Un método más prometedor para medir la gravedad de estrellas distantes

Foto: ESO

Astrónomos de la Universidad de Vanderbilt, en Nashville, Estados Unidos, han encontrado una nueva forma inteligente de desmenuzar la vacilante luz de una estrella distante de una manera que revela la fuerza de la gravedad en su superficie.

Esto es importante porque la gravedad de la superficie de una estrella es una de las propiedades clave que utilizan los expertos utilizan para calcular las propiedades físicas de una estrella y evaluar su estado evolutivo.

La nueva técnica también se puede utilizar para mejorar de manera significativa las estimaciones de los tamaños de los cientos de exoplanetas que se han descubierto en los últimos 20 años. Las estimaciones actuales tienen incertidumbres que van desde el 50 al 200 por ciento y con este nuevo método, que se describe en la edición de este jueves de la revista ‘Nature’, se pueden reducir a la mitad.

“Una vez que sepa la gravedad de la superficie de una estrella, después sólo se necesitará otra medida, su temperatura, algo que es bastante fácil de obtener, para determinar su masa, tamaño y otras propiedades físicas importantes”, señaló el director del a investigación, Keivan Stassun, profesor de Física y Astronomía de Vanderbilt.

Actualmente, los astrónomos disponen de tres métodos tradicionales para estimar la gravedad de la superficie de una estrella: fotométrico, espectroscópico y asterosísmico, pero el nuevo sistema de parpadeo es más simple y más preciso que todos ellos, menos uno, según sus autores.

El método fotométrico consiste en mirar el brillo de una estrella que tiene en diferentes colores, una distribución que está ligada a su gravedad, temperatura y composición química de la superficie. Esta observación es relativamente fácil de hacer y se puede realizar incluso en estrellas bastante débiles, pero no produce una figura muy precisa de gravedad de la superficie, con un intervalo de incertidumbre de entre el 90 y el 150 por ciento.

La técnica espectroscópica es más complicada y se limita a las estrellas relativamente brillantes, pero tiene un margen de incertidumbre inferior, del 25 al 50 por ciento. Consiste en examinar de cerca las bandas espectrales estrechas de la luz emitida por los elementos de la atmósfera de la estrella.

La asterosismología tiene una precisión de unos pocos puntos porcentuales, pero las medidas son aún más difíciles de hacer que con la espectroscopia y se limita a varias cientas de las estrellas más cercanas, las más brillantes. La técnica traza pulsos de sonido que viajan a través del interior de una estrella en frecuencias específicas que están vinculadas a sus gravedades superficiales, de forma que las estrellas pequeñas, como el sol, suenan un tono más alto, mientras que las gigantes, en un tono más bajo.

Al igual que asterosismología, el nuevo método de parpadeo analiza variaciones en el brillo de la estrella, en este caso se pone a cero en las variaciones de las últimas ocho horas o menos. Estas variaciones parecen estar vinculadas a la granulación, la red de células pequeñas que cubren la superficie de una estrella que son causadas ??por columnas de gas que se elevan desde el interior, de forma que en las estrellas con alta gravedad en la superficie, la granulación es más fina y parpadea a una frecuencia más alta, y en las de baja gravedad en la superficie, la granulación es más gruesa y el parpadeo, a una frecuencia más baja.

El nuevo método es muy simple, ya que requiere sólo cinco líneas de código informático para hacer la medición básica, lo que reduce sustancialmente el coste y el esfuerzo necesarios para calcular las densidades superficiales de miles de estrellas. Para determinar la precisión del método de parpadeo, sus autores lo utilizaron para calcular la gravedad en la superficie de las estrellas que han sido analizadas con asterosismología y encontraron que tiene una incertidumbre de menos del 25 por ciento, mejor que los métodos fotométricos y espectroscópicos.

Su principal limitación es que requiere datos de muy alta calidad tomados durante largos periodos de tiempo. Pero éste es precisamente el tipo de observaciones formuladas por el satélite Kepler mientras buscaba caídas periódicas en la luz causada cuando los exoplanetas cruzan la cara de una estrella, por lo que este nuevo sistema, Flicker, se puede aplicar a las decenas de miles de estrellas que ya se están supervisadas por Kepler.

La estudiante de posgrado Fabienne Bastien fue la responsable del descubrimiento de que información valiosa está incrustada en la luz de las estrellas al parpadear. El hallazgo comenzó cuando esta joven estaba “jugando” con los datos de Kepler mediante un software de visualización especial de datos que los astrónomos de Vanderbilt han desarrollado para la investigación de grandes conjuntos de datos, la astronomía multidimensional.

“Estaba analizando varios parámetros en busca de algo que se correlacionara con la fuerza de los campos magnéticos de las estrellas –relata Bastien–. “No lo encontré, pero hallé una interesante correlación entre ciertos patrones de parpadeo y la gravedad estelar”. Cuando Bastien mostró su descubrimiento a Stassun, quedó intrigado, así que realizaron la operación en las curvas de luz de Kepler archivadas de unos pocos cientos de estrellas similares al sol.

 Al trazar la variación global del brillo de las estrellas en contra de su intensidad sin parpadeos, encontraron un patrón interesante: como la edad de las estrellas, su variación global cae gradualmente a un mínimo. Esto se entiende fácilmente debido a que la velocidad a la que una estrella gira disminuye gradualmente con el tiempo.

Cuando las estrellas se acercan a este mínimo, el parpadeo empieza a crecer en complejidad, una característica que los astrónomos han llamado “crujido”. Una vez que alcanzan este punto, al que llaman el suelo de parpadeo, las estrellas parecen mantener este bajo nivel de variabilidad para el resto de su vida, aunque sí parece crecer de nuevo cuando las estrellas se acercan al final de sus vidas como estrellas gigantes rojas.

DEFINIR EL TAMAÑO DE ESTRELLAS Y EXOPLANETAS

“La medición de gravedades superficiales estelares siempre ha sido un aspecto difícil”, añadió Gibor Basri, profesor de Astronomía en la Universidad de California, Berkeley, quien contribuyó al estudio. “Así que es una muy agradable sorpresa encontrar que el sutil parpadeo de la luz de una estrella ofrece una forma relativamente fácil de hacerlo”, destacó este experto.

“En realidad, esto podría ser el avance que hemos necesitado para definir el tamaño de las estrellas y otros cientos de exoplanetas”, agregó María Womack, directora del programa de la Fundación Nacional de Ciencias, que financió la investigación. “Obtener el tamaño exacto es fundamental para medir la densidad de un exoplaneta, una pieza que falta del rompecabezas. Así, además de tener implicaciones para la evolución estelar, esta obra innovadora será de gran valor para la identificación de cientos de exoplanetas, ya sean rocosos o gaseosos”, insistió.

Fuente

Acerca de A. Arrieta

Físico egresado de la Universidad de Córdoba con sede en la Ciudad de Montería. Magister en Física de la Universidad Nacional de Colombia con sede en la ciudad de Medellín. Docente del Instituto Tecnológico Metropolitano (ITM) y docente adscrito a la Secretaría de Educación de Medellín. "Amarrar el conocimiento no te hace más sabio, en cambio compartirlo te hace más útil a la sociedad, trascender y no morir para siempre"
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