Las gigantes rojas son como 'barítonos' que permiten afinar las mediciones de las distancias cósmicas

Una herramienta que utilizan los astrofísicos es la constante de Hubble (H0), que mide la velocidad con la que se expande el universo y establece la edad y el tamaño observable del universo.

Sin embargo, existe desacuerdo sobre el valor de H0, debido a mediciones contradictorias derivadas de varios objetos celestes. El debate significa que nuestra comprensión de la física básica del universo es incompleta. Hay mucho en juego y la clave para encontrar una resolución es mejorar significativamente la precisión de las mediciones de distancia basadas en estrellas.

Ahora, un estudio publicado en The Astrophysical Journal Letters por el profesor de la EPFL Richard I. Anderson, el ex pasante de investigación de verano de la EPFL Nolan Koblischke (ahora en la Universidad de Toronto) y Laurent Eyer (Universidad de Ginebra) refina las mediciones de distancia cósmica utilizando el sonido señales de gigantes rojas. "Descubrimos que las oscilaciones acústicas de las estrellas gigantes rojas nos dicen cómo medir mejor las distancias cósmicas utilizando el método de la 'punta de la rama de las gigantes rojas'", dice Anderson.

Midiendo distancias cósmicas con gigantes rojas

¿Qué son las "gigantes rojas"?. Son estrellas envejecidas. Adoptan un tono rojizo a medida que agotan el hidrógeno de sus núcleos y utilizan el hidrógeno exterior, lo que los hace más grandes y más fríos.

En los diagramas astronómicos, esta evolución conduce a una "rama de gigante roja", una desviación debida al aumento de brillo de la estrella. La punta de la rama de gigante roja (TRGB) es un punto crítico donde estas estrellas encienden helio, invirtiendo la evolución del brillo.

La TRGB, marcado por menos estrellas más brillantes encima en el diagrama, sirve como una "vela estándar" para mediciones de distancia cósmica: al comparar su brillo conocido con su brillo observado en galaxias distantes, los astrónomos pueden calcular la distancia, de manera muy similar a estimar el brillo de una bombilla. distancia por su luminosidad.

Cantando en la oscuridad

Los investigadores analizaron datos del Experimento de Lentes Gravitacionales Ópticas (OGLE) y de la misión Gaia de la ESA para examinar las gigantes rojas en la Gran Nube de Magallanes (LMC), una galaxia compañera cercana que orbita la Vía Láctea y sirve como laboratorio crucial para la comprensión. la física de las estrellas.

En un giro sorprendente, los científicos descubrieron que todas las estrellas en la TRGB en realidad varían periódicamente en brillo; las ondas sonoras viajan a través de las estrellas como los terremotos en la Tierra, provocando que oscilen. Si bien estas oscilaciones se conocían previamente, se pasó por alto su importancia para las mediciones de distancia. Pero ahora permitieron a los investigadores distinguir las estrellas por edad, ofreciendo un enfoque más matizado para medir distancias en todo el universo.

Anderson explica: "Las estrellas gigantes rojas más jóvenes cerca de la TRGB son un poco menos brillantes que sus primas mayores, y las oscilaciones acústicas que observamos como fluctuaciones de brillo nos permiten entender con qué tipo de estrella estamos tratando: las estrellas más viejas oscilan a frecuencia más baja, tal como un barítono canta con una voz más profunda que un tenor".

Esta distinción es crucial para garantizar mediciones de distancia altamente precisas necesarias para la cosmología y para obtener el mejor mapa del universo local, ya que existen estrellas gigantes rojas en prácticamente todas las galaxias.

El estudio también identifica varias mejoras en el método de distancia TRGB que son esenciales para comprender los debates recientes sobre la tensión constante del Hubble. "Ahora que podemos distinguir las edades de las gigantes rojas que forman la TRGB, podremos mejorar aún más la medición de la constante de Hubble basándose en ellas", afirma Anderson.

"Estas mejoras pondrán aún más a prueba la tensión constante de Hubble y pueden conducir a nuevos conocimientos innovadores sobre los procesos físicos básicos que deciden cómo evoluciona el universo".

Referencia

Richard I. Anderson et al, Small-amplitude Red Giants Elucidate the Nature of the Tip of the Red Giant Branch as a Standard Candle, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad284d