Las “cefeidas clásicas” son un tipo de estrella pulsante que se ilumina y atenúa rítmicamente con el tiempo. Estas pulsaciones ayudan a los astrónomos a medir grandes distancias en el espacio, lo que convierte a las cefeidas en importantes “velas estándar” que nos ayudan a comprender el tamaño y la escala de nuestro universo.
A pesar de su importancia, las cefeidas son difíciles de estudiar. Sus pulsaciones y posibles interacciones con estrellas compañeras crean patrones complejos que son difíciles de medir con precisión. Los diferentes instrumentos y métodos utilizados a lo largo de los años han generado datos contradictorios, lo que complica nuestra comprensión de estas estrellas.
“El seguimiento de las pulsaciones de Cephid con velocimetría de alta definición nos da una idea de la composición y evolución de estas estrellas”, dice el astrofísico de la EPFL Richard I. Anderson. “En particular, medir la velocidad a la que las estrellas se expanden y contraen a lo largo de la línea de visión (la llamada velocidad radial) proporciona una contrapartida importante a las mediciones precisas del brillo desde el espacio. Sin embargo, su necesidad inmediata: velocidades radiales estándar porque son costosos de recolectar y porque pocos instrumentos pueden recolectarlos”.
El proyecto VELOCE
Anderson ahora ha liderado un equipo de científicos para hacer precisamente eso con el proyecto VELOCities of CEpheids (VELOCE), una gran colaboración que, durante 12 años, ha recopilado más de 18.000 mediciones de alta precisión de las velocidades radiales de 258 Cefeidas. Y 2022. “Este conjunto de datos servirá como ancla para conectar las observaciones de Cefeidas desde diferentes telescopios a lo largo del tiempo y, con suerte, inspirará a la comunidad a realizar más estudios”.
VELOCE es el resultado de una colaboración entre EPFL, la Universidad de Ginebra y KU Leuven. Se basa en observaciones del telescopio suizo Aller en Chile y del telescopio flamenco Mercator en La Palma. Anderson inició el proyecto VELOCE durante su doctorado en la Universidad de Ginebra, lo continuó como postdoctorado en Estados Unidos y Alemania y ahora lo completó en la EPFL. El estudiante de doctorado de Anderson, Giordano Viviani, jugó un papel decisivo para hacer posible la publicación de los datos de VELOCE.
abrir CEl misterio del pulgón con precisión sofisticada
“La extraordinaria precisión y estabilidad a largo plazo de las mediciones han permitido obtener nuevos e interesantes conocimientos sobre cómo pulsan las cefeidas”, afirma Vivani. “Las pulsaciones provocan cambios en la línea de velocidad de 70 km/s, o alrededor de 250.000 km/h. Hemos medido estas variaciones con una precisión típica de 130 km/h (37 m/s), y en algunos casos igual a 7 km/h (2 m/s), que es aproximadamente la velocidad de un humano que camina rápido”.
Para obtener mediciones tan precisas, los investigadores de VELOCE utilizaron dos espectrógrafos de alta resolución, que separan y miden longitudes de onda en la radiación electromagnética: HORMES en el hemisferio norte y CORALIE en el hemisferio sur. Fuera de VELOCE, CORALIE es conocida por encontrar exoplanetas y HERMES es un caballo de batalla para la astrofísica estelar.
Dos espectrógrafos detectaron pequeños cambios en la luz de las Cefeidas, indicando su movimiento. Los investigadores utilizaron técnicas avanzadas para garantizar que sus mediciones fueran estables y precisas, corrigiendo cualquier deriva del instrumento y cambios ambientales. “Medimos la velocidad radial mediante el efecto Doppler”, explica Anderson. “Es el mismo efecto que usa la policía para medir tu velocidad, y también el efecto que obtienes del cambio de tono cuando una ambulancia se acerca o se aleja de ti”.
El extraño baile de Cefeidas
El proyecto VELOCE descubrió varios detalles interesantes sobre las estrellas Cephid. Por ejemplo, los datos de VELOCE proporcionan la visión más detallada hasta el momento de la evolución de la Primavera de Hertz, un patrón de pulsaciones estelares, que muestra colisiones de doble pico previamente desconocidas y, comparadas, proporcionaré pistas para comprender mejor la composición de las Cefeidas. Modelos teóricos de estrellas pulsantes.
El equipo descubrió que muchas cefeidas exhiben variaciones complejas y moduladas en sus movimientos. Esto significa que las velocidades radiales de las estrellas cambian de maneras que no pueden explicarse mediante patrones de pulsación simples y regulares. En otras palabras, si bien esperaríamos que las Cefeidas latieran con un ritmo predecible, los datos de VELOCE revelan variaciones adicionales e impredecibles en estos movimientos.
Estas variaciones son inconsistentes con los modelos teóricos de pulsación utilizados tradicionalmente para describir las cefeidas. “Esto sugiere que dentro de estas estrellas ocurren procesos más complejos, como interacciones entre diferentes capas de la estrella o señales de pulsación adicionales (no radiales), lo que brinda la oportunidad de determinar la composición de las estrellas Cefeidas. composición de las estrellas Cefeidas a través de la observación de estrellas”, dice Andersen postdoctoral Henrika Netzel. La primera detección de tales señales basada en VELOCE se informa en un artículo complementario (Netzel et al. en prensa).
Sistemas binarios
El estudio también identificó 77 estrellas cefeidas que forman parte de sistemas binarios (dos estrellas que orbitan entre sí) y descubrió 14 candidatas más. Un artículo complementario dirigido por Shreya Shetty, ex postdoctorado de Anderson, describe estos sistemas en detalle, lo que aumenta nuestra comprensión de cómo estas estrellas evolucionan e interactúan entre sí. “Vemos que aproximadamente una de cada tres cefeidas tiene una compañera invisible cuya presencia podemos determinar con el efecto Doppler”, dice Shetty.
“Comprender la naturaleza y la física de las cefeidas es importante porque nos dicen cómo evolucionan normalmente las estrellas y porque podemos usarlas para determinar distancias y la tasa de expansión del universo”, dice Anderson. “Además, VELOCE proporciona la mejor verificación cruzada disponible para mediciones similares, pero menos precisas, de la misión Gaia de la ESA, que eventualmente realizará el estudio más grande de mediciones de velocidad radial de Cephid”.
