Alrededor de las Pléyades

Get the Celestia catalog of the Pleiades based on Gaia DR2 from here. Get an English version of this note here.

Entonces, ¿a qué distancia están las Pléyades? Contábamos la semana pasada que el catálogo Gaia DR2, un tesoro de miles de millones de mediciones de altísima precisión publicado en abril de este año, promete zanjar la controversia: ¿están a 450 años luz, y el catálogo Hipparcos la pifió, o están a 380 años luz como midió Hipparcos, y no entendemos nada de la física de las estrellas? ¿Eh?

Como anticipé, el catálogo preliminar Gaia DR1 (de 2016) estima una distancia de 436 años luz, basado en paralajes de 164 estrellas del cúmulo. Con DR2 ya publicado hace meses y sin novedad en el frente, decidí calcularlo yo mismo. El catálogo de Gaia es público, así que descargué todas las estrellas (se dice "fuentes", porque no todas son estrellas) centradas en la posición de las Pléyades. Esto es un cono con el vértice en la Tierra y extendiéndose indefinidamente: casi 700 mil estrellas. En algún lugar de ese cono están las Pléyades, pero también muchas estrellas delante y muchísimas detrás. Estrellas "del campo", que les dicen. ¿Cómo separarlas?

Es muy sencillo, un cúmulo estelar se mueve por la galaxia como un rebaño. Todas sus estrellas tienen el mismo movimiento propio en el cielo, también medido por Gaia. Según el paper DR1 se puede pescar a las Pléyades revisando las que tienen movimiento propio cercano a 50 milisegundos de arco por año, hacia el sudeste. Esto me dejó 1876 estrellas. Hice un histograma con sus paralajes para ver si había que filtrar un poco más. El pico de la derecha está en 7 y medio, que son 1000/7 = 140 parsecs (unos 400 años luz), así que son las Pléyades. Se ve que hay algunas estrellas "coladas": estrellas mucho más lejanas (paralajes más chiquitas) que casualmente tienen un movimiento parecido a las Pléyades. Para quedarme sólo con las del cúmulo seleccioné las que tienen paralajes entre 5 y 9.5:

Son 1494 estrellas, 10 veces más que las que usaron con DR1. El valor medio de sus paralajes es 7.34 mas (milisegundos de arco) y la desviación estándar es 0.45 mas (curva gaussiana roja). A mi juicio, sería incorrecto considerar esta desviación como error de la medición; se trata más bien de una caracterización estadística de la distribución de las estrellas del cúmulo alrededor de su centro. Para tener una estimación del error usé los errores de las mediciones individuales. En definitiva, y convertido a distancia, tenemos:

Distancia a las Pléyades: 444 ± 16 años luz

Ahí tenés. Las Pléyades están donde deben estar y toda la física estelar está bien. Vale la pena señalar que una paralaje de 7.34 milisegundos de arco es como distinguir un pelo a 3 kilómetros de distancia.

Con las posiciones determinadas con tanta precisión, es irresistible graficar el cúmulo en 3D. Aquí está. Cada estrella es una bolita de acuerdo a su magnitud. Puse en rojo y un poco infladas las estrellas más brillantes, que son las que vemos a simple vista en el famoso cúmulo. Se puede ver que el enjambre es más bien esférico, y que las estrellas brillantes están alineadas formando una columna que apunta hacia nosotros (hacia abajo en el gráfico) y que se encuentra en su mayor parte más cerca que el promedio de las estrellas menos brillantes.

Ya que estamos, no nos cuesta nada convertir los datos al formato de Celestia. Así tenemos una visualización realista de las Pléyades de costado, como nunca las veremos:

Y para terminar, un videíto volando alrededor de las Pléyades

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Notas y detalles

Los datos fueron descargados del archivo Gaia: http://gea.esac.esa.int/archive, usando todas las fuentes en un círculo de 5° centrado en RA = 56.75°, DEC = 24.12°. Esto produjo 699860 fuentes.

Luego se aplicó el criterio de dispersión del movimiento propio: √((pmra-20.5)²+(pmdec+45.5)²) < 6 mas/a, encontrándose 1876 estrellas. Este criterio es probablemente muy estricto, porque tuve que agregar a mano a Merope, para la cual da 6.76 mas/a. Así que hay seguramente más miembros del cúmulo que los encontrados. Pero es el criterio usado en el paper de DR1, así que lo usé tal cual. Finalmente se seleccionaron las 1594 fuentes con paralaje entre 5 y 9.5.

El error está calculado como el valor medio cuadrático √(∑parallax_error²)/√N. Este cálculo supone que los errores de las mediciones individuales son independientes, lo cual no es el caso para mediciones de Gaia tan cercanas entre sí. El paper DR1 recomienda sumar 0.3 mas como error sistemático, pero para una estimación inicial no lo hice. El error en distancia corresponde a la propagación del error relativo al convertir paralaje en distancia.

Un cálculo más sofisticado requeriría tener en cuenta el error sistemático, pero el paper de Luri et al. dice que "Unfortunately, there is no simple recipe to account for the systematic errors". Para el caso específico de cúmulos estelares, el trabajo de Bailer-Jones sugiere usar un modelo de la distribución de las estrellas en el cúmulo para inferir la distancia a su centro. Por otro lado, Luri et al. recomienda hacer un análisis bayesiano de los errores, incluso teniendo en cuenta la magnitud y el color. Espero ansioso a ver qué resultado encuentran los expertos en los próximos meses.

En el gráfico 3D usé, para el tamaño de las esferitas, el logaritmo decimal del flujo (me quedaba más lindo que con la magnitud); y hay un factor 2 en el tamaño de las estrellas con magnitud menor que 6. El vuelo alrededor de las Pléyades está hecho con Celestia (el que quiera el catálogo no tiene más que pedirlo).

Referencias 

X. Luri et al., Gaia Data Release 2: Using Gaia parallaxes, Astronomy & Astrophysics (aceptado, 2018) (doi:10.1051/0004-6361/201832964).

C. Bailer-Jones, Inference of cluster distance and geometry from astrometry, ESA (2017) (https://www.cosmos.esa.int/documents/1371789/0/cluster_inference.pdf).

Gaia Collaboration et al., Gaia Data Release 1 - Summary of the astrometric, photometric, and survey properties, Astronomy & Astrophysics 595(A2):1-23 (2016).

This work has made use of data from the European Space Agency (ESA) mission Gaia (https://www.cosmos.esa.int/gaia), processed by the Gaia Data Processing and Analysis Consortium (DPAC, https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/dpac/consortium). Funding for the DPAC has been provided by national institutions, in particular the institutions participating in the Gaia Multilateral Agreement.

Gaia ve la Nube Mayor de Magallanes

Gaia es un telescopio espacial de diseño inusual (parece un sombrero, ¡y los espejos son rectangulares!), ya que está dedicado a un propósito muy específico: medir con precisión sin precedentes la posición y el movimiento de más de ¡mil quinientos millones de estrellas! Será una revolución en nuestro conocimiento de la estructura y la dinámica de la Vía Láctea. Y mucho más.

Gaia está observando sus millones y millones de estrellas desde hace ya cuatro años. En 2015, en base al primer año de observaciones, se publicó el primer catálogo de resultados. La imagen de aquí arriba no es una foto del cielo, sino una representación gráfica de aquel catálogo (notar las bandas que muestran cómo se iba cubriendo todo el cielo).

Sabiendo que faltaba poco para la publicación del segundo catálogo revisé el sitio de Gaia: será esta semana, el 25 de abril. Más de 1300 millones de estrellas entre las magnitudes 3 y 21 tendrán su posición determinada en 3D con precisión asombrosa, de algunos microarcosegundos. Un microarcosegundo es la millonésima parte de un segundo de arco. La Luna mide en el cielo 1600 segundos. Reguau. 10 microarcosegundos es como ver un pelo a 2000 kilómetros. Es como ver una estampilla en la Luna.

Millones de estas estrellas tendrán además determinada su velocidad en el espacio, con precisión de un par de cientos de metros por segundo. Más de mil millones de estrellas tendrán, además, su brillo y su color determinado con precisión de milésimos de magnitud, al estilo del telescopio Kepler. Nunca la Humanidad tuvo semejante cantidad de datos astronómicos de tanta precisión. Será una mina de oro.

Aparte de estrellas, por supuesto, habrá decenas de miles de asteroides, estrellas variables, supernovas y la mar en coche. Cualquier cosa que brille en el cielo habrá sido observada por Gaia en estos años. Habrá un tercero y un cuarto catálogos rellenando los huecos que queden y mejorando las mediciones, en 2020 y 2022.

No todas las estrellas de Gaia son de la Vía Láctea: en la imagen se distinguen perfectamente las Nubes de Magallanes. Husmeando en la web de la European Space Agency encontré esta extraordinaria imagen de la Nube Mayor, tal vez mi galaxia favorita. No es una foto: es el catálogo de Gaia, versión 1. Nunca había visto la estructura de la barra y la espiral de la Nube de Magallanes con tanta claridad. En la página de Gaia hay una versión mucho más grande que ésta.

Esperamos ansiosos el Gaia Data Release 2 dentro de pocos días.

Update: Los datos de Gaia fueron publicados, y habrá pasta para años. Esta preciosa visualización en 360 grados (usen el mouse para mover la imagen) es la versión actualizada del mapa de arriba. No es una foto, es un mapa de los datos medidos por Gaia.

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Las imágenes son de ESA/GAIA. Bueno, la de la Luna es mía, Gaia no observa la Luna.

El color de la galaxia

¿De qué color es el universo? Me lo preguntó mi amiga Maia Gattás, mientras fabricábamos espectroscopios y espiábamos las coloridas lámparas de descarga de gases elementales. Maia es una artista plástica interesada en todo lo que tiene que ver con los colores, y en particular con los colores astronómicos. Lo primero que se me ocurrió fue que las estrellas emiten la mayor parte de su luz en la región visible del espectro electromagnético, así que en promedio me imaginaba un grisecito. ¿De qué color es el universo? El paisaje desde mi ventana se vuelve monocromático cuando nieva. 

Pero este es un rincón muy chiquito del universo. Las fotos astronómicas son, en cambio, tan coloridas.

Son colores intensos, pero son muy tenues. Por mucho, la principal fuente de luz del universo son las estrellas, estrellas como el Sol. ¿De qué color es el Sol? ¿De qué color son las estrellas? ¿Podemos calcular un promedio, y averiguar de qué color es el cielo estrellado?

Para no sesgar mi averiguación con fotos que puedan estar manipuladas con criterios estéticos, recurrí al mejor catálogo de estrellas que tenemos en la actualidad: el catálogo DR3 de Gaia, recientemente completado. Gaia es un telescopio espacial dedicado exclusivamente a una tarea tediosa como pocas: observar sin parar miles de millones de estrellas, y registrar con exactitud sin precedentes sus posiciones, distancias, brillos y colores. Esta imagen, que comenté hace poco aquí en el blog, representa el cielo estrellado visto por Gaia:

Como ya conté, esta no es una foto: es una representación gráfica del catálogo, con brillos y colores incluídos. Reconocemos, por supuesto, la forma de la Vía Láctea, cruzada por filamentos oscuros donde el polvo frío nos oculta las estrellas que hay detrás. Vemos colores: rosados, anaranjados, blancuzcos, azulados... ¿Cómo promediarlos? Lo más ingenuo era promediar toda la imagen en Photoshop. Me dio esto:

Es un gris apenas azulado (en RGB es 128,133,137). ¿Es el color que me había imaginado? Más o menos. Pero también me di cuenta de que estaba promediando el color del fondo, que arbitrariamente usaron para el mapa. ¿Cómo desembarazarse del fondo, que es de un azul oscuro? De nuevo en Photoshop, hice promedios usando máscaras de brillo. El resultado fue este:

¡Ajá! Esto es otra cosa. Acá vemos claramente el tono cálido de las estrellas de la franja central de la Vía Láctea. El tono general es ahora un beigecito. La galaxia beige. La galaxia caqui. 

No quedé convencido. Si bien usé la imagen de mayor resolución (16000x8000 píxels), no están representadas las estrellas directamente sino algo que no sé qué es, porque no sé cómo la procesaron. Descargar las más de mil millones de estrellas de Gaia estaba fuera de discusión, especialmente con el ancho de banda de Bariloche. Podría usar una muestra representativa, eso sí. Leyendo la documentación me encontré con que los autores del catálogo ya previeron situaciones así: descargar una parte al azar del catálogo. Probé con 10000, como para empezar. Probé con un par de millones: lindo, y eran unos 70MB. Y bueno, al final descargué 2.6 millones de estrellas de Gaia. No todas las mediciones, apenas el brillo y la temperatura. Mi idea era convertir la temperatura en un color RGB, suponiendo la ley de radiación del cuerpo negro (las estrellas son muy aproximadamente cuerpos negros, aunque parezca mentira) y promediar las tres componentes usando los brillos como pesos. Hay muchas más estrellas rojas que azules en la galaxia, pero son muchísimo más tenues. ¿Alcanzaría su número para sesgar la cantidad de fotones hacia el rojo? Para saberlo, tenía que hacer un promedio pesado con el brillo. Lo hice en Mathematica (que tiene predefinida una función que convierte temperatura en color de cuerpo negro). El resultado es éste: 

Ahí tenés. El color de la Vía Láctea. La galaxia té con leche. En RGB es (244,230,219). Si querés una gama sin sesgar el tono quedan unos lindos chocolates:

Por supuesto, también googlié "color of the universe", a ver si alguien más ya lo había hecho. Y resultó que unos tipos de la Universidad Johns Hopkins lo habían hecho hace 20 años, pero usando los colores de 200 mil galaxias de la Australian 2dF Galaxy Redshift Survey. ¡El resultado también fue un beige! Bastante parecido al mío basado en Gaia, un poco menos rojo y tirando al champagne. Aquí puse los dos, ajustando el brillo para que sean comparables (el de Gaia es el de la izquierda):

No sé si es casualidad, pero en mi vestuario hay un montón de ropa de estos colores...

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Los datos de Gaia son gratis y abiertos al público:

This work has made use of data from the European Space Agency (ESA) mission Gaia (https://www.cosmos.esa.int/gaia), processed by the Gaia Data Processing and Analysis Consortium (DPAC, https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/dpac/consortium). Funding for the DPAC has been provided by national institutions, in particular the institutions participating in the Gaia Multilateral Agreement.

Una alternativa a usar la temperatura efectiva del catálogo (que no está medida, sino calculada) es usar las magnitudes por banda de color (pero habría que leerse la documentación correspondiente, para convertirlas a RGB), o el pseudocolour (también, andá a saber cómo convertirlo a RGB). No creo que haya mayores diferencias en el resultado.

Misterios de las Pléyades

Mi amigo Phil Plait (alias BadAstronomer) me escribió con motivo de mis artículos sobre la distancia a las Pléyades (lo que conté en julio aquí), que alcanzaron cierta notoriedad. Me dijo que le llamaba la atención que las estrellas más brillantes estuvieran alineadas y apuntando hacia nosotros. ¿What are the chances?, dice Phil.

Es ciertamente una rareza. Justamente lo estábamos analizando con Dennis Stello, un astrónomo australiano que también se interesó en el cálculo porque un trabajo suyo anterior le sugería que el cúmulo era muy "alargado". Los datos de Gaia DR2 efectivamente muestran un alargamiento. Mi gráfico tridimensional era engañoso porque mostraba en dos direcciones la ascención recta y la declinación, y pársecs en la otra dirección. Convirtiendo todo a pársecs tenemos una mejor impresón de la forma espacial del cúmulo.

De todos modos, está la cuestión de las estrellas brillantes, que son además las peso pesado del cúmulo. What are the chances, insiste Phil. Si miramos la distribución de paralajes (el histograma que ya mostré), la gran mayoría de las estrellas están en el pico de la campana. Si ponemos las Siete Hermanas con sus paralajes vemos que casi todas ellas tienen paralajes muy grandes. Cuatro de ellas están a más de 3 sigmas del valor medio, tres a más de 4 sigmas, y las dos más extremas, Maia y Merope, ¡están casi a 5 sigmas! ¿What are the chances? Si las estrellas estuvieran dispuestas al azar, la probabilidad de estar a más de 3 sigmas sería 3%, a más de 4 sigmas apenas 1 en 16 mil, y a más de 5 sigmas un despreciable 1 en más de un millón y medio. ¿Y justo las más brillantes? Mmmm.

Si se fijan bien, las paralajes de estas estrellas brillantes están afectadas de errores de medición más bien grandes, del orden de los miliarcosegundos. Las barras horizontales que les puse muestran que bien podrían estar más cerca del centro del cúmulo. Resulta que estos errores son anormalmente grandes, porque los instrumentos de Gaia están bien afinados para funcionar con precisión óptima entre magnitudes 6 y 15. En un gráfico de magnitud vs distancia, donde usamos el tamaño de los símbolos para indicar el error de la paralaje, vemos que las Siete Hermanas se separan del resto allá arriba a la izquierda: las más brillantes, muy cercanas, con errores grandes.

Acá pueden estar pasando tres cosas. O bien las paralajes de estas estrellas brillantes están sistemáticamente mal de una manera especial (puede ser, los errores sistemáticos son notoriamente difíciles de evaluar, y la opción "recomendada" por Gaia de sumar 0.3 miliarcosegundos mueve a todas las estrellas a la vez). O bien las Siete Hermanas forman realmente una cola (¿una marea?) del cúmulo, que justo justo apunta hacia nosotros. (¿WHAT ARE THE CHANCES?, grita Phil desde Boulder, CO). O bieeeeennnn... al menos algunas de las Siete Hermanas no forman parte del cúmulo. Después de todo, el cúmulo está justo atravesando una nebulosa ajena, bien podría haber estrellas también en su camino. ¿Hay algún indicio en los demás datos de Gaia DR2? Este gráfico muestra el movimiento propio en el cielo en función de la distancia (el tamaño y el color de los símbolos es ahora el brillo). El movimiento en el cielo es una velocidad angular, que debería ser proporcional a la distancia si el cúmulo se moviera como un cuerpo rígido en el espacio. Vemos que las inmensa mayoría de las estrellas efectivamente se amontona en una línea recta. Y de nuevo vemos estrellas brillantes (notoriamente Merope y Maia) muy lejos de esta tendencia general.

¿Entonces? No lo sabemos. No lo sé. Así es la ciencia.

Las figuras de hoy me quedaron todas un poco técnicas, así que para terminar, una imagen estereoscópica de las Pléyades, para ver cruzando los ojos. Cuidado con las Siete Hermanas, que se te vienen encima.

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Thank you Phil for your comments! Phil escribió sobre el asunto en How far away are the Pleiades?

D Stello and PE Nissen, The problem of the Pleiades distance: Constraints from Strömgren photometry of nearby field stars, A&A 374:105-115 (2001).

G Abramson, Around the Pleiades, arXiv:1808.02968v2.

G Abramson, The distance to the Pleiades according to Gaia DR2, Res. Notes AAS, 2:150 (2018). (Este artículo llegó rápidamente a ser el más leído de la revista apenas publicado a mediados de agosto, y todavía se mantiene allí un mes después.)

This work has made use of data from the European Space Agency (ESA) mission Gaia (https://www.cosmos.esa.int/gaia), processed by the Gaia Data Processing and Analysis Consortium (DPAC, https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/dpac/consortium). Funding for the DPAC has been provided by national institutions, in particular the institutions participating in the Gaia Multilateral Agreement.

El fin del Sol

Las estrellas nacen, viven y mueren. Un poco como los seres vivos, pero muchísimo más lentamente. ¿Cómo lo sabemos, si nuestras observaciones ocurren a una escala temporal tan distinta que las vemos prácticamente invariables? Lo sabemos gracias a que podemos observar grandes cantidades de estrellas en cada etapa de existencia, y porque entendemos la física que las lleva de una a otra. No todas las estrellas viven la misma existencia: el principal determinante es su masa inicial. Las estrellas más pesadas (muy poquitas) viven rápido y terminan explotando como supernovas. Las estrellas medianitas (como el Sol) viven miles de millones de años y terminan formando hermosas y efímeras nebulosas (llamadas "planetarias," aunque no tienen nada que ver con los planetas) a su alrededor. Las más chiquitas (la inmensa mayoría de las estrellas del universo) viven muchísimo más, agotando su combustible de manera lenta y eficiente.

 

¿Cómo fue el Sol en el pasado, y qué le ocurrirá en el futuro? Para saberlo con certeza es necesario identificar estrellas análogas al Sol en distintas etapas de su evolución. La fuente ideal para hacerlo hoy en día es la inmensa población de estrellas relevada por el robot Gaia, que ha escudriñado con inhumanas paciencia y precisión más de mil millones de estrellas. Entre otras cosas, ha medido sus brillos y colores, que además de servirme para calcular el color de la Galaxia sirve para cosas más científicas. Resulta que si uno grafica el color en un eje horizontal y el brillo en un eje vertical, todas las estrellas aparecen agrupadas en una franja diagonal, más una nube por encima y una por debajo. Este diagrama se llama de Hertzsprung-Russell, y su descubrimiento es uno de los hechos centrales de la teoría de la evolución estelar desarrollada a lo largo del siglo XX. Otro día comentaré más sobre él. Hoy me limito a decir que la franja diagonal se llama secuencia principal, y es donde aparecen las estrellas que están fusionando hidrógeno en sus núcleos, como nuestro Sol. 

Gaia ha identificado 5863 estrellas con temperaturas, aceleracíon de la gravedad superficial, composición química, masa y radio similares a los del Sol. Es una cantidad 10 veces mayor que las que se conocían anteriormente. Sus espectros, que delatan la composición química, son parecidísimos. Están todos dentro de la franjita gris en esta figura:

Identificando en el diagrama H-R estrellas con la misma composición pero en distintas etapas de su existencia es posible reconstruir la historia del Sol, desde su origen hace 4570 millones de años hasta su lejano futuro como gigante roja dentro de 7000 millones de años. 

Como podemos ver, el Sol se está calentando (moviéndose hacia la izquierda), y lo seguirá haciendo durante miles de millones de años hasta que agote el hidrógeno en su núcleo y abandone la secuencia principal para convertirse en subgigante y luego en gigante roja, fusionando helio. Mucho antes de que esto ocurra las condiciones en la Tierra serán demasiado hostiles para la vida. Los océanos hervirán y desaparecerán, y finalmente toda la atmósfera se perderá en el espacio interplanetario. Los lejanos descendientes de la humanidad, si es que existen, deberán encontrar una solución a este destino infernal de la Tierra. Por ejemplo ¡moverla! (algo que alguna vez ya comentamos).

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El diagrama de la evolución estelar es de Paulailustra (CC BY-SA). Las otras imágenes son de ESA/Gaia.

Gaia collaboration (y una página y media de autores individuales, Gaia Data Release 3: A Golden Sample of Astrophysical Parameters, Astronomy & Astrophysics (2022). Accesible libremente como arXiv:2206.05870v1.

Creevey et al. (sólo media página de autores), Gaia Data Release 3: Astrophysical parameters inference system (Apsis) I - Methods and content overview, Astronomy & Astrophysics (2022). Accesible libremente como arXiv:2206.05864v1.

Hay una nota mucho menos técnica que estos papers en el sitio de Gaia: How Big, Warm, Old, … Are the stars? Gaia’s stellar parameters.

La estrella más lejana (posta)

Las notas sobre La estrella más lejana, y su continuación La estrella más lejana (reloaded), son de las más visitadas del blog. Allí tratábamos de identificar la estrella más lejana visible a simple vista. Aunque en muchos sitios se dice que es Rho Cassiopeiae (una hipergigante amarilla), habíamos llegado a la conclusión de que su enorme distancia (más de 11000 años luz) medida por el satélite Hipparcos no era confiable. Además, como es una estrella que está muy al norte, buscamos una alternativa visible desde nuestras latitudes. Y encontramos que, de acuerdo a métodos complementarios, la estrella x Carinae (una cefeida clásica) parecía estar más lejos que Rho Cas. Al final de la segunda nota mencioné el hecho de que los resultados de Gaia permitirían zanjar la cuestión. Bueno, Gaia Data Release 2 está disponible desde hace un año. ¿Qué estamos esperando?

Spoiler alert: x Carinae gana por mucho, pero Eta Carinae está más lejos. ¡Aguante Carina!

Estos son los resultados para x Carinae, Rho (ρ) Cassiopeiae, y también para P Cygni (una variable luminosa azul, parecida a Eta Carinae) y V766 Centauri (otra hipergigante amarilla), que eran buenas candidatas.

Estrella	Distancia (a.l.)	Magnitud (V)
x Car	6597	3.8
ρ Cas	3476	4.6
P Cyg	4476	4.8
V766 Cen	8381	6.8

Ahí tenés: x Car no sólo está bastante más lejos que Rho Cas, sino que ésta en realidad es mucho más cercana que lo que creíamos. ¡P Cyg, una estrella de brillo similar, está 1000 años luz más lejos! Y, por supuesto, x Car es una estrella bastante más brillante: a un pelín de la magnitud 4, se la ve claramente desde un cielo suburbano. Desde mi balcón en Bariloche la veo sin problema, con mis ojos que ya no son lo que eran.

Pero atentti: ¡tampoco está tan lejos como parecía! A 6600 años luz, x Car está seguramente más cerca que su vecina celeste Eta Carinae, de la misma magnitud y aumentando de brillo cada año que pasa. Eta Car no tiene paralaje medida en Gaia DR2 (por el Homúnculo, sospecho), pero habitualmente se la ubica a 7500 años luz de nosotros. Al final, mi primera sospechosa es la ganadora. 

Hay que mencionar que estas distancias están calculadas de una manera mucho más sofisticada que la inversión de la paralaje. Son el resultado de un análisis bayesiano del catálogo Gaia DR2, teniendo en cuenta sus propiedades estadísticas, errores sistemáticos, extinción por efecto de la galaxia y muchos detalles más. El catálogo de distancias puede consultarse desde hace poco en el mismo sitio de Gaia. Y para cada estrella lo que da no es solamente una distancia estimada, sino una distribución de probabilidad de la distancia, que tiene un valor más probable y un rango más o menos extendido de valores posibles. Para x Car y ρ Cas estas distribuciones de distancia son así:

Cada punto de estas curvas es la probabilidad de que la estrella esté a la correspondiente distancia. Se ve que las curvas tienen una forma acampanada, muy sesgada y muy ancha: las estrellas pueden estar en cualquier lado, con mayor o menor probabilidad. Esto muestra la dificultad de este tipo de mediciones (los autores reconocen que se trata de una estimación puramente geométrica, ignorando eventual información astrofísica que pueda conocerse de cada caso). La astronomía permite aterrizar un robot en un planeta con precisión de metros, la precesión anómala del perihelio de Mercurio con precisión del 1 por mil, o la edad del universo con un error menor que el 1%, pero otras cosas son notoriamente difíciles. En todo caso, me queda claro que x Car está más lejos.

Por último, notemos que V766 Centauri está realmente tan lejos como parecía. Muy, muy lejos, a más de 8000 años luz. Con magnitud entre 6 y 7, hay que ver si califica como visible a simple vista. En estos meses que el Centauro empieza a trepar el cielo del Este, vamos a tratar de verla y averiguar más sobre ella.

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El paper sobre las distancias de Gaia DR2 es: Bailer-Jones et al., Estimating distances from parallaxes IV: Distances to 1.33 billion stars in Gaia Data Release 2, AJ 156, 58 (2018). La distancia estimada allí es la moda de la distribución (señalada con unas líneas verticales en mi gráfico). No me queda del todo claro por qué usan la moda en lugar de la media o la mediana. A veces la distribución les da bimodal, pero son más bien pocas. Su catálogo puede consultarse en la pestaña Advanced > Other > External catalogues > external.gaiadr2_geometric_distance.

La estrella x Carinae no debe confundirse con X Carinae. Complicaciones de la nomenclatura estelar, un pastiche de siglos. En caso de duda, búsquenla como V382 Carinae, o con su identificación de Gaia DR2 5337891256534972416.

Alnair y un misterio en la Grulla

No tengo ni idea por qué, la misma noche que fotografié el cúmulo M30 hace casi un año, también fotografié la estrella Alnair. 

Alnair es la estrella Alfa de la Grulla, una estrella muy azul (índice B-V -0.13), clase B en la secuencia principal. Es la 32a estrella más brillante del cielo, y la cuarta de clase B más cercana, a 101 años luz de nosotros. Pero lo que me llamó la atención es ese manchoncito arriba y a la derecha, a apenas 16 minutos de arco de la estrella, pero mucho más lejano: es la galaxia NGC 7213, a 72 millones de años luz.

NGC 7213 es una galaxia con un núcleo muy compacto y brillante, casi estelar en su aspecto. Es una galaxia de tipo Seyfert (uno de los tipos de galaxia con un núcleo activo, como los quasars), y también de un tipo que no conocía, llamado LINER (espectros que delatan abundante gas poco ionizado, como la Sombrero M104 que mostré hace poco). Siempre que tengo una galaxia la escudriño bien a ver si distingo algo interesante. En este caso, al identificar las tenues estrellas superpuestas en su campo, encontré una que no estaba catalogada ni aparecía en imágenes de referencia. La pongo en positivo y en negativo, porque no es fácil verla. Magnitud 17 es muy a límite de lo que se puede ver en Bariloche:

Si miran con cuidado se ve un atisbo de la estructura espiral abajo y a la izquierda del núcleo (comparen con la imagen de alta calidad de más abajo). Están señaladas algunas estrellas de Gaia EDR3 de brillo similar.  La manchita misteriosa tiene una magnitud aparente de alrededor de 17, unas 150 mil veces más tenue que la estrella más tenue que podés ver a ojo desnudo desde Bariloche. A la distancia de la galaxia corresponde a una magnitud absoluta de -14.7. Es una luminosidad enorme, casi como una supernova (una supernova brillante fue observada en esta galaxia con magnitud aparente 14.7 en 2015). Podría ser una supernova apagándose, o una supernova de alguno de los tipos tenues, que también existen. Busqué, pregunté, y no encontré ninguna supernova catalogada alrededor de esa fecha. 

ATENCIÓN: esto se va a poner un poco técnico. Si no te interesan los detalles, bajá hasta donde dice "¿Entonces, qué es?"

Sí encontré muchas imágenes de referencia, incluso un catálogo de regiones HII (se dice "hache dos"), que son enormes regiones de intensa formación estelar, como la Nebulosa Tarántula. Ésta, en la Nube Mayor de Magallanes, es una de las más brillantes conocidas, y tiene una magnitud absoluta -11.7 (¡si estuviera a la distancia de la Nebulosa de Orión, haría sombras en el suelo!). ¿Sería una supertarántula? Pero ninguna de las catalogadas coincide con la posición de la mía:

Encontré también una preciosa foto de la galaxia en el Carnegie-Irvine Galaxy Survey, donde puse una flecha marcando mi fuente misteriosa. No hay nada en la foto, ni estrella, ni galaxia detrás, ni región de formación estelar (la imagen tiene el norte hacia arriba, al revés de la mía):

¿Y el Hubble? El telescopio Hubble fotografió esta galaxia en 2001, así que recurrí al Hubble Legacy Catalog para ver si estaba identificada alguna fuente en la posición de mi transitorio. Aquí están las estrellas del Hubble Source Catalog (no el GSC, ojo) registradas con mi foto. No hay nada:

La fuente más cercana (a 5.2" de la mía) es una estrella de magnitud 22.1 (visual, en IR es 21.1, o sea es rojita). Esto son 5 magnitudes menos que en mi foto, lo cual es insuficiente para una supernova, pero posible para una nova. En la imagen del HST hay una fuente no catalogada de magnitud aproximada 24, en una posición muy cercana a la mía. No la tengo registrada porque no está en el catálogo, pero acá la marqué: 

¿Sería mi "supernova"? De magnitud 24 a 17 hay 7 magnitudes, también insuficiente para una supernova en el máximo (pero no necesariamente uno la agarra en el máximo, como nos enseñó Víctor Buso).

Finalmente, para terminar de confundirme, al graficar simultáneamente las estrellas de Gaia y las de HSC en Hubble Legacy, ¡me encontré con que las estrellas de Gaia están 3" al SE de las de Hubble! (googleando, el misaligment del HSC es un problema conocido). Evidentemente hay una discrepancia de sistemas de referencia (en rosa las de HSC y en azul las de Gaia):

El sistema de astrometría que usé para registrar mi foto usa 2mass, que es el mismo sistema de Gaia. Así que mis estrellas seguramente están bien registradas con Gaia, pero tal vez no con HSC. En tal caso, mi estrella misteriosa estaría muy cerca de la de magnitud 22 de HSC, y bien podría ser ella en explosión.

 

¿Entonces, qué es? No lo sé. Tal vez fui el único testigo que rescató los últimos fotones de una estrella que explotó. Tal vez fue algo mucho más cercano, que justo pasó por delante (un asteroide, por ejemplo, aunque la posición en el cielo es bastante lejos de la eclíptica). Tal vez fue una nave vulcana pasando cerca del sistema solar. O tal vez es sólo ruido conspirando en mi contra. Si alguien tiene imágenes de la galaxia alrededor de esa fecha, sería interesante ver si hay algo.

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Las fuentes HII están catalogadas en: Evans et al., An atlas of HII regions in nearby Seyfert galaxies, Astrophys. J. Sup. S. 105:93-127 (1996). El catálogo es accesible online en Vizier con el identificador J/ApJS/105/93.

La imagen del HST puede revisarse en Hubble Legacy, con varios catálogos accesibles. La estrella catalogada más cercana a la mía es HSC 108245659.

El Carnegie-Irvine Galaxy Survey usó el telescopio du Pont de 2.5 m en el Observatorio Las Camapanas. 

La solución astrométrica está hecha en Astrometry.net, y la identificación de las estrellas tenues en Cartes du Ciel con la imagen registrada allí y los catálogos Gaia EDR3, HSC y el mencionado de regiones HII.

Agradezco a Víctor Buso quien revisó si había algún asteroide conocido en la zona (no había) y preguntó a sus conocidos si tenían fotos casualmente cercanas (no tenían).

Esto no es una foto

Soy fan de Gaia, el telescopio europeo dedicado a medir la distancia y el movimiento de miles de millones de estrellas. Durante la cuarentena Gaia publicó una versión preliminar de su tercer catálogo, y es un tesoro, una mina de datos a disposición de quien quiera usarlos para desentrañar la forma, la dinámica y la historia de nuestra galaxia. Desde un punto de vista visual me impresionó la siguiente figura:

Si fuera una pintura de Magritte, se podría titular "Esto no es una foto". Porque no lo es: es una representación del flujo luminoso medido por Gaia. Si van a buscar la versión en resolución completa y hacen zoom al máximo, no verán estrellas individuales sino una grilla de puntos de color. Gaia no saca fotos, es un telescopio rarísimo, capaz que otro día cuento más.

En esta imagen es impresionante la red de nubes de polvo que nos rodea. Es una característica de las galaxias espirales, que tienen mucho polvo en el disco, y nuestro sistema solar se encuentra casi en el disco de la Vía Láctea. El centro de la imagen apunta directamente al centro de la galaxia, y podemos ver que está oculto por este polvo oscuro y frío. También podemos ver que hay una región muy brillante por debajo del centro, y que el polvo es más abundante por encima. Es como si el Sol, en lugar de estar exactamente en el disco, estuviera un poco por debajo, y pudiéramos ver un poquito más de las densas nubes estelares del centro galáctico. Al mismo tiempo, si estuviéramos debajo del disco, las nubes de polvo cercanas aparecerían por arriba del ecuador galáctico. ¿Será así? Creo que no, porque si uno busca la posición del Sol en la Vía Láctea, en todos lados dice que estamos algunas decenas de años luz por encima del medio del disco. Muy poquito, comparado con el espesor del "disco fino", que es de algunos cientos de años luz de "alto". Me parece que hay mucha incerteza en esto, de todos modos, porque un paper que encontré dice que estamos a 15∓17 parsecs por encima. ¿Qué significa 15 más/menos 17, por favor? Yo ni me hubiera animado a publicar eso. 

Para complicar el panorama está lo siguiente. Si el sesgo en la cantidad de nubes oscuras fuese un buen indicador de nuestra posición "vertical", deberíamos ver el mismo sesgo en todas direcciones. En particular, en la dirección opuesta al centro (el "anticentro", se llama) también deberíamos verlas más abundantes en el hemisferio galáctico norte. Pero no: es al revés. Usando la imagen de Gaia hice la siguiente comparación, mostrando las regiones alrededor del centro y del anticentro:

¡En el anticentro, las nubes oscuras están corridas hacia el sur galáctico! ¿Qué estará pasando aquí? La verdad que no lo sé. Tal vez sea un efecto local, y alrededor nuestro las nubes de polvo forman una especie de disquito un poco inclinado, y que no está justo en el centro del disco (del "disco fino") de la Vía Láctea. Algo así:

Tal vez este efecto esté relacionado con las estructuras de estrellas brillantes llamadas cinturón de Gould (¡que tiene el mismo sesgo, pasa por el norte del centro y por el sur del anticentro!), u onda de Radcliffe. No lo sé. Busqué y rebusqué y no encontré publicaciones al respecto. Si alguien sabe algo, o si tienen alguna hipótesis disparatada, déjenla en los comentarios.

Vamos de nuevo: la estrella más lejana

Por cuarta vez vamos a ocuparnos de la estrella más lejana visible a simple vista. ¡Y no será la última! Es que la distancia a las estrellas es difícil de medir, como conté en Viaje a las Estrellas. El método más exacto es el de la paralaje, basado en el sutil cambio de perspectiva que sufre la posición de las estrellas a medida que la Tierra circula alrededor del Sol. Desde hace más de 10 años un telescopio espacial europeo, Gaia, está midiendo paralajes (y otros parámetros) de más de mil millones de estrellas con una precisión sin precedentes (como distinguir un pelo a 1000 km). Y cada tanto publica una nueva versión de su catálogo, ampliada y mejorada. En la nota de 2019: La estrella más lejana (posta) habíamos usado la segunda versión del catálogo, Gaia DR2. Ahora, que tenemos disponible la versión final de la tercera edición, DR3, vamos a revisar aquellos datos. 

Las principales contendientes al récord son las estrellas ρ (rho) Cassiopeiae (que suele figurar como estrella más lejana, especialmente en sitios de habla inglesa o del hemisferio norte), y x (equis) Carinae, una estrella austral muy visitada por los aficionados (aunque no la conozcan por su nombre) porque está pegada a uno de los cúmulos abiertos más lindos del cielo, NGC 3532:

Sí: esta foto está muy buena. Tan buena que la voy a comentar la semana que viene. Hoy nos ocupa sólo x Car, que vemos arriba a la izquerda, junto a NGC 3532, el Pozo de los Deseos.

Ambas son estrellas visibles a simple vista, si bien x Carinae (magnitud visual 3.8) se distingue más fácilmente, incluso desde una ciudad. La he visto sin problema desde la ciudad de Buenos Aires, por ejemplo. Es una hipergigante amarilla del tipo variable cefeida clásica. Las cefeidas son estrellas muy luminosas que varían de manera muy regular, y que se usan para calibrar el segundo escalón de la escalera de distancias cósmicas, ya que se las puede distinguir en muchas galaxias cercanas. 

Estas son las distancias (en años luz), de acuerdo a DR2 y DR3:

Estrella	Magnitud	Distancia DR2	Distancia DR3
x Car	3.83	5890	14642
ρ Cas	4.59	3444	-
V766 Cen	6.8	8916	13265

La distancia a x Car, de acuerdo a DR3, es enorme: ¡más de 14 mil años luz! Tengan en cuenta que la inmensa mayoría de las estrellas que vemos a simple vista están apenas a algunos cientos de años luz:

Es un valor bastante mayor que el del catálogo DR2, e incluso mayor que el que encontré la primera vez que la discutimos, en La estrella más lejana (reloaded). Lamentablemente, la distancia a rho Cas no puede calcularse con DR3, ya que la paralaje dio negativa (–0.05 mas, milisegundos de arco). En el catálogo anterior, DR2, su paralaje era 0.947 mas, bastante mayor (y por lo tanto más cercana) que la de x Car. Es el valor aceptado oficialmente en el Centre de Donnés Astronomiques de Strasburg, y el que usé en el gráfico. En el catálogo Hipparcos su paralaje era 0.28 mas (como 11 mil años luz), pero con un enorme error del 75%. En estas condiciones, es difícil decir cuál es su distancia verdadera. Habrá que esperar a Gaia DR4, en un par de años.

En la tabla puse otra estrella notablemente lejana, que podemos encontrar en nuestro cielo entre los Punteros de la Cruz y el Saco de Carbón: V766 Centauri. Según Gaia DR3, es casi tan lejana como x Car. Pero, como ven, estas mediciones son bastante inciertas, así que bien podría estar más lejos que ella. De todos modos, con una magnitud visual de 6.8, es mucho más tenue, así que yo no la consideraría "visible a simple vista". La marqué en la foto que ilustró la nota de 2019, porque en esa ocasión fue la ganadora:

Mientras tanto, x Carinae reina victoriosa: bien visible y fácil de encontrar, nos ilumina tenuemente con fotones que partieron a fines de la última Era Glacial, cuando los primeros humanos estaban llegando a Sudamérica.

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Los datos de Simbad y de Gaia son fácilmente accesibles online, en los links que marqué arriba. Ojo: tanto los seres humanos como los catálogos pueden confundir a x Car con X Car. Por las dudas, dejo identificaciones alternativas de las tres estrellas. x Car es HD 96918, rho Cas es HD 224014, y V766 Cen es HD 119796.

El gráfico está hecho con el catálogo Hipparcos (otro telescopio espacial que midió paralajes), más algunas estrellas agregadas a mano (rojas) y en amarillo las que comenté aquí.

La distancia a las Pléyades

El largo camino que me llevó a la publicación de Viaje a las Estrellas comenzó en 1999 cuando llegó a mis manos este ejemplar de Sky&Telescope, cuya nota de tapa se pregunta acerca de la distancia a las estrellas y anticipa sorpresas en las mediciones realizadas por el satélite Hipparcos. Detrás de los títulos vemos el cúmulo estelar más famoso de todos, las Pléyades.

¿Qué sorpresas podía haber? Hipparcos, un telescopio espacial de la Agencia Espacial Europea, había medido con precisión sin precedentes las posiciones de algo más de 100 mil estrellas. Observando durante años el pequeñísimo cambio aparente de sus posiciones a medida que la Tierra se mueve en su órbita, Hipparcos había determinado sus distancias por el método geométrico de la paralaje, cuya historia conté en Viaje a las Estrellas. En 1997 se publicaron los resultados, tras cuidadosísimos análisis. ¿Qué sorpresas podía haber en 1999?

Había un misterio en las Pléyades. Hipparcos había encontrado una distancia de 115 pc (pársecs), bastante más cercano que los 130 pc de cálculos previos, basados en su brillo y consideraciones de la física estelar:

Era un problema embarazoso por dos razones. En primer lugar, porque las Pléyades son un cúmulo estelar cercano, y como tal cumplen un rol importante en la calibración de la escala de distancias cósmicas. Ésta procede, escalón por escalón, desde el Sol a las estrellas vecinas, luego a las cercanas, y así siguiendo y cambiando de métodos de medición hasta los confines del universo. Mucha astronomía, desde la física de las estrellas hasta de la dinámica misma del universo, depende de la buena calibración de esta escalera de distancias.

Por otro lado, un resultado dudoso ponía en tela de juicio todo el catálogo de Hipparcos. ¿Habría algún error instrumental o sistemático que se les hubiera pasado por alto? ¿El problema estaba sólo en las Pléyades, o en otras mediciones también? ¿O estaban realmente las Pléyades más cerca que lo que se creía y la física de las estrellas estaba mal? ¡Aaaaahhhhh!

Llevó muchos años zanjar la cuestión, y no estoy seguro de si los astrónomos realmente saben lo que pasó. Aparentemente se trata de un problema de calibración del instrumento, debido a la intrincada manera en que el telescopio observaba las estrellas. En lugar de apuntar a un lugar fijo del cielo (como hace cualquier otro telescopio), Hipparcos giraba permanentemente sobre sí mismo, una estrategia habitual para mantener el satélite bien estable. El telescopio miraba "de costado", registrando las estrellas como trazas circulares. Estrellas cercanas, como las de un cúmulo, daban trazas muy apretadas, de manera que a pesar de ser estrellas independientes sus mediciones estaban muy correlacionadas. Esto requería una calibración diferente a distintas escalas, y resultaba en un error inesperado para los importantes y apretados cúmulos estelares.

Mediciones adicionales realizadas con otros instrumentos y métodos vinieron a confirmar esta sospecha. Las Pléyades estaban donde todo el mundo creía, no donde Hipparcos decía. En 2005 una medición de 3 estrellas de las Pléyades hecha con el Telescopio Espacial Hubble dio 133.5 pc. En 2014 una medición extremadamente exacta y precisa usando radiotelescopios de todo el planeta como si fueran uno solo (VLBI) permitió una medición de 136.2 pc. En la figura se muestra una colección de mediciones, y se ve que las de Hipparcos parecen anormalmente bajas, si bien sucesivos reexámenes de los datos corrigieron en alguna medida los errores sistemáticos iniciales.

En abril de este año se publicaron los resultados del satélite Gaia, el sucesor de Hipparcos. Mucho más ambicioso en cantidad de mediciones y precisión, y supuestamente habiendo mejorado los problemas sistemáticos de medición, ¿qué valor daría para la distancia al famoso cúmulo? En 2016 uno de los artículos del preliminar Gaia Data Release 1 precisamente mostraba a las Pléyades como ejemplo, dando una distancia de 134 pc. ¿Qué habría dado el impresionante Data Release 2? Pasaron unos meses y no encontré por ningún lado el cálculo. Así que, como los datos de Gaia están disponibles libremente en la web, lo hice yo mismo, qué embromar. Pero esta nota ya es demasiado larga, así que lo contaré la semana que viene.

Link a la nota de la semana siguiente: Alrededor de las Pléyades.

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Referencias

David R. Soderblom  et al., Confirmation of errors in Hipparcos parallaxes from Hubble Space Telescope fine guidance sensor astrometry of the Pleiades, The Astronomical Journal, 129:1616-1624 (2005).

Carl Melis et al., A VLBI resolution of the Pleiades distance controversy, Science 345:1029-1032 (2014).

Gaia Collaboration et al., Gaia Data Release 1 - Summary of the astrometric, photometric, and survey properties, Astronomy & Astrophysics 595(A2):1-23 (2016). Section 5.5. Comment on the Pleiades cluster mean parallax.