¿Sabes cómo se calcula la distancia a las estrellas?

Una noche de verano durante una sesión en el observatorio astronómico Polaris, la monitora estaba explicando que la estrella Arturo se encuentra a 36 años luz y lo que eso significa. Entre el público se encontraban algunas niñas. Una de ellas, que se había despistado un momento, preguntó a su hermana en voz bajita:

– “¿Qué ha dicho, qué ha dicho?, ¿a cuánto está?”, a lo que su hermana, respondió, con esa gracia especial que tienen los andaluces:

– “¿Qué más te dá?, pues mú lejo.” provocando una carcajada de todos los asistentes.

 

 

La abuela de la niña, también entre el público, salió en su defensa y dijo: di que sí hija, haces bien en preguntar, es la forma de aprender, pero también tiene razón tu hermana: ¡qué más nos dá, si todo está muy lejos, nos tenemos que creer lo que nos digan, como en misa…!

Esta anécdota ilustra, eso creo, cómo nos sentimos la mayoría de los terrícolas cuando se habla de las distancias en el universo: entenderlas y creerselo parece a menudo casi una cuestión de fe, como decía la abuela.

“Pon tu dedo aquí y mira mis manos; mete tu mano en la herida de mi costado. Ya no seas incrédulo. ¡Cree!; le dijo Jesús a Tomás, uno de sus discípulos, quien cuando le contaron que había resucitado dijo: “Si no lo veo no lo creo”.

Salvando las distancias,  nunca mejor dicho, el conocimiento de éstas en el universo no es fruto de creencias, especulacion ni  de teorías más o menos peregrinas de cuatro «científicos chiflados». Por el contrario es  el resultado de miles de años de  aplicación del método científico: observación sistemática, medición,  experimentación y  formulación de hipótesis falsables, es decir a las que se ha buscado todos los posibles errores o falsedades y se siguen sosteniendo en el tiempo.

 

 

Las distancias se calculan de muchos modos. Las cosas cercanas se calculan por un método llamado «paralaje»que es el mismo que se usa en Tierra cuando se hace topografía y fue ideado hace 2300 años por el astrónomo y matemático griego Aristarco de Samos . (310 a. C.-c. 230 a. C.) . Se basa en medir el cambio angular de algo respecto de otra cosa más cercana (probad a extender la mano con el pulgar hacia arriba, guiñad un ojo y hacer coincidir el pulgar con un objeto lejano. Luego guiñad el otro, veréis que el objeto se desplaza respecto al pulgar. Hemos cambiado el ángulo de visión. Extendiendo ese ángulo y considerando la distancia entre nuestros ojos podremos saber la distancia al objeto lejano).

El paralaje consiste en que se mide la posición de una estrella “cercana” respecto a sus estrellas vecinas mucho más lejanas cuando se observa desde dos puntos diferentes. Para maximizar el efecto de la paralaje se hacen las observaciones de la posición de la estrella cuando la Tierra ocupa dos posiciones opuestas de su órbita. Midiendo la longitud del arco del cielo entre las dos posiciones medidas así y aplicando un poco de trigonometría se puede calcular la distancia a la estrella cercana. Este método deja de funcionar cuando las estrellas ya no son muy cercanas porque lo que se mueve la posición de la estrella respecto las estrellas del fondo es demasiado poco, casi inapreciable.

 

 

«En primer lugar hay que entender que el concepto «distancia» está ligado al concepto «tiempo» en el Universo, ya que no hablamos de algo estático sobre lo que podamos medir solo distancia, sino de algo en continua expansión. En segundo, lo que podemos usar para medir distancias es la luz, ya que es la que nos transmite información de que algo existe. La luz tiene una velocidad de viaje en el vacío, 300.000 kms cada segundo. Si asumimos un comienzo del Universo en el que todo estaba cercano entre sí y no había luz, y un momento tras eso en el que la luz surge y el Universo comienza a expandirse, entonces podemos decir que algo que está a una distancia también es algo que hace equis años estaba cercano a nosotros (sencillamente dividiendo su distancia por la velocidad de la luz).» explica Guillermo Buenadicha, (Ávila, 1967) ingeniero de telecomunicaciones y coordinador de operaciones científicas de Euclid en ESA/ESAC.

Hasta comienzos del siglo XX el conocimiento del universo era aún muy limitado. Se creía que abarcaba únicamente nuestra galaxia, la Vía Láctea. Se conocía la posición, el movimiento de las estrellas y algunas distancias, pero no su luminosidad, es decir la energía que emiten.  En otras palabras, no se sabía si una estrella se veía muy brillante porque era muy luminosa o por su cercanía.

 

 

El cambio que permitió empezar a medir distancias en el universo lo propició una mujer casi desconocida Henrietta Swam Levitt, una científica que formaba parte de las llamadas “Calculadoras de Harvard”. A Henrietta le asignaron la misión de buscar variables, es decir estrellas de brillo cambiante, que se oscurecen y brillan en intervalos de tiempo regulares. Su trabajo consistía en observarlas, medirlas y anotar sus cambios, de luz y de tamaño a lo largo del tiempo. Analizó 1777 variables y catalogó minuciosamente sus luminosidades y el período de tiempo entre sus brillos mínimos y máximos.  Observando un grupo de 16 estrellas de la constelación de Cefeo, las cefeidas, constató que las  más luminosas tardaban más en cambiar de tamaño, osea,  tenían una mayor luminosidad cuanto más largo era el periodo de tiempo entre sus brillos mínimos y máximos. Si eso era cierto, que lo era,  se podría calcular la energía que las estrellas emitían por unidad de tiempo, la luminosidad verdadera y, al compararla con la luminosidad aparente se obtendría su distancia a la Tierra con gran precisión.

Los patrones observados por Henrietta Swam Levitt permitieron establecer  una regla para  determinar distancias relativas y absolutas entre las estrellas incluso si estas eran muy lejanas, y permitió  empezar a concebir una primera aproximación del tamaño del universo.    Aún hoy en día se sigue empleando su método  para determinar la temperatura y brillo de las estrellas, pues Levitt trabajó también en estándares de refinación para mediciones fotográficas de estrellas llamadas  Velas Estándar que siguen empleándose para calcular distancias  relativas entre las estrellas y otros objetos estelares.

En 1913, el padre del diagrama de clasificación de estrellas por su temperatura, Ejnar  Hertzsprung , midió varias Cefeidas en la Vía Láctea mediante  paralaje y fue capaz de calibrar la relación descubierta por Levit entre periodo de cefeida y luminosidad. Llegó a la conclusión, para asombro de los astrónomos, de que la Pequeña Nube de Magallanes estaba a 30.000 años luz (cada año luz son 9,5 billones de kilómetros).

 

 

Edwin Hubble, en 1923, utilizó también el método de Levitt para estudiar algunos objetos difusos, varias nebulosas espirales muy lejanas, que habían sido observadas y que finalmente resultaron no ser parte de la Vía Láctea como se creía sino otras galaxias lejanas, entre ellas nuestra vecina, la Galaxia de Andrómeda.

Otro método de medición de distancias es el llamado «corrimiento al rojo «de un objeto, que nos dice a qué velocidad se aleja de nosotros. En 1929 Hubble  midió el corrimiento al rojo de galaxias distantes , a partir de las teorías de Leamaitre probando así que el universo estaba en expansión. La misión Euclid, también de la ESA,  pretende medir el corrimiento al rojo de galaxias situadas a diferentes distancias de la Tierra y la relación entre distancia y corrimiento al rojo. Guillermo Buenadicha explica «el corrimiento al rojo» en otro artículo de este blog:   «Cosmología para torpes».

El telescopio espacial James Webb ha descubierto la galaxia más lejana y más antigua al mismo tiempo, es decir, con el mayor corrimiento al rojo que existe. Sabemos hasta dónde de lejos podemos observar el universo, mirar atrás, 300 millones de años después del Big Bang o, si lo ponemos desde ahora, alrededor de 13.800 millones de años.

En la actualidad, una misión  de la Agencia Espacial Europea, (ESA), llamada Gaia, lleva  más de diez años (desde 2013) cartografiando estrellas de la Vía Láctea, remidiendo su posición, composición, color, masa, etc. con una exactitud nunca alcanzada. Hasta el momento Gaia obtenido datos de  1700 millones de estrellas pero queda aún tiempo, (y muchas estrellas), la misión finalizará previsiblemente en 2025 y el objetivo es crear un mapa tridimensional de nuestra galaxia.

 

Nota: La astrofotografía de portada es «Estrellas del Cañizar» de Fr. Fernando Ruiz (Monasterio del Olivar, Teruel).

 

Eva Veneros Hernández de la Torre.

 Barajas. Navarredonda de Gredos, Ávila

  Casa del Altozano. Base de Polaris

Casa rural en Gredos