Toda nuestra comprensión del universo se basa en conocer las distancias a otras galaxias, sin embargo, esta pregunta aparentemente simple resulta ser endiabladamente difícil de responder. La mejor respuesta vino hace más de 100 años de un astrónomo que en su mayoría no era reconocido en su tiempo, y hoy, otro astrónomo ha utilizado los datos de Sloan Digital Sky Survey (SDSS) para hacer esas mediciones de distancia más precisas que nunca.

"Ha sido fascinante trabajar con estrellas de tanta importancia histórica, "dice Kate Hartman, un estudiante de Pomona College que anunció los resultados en la reunión de hoy de la Sociedad Astronómica Estadounidense (AAS) en National Harbor, Maryland. Hartman estudió "Variables cefeidas, "un tipo de estrella que periódicamente pulsa dentro y fuera, variando en brillo en el transcurso de unos días o semanas.

El patrón se notó por primera vez en 1784 en la constelación de Cefeo en el cielo del norte, por lo que estas estrellas se conocieron como "variables cefeidas". Las variables cefeidas pasaron de ser interesantes a completamente indispensables a principios del siglo XX gracias al trabajo de la astrónoma Henrietta Leavitt. Las contribuciones de Leavitt fueron ignoradas en gran medida por una simple razón:ella era una mujer en un momento en que no se tomaba en serio a las mujeres como astrónomas.

De hecho, cuando Leavitt fue contratado por primera vez por el Observatorio de la Universidad de Harvard en 1895, fue contratada como "computadora", un término que significaba algo completamente diferente de lo que significa hoy. En los días anteriores a las computadoras modernas o incluso a las calculadoras de bolsillo, una "computadora" era una persona contratada para realizar cálculos complejos en su mente, asistido solo por lápiz y papel. Aunque el trabajo fue exigente, Los científicos profesionales masculinos de la época no lo tomaron en serio; se lo veía como un trabajo de memoria que no requería inteligencia o perspicacia que cualquier persona pudiera realizar. incluso una mujer.

Entonces, en 1908, cuando Leavitt descubrió una relación entre el brillo (o "luminosidad") de una estrella variable Cefeida y el tiempo que tardó en pasar por un ciclo completo de cambio (su "período"), su trabajo no fue inmediatamente reconocido por su importancia. La comunidad de astronomía, en su mayoría masculina, tardó años en darse cuenta de que esta relación (hoy conocida como "la ley de Leavitt") significa que la medición del período de una variable cefeida da inmediatamente su verdadero brillo y, además, que comparar esto con su brillo aparente da inmediatamente su distancia.

Desafortunadamente, Fue solo después de la muerte de Leavitt por cáncer a los 53 años que los astrónomos se dieron cuenta de que ella había encontrado la clave para desbloquear las distancias a tales estrellas en todas partes, ya sea en nuestra Vía Láctea o en una galaxia en el universo distante.

Usando la relación período-luminosidad que descubrió Leavitt, otros calcularon más tarde las distancias a las variables cefeidas en galaxias fuera de nuestra propia Vía Láctea. Al hacerlo, descubrieron que nuestro universo se está expandiendo, a partir de un solo punto hace más de 14 mil millones de años en el Big Bang, un descubrimiento que nunca hubiera sido posible sin el descubrimiento de la Ley Leavitt.

Más de un siglo después, astrónomos como Hartman continúan con el trabajo de Leavitt. Su anuncio se produjo como resultado de un proyecto de investigación de verano de diez semanas en los Observatorios Carnegie. Hartman trabajó en estrecha colaboración con su asesor de investigación, Rachael Beaton, un becario de Hubble y Carnegie-Princeton ahora basado en la Universidad de Princeton.

La herramienta que Hartman y Beaton están utilizando para mejorar nuestro conocimiento de las variables Cefeidas es el Experimento de Evolución Galáctica Apache Point (APOGEE) de Sloan Digital Sky Survey, que está mapeando sistemáticamente las composiciones químicas y los movimientos de las estrellas en todos los componentes de nuestra galaxia.

Como explica Beaton, "La encuesta APOGEE está optimizada para estudiar lo interesante, viejas estrellas de tipo gigante encontradas en toda nuestra galaxia. Y aunque las variables cefeidas son más jóvenes y más grandes, son similares en temperatura, por lo que son muy adecuados para APOGEE ".

El hecho de que las variables Cefeidas aparezcan en la encuesta APOGEE brinda una gran oportunidad para calibrar la Ley de Leavitt, pero también proporciona un beneficio importante:permite a los astrónomos mapear estrellas jóvenes de la misma manera que mapean estrellas gigantes viejas. El mapeo de estos dos tipos de estrellas juntos permite a los astrónomos conectar estructuras de la galaxia antigua con componentes formados más recientemente. De este modo, Las variables cefeidas pueden ofrecer un conocimiento tremendo de la estructura de nuestra galaxia, pero ese conocimiento conlleva complicaciones.

La misma propiedad de estas estrellas que permitió a Henrietta Leavitt descubrir la Ley de Leavitt, sus predecibles variaciones de brillo, crea desafíos para APOGEE. "Durante un ciclo de pulsaciones de una variable cefeida, las propiedades de la estrella cambian, "dice Beaton." Su temperatura, gravedad superficial, y las propiedades atmosféricas pueden variar mucho en un período de tiempo bastante corto. Entonces, ¿cómo puede APOGEE medirlos correctamente? Pensé que descubrirlo sería un excelente proyecto de investigación de verano ".

La estudiante que asumió el desafío fue Kate Hartman de Pomona College en Claremont, California. Hartman pudo demostrar que es posible obtener medidas consistentes de la composición química de las variables cefeidas, independientemente de cuándo en su ciclo fueron observados por APOGEE.

Hartman explica, "Tuve que mirar múltiples espectros de la misma variable Cefeida y medir la cantidad de diferentes elementos en la estrella. Cuando miramos el espectro de una estrella en todo su ciclo de pulsaciones, no encontramos diferencias significativas en los resultados. Eso significa que estamos obteniendo resultados confiables cada vez que miramos ".

Saber que APOGEE puede medir de manera confiable las variables cefeidas es particularmente importante, Hartman explica, porque es la primera encuesta que ve tantos, tan regularmente y en tantos lugares. Debido a que APOGEE ahora opera simultáneamente con instrumentos gemelos en telescopios en los hemisferios norte y sur, puede ver toda la galaxia, así como nuestros vecinos la Gran y Pequeña Nube de Magallanes. Esto significa que las cefeidas se pueden observar en entornos químicos muy diferentes, utilizando el mismo proceso de análisis de datos e instrumentos en todo momento.

Como resultado de los hallazgos de Hartman, Las observaciones adicionales de APOGEE de las variables cefeidas están ahora bien encaminadas. Jen Sobeck de la Universidad de Washington, Gerente de Proyectos de APOGEE, explica, "la encuesta observará las cefeidas más cercanas y mejor estudiadas con observaciones varias veces al mes, apuntará a las cefeidas en la Nube de Magallanes Grande y Pequeña en enero, y planea eventualmente apuntar a todas las cefeidas en todas las partes del cielo que observamos. Estas observaciones son una adición importante al mapa APOGEE de la galaxia ".

Con distancias directas desde paralaje trigonométrico hasta mil millones de estrellas en nuestra galaxia próximamente de la misión Gaia de la ESA, la espectroscopía APOGEE es la pieza final del rompecabezas para completar el trabajo iniciado por Henrietta Leavitt en 1908 y proporcionar una calibración precisa de la Ley de Leavitt en todas las estrellas variables Cefeidas. Y el próximo Sloan Digital Sky Survey V proporcionará datos aún mejores. Con todas estas nuevas herramientas a su disposición, los astrónomos podrán hacer un seguimiento del trabajo de astrónomos como Leavitt y Hartman durante las generaciones venideras.