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miércoles, diciembre 7, 2022
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Crean nuevo método para calcular la edad del universo

Una imagen puede valer más que mil palabras, pero para los astrónomos, simplemente registrar imágenes de estrellas y galaxias no es suficiente. Para medir el tamaño real y el brillo absoluto (luminosidad) de los cuerpos celestes, los astrónomos necesitan medir con precisión la distancia a estos objetos. Para hacerlo, los investigadores se basan en «velas estándar», estrellas cuyas luminosidades son tan conocidas que actúan como bombillas de potencia conocida. Una forma de determinar la distancia de una estrella a la Tierra es comparar el brillo de la estrella en el cielo con su luminosidad.

Los astrónomos usan el brillo de un tipo de estrella en explosión conocida como supernova tipo IA (vista aquí como un punto azul brillante a la izquierda de una galaxia espiral remota) para determinar la edad y la tasa de expansión del universo. Las nuevas calibraciones de la luminosidad de las estrellas cercanas, observadas por los investigadores del NIST, podrían ayudar a los astrónomos a refinar sus mediciones. Crédito: NASA, ESA, J. DePasquale (STScI), M. Kornmesser y M. Zamani (ESA/Hubble), A. Riess (STScI/JHU) y el equipo SH0ES, y Digitized Sky Survey

Pero incluso las velas estándar deben calibrarse. Durante más de una década, los científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han estado trabajando para mejorar los métodos para calibrar estrellas estándar. Observaron dos estrellas brillantes cercanas, Vega y Sirius, para calibrar su luminosidad en un rango de longitudes de onda de luz visible. Los investigadores ahora están completando su análisis y planean entregar los datos de calibración a los astrónomos dentro de los próximos 12 meses.

Los datos de calibración podrían ayudar a los astrónomos que usan velas estándar más distantes (estrellas explotadas conocidas como supernovas de tipo Ia) para determinar la edad y la tasa de expansión del universo. (La comparación del brillo de las supernovas remotas de tipo Ia con las cercanas condujo al descubrimiento ganador del premio Nobel de que la expansión del universo no se está desacelerando, como se esperaba, sino que en realidad se está acelerando).

Los astrónomos pueden usar las calibraciones NIST de Vega y Sirius para comparar mejor el brillo de las supernovas de tipo Ia cercanas y lejanas, lo que lleva a mediciones más precisas de la expansión del universo y su edad.

En el estudio en curso del NIST, los científicos observan las dos estrellas cercanas con un telescopio de cuatro pulgadas que diseñaron y colocaron en la cima del Monte Hopkins en el desierto del sur de Arizona. John Woodward, Susana Deustua y sus colegas han observado repetidamente los espectros o colores de la luz emitida por Vega (a 25 años luz de distancia) y Sirio (a 8,6 años luz). Un año luz, la distancia que recorre la luz a través del vacío es un año, son 9,46 billones de kilómetros.

Al principio y al final de cada noche de observación, los investigadores inclinan el telescopio hacia abajo para poder comparar los espectros estelares con los de una estrella artificial: una lámpara de cuarzo cuya luminosidad se ha medido exactamente y se ha colocado a 100 metros del telescopio.

Antes de que los científicos puedan hacer las comparaciones directamente, deben tener en cuenta el efecto de la atmósfera de la Tierra, que dispersa y absorbe parte de la luz de las estrellas antes de que pueda llegar al telescopio. Aunque la luz de la lámpara terrestre no viaja a través de toda la profundidad de la atmósfera, parte de ella se dispersa por el aire durante su corto viaje horizontal hacia el telescopio.

Pero incluso las velas estándar deben calibrarse. Durante más de una década, los científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han estado trabajando para mejorar los métodos para calibrar estrellas estándar. Observaron dos estrellas brillantes cercanas, Vega y Sirius, para calibrar su luminosidad en un rango de longitudes de onda de luz visible. Los investigadores ahora están completando su análisis y planean entregar los datos de calibración a los astrónomos dentro de los próximos 12 meses.

Los datos de calibración podrían ayudar a los astrónomos que usan velas estándar más distantes (estrellas explotadas conocidas como supernovas de tipo Ia) para determinar la edad y la tasa de expansión del universo. (La comparación del brillo de las supernovas remotas de tipo Ia con las cercanas condujo al descubrimiento ganador del premio Nobel de que la expansión del universo no se está desacelerando, como se esperaba, sino que en realidad se está acelerando).

Los astrónomos pueden usar las calibraciones NIST de Vega y Sirius para comparar mejor el brillo de las supernovas de tipo Ia cercanas y lejanas, lo que lleva a mediciones más precisas de la expansión del universo y su edad.

En el estudio en curso del NIST, los científicos observan las dos estrellas cercanas con un telescopio de cuatro pulgadas que diseñaron y colocaron en la cima del Monte Hopkins en el desierto del sur de Arizona. John Woodward, Susana Deustua y sus colegas han observado repetidamente los espectros o colores de la luz emitida por Vega (a 25 años luz de distancia) y Sirio (a 8,6 años luz). Un año luz, la distancia que recorre la luz a través del vacío es un año, son 9,46 billones de kilómetros.

Al principio y al final de cada noche de observación, los investigadores inclinan el telescopio hacia abajo para poder comparar los espectros estelares con los de una estrella artificial: una lámpara de cuarzo cuya luminosidad se ha medido exactamente y se ha colocado a 100 metros del telescopio.

Antes de que los científicos puedan hacer las comparaciones directamente, deben tener en cuenta el efecto de la atmósfera de la Tierra, que dispersa y absorbe parte de la luz de las estrellas antes de que pueda llegar al telescopio. Aunque la luz de la lámpara terrestre no viaja a través de toda la profundidad de la atmósfera, parte de ella se dispersa por el aire durante su corto viaje horizontal hacia el telescopio.

Para evaluar la cantidad de luz terrestre que se dispersa de la lámpara, el equipo del NIST mide la relación relativa de potencia generada por un láser de helio-neón en su salida y a 100 m de distancia, en el sitio de la lámpara.

Para determinar cuánta luz de las estrellas se pierde en la atmósfera de la Tierra, los investigadores registran la cantidad de luz de las estrellas que llega al telescopio mientras apunta en diferentes direcciones, mirando a través de diferentes espesores de la atmósfera durante la noche. Los cambios en la cantidad de luz registrada por el telescopio a medida que avanza la noche permiten a los astrónomos corregir la absorción atmosférica.

El telescopio de cuatro pulgadas en Mt. Hopkins en Arizona. Crédito: J. Woodward/NIST

Una vez que Vega y Sirius están calibrados, los astrónomos pueden usar esas estrellas como peldaños para calibrar la luz de otras estrellas. Por ejemplo, al usar el mismo telescopio, los investigadores pueden observar un conjunto de estrellas ligeramente más débiles, llámelas Conjunto 2. La luminosidad de esas estrellas más débiles se puede calibrar luego usando Vega y Sirius como estándares de referencia.

Cambiando a un telescopio lo suficientemente grande como para observar tanto el Conjunto 2 recién calibrado como un grupo de estrellas aún más débiles (llámelas Conjunto 3), los astrónomos pueden calibrar la luz del Conjunto 3 en términos del Conjunto 2. Los astrónomos pueden repetir el proceso según sea necesario. para calibrar la luz de estrellas extremadamente remotas. De esta forma, los astrónomos podrán transferir la calibración NIST de Vega y Sirius a estrellas que se encuentran a miles o millones de años luz de distancia.

El próximo año, Deustua y Woodward trasladarán su pequeño telescopio, ahora de vuelta en el NIST, al Observatorio Paranal del Observatorio Europeo Austral (ESO) en el desierto de gran altitud del norte de Chile. Con un clima más seco que Mt. Hopkins, el sitio chileno promete noches más claras para observar a Sirius y Vega y menos humedad para absorber o dispersar la luz. El telescopio residirá en la cima de una montaña lejos del Very Large Telescope de ESO, un conjunto de cuatro telescopios de 8,2 my cuatro telescopios de 1,2 m, para que la luz de la lámpara de cuarzo del NIST no interfiera con las observaciones de galaxias distantes.

El equipo también planea expandir su repertorio de estrellas cercanas brillantes para incluir Arcturus (37 años luz), Gamma Crucis (89 años luz) y Gamma Trianguli Australis (184 años luz) y observar estrellas en longitudes de onda infrarrojas más largas. . El Telescopio Espacial James Webb recientemente lanzado y el Telescopio Espacial Romano, cuyo lanzamiento está previsto para finales de la década, están diseñados para examinar el universo en estas longitudes de onda.

Los investigadores del NIST recibieron recientemente capital inicial para construir un telescopio más grande que pudiera observar y calibrar estrellas más débiles y distantes. Eso permitiría a los astrónomos transferir la calibración NIST a velas estándar remotas de manera más directa. Reducir el número de peldaños entre las estrellas observadas por el NIST y las estrellas que los astrónomos están estudiando reduce los errores de calibración.

Con información de Phys.org

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Skycr_editorhttps://hdavila.com/
Homer Dávila. Máster en geología. Miembro de la International Meteor Organization. Astronomía, radioastronomía, cosmología y ciencia planetaria.
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