Gigantes rojas con voces profundas podrían resolver la confusión de la cosmología

La transmisión de notas profundas dentro de las estrellas gigantes rojas puede indicarnos sus distancias, proporcionando una nueva forma de medir el universo. Esto podría resultar útil para los astrónomos en cualquier circunstancia, pero aún más cuando las mediciones de distancias cósmicas han puesto en duda nuestros modelos del universo, lo que algunos consideran una crisis de la cosmología.

Los astrónomos coinciden en que el universo se está expandiendo y que la tasa de expansión está aumentando. Sin embargo, las dos formas principales utilizadas para medir ese crecimiento producen resultados contradictorios, lo que se conoce como tensión de Hubble. Una vez, las barras de error en cada método eran lo suficientemente anchas como para que hubiera cierta superposición. Sin embargo, a medida que nuevos instrumentos han mejorado nuestra precisión, ésta ha desaparecido.

Al menos una de las mediciones (o las conclusiones que sacamos de ella) debe ser incorrecta, pero no sabemos cuál ni por qué. Dado que muchas otras cosas sobre la forma en que vemos el universo se derivan de esa tasa de expansión, resolver la cuestión se ha convertido en una prioridad. Quizás otro método podría actuar como desempate.

Ésa es la esperanza de un equipo de investigadores que ha publicado evidencia que muestra que una subcategoría de estrellas gigantes rojas puede proporcionar una medida alternativa de la tasa de expansión del universo. Sus estudios se han realizado demasiado cerca de casa para ser utilizados de esa manera todavía, pero el potencial está ahí.

A medida que las estrellas se acercan al final de su vida y se quedan sin hidrógeno para fusionarse, se enfrían y se hinchan, convirtiéndose en gigantes rojas. Con el tiempo, comienzan a fusionar helio y, en el momento de la transición, se les conoce como estrellas de la “punta de la rama gigante roja” (TRGB).

Muchas estrellas, en particular las gigantes rojas, sufren variaciones de brillo debido a ondas sonoras gigantes que rebotan en su interior. Los investigadores dividieron las estrellas TRGB en las Nubes de Magallanes en poblaciones según el tiempo que tardan en vibrar. Descubrieron que el grupo con vibraciones más lentas tiene características consistentes que los hacen valiosos para los astrónomos, mientras que aquellos con notas más altas son más jóvenes y es más probable que sean ricos en metales.

«Las estrellas gigantes rojas más jóvenes cerca del TRGB son un poco menos brillantes que sus primas mayores», dijo en un comunicado el autor del estudio Richard Anderson, de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne. «Las oscilaciones acústicas que observamos como fluctuaciones de brillo nos permiten comprender con qué tipo de estrella estamos tratando: las estrellas más viejas oscilan a una frecuencia más baja, ¡como un barítono canta con una voz más profunda que un tenor!»

Conocer la mancha de una estrella en el TRGB nos permite calcular su brillo real con mayor precisión. Combinar esto con la cantidad de luz que vemos nos permite medir la distancia a las estrellas TRGB en galaxias más remotas. El potencial de utilizar estrellas TRGB para medir distancias se conoce desde hace tiempo, pero los esfuerzos anteriores han estado plagados de incertidumbre sobre la luminosidad verdadera y, por lo tanto, se consideran menos confiables que el uso de variables cefeidas. Cronometrar las oscilaciones podría solucionar este problema.

Medir el movimiento de estas estrellas y las galaxias en las que existen, utilizando su corrimiento al rojo es relativamente fácil. Hacer coincidir la distancia y la velocidad del movimiento proporciona una forma de medir el crecimiento del universo.

«Descubrimos que las oscilaciones acústicas de las estrellas gigantes rojas nos dicen cómo medir mejor las distancias cósmicas utilizando el método de la ‘punta de la rama de las gigantes rojas'», dijo Anderson.

El uso de objetos de brillo intrínseco conocido es similar a una de las medidas existentes, que utiliza supernovas de tipo Ia. Estos son apreciados por los astrónomos porque su brillo en su punto máximo es consistente, lo que nos da una buena idea de cuán brillantes son realmente. Al igual que las estrellas TRGB, hacer coincidir esto con nuestro brillo medido y el corrimiento al rojo nos permite comparar la distancia y la expansión, lo que proporciona un lado de la tensión del Hubble. Los resultados contradictorios provienen de mediciones de la radiación cósmica de fondo.

Las estrellas TRGB no son tan brillantes como las supernovas, por lo que no podemos utilizar este método en distancias igualmente enormes. Por otro lado, son más comunes y podemos medirlos a nuestro antojo, en lugar de ocurrir brevemente. En consecuencia, podemos utilizar estrellas TRGB para calibrar nuestras mediciones para galaxias más cercanas en las que se han observado supernovas.

Si, como algunos sospechan, la solución a la tensión de Hubble es que hay algo mal en nuestras observaciones de supernovas de Tipo Ia o en cómo las interpretamos, esta podría ser la manera de descubrirlo.

El estudio se publica en acceso abierto en la revista Astrophysical Journal Letters.