Las estrellas cefeidas son muy probablemente uno de los objetos astronómicos más importantes para la historia del ser humano. Hablar de ellas es hablar de distancias, del concepto de galaxia, del tamaño del Universo y de la historia de la mujer en la ciencia. ¿Preparados?
En 1895, a la edad de 27 años y tras haber sufrido una terrible enfermedad que casi la dejó sorda, Henrietta Leavitt comenzó a trabajar en el observatorio de la Universidad de Harvard. Por aquel entonces el director del observatorio era Edward Charles Pickering, quien consiguió que su observatorio fuera un referente mundial gracias a una idea innovadora: contratar mujeres para que estudiasen las placas fotográficas. Pickering, como la inmensa mayoría de hombres de la época, no consideraba que las mujeres estuvieran capacitadas para ser científicas, pero pensó que, gracias a saber bordar y coser, estarían acostumbradas a ser metódicas y minuciosas con el detalle. Además, pensaba que las mujeres eran buenas en tareas monótonas y repetitivas que no requiriesen pensar. Y algo aún mejor, cobraban mucho menos dinero que los hombres.
Henrietta Leavitt trabajaba en el Obsevatorio de la Universidad de Harvard
De modo que, con un presupuesto muy pequeño, Pickering tenía un grupo de mujeres que se dedicaban exclusivamente a observar fotos del cielo, comparando las de un día con las de otro, en busca de diferencias prácticamente inapreciables. Buscaban nuevos objetos o variaciones en el brillo de estos. Nunca se las dejaría acercarse a un telescopio, nunca se les dejaría investigar lo que ellas quisieran, nunca se les dejaría publicar su trabajo. Sus descubrimientos no eran de ellas, sino que se publicarían con el nombre de Pickering y, aunque hoy se las conoce como las Computadoras de Harvard, en aquel entonces se las conocía como el Harém de Pickering.
Henrietta descubrió más de 2400 estrellas de brillo variable en las dos primeras décadas del siglo XX, casi la mitad del total de estrellas variables conocidas en su época. Dentro de estas estrellas variables, descubrió unas en concreto que cambiarían el paradigma científico para siempre: las cefeidas.
Llamadas así por la estrella Beta-Cephei, en la constelación de Cefeo, estas estrellas varían su brillo en un ciclo muy regular. Desde el momento de brillo máximo de la estrella, éste va decayendo lentamente para luego aumentar de brillo muy rápidamente de nuevo hasta el máximo. El periodo, o tiempo que transcurre entre un máximo y otro de brillo (o entre mínimos) para este tipo de estrellas es extraordinariamente regular, y pueden ser de entre 1 y 50 días. En ese tiempo el brillo de la estrella varía entre 0.3 y 2.5 magnitudes.
La genialidad de Henrietta no fue la observación de las cefeidas, sino extraer de ellas una información clave y determinante: la relación entre periodo y luminosidad.
Henrietta descubrió las estrellas variables tipo cefeida y la relación entre su periodo y su luminosidad
Calcular distancias era y sigue siendo uno de los mayores retos en astrofísica y cosmología. No podemos saber con certeza el brillo que originalmente tiene cada objeto en el cielo. Lo que sabemos es el brillo que nos llega, pero no sabemos si un objeto brilla poco porque está muy lejos o porque entre él y nosotros hay gas o polvo que esté extinguiendo esa luz. Un objeto muy brillante puede estar muy cerca o ser muy lejano pero ser enormemente grande.
Henrietta encontró una relación entre el tiempo que dura el periodo de una cefeida y la luminosidad que tiene. Cuanto mayor es el periodo de una cefeida, mayor es el brillo intrínseco de la estrella. De esta forma, medimos el tiempo que tarda la cefeida en realizar un ciclo. A ese tiempo le corresponde un brillo intrínseco, es decir, lo que brilla realmente la estrella. Comparando ese brillo intrínseco que ahora conocemos con el brillo que medimos (corrigiendo por la extinción del medio interestelar), podemos saber a qué distancia se encuentra.
Mediante las cefeidas se pueden medir de forma muy precisa distancias
Este trabajo se publicó bajo el nombre de Pickering en la circular 173 del observatorio. Comienza con una breve mención de Pickering: ‘El texto que sigue (…) ha sido preparado por Miss Leavitt’. Como si ella hubiera sido sólo una redactora y no la verdadera cabeza pensante detrás de este descubrimiento.
Gracias a este trabajo se hicieron grandes investigaciones: Hertzsprung estimó distancias a estrellas lejanas, Shapley estimó el tamaño de nuestra galaxia,… Pero la aplicación más destacada es, sin duda, la de Hubble y Humason, que usaron las cefeidas para calcular distancias a galaxias lejanas y descubrir así que el Universo se expande.
Pero, ¿por qué varían exactamente su brillo las cefeidas y por qué se da esa relación entre periodo y luminosidad? Las cefeidas son estrellas gigantes de población I (las más recientes y, por tanto, más ricas en metales). Pertenecen a la clase F o K, es decir, son estrellas rojas en fase gigante debido a que son estrellas moribundas. En esta fase, a la estrella le cuesta mantener las reacciones de fusión que la calientan y mantienen a la gravedad a raya. De modo que en ciertos momentos la gravedad les gana la partida, comprimiéndolas. Esto hace que la estrella vuelva a calentarse y reinicie las reacciones termonucleares, lo que hace que vuelva a expandirse. Al expandirse se enfría y vuelve a contraerse. La estrella pulsa, como si fuera un corazón.
Las cefeidas son variables de tipo pulsante
En las cefeidas, en ciertas capas próximas a la superficie, la compresión produce el efecto de ionizar el helio en vez de aumentar la temperatura. La ionización aumenta la opacidad del helio, por lo que los fotones no pueden salir de la estrella y esto aumenta su presión interna. Este aumento de presión hace que se expandan las capas externas de la estrella, lo que disminuye la temperatura y el núcleo de helio se recombina de nuevo con los electrones. Esto disminuye la opacidad, la energía escapa y la estrella se contrae.
Cuanto más luminosa es una estrella, más grande es, y cuanto más grande es, más trabajo le cuesta realizar una pulsación. Por tanto, si el periodo de pulsación de la cefeida es largo, quiere decir que es muy grande y por tanto muy luminosa.
Cuanto mayor es una cefeida, mayor es su luminosidad y más largo es su periodo de pulsación
Así es como, cronometrando pulsaciones de estrellas, podemos saber qué brillo les corresponde tener y compararlo con el que medimos para obtener la distancia a la que está. Así es como Henrietta Leavitt nos dijo cómo de grande es el Universo.
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