Primer censo de estrellas variables de tipo Mira-Type Stars in Galaxy Outside the Local Group
10 de junio de 2003
Un equipo internacional dirigido por la astrónoma del ESO Marina Rejkuba ha descubierto más de 1000 luminosas estrellas variables rojas en la cercana galaxia elíptica Centaurus A (NGC 5128). Los cambios de brillo y los periodos de estas estrellas se midieron con precisión y revelan que se trata en su mayoría de estrellas variables frías de periodo largo del llamado «tipo Mira». La variabilidad observada está causada por la pulsación estelar. Es la primera vez que se realiza un censo detallado de estrellas variables en una galaxia fuera del Grupo Local de Galaxias (del que forma parte la Vía Láctea en la que vivimos). También abre una ventana completamente nueva hacia el estudio detallado del contenido estelar y la evolución de las galaxias elípticas gigantes . Se supone que estos objetos masivos desempeñan un papel importante en el ensamblaje gravitacional de los cúmulos de galaxias en el Universo (especialmente durante las primeras fases). Este proyecto de investigación sin precedentes se basa en observaciones en el infrarrojo cercano obtenidas durante más de tres años con el instrumento multimodo ISAAC en el telescopio VLT ANTU de 8,2 m en el Observatorio Paranal de ESO.
Estrellas variables de tipo Mira
Entre las estrellas visibles en el cielo a simple vista, aproximadamente una de cada trescientas (0,3%) muestra variaciones de brillo y es denominada por los astrónomos como «estrella variable». El porcentaje es mucho mayor entre las estrellas grandes y frías («gigantes rojas»); de hecho, casi todas las estrellas luminosas de ese tipo son variables. Estas estrellas se conocen como Mira-variables; el nombre proviene del miembro más destacado de esta clase, Omicron Ceti en la constelación de Cetus (La Ballena), también conocida como «Stella Mira» (La Estrella Maravillosa). Su brillo cambia con un periodo de 332 días y es unas 1500 veces más brillante en el máximo (magnitud visible 2 y una de las cincuenta estrellas más brillantes del cielo) que en el mínimo (magnitud 10 y sólo visible en telescopios pequeños).
Las estrellas como Omicron Ceti se acercan al final de su vida. Son muy grandes y tienen tamaños que van desde unos cientos hasta unas mil veces el del Sol. La variación de brillo se debe a las pulsaciones durante las cuales la temperatura y el tamaño de la estrella cambian drásticamente.
En la siguiente fase evolutiva, las Mira-variables se desprenderán de sus capas exteriores hacia el espacio circundante y se harán visibles como nebulosas planetarias con una estrella caliente y compacta (una «enana blanca») en el centro de una nebulosa de gas y polvo.
Actualmente se conocen varios miles de estrellas de tipo Mira en la galaxia de la Vía Láctea y se han encontrado algunos cientos en otras galaxias cercanas, incluidas las Nubes de Magallanes.
La peculiar galaxia Centaurus A
Centaurus A (NGC 5128) es la galaxia gigante más cercana, a una distancia de unos 13 millones de años luz. Se encuentra fuera del Grupo Local de Galaxias al que pertenecen nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, y sus galaxias satélites, las Nubes de Magallanes.
Centauro A se ve en dirección a la constelación sur de Centauro. Tiene forma elíptica y actualmente se está fusionando con una galaxia compañera, lo que la convierte en uno de los objetos más espectaculares del cielo, cf. ESO Press Photo eso0315 . Posee un agujero negro muy pesado en su centro y es una fuente de fuerte emisión de radio y rayos X.
Durante el presente programa de investigación, se buscaron estrellas de brillo variable en dos regiones de Centaurus A, situadas en la periferia de esta peculiar galaxia, cf. eso0315b . Un campo exterior («Campo 1») coincide con una cáscara estelar con muchas estrellas azules y luminosas producidas por la fusión de galaxias en curso; se encuentra a una distancia de 57.000 años-luz del centro. El campo interior («Campo 2») está más poblado y se sitúa a una distancia proyectada de unos 30.000 años-luz del centro..
Tres años de observaciones del VLT
En circunstancias normales, cualquier equipo de astrónomos profesionales tendrá acceso a los mayores telescopios del mundo sólo durante un número muy limitado de noches consecutivas cada año. Sin embargo, las búsquedas exhaustivas de estrellas variables como la presente requieren observaciones repetidas que duran de minutos a horas durante períodos de meses a años. Por lo tanto, no es factible realizar este tipo de observaciones de la forma clásica en la que los astrónomos se desplazan al telescopio cada vez.
Afortunadamente, el sistema operativo del VLT en el Observatorio Paranal de la ESO (Chile) también está orientado a abarcar este tipo de programas a largo plazo. Entre abril de 1999 y julio de 2002, el telescopio ANTU de 8,2 m del VLT en Cerro Paranal (Chile) fue operado en modo de servicio en numerosas ocasiones para obtener imágenes en banda K de los dos campos de Centauro A mediante el instrumento multimodo ISAAC en el infrarrojo cercano. Cada campo se observó más de 20 veces en el transcurso de este período de tres años; algunas de las imágenes se obtuvieron durante condiciones de seeing excepcionales de 0,30 arcosegundos. Un conjunto de imágenes ópticas complementarias se obtuvo con el instrumento multimodo FORS1 (también en el VLT ANTU) en julio de 1999.
Cada imagen del instrumento ISAAC cubre un campo celeste que mide 2,5 x 2,5 arcmin 2. Las imágenes combinadas, que abarcan una exposición total de 20 horas, son de hecho las imágenes infrarrojas más profundas jamás realizadas del halo de cualquier galaxia tan distante como Centaurus A, a unos 13 millones de años luz.
Descubrimiento de mil variables Mira
Una vez completadas las largas observaciones, fueron necesarios dos pasos más para identificar las estrellas variables en Centaurus A .
En primer lugar, cada fotograma de ISAAC fue procesado individualmente para identificar los miles y miles de débiles imágenes puntuales (estrellas) visibles en estos campos. A continuación, se compararon todas las imágenes utilizando un paquete de software especial («DAOPHOT») para medir el brillo de todas estas estrellas en los diferentes fotogramas, es decir en función del tiempo.
Aunque la mayoría de las estrellas de estos campos, como se esperaba, tenían un brillo constante, más de 1.000 estrellas mostraban variaciones de brillo con el tiempo; éste es, con mucho, el mayor número de estrellas variables jamás descubierto en una galaxia fuera del Grupo Local de Galaxias.
El análisis detallado de este enorme conjunto de datos llevó más de un año. Se descubrió que la mayoría de las estrellas variables eran del tipo Mira y se midieron sus curvas de luz (brillo a lo largo del periodo de pulsación), cf. ESO Press Photo eso0315 . Para cada una de ellas se determinaron los valores de los parámetros característicos, el periodo (días) y la amplitud del brillo (magnitudes). Ahora se ha puesto a disposición de la comunidad astronómica un catálogo de las estrellas variables recién descubiertas en Centaurus A a través de la revista de investigación europea Astronomy & Astrophysics.
Marina Rejkuba se muestra satisfecha y agradecida: «Somos realmente muy afortunados de haber llevado a cabo este ambicioso proyecto con tanto éxito. Todo ha dependido críticamente de diferentes factores: la repetida concesión de tiempo de observación crucial por parte del Comité de Programas de Observación de la ESO a lo largo de diferentes periodos de observación frente a una rigurosa competencia internacional, la estabilidad y fiabilidad del telescopio y del instrumento ISAAC a lo largo de más de tres años y, no menos importante, la excelente calidad de las observaciones en modo servicio, tan eficientemente realizadas por el personal del Observatorio de Paranal.»
¿Qué hemos aprendido sobre Centaurus A?
El presente estudio de estrellas variables en esta galaxia elíptica gigante es el primero de su clase. Aunque la evaluación del amplísimo material de datos observacionales aún no ha finalizado, ya ha dado lugar a una serie de resultados científicos muy útiles.
Confirmación de la presencia de una población de edad intermedia
Basándose en investigaciones anteriores (diagramas de color-magnitud ópticos y en el infrarrojo cercano de las estrellas de los campos), el actual equipo de astrónomos había detectado previamente la presencia de poblaciones estelares de edad intermedia y jóvenes en el halo de esta galaxia. Las estrellas más jóvenes parecen estar alineadas con el potente chorro producido por el enorme agujero negro del centro.
Algunas de las estrellas variables rojas muy luminosas descubiertas ahora confirman la presencia de una población de estrellas de edad intermedia en el halo de esta galaxia. También contribuye a nuestra comprensión de cómo se forman las galaxias elípticas gigantes.
Nueva medición de la distancia a Centaurus A
La pulsación de las estrellas variables de tipo Mira obedece a una relación período-luminosidad. Cuanto más largo es su periodo, más luminosa es una estrella de tipo Mira.
Este hecho permite utilizar las estrellas de tipo Mira como «velas estándar» (objetos de luminosidad intrínseca conocida) para la determinación de distancias. De hecho, se han utilizado a menudo de esta manera para medir distancias precisas a objetos más cercanos, por ejemplo, a cúmulos individuales de estrellas y al centro en nuestra Vía Láctea, y también a galaxias del Grupo Local, en particular las Nubes de Magallanes.
Este método funciona especialmente bien con las mediciones en el infrarrojo y los astrónomos pudieron ahora medir la distancia a Centaurus A de esta nueva manera. Encontraron 13,7 ± 1,9 millones de años luz, lo que concuerda en general con otros métodos y los confirma.
Estudio de los gradientes de población estelar en el halo de una galaxia elíptica gigante
Los dos campos aquí estudiados contienen diferentes poblaciones de estrellas. Se observa una clara dependencia de la ubicación (un «gradiente») dentro de la galaxia, que puede deberse a diferencias en la composición química o en la edad, o a una combinación de ambas.
Entender la causa de este gradiente proporcionará pistas adicionales sobre cómo se formó Centaurus A -y, de hecho, todas las galaxias elípticas gigantes- y cómo ha evolucionado desde entonces.
Comparación con otras galaxias cercanas conocidas
En búsquedas anteriores se han descubierto estrellas variables de tipo Mira en toda la Vía Láctea, nuestra galaxia natal, y en otras galaxias cercanas del Grupo Local. Sin embargo, no hay galaxias elípticas gigantes como Centaurus A en el Grupo Local y ésta es la primera vez que se ha podido identificar este tipo de estrellas en ese tipo de galaxias.
La presente investigación abre ahora una nueva ventana hacia los estudios de los constituyentes estelares de tales galaxias .
Notas
El equipo está formado por Marina Rejkuba y David Silva (ESO-Garching, Alemania), Tim Bedding (Escuela de Física y Astronomía, Universidad de Sydney, Australia) y Dante Minniti (Departamento de Astronomía y Centro FONDAP de Astrofísica, Pontifica Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile).
Mira ( Omicron Ceti ), una estrella gigante roja fría, es una de las estrellas variables más famosas del cielo. Se reconoce que David Fabricius (Frisia Oriental, Alemania) la descubrió en 1596 mientras buscaba el planeta Mercurio. En 1638, Johann Holwarda, de la misma zona, determinó que su periodo era de 11 meses y la estableció así como la primera variable de periodo largo descubierta. En 1642, Johannes Hevelius (Danzig, actual Polonia) llamó a la estrella Mira , «La maravillosa». Más tarde se descubrió que se trataba de un sistema estelar binario. Toda una clase de estrellas variables ha recibido el nombre de esta estrella. Según la definición astronómica, las estrellas «tipo Mira» son variables con un periodo de entre 100 y 1000 días y con variaciones visuales de luz de más de 2,5 magnitudes. .
Más información
La investigación descrita en esta nota de prensa se presenta en un artículo de investigación, que aparecerá próximamente en la revista de investigación europea Astronomy & Astrophysics («Long Period Variables in NGC 5128: I. Catalogue» por Marina Rejkuba et al.). Está disponible en la web como astro-ph/0305432 .
Enlaces
El instrumento multimodo ISAAC en el telescopio VLT ANTU de 8,2 m en el Observatorio Paranal de ESO.
Contactos
Marina Rejkuba
ESO
Garching, Alemania
Tel: +49 89 3200-6453
Email: [email protected]
Conecta con ESO en las redes sociales