Un «nuevo» método para medir grandes distancias en el universo

Las estrellas variables son una herramienta fundamental para la astronomía. Y, cuanto más brillantes, mejor.

RS Puppis, una de las estrellas variables Cefeidas más brillantes de la Vía Láctea.
RS Puppis, una de las estrellas variables Cefeidas más brillantes de la Vía Láctea.NASA (Custom credit)

El universo observable es un lugar tan inimaginablemente grande que medir las distancias que nos separan de otros objetos astronómicos supone todo un reto. Pero un estudio reciente ha arrojado luz sobre una posible técnica nueva: usar estrellas masivas cuyo brillo varía.

Trigonometría «a ojo»

Colocad un pulgar frente a vuestra cara y cerrad un ojo. Ahora abridlo y cerrad el ojo contrario. Si lo hacéis, desde cada ojo os parecerá que vuestro dedo tiene una posición diferente respecto a los objetos de fondo. De hecho, nuestros cerebros se fijan en estos cambios de posición aparentes entre la imagen tomada por un ojo y la del otro para estimar la distancia a la que se encuentran las cosas que nos rodean.

Esta misma técnica la usaban (y siguen usando) los astrónomos para calcular la distancia que nos separa de otros cuerpos celestes. Pero, en lugar de usar sus ojos, lo que hacían era observar el cuerpo celeste en cuestión con seis meses de separación, o, lo que es lo mismo, desde dos puntos opuestos de la órbita terrestre. Midiendo cuánto cambiaba la posición del objeto respecto a las estrellas de fondo entre una observación y otra y usando simple geometría, podían calcular la distancia a la que se encontraba. Esta técnica se llama paralaje.

Ahora bien, si, en lugar de nuestro pulgar, volvemos a abrir un ojo y cerrar el otro mientras miramos una montaña lejana, la posición aparente de la montaña no cambiará entre un ojo y otro porque el ángulo que se «desplazará» será inapreciable. Este mismo fenómeno afecta a la paralaje: la mayoría de los cuerpos celestes están tan lejos de nosotros que ni siquiera los 300 millones de kilómetros que separan dos puntos opuestos de la órbita terrestre bastan para producir un cambio apreciable de su posición aparente entre las dos observaciones. Por suerte, existen otros métodos para medir distancias.

Estrellas variables

Las estrellas variables son astros cuya luminosidad cambia de manera regular a lo largo de ciclos que pueden durar desde unas pocas horas y hasta muchos años, dependiendo de cuál sea el mecanismo responsable de la variación de brillo. Lo interesante es que cada uno de estos mecanismos produce unos cambios muy concretos en todas las estrellas que los experimentan.

Por ejemplo, en 1908, la astrónoma Henrietta Swan Leavitt descubrió las variables Cefeidas, un tipo de estrellas que experimentan cambios de brillo y cuyo periodo de pulsación (que oscila entre algunos días y varios meses) está correlacionado con su luminosidad. Dicho de otra manera: si observas en el cielo nocturno dos estrellas variables Cefeidas cuyo brillo oscila al mismo ritmo, significa que las dos son igual de luminosas, incluso aunque una parezca más brillante que la otra desde la Tierra porque se encuentran a distancias distintas.

Por tanto, en cuanto se consiguió medir la distancia a una variable Cefeida lo bastante cercana y deducir su brillo real, de pronto tuvimos en nuestras manos una herramienta que permitía calcular a qué distancia se encontraba cualquier galaxia lejana que contuviera este tipo de estrellas, simplemente observando su brillo y su periodo de pulsación. Pero incluso este método tiene limitaciones.

Variables «ultra-largas»

Las estrellas variables son una herramienta fundamental en astronomía, pero el universo observable es tan grande que, a partir de cierta distancia, su brillo es demasiado débil como para que se pueda observar desde la Tierra. La variable Cefeida más lejana observada hasta ahora está a unos 100 millones de años-luz, en la galaxia NGC 1309.

Sin embargo, un estudio reciente se ha centrado en las estrellas variables que tienen periodos de pulsación de más de 80 días, también llamadas estrellas variables de periodo ultra-largo. Se cree que estos astros son un tipo de Cefeidas de periodo muy largo y presentan la ventaja de que son hasta 4 veces más luminosas que las variables Cefeidas corrientes. Por tanto, si se confirmara que la relación entre el periodo y la luminosidad de estas estrellas variables se sostiene, estos astros se podrían utilizar para determinar distancias tres veces mayores de manera precisa porque su intenso brillo se puede observar desde mucho más lejos.

Pero, además, este tipo de estrellas también permitirían estimar de manera directa la constante de Hubble, sin necesidad de combinar diferentes técnicas que introducen errores en las medidas. La constante de Hubble determina el ritmo al que incrementa la velocidad a la que se alejan de nosotros el resto de las galaxias con la distancia, por lo que permite deducir información sobre cómo estaban distribuidas en el pasado o lo estarán en el futuro. Es decir, que algo tan simple como observar los cambios de brillo periódicos de unas estrellas grandes y lejanas nos ayudará a entender mejor cuál el futuro del universo.

QUE NO TE LA CUELEN:

  • No todas las estrellas aparentemente variables experimentan verdaderos cambios de brillo sobre su superficie. Por ejemplo, el brillo cambiante de una estrella observada desde la Tierra puede ser un resultado de un planeta u otra estrella más débil eclipsándola cada vez que pasa entre nosotros y ella.

REFERENCIAS (MLA):

  • Ilaria Musella et al. ”New insights into the use of Ultra Long Period Cepheids as cosmological standard candles”. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, volumen 501, número 1, pp. 866–874 (2020).