Observatorio Rubin revelará los verdaderos límites de nuestra galaxia mediante el estudio de las estrellas variables

El cielo nocturno puede parecer quieto y tranquilo, pero de hecho cada noche ocurren millones de cambios, algunos de los cuales se les conoce como estrellas variables, que corresponden a estrellas que aumentan y disminuyen su brillo con el tiempo. Estas fluctuaciones pueden ser resultado de cambios internos, que hacen a la estrella agrandarse o achicarse, o factores externos, como por ejemplo que la estrella es eclipsada por un planeta u otra estrella. Desde el descubrimiento de las estrellas variables en el Siglo XVII, los científicos utilizan sus pulsaciones rítmicas para estudiar la composición y evolución estelar, como también para mapear vastas distancias cósmicas.

A pesar de la larga historia de los estudios sobre las estrellas variables, aún queda mucho por descubrir, desde la comprensión de los mecanismos precisos que producen las variaciones de brillo, hasta la identificación de la estrella más distante en la Vía Láctea, nuestra galaxia. Con su capacidad para medir con precisión la luz de objetos distantes y monitorear cómo cambian en el tiempo, se espera que el Observatorio Vera C. Rubin abra un campo completamente nuevo de investigaciones en estrellas variables.

El Observatorio Rubin es un Programa conjunto de NOIRLab de NSF y del Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC de DOE, que van a operar Rubin de manera conjunta.

Durante 10 años, el Observatorio Rubin realizará la Investigación del Espacio-Tiempo como Legado para la Posteridad (LSST, por sus siglas en inglés), para lo cual utilizará la Cámara LSST de 3.200 megapíxeles —la cámara más grande construida— para fotografiar distintas regiones del cielo nocturno del hemisferio sur cada 40 segundos, aproximadamente. Al final de este estudio detallado y amplio, Rubin habrá fotografiado cada zona del cielo unas 800 veces. Como resultado, Rubin será capaz de producir una película en cámara rápida ultra amplia y en ultra alta definición del cambiante cielo nocturno que incluirá información detallada sobre millones de estrellas variables.

Los científicos que se preparan para utilizar los datos de Rubin están entusiasmados sobre la forma en la que el observatorio revolucionará el modo en que estudiamos el Universo. Sobre este punto, el astrónomo de la Universidad de Northwestern y Director del Programa de Becas de Ciencia de Datos LSST-Discovery Alliance Data Science, expresó que “esto permitirá realizar muchos avances científicos que hasta ahora han sido difíciles de completar, específicamente para un campo que me gusta estudiar: las estrellas variables”.

Se estima que Rubin será capaz de detectar alrededor de 100 millones de estrellas variables a lo largo de su monitoreo, lo que permitirá realizar estudios sin precedentes para conocer más sobre los mecanismos que provocan los cambios en las estrellas variables, algo que aún se considera un misterio a pesar de la larga historia que tienen los estudios en este campo.

Miller indicó que “la mayor parte de lo que sabemos de las estrellas proviene de la luz que emiten, sin embargo la única emisión que podemos ver es aquella que proviene de las capas exteriores de la estrellas, mientras que la fusión nuclear que ocurre en el interior del núcleo de la estrella no se puede observar de forma directa. Es casi como intentar comprender cómo fluye la sangre por el cuerpo humano observando sólo la piel del mismo”.

Gracias a su capacidad de tomar mediciones extremadamente precisas de las estrellas variables a medida que cambian la intensidad de su brillo en minutos, días y años, Rubin permitirá realizar investigaciones detalladas de sus patrones de luz, permitiendo a los científicos estudiar los mecanismos intrínsecos que producen sus variaciones: “Hay mediciones muy precisas de las pulsaciones que ocurren en las capas externas de algunas estrellas, indicando directamente lo que sucede en su núcleo”, explica Miller, a lo que agrega que “hasta el momento esto ha sido extremadamente difícil de registrar para algunas estrellas, particularmente para las masivas, pero Rubin las va a detectar tanto en la Vía Láctea como en otras galaxias cercanas”.

Además de proporcionar información sobre la vida y evolución estelar, las estrellas variables también se utilizan para realizar mediciones precisas de distancias para estudiar la expansión y evolución del Universo. A principios del Siglo 20, la astrónoma Henrietta Swan Leavitt, trabajando con un equipo de mujeres ‘computadoras’ en el Observatorio de Harvard College, descubrió que las estrellas variables Cefeida, poseen un brillo intrínseco que es proporcional a su período de variabilidad. Los astrónomos actuales siguen basándose en la relación período y luminosidad, ahora conocido como la Ley de Leavitt’s, para medir las distancias cósmicas.

Aunque el uso de estrellas variables para medir distancias cósmicas es una de las herramientas astronómicas más antiguas, aún existen límites que no se han alcanzado aún: “Aún no sabemos cuál es la estrella más distante en nuestra Galaxia, la Vía Láctea, pero Rubin tiene el potencial de responder esa pregunta por nosotros”, precisó Miller.

El veloz ritmo de observación de Rubin producirá aproximadamente 20 terabytes de datos cada noche, pero además sus procesos de procesamiento de datos producirán otros 15 petabytes de catálogos de datos. Al final de los 10 años de la investigación, el procesamiento de datos de Rubin producirá cerca de 500 petabytes de datos, lo que equivale a la cantidad total de contenido escrito en cada lenguaje en toda la historia humana.

Este extraordinario flujo de datos superará todos los esfuerzos preliminares de catalogar las estrellas variables. Y la habilidad de Rubin para detectar objetos difusos le permitirá catalogar millones de estrellas variables que nunca han sido detectadas anteriormente. De este modo, los científicos podrán realizar investigaciones estadísticas sobre su naturaleza variable y afinar su comprensión sobre la variabilidad periódica de estas estrellas en períodos de tiempo más largos.

“Con cada conjunto de datos que Rubin publique para la comunidad científica, nuestra ciencia de las estrellas variables mejorará, ya que tendremos mucha más información sobre el modo en que estos objetos varían a lo largo del tiempo. A medida que se generen nuevos descubrimientos a partir de estos datos, subcampos astronómicos completamente nuevos podrían surgir y es probable que Rubin descubra cosas que nunca antes se esperaban”, concluyó Miller.

Información Adicional

El Observatorio Vera C. Rubin de NSF-DOE, financiado por la Fundación Nacional de Ciencias de EE.UU. y la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de EE.UU., es un nuevo y revolucionario observatorio astronómico y astrofísico que se está construyendo en Cerro Pachón (Chile) y cuya primera luz está prevista para el año 2025. Lleva el nombre de la astrónoma Vera Rubin, quien aportó las primeras pruebas convincentes de la existencia de la materia oscura. Utilizando la cámara digital más grande jamás construida, Rubin tomará imágenes detalladas del cielo durante diez años y creará un registro time-lapse ultra-ancho y de ultra-alta definición de nuestro Universo.

El Observatorio Vera C. Rubin de NSF-DOE es una iniciativa conjunta de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos (NSF) y la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE/SC). Su misión principal es llevar a cabo la Investigación del Espacio-Tiempo como Legado para la posteridad, proporcionando un conjunto de datos sin precedentes para la investigación científica respaldada por ambas agencias. Rubin es operado conjuntamente por NOIRLab de NSF y el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC. NOIRLab de NSF es administrado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) y SLAC es operado por la Universidad de Stanford para el DOE. Francia proporciona un apoyo clave a la construcción y las operaciones del Observatorio Rubin a través de las contribuciones del CNRS/IN2P3. El Observatorio Rubin tiene el privilegio de investigar en Chile y agradece las contribuciones adicionales de más de 40 organizaciones y equipos internacionales.

La Fundación Nacional de Ciencias de EE.UU. (NSF) es una agencia federal independiente creada por el Congreso de ese país en 1950 para promover el progreso de la ciencia. La NSF apoya la investigación básica y a las personas para crear conocimientos que transformen el futuro.

La Oficina de Ciencias del DOE es el mayor patrocinador de la investigación básica en ciencias físicas en Estados Unidos y trabaja para abordar algunos de los desafíos más urgentes de nuestro tiempo.

NOIRLab de NSF, el centro de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos para la astronomía óptica-infrarroja terrestre, opera el Observatorio Internacional Gemini (una instalación de NSF, NRC-Canadá, ANID-Chile, MCTIC-Brasil, MINCyT-Argentina, y KASI-República de Corea), el Observatorio Nacional Kitt Peak de NSF (KPNO), el Observatorio Interamericano Cerro Tololo de NSF (CTIO), el Centro de Datos para la Comunidad Científica (CSDC), y el Observatorio Vera C. Rubin de NSF-DOE (en cooperación con el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC del DOE). Es administrado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) en virtud de un acuerdo de cooperación con NSF y tiene su sede central en Tucson, Arizona.

La comunidad científica está honrada por tener la oportunidad de realizar investigaciones astronómicas en I’oligam Du’ag (Kitt Peak) en Arizona, en Maunakea en Hawaiʻi, y en Cerro Tololo y Cerro Pachón, en Chile. Reconocemos y apreciamos el importante rol cultural y el valor que I’oligam Du’ag (Kitt Peak) tiene para la Nación Tohono O'odham, y el que Maunakea tiene para la comunidad Kanaka Maoli (hawaianos nativos).

El Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC explora cómo funciona el Universo en escalas más grandes, más pequeñas y más rápidas, y elabora herramientas poderosas utilizadas por investigadores de todo el mundo. Como líderes mundiales en ciencia ultrarrápida y audaces exploradores de la física del Universo, forjamos nuevos caminos para comprender nuestros orígenes y construir un futuro más sano y sostenible. Nuestros descubrimientos e innovaciones ayudan a desarrollar nuevos materiales y procesos químicos y abren perspectivas sin precedentes del cosmos y de la maquinaria más delicada de la vida. Basándonos en más de 60 años de investigación visionaria, ayudamos a dar forma al futuro avanzando en áreas como la tecnología cuántica, la computación científica y el desarrollo de aceleradores de nueva generación. El SLAC es operado por la Universidad de Stanford para la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de Estados Unidos.

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