viernes, 24 de julio de 2015

Midiendo el brillo de las estrellas

LA MAGNITUD DE LAS ESTRELLAS

Hiparco de Nicea
Si algo empieza por llamarnos la atención cuando nos iniciamos en la observación del cielo es el brillo y el color de las estrellas. Evidentemente una primera visión del cielo nos muestra que hay unas estrellas más brillantes que otras, algo que ya cuantificaron primeramente los griegos en la persona del astrónomo Hiparco de Nicea hacia el 150 a.C. Éste espléndido sabio griego clasificó el brillo de las estrellas en seis grados o magnitudes como se conoce al término en Astronomía. El brillo de las estrellas se mide en magnitudes. De modo que las primeras estrellas que aparecían tras la puesta del Sol las clasificó como de primera magnitud, aquellas que brillaran como la mitad de estas de segunda magnitud y las estrellas que estaban en el límite de la percepción visual las asignó como de sexta magnitud.

Ya avanzado el siglo XIX se trató de medir más seriamente el brillo de las estrellas. Se revisó el concepto de magnitud y se establecieron algunas estrellas de referencia a partir de las cuales se pudieran medir el brillo de las demás. Se comprobó que las estrellas de primera magnitud eran unas 100 veces más brillantes que las de sexta, o dicho de otra forma, las de primera magnitud brillaban como 2,5 veces más que las de segunda; las de segunda otras 2,5 veces más que las de tercera y así sucesivamente. 

Si nos fijamos, a medida que el brillo de una estrella aumenta, la magnitud disminuye. En el campo, en una noche clara y dependiendo del lugar, las estrellas más débiles visibles a simple vista son de la magnitud quinta o sexta, mientras que desde la ciudad, siempre observaremos las de primera o segunda magnitud. Pero llega un momento en que algunas estrellas, planetas u otros cuerpos celestes adquieren magnitudes negativas. Por ejemplo, el planeta Venus alcanza la magnitud -4,4; Júpiter  -2,6 o la estrella más brillante que podemos observar en el firmamento, Sirius, alcanza la magnitud -1,5. Esto es, las magnitudes son términos cuantitativos que también incorporan decimales de forma que con instrumentos adecuados se consigue una precisión de 0,01 magnitudes (una centésima) y el ojo humano bien entrenado puede llegar a observar diferencias de magnitud en torno a 0,1 (una décima de magnitud). Como vemos la magnitud no tiene unidades.

El concepto de magnitud lo entendemos como magnitud aparente lo que significa que es el brillo que muestra la estrella en el cielo pero no es su magnitud absoluta. Esta última, sería  con la que brillaría la estrella desde una distancia fija. En concreto desde 32,6 años luz  pero esto, como el color de las estrellas, es otra historia.

También los registros actuales de magnitud se refieren al obtenido tras colocar a un fotómetro un filtro amarillo conocido como V que deja pasar la longitud de onda parecida a la que se percibe visualmente. Existen también la magnitud de las estrellas en azul y rojo e incluso en ultravioleta o infrarrojo. Pero para los propósitos prácticos cuando consultemos en los catálogos, la magnitud ofrecida en V podremos estimarla como la correspondiente a la que podemos observar en el rango del espectro visual.

LOS OBJETOS MÁS BRILLANTES DEL CIELO

La lista que se expone a continuación muestra los objetos más brillantes del cielo. Obviamente todos ellos son visibles desde la ciudad. En gris claro están las estrellas que no son visibles desde el hemisferio norte.


Aquellos objetos a los que le acompaña la palabra "var" a la magnitud es porque son estrellas variables de las que ya hablaremos más adelante.

CÓMO PODEMOS MEDIR LA MAGNITUD APARENTE DE UNA ESTRELLA

Existe un método a través del cual los aficionados suelen medir visualmente la magnitud de las estrellas. Es actualmente muy usado por los observadores de estrellas variables y a pesar de contener una moderada dosis de subjetividad ha dado muy buenos resultados durante décadas. De hecho, hasta la aparición de los fotómetros y los sensores CCD la estimación de las magnitud de las estrellas -en especial los trabajos realizados con estrellas variables- se hacían usando solo el método conocido como método de Argelander. Actualmente se sigue usando pero debemos ser conscientes que no se adquiere la precisión que se obtiene con un instrumental adecuado, de cualquier forma suele ser validado por entidades dedicadas a la observación de estrellas variables.

Curva de luz de la variable T Cephei obtenida por observadores de la Asociación Americana de Observadores de Estrellas Variables (AAVSO) usando el método de Argelander. (AAVSO)

Éste método fue desarrollado por el astrónomo alemán Friedrich Wilhelm August Argelander (1799-1875) hacia 1843 y lo usó para un catálogo de 22 estrellas variables que publicó en 1850. (Las estrellas variables son aquellas estrellas cuyo brillo no se mantiene constante con el tiempo). El método es muy fácil y consiste básicamente en una interpolación. Consiste en los siguiente:


Seleccionamos dos estrellas de magnitud conocida, una de mayor brillo que la que queramos medir (estrella A) y otra de menor brillo que ella (estrella B). Una vez tenemos el par seleccionado, a continuación compararemos la más brillante con la estrella cuyo brillo desconocemos, y posteriormente, haremos lo mismo con la de menor brillo. Las comparaciones se harán asignándole unos grados definidos de la siguiente forma:

  • GRADO 1: Aparentemente las estrellas son iguales de brillo. Tras una observación exhaustiva no vemos diferencia alguna pero por unos instantes observamos que una estrella es más brillante que la otra.
  • GRADO 2: Al primer golpe de vista las dos estrellas resultan iguales pero cuando proseguimos la observación vemos claramente que una estrella es más brillante que otra.
  • GRADO 3: Una estrella es ligeramente más brillante que otra desde el primer golpe de vista.
  • GRADO 4: La diferencia de brillo entre las dos estrellas a comparar resulta notable.
  • GRADO 5: La diferencia de brillo entre las dos estrellas es exagerada o muy exagerada.
A esta relación podría añadirse el grado 0 que se aplicaría en el momento en el que no apreciáramos NINGUNA diferencia de brillo entre las estrellas a comparar pese a haberlo observado a las estrellas tras un detenido examen. Muchos observadores también aplican grados intermedios (a excepción del 0,5) pero para nuestros propósitos básicos la observación la haremos, ahora, usando grados enteros.

Ejemplo del Cálculo de la Magnitud

En una medición cualquiera podríamos tener una expresión así: A(3) V (2) B que significaría que la estrella A es tres grados más brillantes que la estrella de la que queremos obtener el brillo quien, a su vez, es dos grados más brillante que la estrella más débil elegida. Esta expresión recibe el nombre de comparación.


A continuación, llamaremos ma a la magnitud conocida de la estrella más brillante (que vamos a suponer de magnitud 3,2) y mb a la de magnitud más débil (supongamos de magnitud 3,8) y aplicaremos la sencilla expresión matemática siguiente:

Ejemplo y fórmula para calcular la magnitud  (FRB)

Si aplicamos los cálculos obtendremos que: mV = 3.2 + (3.8 - 3.2) · (3/5) = 3,56 = 3.6. Según la comparación entre estrellas que hemos observado, la magnitud que le hemos encontrado a la estrella es de 3.6.



PROPUESTA DE OBSERVACIÓN

Para los observadores del hemisferio Norte la constelación de Cefeo está adquiriendo altura poco a poco durante el verano. Podemos seguir las evoluciones de brillo de la prototipo de las estrellas variables conocidas como cefeidas. Puede encontrarse información sobre ella en la entrada Delta Cephei: Un faro en el cielo
Si observamos diariamente, podremos comprobar como cambia su brillo a lo largo de una semana. Es una forma muy didáctica de aprender a medir, de manera aproximada, el brillo de las estrella.


NOTA: Si algún lector del hemisferio Sur desea seguir alguna estrella variable asequible puede revisar este interesante enlace.