¿Cinco mil millones de años luz son muchos o pocos?

No se que tiene el mes de mayo para que me líe tanto. Os ahorro el bla bla bla pero, entre otras cosas, he descuidado el blog. Cap problema! pondré remedio este fin de semana, a ver si me salen un par de entradas chulas.

Una noticia de ciencia ha destacado en los medios esta semana. El telescopio espacial Hubble (un telescopio enorme que está en órbita, donde la atmósfera no interfiere en sus extraordinarias imágenes de altísima calidad) ha captado lo que se considera la primera prueba de la existencia de la materia oscura. Se trata de un fantasmal anillo de materia oscura alrededor de un cúmulo de galaxias- llamado ZwCI0024+1652- distante unos 5.000 millones de años luz (Podéis ver la noticia completa en Astroseti. Es tan interesante que dedicaré a ella la próxima entrada).

El fantasmal anillo de materia oscura alrededor del cúmulo de galaxias

Aparte de la materia oscura, hay otra cosa que llama la atención en la noticia: la distancia a la que se haya el cúmulo de galaxias, 5.000 millones de años luz.


¿Cinco mil millones de años luz son muchos o pocos? (ja ja). Bueno, vamos a verlo.

Un año luz es una forma de medir enormes distancias. Para nuestra vida diaria nos basta medir las cosas en centímetros, metros o kilómetros según sea la cosa a medir. Si es pequeña como un lápiz usamos los centímetros (¿se os ocurren otras cosas del tamaño de un lápiz que se midan en centímetros? ja ja). Si es mediana como un coche preferimos usar el metro. Y si se trata de medir cosas grandes, como las caravanas de coches en hora punta a la entrada de Barcelona, pues el kilómetro.

El kilómetro es una unidad muy versátil. Se puede aplicar a la distancia que podemos recorrer en un paseo (4 kilómetros) o a la distancia entre nosotros y la Luna (378.000 kilómetros). Pero cuando empezamos a medir distancias mayores se hace algo engorrosa aunque sigue siendo útil. Por ejemplo la distancia de la Tierra (de nosotros) al Sol es 150.000.000 de kilómetros. Pero si lo aplicamos a la estrella más próxima (aparte del Sol) que esAlpha Centauri es de 40.586.500.000.000 kilómetros. Muchas cifras.

Para estos casos los astrónomos prefieren usar otra unidad más práctica, el año luz. Es la distancia que recorre la luz en un año. Como la velocidad de la luz se conoce con precisión que recorre 299 792 458 metros en un segundo, en un año la luz recorre la friolera de 9.460.730.472.580,8 kilómetros. Así la distancia a la estrella más cercana pasa a ser de 4,29 año luz. Y esas son cifras muy cómodas para trabajar.

Parece evidente entonces que cinco mil millones de años luz son muchos. Esa distancia supone más o menos un tercio del tamaño del universo actual. O sea mucho.

Pero ahora surge más preguntas ¿Como se mide la distancia a las estrellas? ¿y a las galaxias?

Imagina que estás en una habitación oscura solo iluminada por una vela (romántico, eh?) que se encuentra a un metro. En tu mano tienes un medidor de luz (un fotómetro de un cámara, da igual) y lo utilizas para medir la luz de la vela, por ejemplo 12 u (esta vez pasamos de las unidades). Retrocedes hasta situarte a 2 metros, y vuelve a medir. Ahora sale 3 u. Mide de nuevo a 3 metros. En el fotómetro podrás leer 1,33 u.

Jugando con estos resultados es fácil ver como la luz disminuye con el cuadrado de la distancia. Es decir que a dos metros se recibe 1/4 de la luz que se recibe a un metro de la vela. Y a tres metros se recibe sólo 1/9 de su luz. Pues eso, la luz disminuye con el cuadrado de la distancia.

La luz de una vela disminuye con el cuadrado de su distancia

Si tu medidor de luz fuera muy sensible podrías pedir a un vecino que se lleve la vela y la encienda en su casa, cerca de una ventana. así podrás conocer la distancia que os separa. Si el fotómetro da 0,0048 (o lo que es lo mismo 12/2500) es que la casa de tu vecino está a 50 metros (este experimento sale mejor en el vacío, así la atmósfera no interfiere. Puestos a imaginar, piensa que vives con tu vecino en la cara oscura de la Luna)(no oís de fondo a Pink Floyd?).

Vamos que conociendo la luz que da una vela a a una distancia determinada podemos conocer otras otras distancias con vela similares.

Fácil, eh? Con las estrellas se hace lo mismo. Se compara la luz que se recibe de una estrella con la que se recibe del Sol, que como ya sabemos se encuentra a 150.000.000 km. Luego se busca la distancia a la que el Sol tendría que estar para dar la misma luz que la estrella y ya tenemos su distancia.

Pero cuidado. No todas las estrellas brillan como el Sol al igual que no todas las velas dan la misma luz. Muchas estrellas son más brillantes. La estrella Sirio es 25 veces más brillante que el Sol. Si estuviéramos con una nave espacial en órbita de Sirio tendríamos que estar 5 veces más lejos que la Tierra del Sol para recibir la misma luz. Otra estrella, Canopo, es 120 más brillante que el Sol.Antares 13.000 veces y Rigel 25.000 veces mas brillante. Cada estrella tiene un brillo o luminosidad característica y eso se llama magnitud absoluta.

Betelgeuse es miles de veces más brillante que el Sol. Así se ve desde el Hubble

O sea que como todas las estrellas son diferentes también hay que tener en cuenta su luminosidad (su magnitud absoluta) para medir su distancia.

Este método de comparar brillos para conocer distancias de estrellas se llama Candela Estelar (candela significa, entre otras cosas, una vela).

Los astrónomos usan unas estrellas muy específicas para medir distancias a grupos de estrellas como los cúmulos estelares y las galaxias. Estas estrellas son las llamadas Variables Cefeidas . Y usan estos astros en concreto porque su magnitud absoluta aumenta y disminuye de forma regular. Y además el brillo está directamente relacionado con su periodo de variación. Si una estrellacefeida tiene un periodo de variación de 10 días, tendrá una luminosidad determinada. Y si su periodo es de 50 días tendrá una luminosidad mayor de forma proporcional.

Este descubrimiento, la relación entre el periodo de una cefeida y su brillo, fue realizado por Henrietta Swan Leavitt en 1908, con medidas de estrellas variables de la nube de Magallanes. Fue ella quien llegó a la conclusión de que midiendo el periodo de una estrella cefeida se puede saber su luminosidad.

Henrietta Leavitt

Solo faltaba una pieza, encontrar la distancia absoluta a una cefeida cercana y medir su periodo para poder situar las distancias correctas a las galaxias más lejanas midiendo periodos y brillo. La primera distancia a una cefeida fue determinada por Ejnar Hertzsprung en 1913 (con técnicas basadas en el cálculo de velocidades por efecto Doppler, que os ahorro en esta entrada) y poco después Harlow Shapley situó el centro de nuestra Galaxia a 50.000 años luz del Sol y demostró que la Nube de Magallanes estaba fuera de nuestra Galaxia. La clave para expandir el universo conocido mediante el cálculo de sus distancias reales fue el descubrimiento deHenrietta Leavitt sobre el brillo de las cefeidas.

La galaxia NGC-1300. También desde el Hubble

Henrietta trabajo durante décadas con el único título de "ayudante de astrónomo" en el observatorio de Harvard College comparando rutinariamente miles de fotografías. Incluso el artículo donde publicó sus descubrimientos sobre las cefeidas fue firmado por su supervisor Edwward Pickering con una nota que decía «este trabajo ha sido preparado por la Sta. Leavitt».

Nunca recibió honores ni premios y murió en soledad a los 53 años. La ciencia no se escapó de los prejuicios de género de la sociedad de entonces. Tan invisible fue su muerte para la comunidad científica que cuatro años después iba a ser propuesta para elNobel de Física, que no se otorga a título póstumo.


En fin, hemos empezado con las enormes distancias de las galaxias, como se mide las distancias a las estrellas y a las galaxias y hemos acabado con la historia de los méritos no reconocidos deHenrietta Leavitt . Y eso que no he hablado de la materia oscura. Pero eso lo dejo para otro día (a ver si mañana...).

Hoy al menos tenemos claro que cinco mil millones de años luz es mucho.


SALUT i CEFEIDES!!

PD: El telescopio espacial Hubble, del que extraigo la mayoría de imagenes de esta entrada, recibe el nombre del astrónomo Edwing Hubble, uno de los jefes de Henrietta y que probablemente haya usado su trabajo sin darla el merito merecido. Un mal jefe con una buena chica.