18.1: Medición de masas estelares
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Objetivos de aprendizaje
Al final de esta sección, podrás:
- Explica por qué las estrellas visibles a simple vista no son típicas
- Describir la distribución de las masas estelares encontradas cerca del Sol
Antes de poder hacer nuestra propia encuesta, necesitamos acordar una unidad de distancia apropiada a los objetos que estamos estudiando. Las estrellas están todas tan lejos que los kilómetros (e incluso las unidades astronómicas) serían muy engorrosos de usar; así —como se discutió en La ciencia y el universo: un recorrido breve— los astrónomos utilizan un “palo de medición” mucho más grande llamado el año luz. Un año luz es la distancia que recorre la luz (la señal más rápida que conocemos) en 1 año. Dado que la luz abarca unos asombrosos 300,000 kilómetros por segundo, y como hay muchos segundos en 1 año, un año luz es una cantidad muy grande: 9.5 billones (9.5 × 1012) kilómetros para ser exactos. (Tener en cuenta que el año luz es una unidad de distancia aunque el año de término aparezca en él). Si conducías al límite de velocidad legal de Estados Unidos sin parar para comer o descansar, no llegarías al final de un año luz en el espacio hasta que hubieran pasado aproximadamente 12 millones de años. Y la estrella más cercana está a más de 4 años luz de distancia.
Observe que aún no hemos dicho mucho sobre cómo se pueden medir distancias tan enormes. Esa es una pregunta complicada, a la que volveremos en Distancias Celestiales. Por ahora, supongamos que se han medido distancias para estrellas en nuestra vecindad cósmica para que podamos proceder con nuestro censo.
Lo pequeño es hermoso, o al menos más común
Cuando hacemos un censo de personas en Estados Unidos, contamos a los habitantes por barrio. Podemos probar el mismo enfoque para nuestro censo estelar y comenzar con nuestro propio vecindario inmediato. Como veremos, nos encontramos con dos problemas, así como lo hacemos con un censo de seres humanos. Primero, es difícil estar seguros de que hemos contado a todos los habitantes; segundo, nuestro vecindario local puede no contener todo tipo de personas posibles.
\(\PageIndex{1}\)La tabla muestra una estimación del número de estrellas de cada tipo espectral 1 en nuestro propio vecindario local, dentro de los 21 años luz del Sol. (La Galaxia de la Vía Láctea, en la que vivimos, tiene alrededor de 100.000 años-luz de diámetro, por lo que esta cifra realmente se aplica a un barrio muy local, uno que contiene una pequeña fracción de todos los miles de millones de estrellas en la Vía Láctea). Se puede ver que hay muchas más estrellas de baja luminosidad (y por lo tanto de baja masa) que las de alta luminosidad. Sólo tres de las estrellas de nuestro barrio local (una tipo F y dos tipos A) son significativamente más luminosas y más masivas que el Sol. Este es realmente un caso en el que los pequeños triunfos sobre los grandes, al menos en términos de números. El Sol es más masivo que la gran mayoría de las estrellas que hay en nuestras cercanías.
| Tipo espectral | Número de estrellas |
|---|---|
| A | 2 |
| F | 1 |
| G | 7 |
| K | 17 |
| M | 94 |
| Enanas Blancas | 8 |
| Enanas marrones | 33 |
Esta tabla se basa en datos publicados hasta 2015, y es probable que queden por descubrir más objetos débiles (ver Figura\(\PageIndex{1}\)). Junto con las enanas marrones L y T ya observadas en nuestro vecindario, los astrónomos esperan encontrar quizás cientos de enanas T adicionales. Es probable que muchos de estos sean incluso más fríos que la enana T más genial conocida actualmente. La razón por la que las enanas de menor masa son tan difíciles de encontrar es que apagan muy poca luz, de diez mil a un millón de veces menos luz que el Sol. Solo recientemente nuestra tecnología ha progresado hasta el punto de que podemos detectar estos objetos oscuros y fríos.
Para poner todo esto en perspectiva, observamos que a pesar de que las estrellas contadas en la mesa son nuestros vecinos más cercanos, no se puede simplemente mirar hacia el cielo nocturno y verlas sin un telescopio; las estrellas más débiles que el Sol no se pueden ver a simple vista a menos que estén muy cerca. Por ejemplo, las estrellas con luminosidades que van de 1/100 a 1/10,000 la luminosidad del Sol (L Sol) son muy comunes, pero una estrella con una luminosidad de 1/100 L Sol tendría que estar dentro de los 5 años luz para ser visible a simple vista y sólo tres estrellas (todo en un sistema) están así de cerca de nosotros. La más cercana de estas tres estrellas, Próxima Centauri, todavía no se puede ver sin un telescopio porque tiene una luminosidad tan baja.
Los astrónomos están trabajando duro estos días para completar el censo de nuestro vecindario local encontrando a nuestros vecinos más débiles. Los descubrimientos recientes de estrellas cercanas se han basado en gran medida en telescopios infrarrojos que son capaces de encontrar estas muchas estrellas frías y de baja masa. Se debe esperar que el número de estrellas conocidas dentro de los 26 años luz del Sol siga aumentando a medida que se realicen más y mejores encuestas.
Brillante No Significa Necesariamente Cerrar
Si limitamos nuestro censo al barrio local, echaremos de menos muchos de los tipos de estrellas más interesantes. Después de todo, el barrio en el que vives no contiene todos los tipos de personas —distinguidas según la edad, la educación, los ingresos, la raza, etc.— que viven en todo el país. Por ejemplo, algunas personas sí viven para tener más de 100 años, pero puede que no haya tal individuo a varias millas de donde vives. Para poder muestrear el rango completo de la población humana, tendrías que extender tu censo a un área mucho mayor. De igual manera, algunos tipos de estrellas simplemente no se encuentran cerca.
Una pista de que nos falta algo en nuestro censo estelar proviene del hecho de que solo seis de las 20 estrellas que aparecen más brillantes en nuestro cielo —Sirius, Vega, Altair, Alpha Centauri, Fomalhaut y Procyon— se encuentran dentro de los 26 años luz del Sol (Figura\(\PageIndex{2}\)). ¿Por qué nos faltan la mayoría de las estrellas más brillantes cuando hacemos nuestro censo del barrio local?
La respuesta, curiosamente, es que las estrellas que aparecen más brillantes no son las más cercanas a nosotros. Las estrellas más brillantes se ven como lo hacen porque emiten una cantidad muy grande de energía, tanto, de hecho, que no tienen que estar cerca para verse brillantes. Esto se puede confirmar mirando el Apéndice J, que da distancias para las 20 estrellas que aparecen más brillantes de la Tierra. La más distante de estas estrellas está a más de 1000 años luz de nosotros. De hecho, resulta que la mayoría de las estrellas visibles sin telescopio están a cientos de años luz de distancia y muchas veces más luminosas que el Sol. Entre las 9000 estrellas visibles a simple vista, solo unas 50 son intrínsecamente más tenues que el Sol. Obsérvese también que varias de las estrellas en el Apéndice J son de tipo espectral B, un tipo que falta por completo en la Tabla\(\PageIndex{1}\).
La más luminosa de las estrellas brillantes que figuran en el Apéndice J emite más de 50 mil veces más energía que el Sol. Estas estrellas altamente luminosas faltan en el barrio solar porque son muy raras. Ninguno de ellos pasa a estar en el pequeño volumen de espacio que rodea inmediatamente al Sol, y sólo este pequeño volumen fue encuestado para obtener los datos que se muestran en la Tabla\(\PageIndex{1}\).
Por ejemplo, consideremos las estrellas más luminosas, esas 100 o más veces tan luminosas como el Sol. Aunque tales estrellas son raras, son visibles a simple vista, incluso cuando están a cientos o miles de años luz de distancia. Una estrella con una luminosidad 10,000 veces mayor que la del Sol se puede ver sin un telescopio a una distancia de 5000 años luz. El volumen de espacio incluido dentro de una distancia de 5000 años luz, sin embargo, es enorme; así que aunque las estrellas altamente luminosas son intrínsecamente raras, muchas de ellas son fácilmente visibles a nuestro ojo sin ayuda.
El contraste entre estas dos muestras de estrellas, las que están cerca de nosotros y las que se pueden ver a simple vista, es un ejemplo de un efecto de selección. Cuando una población de objetos (estrellas en este ejemplo) incluye una gran variedad de diferentes tipos, debemos tener cuidado con qué conclusiones sacamos de un examen de cualquier subgrupo en particular. Ciertamente nos estaríamos engañando si asumiéramos que las estrellas visibles a simple vista son características de la población estelar general; este subgrupo está fuertemente ponderado a las estrellas más luminosas. Se requiere mucho más esfuerzo para armar un conjunto completo de datos para las estrellas más cercanas, ya que la mayoría son tan débiles que solo se pueden observar con un telescopio. Sin embargo, es sólo al hacerlo que los astrónomos son capaces de conocer las propiedades de la gran mayoría de las estrellas, que en realidad son mucho más pequeñas y más débiles que nuestro propio Sol. En la siguiente sección, veremos cómo medimos algunas de estas propiedades.
Conceptos clave y resumen
Para entender las propiedades de las estrellas, debemos realizar encuestas de amplio alcance. Encontramos que las estrellas que más brillan a nuestros ojos son brillantes principalmente porque son intrínsecamente muy luminosas, no porque sean las más cercanas a nosotros. La mayoría de las estrellas más cercanas son intrínsecamente tan débiles que solo se pueden ver con la ayuda de un telescopio. Las estrellas de baja masa y baja luminosidad son mucho más comunes que las estrellas de alta masa y alta luminosidad. La mayoría de las enanas marrones del barrio local aún no han sido descubiertas.
Notas al pie
1 Los tipos espectrales de estrellas fueron definidos y discutidos en Analizando Starlight.
Glosario
- efecto de selección
- la selección de datos de muestra de manera no aleatoria, lo que hace que los datos de la muestra no sean representativos de todo el conjunto de datos