Cuánto brilla una estrella?

Transcripción

1 Cuánto brilla una estrella? Cuando miramos al cielo en una noche despejada, lo primero que nuestros ojos advierten es que las estrellas que observamos presentan brillos y colores diferentes. Algunas deslumbrantes, otras de brillo medio y otras tantas sólo visibles con cierto esfuerzo. Los astrónomos profesionales y aficionados se refieren en muchas ocasiones a las estrellas en términos de brillo, tanto para estudios científicos como para efemérides de cara a la observación. Pero, cómo expresar la medida del brillo de una estrella? Resultaría muy problemático y confuso referirnos al brillo de un modo cualitativo o comparativo (esta estrella brilla más que la de su izquierda,aunque un poco menos que la que se sitúa arriba junto a otra más brillante que las dos). También sería un tanto impreciso catalogar el brillo de las estrellas de un modo descriptivo (muy brillante, bastante, algo, poco...). Es necesario entonces buscar un modo cuantitativo de medir ese brillo. Magnitudes Cómo expresar entonces el brillo de una estrella? Los astrónomos emplean un sistema bien sencillo que procede de la antigua Grecia: las magnitudes. El ojo humano es capaz de catalogar estrellas en base al brillo y de estimar cuando dos estrellas dadas tienen un brillo idéntico o similar. Los antiguos astrónomos griegos asignaban a las estrellas más brillantes del cielo la magnitud 1 y a las apenas perceptibles a simple vista en las noches más oscuras la magnitud 6. Entre ambos números existen valores intermedios que se pueden emplear para expresar el brillo de estrellas más o menos brillantes. De este modo tan sencillo, las estrellas de magnitud 1 son las más brillantes, las de magnitud 2 brillan algo menos que las de 1, las de magnitud 3 son más débiles que las de 2, etc... así hasta llegar a la magnitud 6, el límite para las estrellas más difíciles de ver a simple vista. Imagen: el sistema de magnitudes empleado por los griegos, en el que las

2 estrellas más brillantes son de magnitud 1 y las más débiles de magnitud 6. Desde la época de los antiguos griegos, la Astronomía ha progresado muchísimo y aunque seguimos empleando nuestros ojos para medir el brillo de las estrellas y otros cuerpos celestes (planetas, cometas, asteroides, etc.), también contamos con instrumental óptico avanzado y sistemas de tratamiento de imagen que nos resultan de gran ayuda para realizar nuestros estudios u observaciones astronómicas. Esto ha conllevado que la medida del brillo de un objeto celeste no solamente se exprese mediante los números enteros antes mencionados (1, 2, 3, 4, 5 y 6), sino que además podamos referirnos al brillo con mayor precisión. Es obvio pensar que pueden existir estrellas que no sean tan brillantes como las de magnitud 1, pero sí resulten más luminosas que las de magnitud 2. En este caso, para expresarnos con mayor precisión, en vez de emplear números enteros podemos referirnos al brillo de una estrella con números decimales. De hecho, para, los astrónomos siempre suelen emplear magnitud decimal. Por ejemplo, la estrella Albireo (en la constelación de Cisne) tiene magnitud 3.2; Aldebarán (la estrella más brillante de Tauro) es de magnitud 1.1 ó la estrella Polar (en la Osa Menor) es de 2.1. Incluso es posible ir más allá y emplear dos o tres decimales, cuando estamos realizando trabajos de mayor precisión que requieren una estimación más exacta. Ampliando la escala Es posible que a estas alturas ya haya surgido una pregunta: existen estrellas o cuerpos celestes más brillantes de magnitud 1? La respuesta es afirmativa: de hecho, algunas estrellas presentan un brillo mayor a este valor y la mayor parte de los planetas brillan bastante más que las estrellas. Para continuar con la escala de magnitudes, a las estrellas de brillo mayor que magnitud 1 se les asigna un brillo de cero o incluso un valor negativo. Así, podemos encontrarnos con estrellas como Betelgeuse (en Orión) con magnitud 0.7, Capella (en Auriga) con magnitud 0.1, o Arturo (de la constelación de Boyero) cuyo brillo es exactamente de 0.0. La estrella Sirio (en Can Mayor) tiene un brillo tan alto que su magnitud es negativa, de 1.5. Pero los casos más espectaculares son los planetas: de los nueve planetas del Sistema Solar, cinco se aprecian con facilidad a simple vista en el cielo: Mercurio, Venus,

3 Marte, Júpiter y Saturno. Saturno es el más apagado de los cinco, con magnitud aproximada de 0. Venus es el más brillante, que puede llegar hasta la magnitud 4.5. Júpiter tiene magnitud aproximada 2 y Mercurio y Marte varían de brillo en función de su posición respecto a la Tierra, pero en su máximo pueden llegar a alcanzar magnitudes de 1.5 y 2.5, aproximadamente. Un caso particular es el de Urano, de magnitud +5.9, apenas observable a simple vista y muy difícil de localizar si no empleamos instrumental óptico (prismáticos o telescopios). Imagen: un mapa de la región del cielo en la que se encuentran las constelaciones de Orión, Tauro y Géminis. Junto a cada estrella se indica la magnitud de la misma. Naturalmente, el Sol y la Luna son casos extraordinarios de brillo en comparación con las estrellas, presentando el primero una magnitud de 26.8 y la segunda, en fase llena, una magnitud de Algunos satélites artificiales pueden brillar mucho cuando sus antenas reflejan la luz del Sol, alcanzando magnitud 7 ó incluso mayor. La Estación Espacial Internacional (ISS) es fácilmente visible a ojo desnudo, alcanzando su magnitud un valor de 4 ó mayor en muchas ocasiones.

4 Pero no hemos de olvidarnos de aquellos cuerpos que no podemos ver a simple vista y que de hecho son la mayoría que puebla el Universo. Existen estrellas y otros objetos que son más débiles de magnitud 6. Si miramos al cielo a través de unos prismáticos apoyados en un trípode, seremos capaces de observar un buen número de estrellas no visibles a ojo desnudo, llegando a la magnitud 7, 8 ó incluso 9 (dependiendo del tipo y calidad de los prismáticos). Con un modesto telescopio es posible percibir estrellas de magnitud 11 y cuanto mejor sea el instrumento que empleemos para la observación, más lejos podemos llegar. Por ejemplo, con un telescopio potente y una cámara de fotografía química o digital es posible alcanzar magnitudes cercanas a 17 ó 18, aunque dependiendo desde luego del tipo de telescopio y cámara que estemos usando. Los observatorios profesionales llegan mucho más allá: el conocido Telescopio Espacial Hubble puede observar fácilmente estrellas de magnitud 25 ó Así, empleando esta escala de magnitudes podemos deducir qué tipo de instrumental necesitamos emplear como mínimo para observar un objeto determinado: Júpiter (magnitud -2.0) puede observarse cómodamente a simple vista. Urano (-5.9) podría en teoría verse a ojo desnudo, pero es prácticamente imprescindible el uso de prismáticos como mínimo. Neptuno (-8.0) precisa al menos unos prismáticos, pero para ver Plutón (-13.9) hará falta un telescopio bien potente. Brillo variable Existen estrellas cuyo brillo varía, a las que denominamos Estrellas Variables. Algol, una variable bien conocida en la constelación de Perseo, varía entre magnitud 2.2 y 3.4 en un periodo de tiempo de unos 2.86 días. Sabiendo la magnitud podemos deducir que estas variaciones de brillo son visibles con relativa facilidad a simple vista. Para apreciarlas sólo tenemos que comparar la luminosidad de Algol con otra estrella próxima de magnitud fija y que presente, por ejemplo, magnitud 3 brillo más o menos similar al de Algol, para ver cómo algunos días brilla más esta estrella de comparación y otros días es la propia Algol la más brillante de las dos. En el transcurso de varias semanas y también con un poco de práctica, podremos comprobar que, en efecto, la luminosidad de Algol no es siempre la misma.

5 Otro ejemplo interesante es el de otra estrella llamada R CrB en la constelación de la Corona Boreal que suele presentar magnitud próxima a 6, pero que durante periodos de tiempo determinados sufre caídas bruscas e irregulares hasta magnitud 13. R CrB resulta, observable con algo de dificultad a simple vista aunque fácilmente a prismáticos cuando su brillo es alto, pero difícil de apreciar con telescopio cuando sufre una caída de luminosidad. Imagen: mapa en el que se muestra la situación de la estrella variable R CrB. Los números junto a las estrellas representan las magnitudes de las mismas. Cometas, nebulosas y galaxias: objetos difusos con dificultad añadida A excepción del Sol y de la Luna casos particulares, en todos los ejemplos anteriores nos hemos referido al brillo que presentan los objetos puntuales como las estrellas, es decir, aquellos objetos que presentan aspecto de punto. Pero existen otros cuerpos celestes que no son puntuales, tales como los cometas o las nebulosas, que desde nuestra perspectiva son áreas en vez de puntos. En estos casos, cuando hablamos sobre la magnitud de un objeto de este tipo, estamos refiriéndonos a la luminosidad que presenta todo un área si ésta fuese puntual, es decir, si pudiésemos encoger toda esa área hasta que tomase forma de punto. De esta forma, cuando nos hablan, por ejemplo, de la magnitud de una nebulosa, tenemos que pensar en ese valor numérico distribuido por la superficie de dicho objeto. Qué implicación tiene esto? Fundamentalmente que al tener que distribuir o repartir el valor de la magnitud por todo el área del objeto, el brillo real de éste para nuestros ojos es un tanto menor que la propia magnitud indicada del mismo. Tenemos, de esta forma, que restar aproximadamente entre 1 y 2 magnitudes al valor inicial dado.

6 Imagen: la magnitud de los objetos difusos no se ha de entender del mismo modo que la de los objetos puntuales. Por ejemplo, una nebulosa que presente magnitud 3 puede parecer tener un brillo más que aceptable para observar a simple vista. En realidad, la magnitud efectiva para nuestros ojos podría hallarse cercana a 5, lo cual la convierte en un objeto un tanto más difícil pero no imposible de apreciar a simple vista. Un cometa que presente magnitud 5 podría resultar inapreciable a ojo desnudo y necesitar para su observación el empleo de prismáticos. Si en un catálogo astronómico nos dicen que una galaxia determinada tiene magnitud 9 y sabemos que con nuestro telescopio hemos llegado a ver estrellas de magnitud 11, lo más seguro es que dicha galaxia sea prácticamente imposible de apreciar a telescopio, porque en realidad su superficie aparentaría tener magnitud más débil que 10. Mirando a través de filtros Para llevar a cabo la mayor parte de los estudios astronómicos profesionales se emplean filtros. Un filtro suele consistir en un cristal que, como su nombre indica, filtra determinadas longitudes de onda. Muchos de los filtros empleados en Astronomía son de colores, de tal forma que su función es sólo dejar pasar la luz correspondiente a ese color (más técnicamente, filtran un rango determinado de longitudes de onda del espectro visible). Para observar estrellas y planetas se emplean filtros amarillos, rojos, naranjas, azules, verdes... en función de lo que interese estudiar. En otras investigaciones se utilizan filtros de otros rangos de longitudes de onda no pertenecientes al espectro visible (infrarrojos, ultravioletas...) o en longitudes de onda muy determinadas. En el caso de objetos como las estrellas, nebulosas, galaxias, etc. es frecuente describir la magnitud en base al filtro empleado, es decir, especificar junto al valor de la magnitud el filtro con el que se

7 observó el objeto determinado. Por ejemplo, podemos decir que una estrella tiene magnitud 9.42 R, lo cual significa que su magnitud, observada a través de filtro rojo, es de Esa misma estrella puede presentar magnitud 9.17 G (verde, green en inglés) o 9.23 B (azul, blue en inglés). La necesidad de especificar el filtro responde a que la magnitud de la estrella o de cualquier objeto no va a ser siempre la misma al observarla a través de diferentes filtros o con ninguno, pues algunos de éstos dejarán pasar más luz a su través y otros menos, en función de las características del filtro y de la propia estrella. De este modo, en muchos catálogos profesionales de estrellas y objetos de cielo profundo (nebulosas, galaxias, quasares...) podemos encontrar varias medidas de magnitud en función del filtro empleado. Apéndice: representan las magnitudes un brillo real? Esta pregunta tiene dos respuestas, ambas negativas, que nos pueden ayudar a entender conceptos e ideas sencillas, pero importantes. Veámoslas por separado: A) Una estrella de magnitud 1 brilla mucho más que otra de magnitud 5, pero esto no significa que la primera sea un astro intrínsecamente más brillante que la segunda. Es decir, la estrella de magnitud 1 no tiene necesariamente que emitir más luz que la de magnitud 5. Cuando observamos el cielo en una noche despejada no podemos conocer de mano a que distancia de encuentra cada estrella y puede suceder que la estrella de magnitud 1 sea pequeña y de brillo intrínseco débil, pero que se encuentre muy próxima a nosotros. También podría ocurrir que la otra estrella, de magnitud 5, sea en realidad tremendamente brillante, pero al hallarse a una distancia mucho mayor se aprecie como un punto muy débil. Un ejemplo útil para entender esto es imaginar un faro situado a varios kilómetros de distancia, el cual se aprecia como un punto luminoso, y al mismo tiempo encender una linterna alumbrándonos directamente a la cara. La linterna, al hallarse muy próxima a nuestros ojos, nos resulta más brillante que el faro, aunque éste último sea el que más luz emite. De todo ello podemos deducir que las magnitudes no representan el propio brillo real de los objetos que observamos, sino el brillo que estos tienen al observarlos desde la Tierra.

8 B) Por otro lado, hay que tener en cuenta un aspecto importante de la escala de magnitudes que estamos empleando: los valores que usamos se basan en nuestra percepción visual, pero no en el brillo intrínseco de las estrellas. Aunque pueda parecer lo contrario, una estrella de magnitud 5 no brilla cinco veces menos que otra de magnitud 1. Ni tampoco una estrella de magnitud 2 brilla el doble que otra de magnitud 4. En realidad, una estrella de primera magnitud es veces más luminosa que otra de segunda magnitud, la cual es también veces más luminosa que otra de tercera magnitud y así sucesivamente. Para comparar el brillo real entre estrellas sólo es necesario realizar unos sencillos cálculos, multiplicando dicha cantidad por la diferencia entre las magnitudes de las dos estrellas a comparar. Así, la diferencia real de brillo entre una estrella de magnitud 3 y otra de magnitud 5 es x = O, por ejemplo, la diferencia de brillo entre una estrella de magnitud 1 y otra de magnitud 6 es x x x x = 100. De este modo, podemos decir que, para este último caso, una estrella de magnitud 1 brilla 100 veces más que otra de magnitud 6. Es posible expresar este cálculo con una sencilla fórmula: D = (m1-m2) en donde D se refiere a la diferencia de brillo, m1 es la magnitud del objeto más brillante y m2 la del más débil. (m1-m2) representa el valor absoluto de la diferencia entre estas magnitudes, de tal forma que para calcularlo simplemente hemos de restar el valor de magnitud del objeto más luminoso menos el del más débil. El valor que obtengamos, si resultase negativo, lo hacemos positivo.