Les propongo un ejercicio de imaginación. Pensemos en una persona que toca un tambor, con un ritmo pausado y regular. Podemos imaginar sus brazos subiendo y bajando, marcando un compás exacto. Ahora, imaginemos que sumamos a otra persona con un instrumento similar, pero siguiendo otro ritmo. Ambos músicos están tocando simultáneamente. Y sigamos así… agreguemos cinco tambores más, diez, quince, quizás veinte tambores, cada uno con una secuencia de golpes diferente, algunos golpeando más intensamente o mezclando golpes suaves con otros más fuertes. Si escuchamos todos los ritmos juntos, se nos hace imposible distinguir cada uno de sus componentes, a cuál ejecutante atribuir cada compás, cuál está tocando a la derecha y cuál adelante o atrás, cuál golpea más fuerte… ¡es un pandemónium! ¡un alboroto sin sentido! Sin embargo, esa amalgama de sonidos fue creada a partir de la suma de muchos ritmos simples, con diferentes intensidades y un mismo instrumento. De manera que un análisis muy cuidadoso de las frecuencias con que se repiten los golpes de tambor y la intensidad de cada uno, podría desenredar ese aparente caos y descubrir cada ejecutante con su ritmo en particular.
Pero… ¿por qué hablamos de tambores? ¿Qué relación tienen los tambores, sus ritmos frenéticos y su estruendo, con las estrellas? Salvando las absurdas diferencias, como si se tratara del parche de los tambores, muchas estrellas también vibran. Sus calientes superficies se mueven, subiendo y bajando, empujadas por algunos desequilibrios internos. Estos fenómenos, que pueden ocurrirle a las estrellas en algunas etapas de su evolución, se llaman “pulsaciones“. En algunos casos, las pulsaciones se corresponden con un aumento secuencial del tamaño completo de la estrella, seguido de una disminución del mismo. Esas son las “pulsaciones radiales” porque cambian el radio estelar. En otras estrellas, las pulsaciones son más complejas ya que algunas partes de la superficie estelar suben mientras otras bajan simultáneamente. En esos casos, se dice que las estrellas tienen “pulsaciones no radiales”. Y casi siempre, muchos de esos diferentes patrones de pulsación ocurren mezclados, de manera simultánea e independientes unos de otros.
En el caso de los tambores, percibimos los ritmos mediante el sonido (o alboroto) que llega a nuestros oídos. Pero en el caso de las estrellas con pulsaciones, lo que observamos son sutiles cambios en sus brillos. Esto se debe a que las oscilaciones hacen que, por momentos, distintos sectores de la superficie estelar se calienten o se enfríen por encima de su estado normal, o que el material se vuelva un poco más transparente u opaco a la luz que proviene del interior de las estrellas. Todos esos cambios, modifican sutilmente el brillo total de la estrella. Entonces, es posible relacionar esas variaciones de brillo con las pulsaciones que las provocan a lo largo del tiempo. La secuencia de cambios de brillo que ocurre a medida que transcurre el tiempo, se llama “curva de luz“. De este modo, en la curva de luz de una estrella pueden estar entremezclados muchos ritmos de vibración, muchas clases de pulsaciones simultáneas.
Pero si analizar estas combinaciones de ritmos ya es complicado, ¡aún hay más! Un alto porcentaje de las estrellas de alta masa no se encuentran solas. Aunque las veamos desde Tierra con el mejor de los telescopios, sólo apreciamos un único punto de luz pero, en realidad, son dos estrellas muy próximas entre sí. No podemos distinguirlas debido a la enorme distancia que nos separa de ellas. A estos pares estelares se los llama “sistemas binarios” y constan de dos estrellas unidas por la fuerza gravitatoria, que giran alrededor de un punto intermedio. El movimiento orbital de estas estrellas también modifica los ritmos de brillo del sistema y resulta complicado distinguirlo de las auténticas pulsaciones. Para entender qué sucede con estas estrellas y cómo son sus características físicas, es necesario contar con herramientas que puedan deshilar la simultaneidad de todos estos fenómenos.
De eso se trata el nuevo trabajo, recientemente publicado en la reconocida revista científica Galaxies, cuya autoría está encabezada por la Lic. Aldana Alberici Adam, perteneciente al IALP (CONICET, UNLP) y realizando su tesis doctoral en la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas (FCAG, UNLP). Aldana Alberici Adam realizó este trabajo en colaboración con dos miembros del Instituto de Estadística de la Universidad de Valparaíso, Chile: Gunther Avila Marín y Alejandra Christen, y con la Dra. Lydia Cidale (IALP, CONICET), también docente e investigadora de la FCAG. La Lic. Alberici Adam y las Dras. Alejandra Christen y Lydia Cidale realizaron este trabajo en el marco del Proyecto POEMS.
Este equipo de investigación enfocó su estudio a las estrellas llamadas “supergigantes B”, estrellas enormes, masivas y calientes, frecuentemente pulsantes, en una etapa transitoria entre un estado un poco más caliente (supergigantes O) y en camino a un estado de mucha menor temperatura (supergigante roja). El objetivo del trabajo fue evaluar herramientas matemáticas estadísticas que, computadora mediante, son capaces de desenredar los ritmos superpuestos de los efectos mencionados. La clave de este análisis es la búsqueda de “períodos” en las curvas de luz. Es decir, rastrear repeticiones en los diferentes patrones de cambio de brillo, las que marcarían los ciclos de las pulsaciones o, también, su relación con el tiempo de giro orbital del sistema binario. Para esto, el equipo creó modelos matemáticos, generando curvas de luz artificiales semejantes a las observadas, las que sometieron a prueba con diferentes herramientas estadísticas. Junto al estudio clásico de este tipo (análisis de Fourier), ellos incorporaron un método novedoso llamado “análisis de wavelets“. Este último demostró ser muy útil para discernir las variaciones de brillo debidas al movimiento en un sistema binario.
Como conclusión, las autoras y autores del trabajo recomiendan un análisis simultáneo de las curvas de luz, usando al menos dos herramientas de diagnóstico, ya que cada una de ellas tiene sus ventajas y sus desventajas. Sin duda, estos métodos aplicados a observaciones de estrellas supergigantes B podrán discernir las diferentes pulsaciones y distinguirlas de los cambios de brillo por el movimiento orbital de sistemas binarios. Por un lado, el análisis de las pulsaciones puede ofrecer valiosa información sobre el interior de estas estrellas (mediante la disciplina llamada “astrosismología“). También, la aplicación de estas herramientas de análisis puede brindar una manera nueva de detectar sistemas binarios en supergigantes B. Eso es importante ya que varios investigadores han reportado una aparente disminución de sistemas binarios con supergigantes B, cuya causa aún es desconocida.
Título del artículo: “Synthetic Light Curve Design for Pulsating Binary Stars to
Compare the Efficiency in the Detection of Periodicities”
Autores: Aldana Alberici Adam (IALP, FCAG), Gunther F. Avila Marín (Universidad de Valparaíso, Chile), Alejandra Christen (Universidad de Valparaíso, Chile) y Lydia Sonia Cidale (IALP; FCAG).
Enlace al artículo: https://doi.org/10.3390/galaxies11030069
Redacción de la nota: Dr. Roberto O. J. Venero