Satélite Gaia: La pasión por mirar al cielo, one step beyond

En algún momento del siglo II a.C. una nueva luz apareció en el firmamento (nada que ver con los Reyes Magos, no van por ahí los tiros). Eran otros tiempos, no había farolas ni neones, si alguien miraba al cielo por la noche veía estrellas… Vamos, que se daban cuenta de estas cosas. Esta nova planteó a Hiparco de Nicea la necesidad de hacer el primer catálogo astronómico del que se tiene noticia. Una a una, a ojo (literalmente) fue catalogando la posición y el brillo (o magnitud) de unas mil estrellas.

El buen hombre pensó que sería sensato catalogar las magnitudes del 1 al 6, asignando un 1 a las estrellas más brillantes (Sirio, Vega) y un 6 las más débiles que podía ver. Sin darse cuenta estaba sentando las bases de la escala más absurda de la física, y por ello es maldecido a diario por estudiantes de astronomía del mundo entero. Pero ya hablaremos de eso más tarde.

Los antecedentes: Hipparcos

El último gran catálogo astronómico de objetos galácticos, publicado en 1993, cubría todo el cielo hasta magnitud 9 (como veremos después, objetos mucho más débiles de los que pueden verse a simple vista) y se llamó Hipparcos precisamente en honor al sabio de Nicea. Ha servido durante años como referencia a la hora de entender el cielo nocturno, y suponía toda la información sobre nuestra galaxia que teníamos.

El jueves de la semana pasada se lanzó desde Kourou, en la Guayana Francesa, el satélite espacial Gaia. Pudimos ver en televisión algunos datos sobre este programa, recalcando especialmente los aproximadamente 1000 millones de euros que la Agencia Espacial Europea ESA invertirá en total en él. Lo que pasa es que para entender por qué es tan importante esta misión hay que saber un poco de astronomía, qué es una magnitud y por qué es tan importante medir el brillo y el espectro de las estrellas que nos rodean.

¿Qué es una magnitud astronómica?

Vamos a ahondar un poco más en la inconsciente metedura de pata de Hiparco, su definición de magnitud. Como ya hemos dicho el hombre intentó crear una escala lineal del 1 al 6 sin saber que el instrumento de medida que estaba usando para determinar el brillo de una estrella (su ojo) no era un instrumento normal. La respuesta del ojo humano dista mucho de ser lineal, sino que es aproximadamente logarítmica.

Que nadie se asuste. Voy a volver a decirlo: logarítmica. Ya está, nos secamos los sudores fríos y empezamos la explicación de qué significa el palabro.

Comparativa entre el gradiente de brillos real y el observado por el ojo: éste está optimizado para trabajar en una franja muy concreta de intensidades. (Imagen: EfectoHD)

Comparativa entre el gradiente de brillos real y el observado por el ojo: éste está optimizado para trabajar en una franja muy concreta de intensidades. (Imagen: EfectoHD)

A diferencia de los sensores ccd de las actuales cámaras fotográficas digitales, nuestro ojo puede percibir luces y penumbras muy extremas sin que se “vele” la imagen ni se pierdan todos los detalles de las zonas oscuras, y manteniendo un buen contraste. Esto es posible gracias a que nuestro ojo percibe una intensidad que no es directamente proporcional al flujo de luz recibido. Nuestro ojo necesita que el flujo de luz se eleve al cuadrado para percibir solo el doble de intensidad. Esto le permite sentirse cómodo en un rango de intensidades mucho más amplio, optimizando nuestra visión en ambientes de alto contraste*.

Toda esta clase de matemáticas, ¿para qué?

Esta respuesta tan peculiar del ojo hace que entre una magnitud y otra en el sistema de Hiparco haya una diferencia muy grande: un objeto de magnitud 3 no es un 50% menos brillante que uno de magnitud 2, sino un 250%. A eso se le llama respuesta logarítmica, porque si tomas el logaritmo de la intensidad real obtienes, aproximadamente, la intensidad percibida por el ojo.

El satélite Gaia será capaz de medir estrellas de hasta magnitud 20, lo que implica casi medio millón de veces más tenues que las que podemos ver a simple vista. Esta obsesión con lo poco brillante tiene una base muy sencilla: en astronomía un objeto tenue va a ser por lo general un objeto lejano, por lo que observar objetos de mayor magnitud nos permite ver más lejos. Hay que avisar de que aunque es cierto que nunca antes se ha observado hasta magnitudes tan altas, la misión Gaia no cubrirá más que un 1% de las estrellas de la galaxia. Decepcionante, ¿verdad? La gracia es que ese 1% supone un total de mil millones de estrellas. Todas aquellas que veía Hiparco, que son las mismas que vemos nosotros, y… Bueno, unas cuantas más.

El gran avance de Gaia no es solo su sensibilidad, sino también su exactitud. Se espera alcanzar una precisión en la posición del orden de 10 microsegundos de arco, suficiente para mirar la hora en un reloj de muñeca… Puesto en la luna.

¿Cómo se va a hacer todo esto?

Alcanzar la sensibilidad y la precisión de esta misión no es tarea fácil. Este telescopio, por ejemplo, no podría haberse construído en tierra; se ha colocado en el espacio para evitar por un lado la famosa contaminación lumínica y por otro (y fundamentalmente) para evitar el seeing. El seeing es la forma que tienen los astrónomos de llamar a ese aparente titileo de las estrellas, producido por el movimiento del aire caliente atmosférico (el mismo efecto que se observa sobre las pistas de Fórmula 1 en los días calurosos). Al lanzar al espacio el telescopio te evitas este efecto: ahí fuera las estrellas no titilan, son solo puntos.

Gaia. Imagen: ESA

Por otra parte, no se ha elegido una órbita cualquiera; Gaia se ha colocado en el punto de Lagrange L2, lo que en cristiano significa alineado con el Sol y la Tierra, a una distancia tal que la atracción gravitatoria de ambos anula la fuerza centrípeta. Esto viene a ser una distancia de 1.5 millones de km de nosotros, algo que le permitirá observar toda la bóveda celeste una media de 70 veces.

Participación española

Con motivo del lanzamiento de Gaia, tuvimos la oportunidad de charlar con uno de los investigadores implicados en su desarrollo, Xavier Luri, del Departament d’Astronomia i Meteorologia de la Universitat de Barcelona. En palabras del profesor Luri, “los dos grupos españoles más activos en Gaia son el de la Universitat de Barcelona y otro en la Universidade da Coruña”, ya que ambos participaron en la planificación de la misión y en su desarrollo técnico. “A la hora de la explotación científica del telescopio, se han añadido otros grupos como el Instituto de Astrofísica de Andalucía, el Instituto de Astrofísica de Canarias, la UNED, el Centro de Astrobiología…” más de 100 científicos dentro de la red española de Gaia.

Desde Ciencia Ibérica no podemos sino felicitar a todos los grupos que conforman la misión, por haber lanzado con éxito uno de los observatorios astronómicos más ambiciosos de los últimos años. Un telescopio que ayudará a entender nuestra posición en la galaxia, la composición, edad y distribución de miles de millones de estrellas, la posible detección de planetas extrasolares…

Incluso puede que arroje algo de luz sobre algunas de los grandes interrogantes sin resolver de la física teórica, ya que el nivel de precisión de Gaia permitirá conocer mucho mejor la distribución de la materia oscura en nuestra galaxia y supondrá un nuevo test a la Relatividad General de Einstein. En definitiva, el juguete que Hiparco habría soñado tener.

***

*Para el lector familiarizado con las matemáticas, tal vez todo quedaría más claro con un par de ecuaciones o una gráfica, pero la experiencia me dice que hay muchos más alérgicos a las ecuaciones que fans de ellas. Para estos últimos, aquí hay una buena descripción de la respuesta del ojo (no exactamente logarítmica).

Foto de portada:  Satélite Espacial Gaia (Imagen: ESA)

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