proyecto es un recordatorio de que las estrellas cefeidas continúan siendo importantes. Y los astrónomos continúan haciendo uso de ellas para medir distancias a galaxias mucho mas lejanas que Andrómeda. Están en el primer tramo de la escalera de distancias cósmicas".


Continúa diciendo el Sr. Mutchler, "El telescopio espacial ve en ese campo muchas mas estrellas y mucho más débiles que las que vio Edwin Hubble, y muchas de ellas tienen algún tipo de variabilidad. Su parpadeo hace que la galaxia parezca que está viva. Las estrellas parecen granos de arena, y muchas de ellas nunca habían sido vistas antes".


Para el telescopio en órbita esas cuatro observaciones han debido ser una cosa muy simple. Pero para quien conociendo la historia anterior, recibe las imágenes y se dedica a analizarlas seguro que es de lo mas emocionante. Para mí lo hubiera sido, y aunque tarde, como no me había enterado de este proyecto hasta ahora, no me he resistido a contarlo aquí. La carta de Hubble a Shapley, el papel de Henrietta Leavitt, la campaña de observación de los aficionados, el empleo del telescopio espacial, todo eso es interesante pero no debemos olvidar a quien ha tenido el papel estelar en este asunto. Por ahí andará, y no lo sabe. La estrella de esta historia, usted ya la conoce, se llama M31_V1.

.

4 comentarios:

  1. Muchas gracias por tan excelente entrada, Carlos. Has contado de manera magistral una de las épocas más interesantes de la Astronomía que siempre emociona y es conveniente recordar.

    Espectacular la imagen de campo amplio del Hubble, qué bien se ve nuestra variable gracias a tus indicaciones :-)

    ResponderEliminar
    Respuestas
    1. Gracias Rafael, me da alegría verte por aquí y leer el comentario que dejas. Viniendo de tí se siente uno estupendamente.

      Un fuerte abrazo.

      Eliminar
  2. ¡¡Qué buena historia!! ¡¡Y qué bien contada!! Muchas gracias por este regalo, la historia de la Astronomía es apasionante y este pasaje tan crucial en la historia de la astrofísica y la cosmología es realmente interesante.

    Precisamente no hace mucho me leí un libro sobre Leavitt y el Gran Debate. Muy recomendable: http://www.agapea.com/libros/Antes-de-Hubble-Miss-Leavitt-9788495348319-i.htm

    La imagen del Hubble... apabullante.

    Abrazos.

    ResponderEliminar
  3. Hola Juan Luis, veo que ya estabas en el tema, es mucho más conocido lo que vino después. Como con Rafa, es fantástico recibir estos comentarios de vosotros. Viniendo de vosotros y viendo que os habeis entretenido con ella, no sabes lo que me alegro de haber puesto esta entrada.

    Un abrazo.

    ResponderEliminar