En primer lugar, el experimento de relatividad de Einstein usado para medir la masa de una estrella
Esta imagen muestra un anillo de Einstein (medio derecho), que ocurre cuando un objeto masivo actúa como una lente para la luz que viene hacia el observador desde un objeto de fondo. Este fenómeno se conoce como lente gravitacional, y recientemente se utiliza por primera vez para medir la masa de una estrella individual. Crédito de la imagen: ESA/Hubble & NASA
Por Calla Cofield, para Live Science June 8 de 2017
La masa de Stein 2051 B, una estrella enana blanca situada a unos 18 años luz de la Tierra, ha sido objeto de controversia durante más de un siglo. Ahora, un grupo de astrónomos ha hecho finalmente una medición precisa de la masa de la estrella y se estableció una definición al debate de 100 años de antigüedad, utilizando un fenómeno cósmico que predijo por primera vez por Albert Einstein.
Los investigadores calcularon la masa de la estrella usando observaciones cuidadosamente cronometradas hechas por el telescopio espacial de Hubble, que estudió Stein 2051 B cuando eclipsó otra estrella más distante, según lo visto de la tierra. Durante este tránsito, la estrella de fondo parecía cambiar su posición en el cielo, moviéndose tan ligeramente hacia un lado, a pesar de que su posición real en el cielo no había cambiado en absoluto.
Esta ilusión óptica cósmica es ampliamente conocida como lente gravitacional, y sus efectos se han observado extensamente en todo el universo, especialmente cerca de objetos muy masivos, como galaxias enteras. El efecto se produce porque un objeto masivo deforma el espacio alrededor de él y actúa como una lente muy grande, doblando el camino de la luz desde el objeto más distante. En algunos casos, esto crea la ilusión de que la estrella de fondo ha sido desplazada.
(El agua también puede crear este tipo de ilusión de desplazamiento, trate de colocar un lápiz en un vaso de agua y observe que la mitad sumergida del lápiz parece desconectada de la mitad seca).
Einstein predijo que estos eventos de desplazamiento podrían ser usados para medir masas estelares individuales. Esto se debe a que la medida en que la posición de la estrella de fondo está compensada depende de la masa de la estrella en primer plano. Pero los telescopios de la época carecían de la sensibilidad necesaria para hacer realidad ese sueño.
Los científicos detrás del nuevo trabajo dijeron que nadie, antes de ahora, ha utilizado nunca el desplazamiento de una estrella del fondo para calcular la masa de una estrella individual. De hecho, sólo hay otro ejemplo de científicos que miden este desplazamiento entre las estrellas individuales: Durante el eclipse solar total de 1919, los científicos vieron que el sol desplazaba unas cuantas estrellas de fondo. Esa medida era posible sólo por la proximidad del Sol a la Tierra.
Un documento que describe el nuevo trabajo fue publicado en línea hoy en la revista Science.
Esta ilustración muestra cómo la gravedad de un objeto, como una estrella enana blanca, deforma el espacio y dobla el camino de los rayos de luz de un objeto más distante. Crédito de la imagen: ESA/Hubble & NASA
Una lente cósmica
La teoría de Einstein de la relatividad general planteó la hipótesis de que el espacio es flexible en lugar de fijo, y que los objetos masivos (como las estrellas) crean curvas en el espacio, como una bola de bowling que crea una curva en la superficie de un colchón. El grado en que un objeto deforma el espacio-tiempo depende de cuán masivo sea ese objeto (de manera similar, una bola de bolos más pesada coloca una marca más profunda en un colchón).
Un rayo de luz normalmente viaja en línea recta a través del espacio vacío, pero si el rayo pasa cerca de un objeto masivo, la curva en el espacio creado por la estrella actúa como una curva en el camino, haciendo que el rayo de luz se aleje de su Anteriormente camino recto.
Einstein demostró que esta deflexión podría dirigir más luz hacia el observador, similar a cómo una lupa puede enfocar la luz difusa del sol hacia abajo en un solo punto. Este efecto hace que el objeto de fondo aparezca más brillante, o crea un anillo de luz brillante alrededor del objeto de primer plano llamado anillo de Einstein.
Los astrónomos han observado anillos de Einstein y "eventos de iluminación" cuando las lentes de primer plano muy masivas, como galaxias enteras, crean los fenómenos. Estos también se han observado a lo largo del plano de la galaxia de la Vía Láctea, donde las estrellas individuales causan probablemente el efecto lensing. También se ha utilizado para detectar planetas alrededor de otras estrellas.
En el nuevo estudio, los astrónomos informaron de la primera observación de la llamada "lente asimétrica" que involucraba dos estrellas fuera del sistema solar de la Tierra, en las que la posición de la estrella de fondo parecía cambiar.
El grado de desplazamiento está directamente relacionado con la masa del objeto en primer plano. Según Kailash C. Sahu, astrónomo del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial de Baltimore, y con el autor principal del nuevo artículo, con objetos relativamente "ligeros", como las estrellas, el desplazamiento es extremadamente pequeño y por lo tanto más difícil de detectar. En el caso de Stein 2051 B, el desplazamiento era de aproximadamente 2 milésimas de segundo en el plano del cielo, o aproximadamente igual a la anchura de un cuarto visto desde 1.500 millas (2.400 kilómetros) de distancia, dijo Sahu.
Medir un cambio tan sutil requirió un poderoso instrumento, como la cámara de alta resolución del telescopio Hubble, que fue instalada en 2009. Este instrumento también permitió seleccionar la luz de la estrella desplazada, algo ensombrecida por la luz de Stein 2051 B - como una luciérnaga al lado de una bombilla, dijo Sahu.
Los investigadores tomaron ocho mediciones entre octubre de 2013 y octubre de 2015, para poder observar a la enana blanca moviéndose por el cielo, eclipsando la estrella de fondo y creando el desplazamiento. Los científicos también observaron la posición real de la estrella de fondo después de que la enana blanca había pasado.
Muchas variables podrían afectar si los científicos pueden observar más eventos como este. Estas variables incluyen la alineación de los dos objetos, la masa y la proximidad del objeto de primer plano, la separación entre el objeto de primer plano y de fondo y la sensibilidad del telescopio. Pero Sahu dijo que cree que su equipo ha demostrado la eficacia del método y que los científicos podrían utilizarlo para medir las masas de alrededor de dos a cuatro estrellas cercanas por año.
Este gráfico muestra observaciones de la Stein enana blanca 2051 B en varios puntos mientras se movía a través del cielo, eclipsando una estrella de fondo. Los astrónomos observaron el movimiento del enano blanco, así como la forma en que gravitatoriamente se acercó a la luz de la estrella de fondo.
Este gráfico muestra observaciones de la Stein enana blanca 2051 B en varios puntos mientras se movía a través del cielo, eclipsando una estrella de fondo. Los astrónomos observaron el movimiento del enano blanco, así como la forma en que gravitatoriamente se acercó a la luz de la estrella de fondo. Crédito de la imagen: K. Sahu (STScI)/NASA/ESA
Fósiles estelares
Las enanas blancas son estrellas que han dejado de quemar el hidrógeno en sus núcleos y, posteriormente, desprenderse de sus capas externas. En cada una de estas estrellas, el mas restante se ha derrumbado en un núcleo denso conocido como una enana blanca. Este colapso impulsa la temperatura en la superficie de estos objetos, por lo que pueden quemar más caliente que las estrellas "vivas".
Terry Oswalt, profesor de ingeniería y física en la Universidad Aeronáutica de Embry-Riddle en Daytona Beach, Florida, escribió en un documento de acompañamiento, en el que se dice que "en el cielo, incluyendo el sol, al menos el 97 por ciento de las estrellas en el cielo serán o ya son enanas blancas". Artículo de Perspectivas en Ciencia. "Debido a que son los fósiles de todas las generaciones anteriores de estrellas, las enanas blancas son clave para clasificar la historia y evolución de galaxias como la nuestra".
La masa de Stein 2051 B ha sido "una fuente de controversia por más de 100 años", dijo Oswalt, que no estaba afiliado a la nueva investigación.
El cuadro actual que los científicos tienen de enanas blancas sugiere que la masa y el radio de estos objetos revela información importante sobre cómo se formaron, de qué están hechos y de qué clase de estrellas se formaron, según Sahu.
Mediciones anteriores de la masa de Stein 2051 B sugirieron que estaba compuesto en gran parte de hierro, pero ese hallazgo presentó varios problemas basados en teorías aceptadas sobre la formación de enanos blancos y la evolución estelar, según el documento de investigación. Por ejemplo, para formar grandes cantidades de hierro, la estrella que se convertiría en Stein 2051 B tendría que haber sido extremadamente masiva, pero el radio de Stein 2051 B sugiere que se formó a partir de una estrella no mucho más grande que el sol.
Si esas medidas de la masa de Stein 2051 fueran correctas, habría enviado a los astrofísicos de nuevo a la mesa de dibujo para averiguar cómo podría haber formado un objeto de este tipo. Sahu dijo que los astrónomos se dieron cuenta de que sus medidas de la masa de Stein 2051 B eran probablemente incorrectas, pero no tenían forma de saber con seguridad.
Normalmente, la única manera de medir la masa de una estrella es observar cómo interactúa con otro cuerpo masivo. Por ejemplo, en un sistema binario donde dos estrellas se orbitan entre sí, la estrella más pesada tendrá una gran influencia en el movimiento del más ligero, y observando la interacción de las dos estrellas con el tiempo, los científicos pueden calcular valores más y más específicos para Las masas de las estrellas. Stein 2051 B tiene un compañero, pero los dos cuerpos orbitan muy separados, por lo que su influencia entre sí es mínima.
El nuevo resultado muestra que Stein 2051 B es de hecho una enana blanca muy normal, y encaja perfectamente con la teoría de la formación aceptada Sahu dijo. Su masa es aproximadamente 0,68 veces la masa del sol, indicando que se formó a partir de una estrella de aproximadamente 2,3 veces la masa del sol, dijo Sahu. Esto se compara con la medición anterior que situó la masa del enano blanco en aproximadamente 0,5 veces la masa del sol. No muy muchas enanas blancas han tenido sus masas y radios medidos con precisión, añadió.
"Esto confirma la relación enana-masa de radio blanco", dijo. "( los Astrofísicos) han estado usando esa teoría, y es bueno saber que está en una base sólida".
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With a little hep from Google Translate for Business
Esta imagen muestra un anillo de Einstein (medio derecho), que ocurre cuando un objeto masivo actúa como una lente para la luz que viene hacia el observador desde un objeto de fondo. Este fenómeno se conoce como lente gravitacional, y recientemente se utiliza por primera vez para medir la masa de una estrella individual. Crédito de la imagen: ESA/Hubble & NASA
Por Calla Cofield, para Live Science June 8 de 2017
La masa de Stein 2051 B, una estrella enana blanca situada a unos 18 años luz de la Tierra, ha sido objeto de controversia durante más de un siglo. Ahora, un grupo de astrónomos ha hecho finalmente una medición precisa de la masa de la estrella y se estableció una definición al debate de 100 años de antigüedad, utilizando un fenómeno cósmico que predijo por primera vez por Albert Einstein.
Los investigadores calcularon la masa de la estrella usando observaciones cuidadosamente cronometradas hechas por el telescopio espacial de Hubble, que estudió Stein 2051 B cuando eclipsó otra estrella más distante, según lo visto de la tierra. Durante este tránsito, la estrella de fondo parecía cambiar su posición en el cielo, moviéndose tan ligeramente hacia un lado, a pesar de que su posición real en el cielo no había cambiado en absoluto.
Esta ilusión óptica cósmica es ampliamente conocida como lente gravitacional, y sus efectos se han observado extensamente en todo el universo, especialmente cerca de objetos muy masivos, como galaxias enteras. El efecto se produce porque un objeto masivo deforma el espacio alrededor de él y actúa como una lente muy grande, doblando el camino de la luz desde el objeto más distante. En algunos casos, esto crea la ilusión de que la estrella de fondo ha sido desplazada.
(El agua también puede crear este tipo de ilusión de desplazamiento, trate de colocar un lápiz en un vaso de agua y observe que la mitad sumergida del lápiz parece desconectada de la mitad seca).
Einstein predijo que estos eventos de desplazamiento podrían ser usados para medir masas estelares individuales. Esto se debe a que la medida en que la posición de la estrella de fondo está compensada depende de la masa de la estrella en primer plano. Pero los telescopios de la época carecían de la sensibilidad necesaria para hacer realidad ese sueño.
Los científicos detrás del nuevo trabajo dijeron que nadie, antes de ahora, ha utilizado nunca el desplazamiento de una estrella del fondo para calcular la masa de una estrella individual. De hecho, sólo hay otro ejemplo de científicos que miden este desplazamiento entre las estrellas individuales: Durante el eclipse solar total de 1919, los científicos vieron que el sol desplazaba unas cuantas estrellas de fondo. Esa medida era posible sólo por la proximidad del Sol a la Tierra.
Un documento que describe el nuevo trabajo fue publicado en línea hoy en la revista Science.
Esta ilustración muestra cómo la gravedad de un objeto, como una estrella enana blanca, deforma el espacio y dobla el camino de los rayos de luz de un objeto más distante. Crédito de la imagen: ESA/Hubble & NASA
Una lente cósmica
La teoría de Einstein de la relatividad general planteó la hipótesis de que el espacio es flexible en lugar de fijo, y que los objetos masivos (como las estrellas) crean curvas en el espacio, como una bola de bowling que crea una curva en la superficie de un colchón. El grado en que un objeto deforma el espacio-tiempo depende de cuán masivo sea ese objeto (de manera similar, una bola de bolos más pesada coloca una marca más profunda en un colchón).
Un rayo de luz normalmente viaja en línea recta a través del espacio vacío, pero si el rayo pasa cerca de un objeto masivo, la curva en el espacio creado por la estrella actúa como una curva en el camino, haciendo que el rayo de luz se aleje de su Anteriormente camino recto.
Einstein demostró que esta deflexión podría dirigir más luz hacia el observador, similar a cómo una lupa puede enfocar la luz difusa del sol hacia abajo en un solo punto. Este efecto hace que el objeto de fondo aparezca más brillante, o crea un anillo de luz brillante alrededor del objeto de primer plano llamado anillo de Einstein.
Los astrónomos han observado anillos de Einstein y "eventos de iluminación" cuando las lentes de primer plano muy masivas, como galaxias enteras, crean los fenómenos. Estos también se han observado a lo largo del plano de la galaxia de la Vía Láctea, donde las estrellas individuales causan probablemente el efecto lensing. También se ha utilizado para detectar planetas alrededor de otras estrellas.
En el nuevo estudio, los astrónomos informaron de la primera observación de la llamada "lente asimétrica" que involucraba dos estrellas fuera del sistema solar de la Tierra, en las que la posición de la estrella de fondo parecía cambiar.
El grado de desplazamiento está directamente relacionado con la masa del objeto en primer plano. Según Kailash C. Sahu, astrónomo del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial de Baltimore, y con el autor principal del nuevo artículo, con objetos relativamente "ligeros", como las estrellas, el desplazamiento es extremadamente pequeño y por lo tanto más difícil de detectar. En el caso de Stein 2051 B, el desplazamiento era de aproximadamente 2 milésimas de segundo en el plano del cielo, o aproximadamente igual a la anchura de un cuarto visto desde 1.500 millas (2.400 kilómetros) de distancia, dijo Sahu.
Medir un cambio tan sutil requirió un poderoso instrumento, como la cámara de alta resolución del telescopio Hubble, que fue instalada en 2009. Este instrumento también permitió seleccionar la luz de la estrella desplazada, algo ensombrecida por la luz de Stein 2051 B - como una luciérnaga al lado de una bombilla, dijo Sahu.
Los investigadores tomaron ocho mediciones entre octubre de 2013 y octubre de 2015, para poder observar a la enana blanca moviéndose por el cielo, eclipsando la estrella de fondo y creando el desplazamiento. Los científicos también observaron la posición real de la estrella de fondo después de que la enana blanca había pasado.
Muchas variables podrían afectar si los científicos pueden observar más eventos como este. Estas variables incluyen la alineación de los dos objetos, la masa y la proximidad del objeto de primer plano, la separación entre el objeto de primer plano y de fondo y la sensibilidad del telescopio. Pero Sahu dijo que cree que su equipo ha demostrado la eficacia del método y que los científicos podrían utilizarlo para medir las masas de alrededor de dos a cuatro estrellas cercanas por año.
Este gráfico muestra observaciones de la Stein enana blanca 2051 B en varios puntos mientras se movía a través del cielo, eclipsando una estrella de fondo. Los astrónomos observaron el movimiento del enano blanco, así como la forma en que gravitatoriamente se acercó a la luz de la estrella de fondo.
Este gráfico muestra observaciones de la Stein enana blanca 2051 B en varios puntos mientras se movía a través del cielo, eclipsando una estrella de fondo. Los astrónomos observaron el movimiento del enano blanco, así como la forma en que gravitatoriamente se acercó a la luz de la estrella de fondo. Crédito de la imagen: K. Sahu (STScI)/NASA/ESA
Fósiles estelares
Las enanas blancas son estrellas que han dejado de quemar el hidrógeno en sus núcleos y, posteriormente, desprenderse de sus capas externas. En cada una de estas estrellas, el mas restante se ha derrumbado en un núcleo denso conocido como una enana blanca. Este colapso impulsa la temperatura en la superficie de estos objetos, por lo que pueden quemar más caliente que las estrellas "vivas".
Terry Oswalt, profesor de ingeniería y física en la Universidad Aeronáutica de Embry-Riddle en Daytona Beach, Florida, escribió en un documento de acompañamiento, en el que se dice que "en el cielo, incluyendo el sol, al menos el 97 por ciento de las estrellas en el cielo serán o ya son enanas blancas". Artículo de Perspectivas en Ciencia. "Debido a que son los fósiles de todas las generaciones anteriores de estrellas, las enanas blancas son clave para clasificar la historia y evolución de galaxias como la nuestra".
La masa de Stein 2051 B ha sido "una fuente de controversia por más de 100 años", dijo Oswalt, que no estaba afiliado a la nueva investigación.
El cuadro actual que los científicos tienen de enanas blancas sugiere que la masa y el radio de estos objetos revela información importante sobre cómo se formaron, de qué están hechos y de qué clase de estrellas se formaron, según Sahu.
Mediciones anteriores de la masa de Stein 2051 B sugirieron que estaba compuesto en gran parte de hierro, pero ese hallazgo presentó varios problemas basados en teorías aceptadas sobre la formación de enanos blancos y la evolución estelar, según el documento de investigación. Por ejemplo, para formar grandes cantidades de hierro, la estrella que se convertiría en Stein 2051 B tendría que haber sido extremadamente masiva, pero el radio de Stein 2051 B sugiere que se formó a partir de una estrella no mucho más grande que el sol.
Si esas medidas de la masa de Stein 2051 fueran correctas, habría enviado a los astrofísicos de nuevo a la mesa de dibujo para averiguar cómo podría haber formado un objeto de este tipo. Sahu dijo que los astrónomos se dieron cuenta de que sus medidas de la masa de Stein 2051 B eran probablemente incorrectas, pero no tenían forma de saber con seguridad.
Normalmente, la única manera de medir la masa de una estrella es observar cómo interactúa con otro cuerpo masivo. Por ejemplo, en un sistema binario donde dos estrellas se orbitan entre sí, la estrella más pesada tendrá una gran influencia en el movimiento del más ligero, y observando la interacción de las dos estrellas con el tiempo, los científicos pueden calcular valores más y más específicos para Las masas de las estrellas. Stein 2051 B tiene un compañero, pero los dos cuerpos orbitan muy separados, por lo que su influencia entre sí es mínima.
El nuevo resultado muestra que Stein 2051 B es de hecho una enana blanca muy normal, y encaja perfectamente con la teoría de la formación aceptada Sahu dijo. Su masa es aproximadamente 0,68 veces la masa del sol, indicando que se formó a partir de una estrella de aproximadamente 2,3 veces la masa del sol, dijo Sahu. Esto se compara con la medición anterior que situó la masa del enano blanco en aproximadamente 0,5 veces la masa del sol. No muy muchas enanas blancas han tenido sus masas y radios medidos con precisión, añadió.
"Esto confirma la relación enana-masa de radio blanco", dijo. "( los Astrofísicos) han estado usando esa teoría, y es bueno saber que está en una base sólida".
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