La distancia a las estrellas (III)

Fronteras De las estrellas Artículo 7 de 10

Fuente: Wikimedia Commons

“Un misionero de la Edad Media dice haber encontrado el punto en el que el cielo se encuentra con la tierra”. Esta es la leyenda que acompaña a una de las imágenes más icónicas de la historia de la astronomía. El conocido como grabado Flammarion ilustra un pasaje de L’Atmosphere: Météorologie Populaire, un libro publicado por el astrónomo Camille Flammarion en 1888. En él, el autor describe las concepciones antiguas del mundo, con el cielo apoyado como una tienda de campaña sobre la tierra.

Durante siglos, nuestra visión del cielo nocturno fue muy parecida a esta. Las primeras representaciones del cosmos pintan el firmamento como una bóveda salpicada de luces. Todas las estrellas se sitúan a la misma distancia del observador, las constelaciones son dibujos planos sobre una pared.

Como el protagonista del grabado de Flammarion, con el paso de los siglos los astrónomos fueron asomándose más allá de esa aparente bóveda y empezaron a hacerse preguntas que les permitieron entender la lógica que daba sentido a todos esos dibujos de luz en la noche. Descubrieron que, lejos de formar una bóvida, cada estrella se sitúa a distinta profundidad y desarrollaron métodos para medir distancias cada vez más inimaginables.

Uno de los más antiguos es el método de paralaje. Se trata de un efecto visual que se produce cuando un observador se mueve. Al hacerlo, los objetos más cercanos parecen cambiar de posición en relación con los más distantes. Es un fenómeno especialmente fácil de reproducir, gracias a los dos ojos (dos puntos de observación) de nuestra cara. Basta con que extiendas tu brazo, con el pulgar alzado, y guiñes alternativamente uno de los dos ojos. El desplazamiento aparente del dedo respecto a los objetos del fondo depende de la distancia que lo separe de tus ojos y se puede usar para calcularla de manera precisa. De hecho, esto es lo que hace tu propio cerebro para que tú percibas el espacio en tres dimensiones. La diferencia entre las imágenes obtenidas desde tus dos puntos de observación (los dos ojos) es suficiente para estimar la distancia a la que se sitúan los objetos de manera intuitiva. Otros animales, con los ojos en lados opuestos de la cabeza y dos campos de visión que no se superponen, por tanto, deben utilizar el movimiento de la propia cabeza o el cuerpo para obtener este efecto del paralaje y poder ver en 3D.

Los astrónomos no tienen los ojos lo suficientemente separados como para percibir la profundidad del cielo nocturno. En cambio, aprovechan el movimiento de la propia Tierra para invocar este mismo principio y determinar la distancia a estrellas relativamente cercanas. Al igual que la punta del dedo, las estrellas que están más cerca de la Tierra cambian de posición en relación con las más distantes, que parecen fijas. Es posible medir de manera precisa el ángulo de desplazamiento de estas estrellas a lo largo del año, y así, conociendo cuánto se ha movido la Tierra (el tamaño de su órbita), calcular la distancia de la estrella usando geometría.

En términos astronómicos, el paralaje solo nos permite calcular distancias relativamente cortas. Pero gracias a él, los astrónomos pueden estimar la profundidad de otros objetos más lejanos y calibrar distintas escalas de medición. Este es el caso de las llamadas “candelas estándar”. Se trata de objetos luminosos cuya magnitud absoluta es conocida, como las cefeidas que mencionamos en el capítulo anterior de esta serie. Comparando su verdadero brillo con su magnitud aparente, es posible conocer a qué distancia se sitúan. No obstante, para calibrar esta escala, primero es necesario calcular la distancia a una cefeida cercana y determinar la relación entre su magnitud absoluta y su periodo de pulsación.

Las cefeidas son estrellas especialmente brillantes, por lo que son visibles en galaxias que se encuentran a decenas de millones de años luz de distancia. Para galaxias aún más distantes, los astrónomos confían en otro tipo de estrellas en explosión conocidas como supernovas de tipo A. Al igual que sucede con las cefeidas, la velocidad a la que se iluminan y se desvanecen estas supernovas está relacionada con su magnitud absoluta, que se puede utilizar para calcular su distancia. Pero esta técnica también requiere una buena calibración utilizando paralaje y cefeidas. Sin conocer la distancia precisa a algunas supernovas, no hay forma de determinar su brillo absoluto.

Otro tipo de método útil para calcular distancias tiene que ver con las variaciones en la propia luz de las estrellas que se alejan de nosotros: el desgaste de la botella debido al viaje del que hablábamos en el capítulo anterior. Hoy sabemos que el universo está en expansión y que las galaxias más lejanas se alejan de nosotros a mayor velocidad que las más cercanas. Esta velocidad provoca un fenómeno conocido como “desplazamiento hacia el rojo” (red shift), debido al efecto Doppler. Las longitudes de onda de la radiación electromagnética tienden a alargarse debido a que su fuente se aleja de nosotros. Si conocemos la frecuencia percibida y la frecuencia original, podemos calcular a qué velocidad se aleja su fuente1.

Para objetos celestes del espacio profundo (a partir de 10 megaparsecs, o 32 millones de años luz, que se dice pronto), la ley de Hubble2 afirma que el corrimiento al rojo de la radiación es proporcional a la distancia que nos separa de su fuente. Esta ley se considera la primera base observacional del paradigma de un universo en expansión, una de las evidencias de la teoría del Big Bang. Se diría que los astrónomos se han asomado tanto a través de la cúpula celeste, que han conseguido ver sus orígenes, quizás no su base, pero sí el punto que vio nacer nuestro cielo nocturno.

Referencias:

1P. A. Tipler, G. Mosca. Física para la ciencia y la tecnología. 6ª Edición. 2012.

2 E. Hubble. A Relation between Distance and Radial Velocity among Extra-Galactic Nebulae. 1929.

Para saber más: De la paralaje

Sobre la autora: Almudena M. Castro es pianista, licenciada en bellas artes, graduada en física y divulgadora científica

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