Acercaremos el cosmos a los ojos de millones de personas

Astrobloguers

Blog de los aficionados a la Astronomía
Astrobloguers » Distancia sideral

Distancia sideral

El mes pasado os hablaba sobre la magnitud y la distancia de las estrellas. Pues bien, en la entrada de hoy os hablaré de cómo se mide dicha distancia a las estrellas o incluso a otras galaxias. Como ya os imaginaréis no podemos sacar un metro e ir midiendo, de modo que se utilizan sistemas mucho más avanzados y curiosos de medir la distancia que nos separa de dichos cuerpos. Os hablaré de cuatro sistemas diferentes: paralaje, estudio de estrellas Cefeidas, estudio de supernovas Ia y por último el efecto Doppler. Van ordenados de menor a mayor según el cálculo de distancias para los que son utilizados. Comencemos.

Para distancias “cortas” (astronómicamente hablando) tales como distancias a planetas o estrellas cercanas se utiliza la paralaje (sí, aunque suene raro es femenino). Este método ya se conocía desde principios del siglo XIX y consiste en utilizar dos puntos de la órbita de la Tierra alrededor del Sol como si fueran dos ojos. Me explico. Se observa la posición de una estrella por ejemplo en el mes de abril, y posteriormente se observa esa misma estrella en el mes de octubre. Al haber transcurrido 6 meses, la Tierra está situada en puntos opuestos de su órbita alrededor del Sol, lo que permite construir un triángulo entre la estrella y la Tierra que podemos usar para calcular la distancia. La estrella no se ve en el mismo lugar del firmamento ya que no son puntos que estén completamente fijos, sino que se desplazan por la galaxia al igual que lo hace nuestro Sol. Ésto provoca que haya un pequeño ángulo de diferencia que nos sirve para la medición. Así dicho es bastante enrevesado, pero con un dibujo fijo que lo entenderéis mucho mejor:

Paralaje

La p del dibujo es la mitad del ángulo que forma la posición en la que vemos la estrella en abril y en la que la vemos en octubre. Se mide en segundos de arco y se define a partir de una unidad de distancia llamada pársec, que equivale a 206265 UA, o lo que es lo mismo 3,26 años luz. Sabiendo cuánto es un pársec y aplicando simple trigonometría podemos saber fácilmente a qué distancia están los objetos a partir de dos puntos de referencia. Como ya os dije al principio la paralaje es más precisa en distancias “cortas” ya que a grandes distancias la variación en la posición del objeto a medir es demasiado pequeña y es más complicado medir.

Cefeida Eta AquilaeEn el siguiente paso están las Cefeidas. Una estrella cefeida es una estrella variable cuya luminosidad va cambiando con el tiempo de manera regular. Debido a esta variación, aparece una propiedad fundamental en el estudio de las Cefeidas que es su periodo. Éste se mide fácilmente mediante la observación de los máximos en la curva de luz (imagen de la izquierda), y puede ser utilizado para calcular la magnitud absoluta mediante la ley del periodo-luminosidad. Con esta simple relación entre el periodo y la luminosidad podemos calcular la magnitud absoluta; y por tanto podemos hallar la distancia a la que se encuentra sin más que aplicar la relación con la magnitud relativa tal y como vimos en la entrada del mes pasado. Este método es efectivo tan solo para estrellas dentro de nuestra galaxia y galaxias vecinas, pero se consigue gran precisión en el cálculo.

SN 1994aePara estudiar los objetos más allá de nuestra galaxia, es decir otras galaxias o cúmulos de ellas, se utiliza un sistema muy relacionado con las cefeidas pero más preciso: el estudio de las supernovas Ia. Una supernova Ia es un tipo especial de supernova caracterizada por la falta de la línea espectral del Helio y la presencia de la del Silicio. El cálculo de la distancia mediante el estudio de las supernovas tipo Ia es, como ya dije antes, muy parecido al de la Cefeidas. Todas las supernovas Ia conocidas tienen una curva de luz muy similar y con los máximos de emisión con magnitud también muy similar (en la gráfica de la derecha se observa perfectamente la curva de luz característica). Conocido dicho máximo de magnitud absoluta constante podemos acudir de nuevo a la relación con la magnitud relativa y obtener la distancia a la que se encuentran, tal y como hicimos con las Cefeidas. La principal diferencia y ventaja de este estudio frente al anterior es que gracias a la alta luminosidad de las supernovas Ia, se pueden observar fácilmente en cualquier galaxia y puede calcularse la distancia con mayor precisión.

Estas características de periodicidad de las Cefeidas y de luminosidad máxima constante en las curvas de luz de las supernovas Ia nos dan la posibilidad de utilizarlas como medida estándar de distancias, lo que se conoce como candela estándar.

Para terminar, os hablaré del sistema que se utiliza para medir las distancias a galaxias extremadamente lejanas o cúasares. Se trata del efecto Doppler. Este efecto es muy común en la Tierra para las ondas mecánicas, como por ejemplo el sonido. Es el efecto por el cuál escuchas más agudo el sonido de una ambulancia cuando se acerca a ti, y más grave cuando se te aleja. A grandes rasgos, esto se debe a una aglomeración de las ondas sonoras por delante de la ambulancia, provocando así el sonido más agudo (mayor frecuencia); y una disminución de las ondas en la parte de atrás, provocando el sonido grave (menor frecuencia). Sin embargo esto no solo ocurre en la Tierra con el sonido, sino que las ondas electromagnéticas como la luz también sufren el efecto Doppler. Un ejemplo terrestre del uso del efecto Doppler con ondas electromagnéticas es el radar que utiliza la policía para comprobar la velocidad que llevas con tu vehículo.

Si aplicamos esto al espacio, tenemos que observamos unas desviaciones en la longitud de onda de la señal que percibimos del cuerpo que estamos estudiando. Al igual que a la policía le sirve para saber a que velocidad viajas, ésto a los astrónomos y astrofísicos les sirve para saber si dicho cuerpo se está acercando o alejando de nosotros y la velocidad a la que lo hace. Cuando una estrella se acerca a nosotros, vemos como la frecuencia que nos llega es mayor que la emite (al igual que sucede en la ambulancia), y por tanto la longitud de onda es menor que la original. Esto hace que notemos un desplazamiento hacia el azul de la luz que recibimos. El caso contrario es que se aleja de nosotros, y en ese caso notamos que la frecuencia que nos llega es menor que la que emite realmente, por lo que se longitud de onda que vemos es mayor que la original. Esto hace que notemos un desplazamiento hacia el rojo. En el dibujo inferior se entiende mucho mejor.

Corrimiento por efecto Doppler

Ahora os preguntaréis que como se puede saber la velocidad y la distancia a dicha estrella, y la respuesta es muy sencilla. Dependiendo de la variación de la frecuencia se puede saber si la estrella viaja más rápido o más despacio; del mismo modo que el radar sabe si vamos más rápido o más despacio con el coche. Y una vez que conocemos la velocidad, la distancia es muy fácil calcularla gracias a la Ley de Hubble. Esta ley nos dice de forma simplificada que la velocidad es igual a la distancia de la estrella multiplicada por una constante llamada constante de Hubble. Por tanto despejando la distancia ya tenemos lo que buscamos. Este método de medición mediante el efecto Doppler es bastante impreciso, ya que el valor de la constante de Hubble no está perfectamente determinado y además no sabemos si realmente es una constante ya que todo parece indicar que varía en el tiempo. Aún así el efecto Doppler solo funciona para objetos de fuera de nuestra galaxia, lo cual nos limita demasiado.

Como anécdota del efecto Doppler, comentar que los resultados observados al estudiar galaxias lejanas coincide con lo que postula la Teoría del Big Bang: la expansión del universo. Debido a esta expansión acelerada, las galaxias más lejanas deben alejarse más rápido que las más cercanas, y por tanto su corrimiento hacia el rojo debe ser mayor. Efectivamente, este hecho se verifica al estudiar el efecto Doppler que producen estas galaxias lejanas, lo que constituye una buena prueba experimental de la validez de la Teoría del Big Bang.

En resumen. Para objetos cercanos calculamos la distancia a la que se encuentran utilizando la paralaje. Para estrellas alejadas y galaxias vecinas utilizamos el estudio de las Cefeidas. Para galaxias lejanas utilizamos las supernovas Ia. Y para las galaxias extremadamente lejanas y cuásares utilizamos el efecto Doppler. Por orden de precisión en el cálculo tenemos en primer lugar el estudio de las supernovas Ia, en segundo el estudio de las Cefeidas, en tercero la paralaje, y por último tenemos el efecto Doppler como el sistema de medición de distancias menos preciso.

Saludos 😉

Fuente de la curva de luz de la cefeida: Las Doce Mejores estrellas Variables
Fuente de la curva de luz de la supernova: Teacher’s Guide to the Universe by Lindsay M. Clark, MAP Education/Outreach Coordinator

Publicado bajo la categoría Cosmología, General
Etiquetas: , , , , , , ,

Deja un comentario

Arriba | Entradas (RSS) | Comentarios (RSS)