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GAVETA DE ASTROFÍSICA | COORDINADORA: ADRIANA DE LORENZO-CÁCERES RODRÍGUEZ | @GAVETA_ASTRO

Mapeados de espectroscopía estelar

29/oct/17 1:03 AM
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Izquierda: espectros estelares de trece estrellas diferentes. A su derecha aparece el nombre de las estrellas y a su izquierda su clasificación espectral, donde las estrellas de tipo O son estrellas muy calientes y las estrellas tipo M son objetos fríos. Cada línea que se aprecia en los espectros es una huella única de diferentes elementos químicos que configuran las atmósferas de estas estrellas. Midiendo las características de estas líneas podemos estimar la cantidad de átomos existente de cada especie química. Este tipo de estudios nos permite comprender la evolución química del Universo./ NOAO/AURA/NSF Derecha: fotografía de una placa del instrumento con el que se realiza el mapeado de espectroscopía estelar APOGEE. Cada fibra óptica dirige la luz de una estrella distinta de nuestra Vía Láctea hacia el espectrógrafo./ Equipo APOGEE /

Borja Anguiano

La luz que nos llega de las estrellas que vemos en el firmamento tiene información muy valiosa para comprender no solo de qué están hechos estos objetos, también para medir sus velocidades en su viaje por la Vía Láctea. La luz es radiación electromagnética donde su partícula fundamental es el fotón. Esta "dualidad onda-partícula" abrió las puertas al desarrollo de la Física Cuántica y la teoría de la relatividad de Albert Einstein. Pero centrémonos en el comportamiento ondulatorio de la luz. Una de las principales características de una onda es lo que denominamos longitud de onda, que viene a ser la distancia entre las crestas de la onda. La luz visible, donde opera el ojo humano, tiene una longitud de onda entre 0,000038 y 0,000075 centímetros. Las longitudes de onda más cortas representan el color azul, mientras que las más largas corresponden al color rojo. Todos nosotros hemos disfrutado de un fenómeno meteorológico denominado arcoíris. Este arco de colores se produce porque las gotas de agua de la atmósfera dispersan la luz solar. Usando este símil, el arcoíris sería el espectro estelar (solar en este caso) y las gotas de agua nuestro espectrógrafo. Cuando colocamos un espectrógrafo en el foco de nuestros telescopios podemos dispersar, en diferentes longitudes de onda, la luz que nos llega de las estrellas y obtener espectros estelares. Pero, ¿qué tipo de información obtenemos de estos espectros?

Los átomos que componen las atmósferas estelares, al igual que todos los átomos en el cosmos, están hechos de partículas fundamentales como los neutrones y protones, que conformarían el núcleo atómico, y electrones que orbitan alrededor de dicho núcleo. Cada elemento químico de la tabla periódica es una configuración única de estas partículas. Cuando los electrones saltan de una órbita a otra emiten cuantos de luz para compensar el gasto energético. Esta luz se produce a una determinada longitud de onda para cada átomo. Estas transiciones atómicas quedarán reflejadas en el espectro estelar en forma de líneas de absorción o emisión (ver figura). El espectro estelar con sus líneas espectrales es la huella que dejan los átomos que componen las atmósferas estelares, y los astrónomos, midiendo las características de estas líneas, podemos obtener la cantidad de átomos de cada especie que configura la atmósfera de la estrella. En pocas palabras, de qué están hechos los astros.

En los últimos años diferentes instituciones a nivel mundial, entre las que se encuentra el Instituto de Astrofísica de Canarias, han hecho un gran esfuerzo en construir sofisticados instrumentos que nos permiten obtener simultáneamente miles de espectros estelares. En una noche de observación somos capaces de obtener más de 15 000 espectros de estrellas diferentes, algo impensable hace tan solo una década. Esta necesidad astronómica de aumentar nuestra estadística para conocer mejor la materia prima de las estrellas y la evolución química del Universo ha desarrollado toda una nueva tecnología, especialmente en el uso de fibras ópticas en Astronomía, y ha abierto nuevos campos a la ingeniería.

Uno de los mapeados de espectroscopía estelar más importantes en la actualidad recibe el nombre de APOGEE: Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment en sus siglas en inglés. APOGEE es un experimento liderado por la Universidad de Virginia en Estados Unidos donde participa activamente una decena de países diferentes entre los que se encuentra España. Hasta la fecha APOGEE ha conseguido medir más de 15 especies químicas diferentes en las atmósferas de más de 300 000 estrellas distintas. Gracias a este catálogo químico, no solo hemos desarrollado las técnicas y los modelos teóricos necesarios para obtener información de los espectros observados, también hemos aprendido que en la formación del disco de nuestra galaxia existen al menos dos procesos diferentes y distantes en el tiempo que han configurado su actual morfología. Uno de estos primeros procesos en la formación del disco da lugar a lo que se denomina el disco grueso, el cual constituye un fósil, una reliquia de los primeros instantes de la Vía Láctea. Otra parte del disco galáctico denominado disco fino, y formado más recientemente en el tiempo, muestra trazas químicas completamente diferentes al disco grueso. Fuera de los dominios del disco galáctico se extiende una componente denominada halo. Nuestro catálogo químico nos ha enseñado que esta componente está formada por una cantidad notable de "escombros" estelares pertenecientes a galaxias menos masivas que la Vía Láctea y que fueron engullidas por nuestra galaxia a través de procesos de acreción.

Ahora mismo estoy usando el catálogo de APOGEE para buscar estrellas que tienen el mismo patrón químico que nuestro Sol. Una vez identificas y a través del cálculo de sus órbitas usando datos del satélite Gaia, quiero encontrar la estrellas que nacieron en la misma nube molecular que la estrella que sostiene la vida en este planeta. Este ejercicio se puede extrapolar a otras estrellas y mediante esta técnica denominada etiquetado químico podemos comprender los mecanismos dinámicos internos, donde la fuerza que domina es la gravitación universal, que actúan en el disco de nuestra galaxia y que "golpean" a las estrellas como golpeamos a las bolas de billar en el tablero.

 

Borja Anguiano nació en Corella, Navarra, y es Licenciado en Física por la Universidad de La Laguna. Realizó su tesis doctoral en el Leibniz Institute for Astrophysics de Potsdam, Alemania. Posteriormente se trasladó a la Universidad de Macquarie en Sydney, donde disfrutó de una beca de investigación del Gobierno australiano. En la actualidad es investigador postdoctoral en el Departamento de Astronomía de la Universidad de Virginia en EE. UU. Su investigación se centra en el estudio de los orígenes y la evolución de las poblaciones estelares en la Vía Láctea. 

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