Un equipo internacional de astrónomos ha hallado un nuevo método para determinar el tamaño de las estrellas más lejanas mediante telescopios de rayos gamma. Los científicos han podido medir el diámetro aparente más pequeño de una estrella gracias a la mejora de la técnica empleada hasta ahora, que usaba la sombra de la luna al tapar la estrella estudiada.
Gracias a las mediciones de telescopios Cherenkov atmosféricos, se han obtenido los diámetros de una estrella gigante a 2.674 años luz y de una estrella parecida a nuestro Sol, a una distancia de 700 años luz.
La investigación ha sido dirigida por Tarek Hassan, del Sincrotrón Alemán de Electrones (DESY, por sus siglas en alemán) y Michael Daniel, del Observatorio Astrofísico Smithsoniano (SAO, por sus siglas en inglés), en Estados Unidos.
La difracción como aliada
Ni siquiera los mejores telescopios ópticos tienen la resolución suficiente como para medir las estrellas con precisión: la mayor parte de ellas están demasiado lejos. Para superar esta limitación, los científicos toman ventaja del fenómeno de la difracción para medir el diámetro de las estrellas. Este efecto óptico ilustra la naturaleza ondulatoria de la luz, y ocurre cuando un objeto, como un asteroide de nuestro propio sistema solar, pasa frente a una estrella.
«Las extremadamente débiles sombras de los asteroides pasan sobre nosotros todos los días», explica Hassan en un comunicado. «Pero el borde de su sombra no es muy definido, sino que surcos de luz rodean la sombra central, como ondas de agua”. Se trata del patrón de difracción, reproducible fácilmente en los laboratorios escolares proyectando un láser a través de una un agujero.
La forma del patrón sirve a los investigadores para medir el tamaño o diámetro angular de la fuente de luz, entendida como la dimensión aparente del diámetro ecuatorial de un cuerpo celeste, expresada como ángulo y suponiendo al observador en su vértice.
A diferencia del laboratorio escolar, el patrón de difracción de una estrella oculta por un asteroide es muy difícil de medir. «Estas ocultaciones de asteroides son difíciles de predecir», explica Daniel. «Y la única oportunidad de capturar el patrón de difracción es hacer instantáneas muy rápidas cuando la sombra pasa por delante del telescopio».
De esta manera, los astrónomos han medido el tamaño angular de las estrellas ocultadas por la luna. Este método funciona hasta los diámetros angulares de alrededor de un miliarcosegundo, que corresponde aproximadamente a ver una moneda de dos céntimos encima de la Torre Eiffel desde Nueva York.
Telescopios Cherenkov
Pero no todas las estrellas son tan «grandes». Para resolver los diámetros angulares aún más pequeños, el equipo empleó telescopios Cherenkov. Estos instrumentos normalmente vigilan el extremadamente corto y débil brillo azulado que las partículas de alta energía, los rayos gamma y la radiación cósmica producen cuando se encuentran y recorren la atmósfera de la Tierra.
Los telescopios Cherenkov no producen las mejores imágenes ópticas, pero gracias a su enorme superficie de espejo, generalmente segmentada en hexágonos como el ojo de una mosca, son extremadamente sensibles a las rápidas variaciones de luz, incluyendo la luz de las estrellas.
TYC 5517-227-1 y TYC 278-748-1
Utilizando los cuatro grandes telescopios VERITAS del Observatorio Fred Lawrence Whipple en Arizona, Estados Unidos, el equipo pudo detectar claramente el patrón de difracción de la estrella TYC 5517-227-1, ocultada por el asteroide Imprinetta de 60 kilómetros de diámetro, el 22 de febrero de 2018.
Los telescopios VERITAS permiten tomar 300 instantáneas cada segundo. A partir de estos datos, el perfil de brillo del patrón de difracción se pudo reconstruir con alta precisión, dando como resultado un diámetro angular o aparente de la estrella de 0,125 miliarcosegundos. Como la estrella se encuentra a 2674 años luz, el verdadero diámetro de la estrella es de once veces el de nuestro Sol. Curiosamente, este resultado clasifica a la estrella (de clase ambigua hasta ahora) como una estrella gigante roja.
El proceso se repitió el 22 de mayo de 2018, cuando el asteroide Penélope, con un diámetro de 88 kilómetros, ocultó la estrella TYC 278-748-1. Las medidas resultaron en un tamaño angular de 0,094 miliarcosegundos y un diámetro verdadero de 2,17 veces el de nuestro Sol.
«Este es el tamaño angular más pequeño de una estrella medido directamente», señala Daniel. «La ocultación de asteroides de estrellas con los telescopios Cherenkov ofrece una resolución diez veces mejor que el método estándar de ocultación lunar. Además, es al menos dos veces más nítida que las mediciones de tamaño interferométrico disponibles».
«Estimamos que nuestro método puede analizar las estrellas hasta diez veces más lejos de lo que permite el método estándar de ocultación lunar”, explica Hassan.
Referencia
Direct measurement of stellar angular diameters by the VERITAS Cherenkov Telescopes. W. Benbow et al. Nature Astronomy, 15 April 2019. DOI: 10.1038/s41550-019-0741-z.