1N – Las estrellas Cefeidas, o los faros del universo

Descripción:

El proyecto con observación de una estrella Cefeida para estimación de distancias.

La filosofía de fondo del proyecto sería de introducir al alumnado a la complejidad de un proceso científico, más allá de su concepción naive de «ponerse a mirar por un telescopio».

Las cefeidas presentan modulaciones periódicas de luminosidad extremadamente regulares y, de las estrellas variables pulsantes, son las que presentan menores irregularidades en la duración del período de pulsación.

Existe una relación, llamada dependencia período-luminosidad, que vincula directamente la magnitud absoluta de una estrella Cefeida con el valor de su período de pulsación, proporcionando un método fiable para evaluar su magnitud absoluta. Una vez conocida ésta, es posible conocer la distancia calculando la diferencia respecto a la magnitud aparente, y por este motivo las cefeidas tienen el importante papel de indicadores de distancia, siendo utilizadas para la medida de las distancias extragalácticas.

Por estos motivos, las cefeidas son los objetos ideales para introducir, a alumnos de la etapa de 1º de Bachillerato, algunos elementos de física estelar, y en concreto de astrosismología. Esta actividad además dará lugar también para tocar temas de historia de la astrofísica, i.e. la evolución histórica del concepto de tamaño y estructura del universo, y de ciencia y género, ya que los primeros estudios sobre las cefeidas como indicadores de distancia se deben a Henrietta Swan Leavitt, voluntaria en el equipo del Observatorio del Harvard College, y de cuyos méritos fueron inicialmente atribuidos a sus superiores, Edward Pickering y Edwin Hubble.

Metodología y timeline

En la primera sesión nos ocuparemos brevemente de la teoría de formación estelar, de los mecanismos de variabilidad estelar, y de la relación periodo luminosidad.

Durante la segunda sesión contaremos con el asesoramiento de un técnico astrónomo observador del Observatorio de Sierra Nevada (OSN), en sesión presencial u on-line, el cual introducirá los alumnos a las técnicas de observación automatizadas del observatorio, y a la reducción de datos. Se explicará también algunas funcionalidades de un sencillo software de estudio de curvas de luz (como el CANOPUS) para la medida y obtención del periodo y de la luminosidad aparente.

En la tercera sesión estudiaremos los resultados obtenidos por los alumnos, agrupados en equipos de 3 o 4 personas, y sacaremos conclusiones generales sobre el proceso de investigación. Se interpretarán los resultados y se discutirá sobre sus limitaciones e implicaciones, se compararán sus resultados con los obtenidos por otros autores, etc. Todo ello haciendo hincapié en valores tales como la importancia del trabajo en equipo, el rigor o el espíritu crítico.

Origen de los datos observacionales

Lo ideal sería que los datos estuvieran obtenidos por observaciones encargadas al OSN, y efectuadas durante el tiempo del proyecto, para que el alumnado pueda entender el largo y elaborado proceso de obtención de los mismos, y todas sus dificultades contingentes, e.g. las noches nubladas. Es más, los alumnos podrían atender, de forma voluntaria ya que sería fuera del horario escolar, a la toma de datos observacionales mediante conexión online con el
OSN, por lo menos durante las primeras horas de la noche astronómica, i.e. alrededor de las 20:30 durante esas semanas.

Si no fuera posible una propia campaña de recogida de datos, por razones de tiempo de observación, en segunda instancia podríamos aprovechar de alguna seria de datos pre-existente sobre cefeidas en el archivo del OSN. Como última hipótesis podríamos utilizar los datos de cefeidas obtenidos por una de las dos grandes misiones espaciales de Gaia

Objetivos

Este proyecto permitirá a los estudiantes:

• Aprender algunas nociones de física estelar y astrosismologia, y su relevancia para el estudio del cosmos
• Entender y usar conceptos físicos y matemáticos (de relaciones funcionales, de física de las oscilaciones, de cosmología…) para la resolución de un problema de investigación básica
• Asimilar y aplicar el método científico para resolver el problema concreto propuesto (extensible a otros)
• Entender la complejidad de la construcción de un resultado científico, y todos los problemas contingentes que puedan surgir
• Ver el proceso creativo de la ciencia en su marco histórico y de evolución cultural humana
• Aprender a presentar y discutir un proceso de investigación con sus resultados científicos