MUJERES EN LA CIENCIA: MELINA BERSTEN

26 de Febrero de 2018


MUJERES EN LA CIENCIA: MELINA BERSTEN

 

Yo trabajo estudiando supernovas y hay muchos tipos de supernovas. En general, las supernovas marcan el final de la vida de una estrella, ya que las estrellas tienen “ciclos de vida”, nacen y mueren. Tal vez, sería mejor ahora decir qué es una estrella, para poder entender qué es el final de una estrella.

Las estrellas son objetos que están, de alguna manera, en equilibrio y brillando ¿Qué es lo que hace que este objeto esté en equilibrio y brillando? Por un lado, las estrellas están sometidas a la fuerza gravitacional, que es la fuerza que nos obliga a estar pegados a  la Tierra, que tiende a colapsar, es decir que tira de las cosas hacia un centro. Pero para que el objeto, o la estrella, no colapse, es decir que no caiga hacia el centro, lo que tiene que haber es alguna otra fuerza que contrarrestre a esa fuerza gravitatoria. Y eso es, justamente, la energía que producen las estrellas en su interior y que, además, es lo que las hace brillar. De hecho esa es la definición de una estrella: todas las estrellas están convirtiendo elementos químicos más livianos en otros más pesados. Las estrellas cambian su composición interna durante toda su vida.  En el principio están, mayoritariamente, convirtiendo el hidrógeno en helio y, en esa conversión, se libera energía. A este proceso de transformación se lo denomina fusión. Cuando las estrellas consumen todo el hidrógeno que hay en su núcleo, se desestabilizan y, finalmente, vuelven a comprimirse a la temperatura necesaria para generar la próxima quema nuclear o fusión.  Así es como vuelven a transformar su composición interna, pero hacia elementos un poco más pesados. De este modo fusionan el helio y lo convierten en carbono y oxígeno, y así sucesivamente. Las estrellas, realmente, están produciendo dentro de sus núcleos todos los elementos de la tabla periódica que conocemos. Ese el proceso que hacen todo el tiempo.

En este punto es donde por fin llegamos al comienzo: ¿qué es una supernova? A la supernova se la define, comúnmente, como el momento en el que se produce la explosión de la estrella. Para las supernovas este momento se llama de colapso gravitacional. Hay otro tipo de supernovas que no son las que yo mayoritariamente estudio, pero que son muy útiles también. Estas otras supernovas vienen, en realidad, de explosiones pero en ellas la explosión se da por otros procesos. Las estrellas tendrán diferentes finales dependiendo de la masa que tengan: las estrellas más masivas pueden llegar a formar agujeros negros, mientras que las no tan masivas se convertirán en estrellas de neutrones.

Sin embargo, si esos objetos tienen una estrella compañera que les transfiere masa, una vez que están formados, sí pueden tener una explosión con un mecanismo distinto.  Lo interesante que tienen estas otras supernovas que vienen de sistemas de baja masa, es que son muy buenas para medir las distancias, porque tienen un brillo muy típico, es como que si se pudiera conocer el tipo de foco que tienen, es decir cuántos watts emiten. Entonces, si se les ve más débil, es porque están más lejos.

A grandes rasgos, las supernovas sirven para entender la núcleo-síntesis, o sea, la composición química de las galaxias, del Universo en sí, es decir, todo. Para esto, necesitamos saber cómo funcionan las supernovas. Cuando las supernovas explotan, eyectan todo ese material al medio interestelar, entonces lo enriquecen con los elementos pesados que se generaron en su núcleo. Las nuevas generaciones de estrellas, se forman con una composición distinta que las iniciales, se van enriqueciendo, y, por supuesto, va cambiando todo.

A mí me interesan las supernovas porque me interesa entender cómo va cambiando la composición química, por un lado; y, por otro, son objetos muy brillantes que muchas veces se pueden estandarizar y, por lo tanto, ser útiles para medir las distancia. Las distancias en Astronomía son uno de los temas más complicados porque ¡no pueden medirse las distancias con una regla!  Se necesita tener objetos que funcionen como patrones para poder medir. Y con esto podemos llegar a entender cuál es la dimensión que tiene el Universo.

Hay muchas preguntas abiertas. En el campo específico, uno no sabe exactamente cuál es el rango de masas exacto en el que se producen las supernovas, o por qué algunas supernovas se comportan de cierta manera y otras, de otra, o cuáles son los parámetros físicos de las estrellas (masa, radio, el ambiente que tienen alrededor) que hacen que las veamos de distinta manera. Con el fin de tratar de entender eso yo hago estos estudios.

Las supernovas y los sistemas binarios

Las supernovas son objetos transitorios. En general, en Astronomía estamos acostumbrados a que las cosas duren muchísimo tiempo. Las estrellas tardan mucho en evolucionar. Las supernovas, por el contrario, viven meses. Aparecen y desaparecen. Después queda el remanente, que es otra cosa. Pero, lo que se llama supernova en sí misma, dura poco tiempo. De esta manera, se pueden confirmar ciertas cosas. Por ejemplo, que algunas supernovas eran estrellas de alta masa que explotaban al final de su evolución y que no necesitaban una compañera binaria (una estrella que gire a su alrededor), eso es un hecho, es verdad. Pero, últimamente, cada vez hay más evidencia de que esas estrellas masivas son sistemas binarios, es decir que están compuestos por dos estrellas.

Realicé varios trabajos de sistemas binarios de estrellas de alta masa. Esto es interesante para ver las conexiones con nuestra vida diaria. La gente dice “no tiene nada que ver con nada estos estudios”, pero si nosotros tuviésemos por Sol una estrella de alta masa, esas estrellas tienen su emisión mayoritariamente en Rayos X (no como el Sol, que es de baja masa), seríamos una civilización con una sensibilidad adaptada para ver Rayos X. Es decir, hay una vinculación de lo que sucede en el espacio y nuestra vida cotidiana.

Alguna de nuestras propuestas se pudieron confirmar. Advertimos la peculiaridad de la emisión de unos objetos que suponíamos era consistente con una característica de la estrella antes de explotar. Esta peculiaridad, a la vez, era incompatible con la evolución estelar de una estrella aislada. Entonces propusimos que tenía que ser la evolución de una estrella binaria. Todo el trabajo fue muy emocionante. Primero se confirmó que realmente la estrella en la que trabajamos tenía las propiedades que nosotros decíamos. Después, pedimos tiempo en el telescopio espacial (Hubble) y allí pudimos comprobar la existencia de la segunda estrella. Esta fue la primera confirmación tan directa de una estrella compañera. Y cuando digo la primera, no creas que hay cien mil más, o sea, hay una o dos candidatas, porque es muy complicado encontrar un sistema con estas características. Eso fue un hito en nuestra carrera.

Descubrimientos

Nuestro último trabajo fue recientemente aceptado y publicado en la Revista Internacional Nature:  A surge of light at the birth of a supernova.  Es curioso,  la última publicación de una mujer argentina en astronomía fue en 1975.

Para este trabajo se usaron datos de un astrónomo amateur argentino, de Rosario, Víctor Buso, quien tiene un telescopio en la terraza de su casa. Una noche, el 20 de septiembre de 2016, salió, abrió la cúpula y probó su nueva cámara exctamente cuando explotó frente a sus ojos la supernova. Días después la noticia fue recibida por un telegrama que Víctor mandó a la comunidad internacional. La información decía que se había descubierto una supernova muy temprana.

¿Qué es una supernova temprana? La supernova, como ya mencioné, evoluciona, pero los primeros instantes de su evolución son los más importantes ya que dan una información única sobre la estructura de la estrella. Es muy difícil descubrir la estrella en ese momento ya que no se sabe cuándo ni dónde va a explotar. Es casi como encontrar una aguja en un pajar. Pero dada la importancia que tiene este tema, hay muchos relevamientos en el mundo que tratan de encontrar supernovas tempranas. Para ello se toma una región del cielo y se hace un seguimiento sin perder pista. Y nunca las encuentran. Gracias a muchos esfuerzos se empiezan a encontrar más temprano, pero Víctor la encontró en el momento exacto. Y no sólo eso, sino que tomó muchas imágenes, de modo que se puede ver una secuencia de los cambios por segundo. Allí está la evolución de la supernova.  

A nuestro equipo le resultó interesante, aunque ya habíamos hecho varios trabajos sobre el mismo tipo de supernova (como la que habíamos encontrado a la compañera). Hablamos con Víctor, él estaba con otro astrónomo aficionado en Rosario, José Luis (los dos son amantes de la Astronomía, y ambos  tienen telescopios considerables en la terraza y se hacen llamar “Los Géminis de Rosario”). Entonces me cuentan lo que habían observado y empezamos a analizar los datos, y los datos fueron increíbles… les ponemos un modelo y queda perfecto. Después fue un año entero de trabajo.

El título del artículo refiere a “Un golpe de tensión en el nacimiento de una supernova”. Sin embargo, el témino técnico para ese momento hubiera sido shock break out ya que la explosión pasa en el interior de la estrella pero después tiene un tiempo en que se propaga. Durante ese tiempo de propagación no puede verse nada. Es cuando el shock llega a la superficie cuando la luz sale. A los ojos ese objeto de pronto empieza a brillar cada vez con más intensidad… dependiendo en qué banda del espectro electromagnético sea observado.

La última supernova que los humanos pudieron ver a simple vista desde que existen los telescopios fue la supernova que explotó en la Nube de Magallanes en 1987. Esa se pudo ver. Se vio un objeto muy brillante. Es interesante decir que tenemos unos cálculos que nos dicen que si explotara la estrella Betelgeuse, que es el hombro derecho en la constelación de Orión, y que es la estrella candidata a explotar más cercana que tenemos, se vería del tamaño de la Luna. En todas las galaxias explotan supernovas, dos o tres supernovas por siglo.  Son pocas las explosiones, pero teniendo en cuenta que hay unas cien millones de millones de galaxias se comienzan a encontrar supernovas todos los días.  

Melina Bersten es Licenciada en Astronomía (UNLP) y Doctora en Astrofísica por la Universidad de Chile. Se desempeña como Investigadora Adjunta de la Carrera de Investigador Científico del CONICET y es, además, Miembro afiliado del Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU), Universidad de Tokio, Japón. Su trabajo como investigadora está acompañado de su rol como Jefa de Trabajos Prácticos en la Cátedra de Elementos de Astrofísica Teórica de la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas de la  Universidad Nacional de La Plata. Es también, directora de tesis de doctorado, y ha publicado artículos en  revistas internacionales (el último artículo ha sido publicado recientemente por la prestigiosa revista científica Nature), nacionales, capítulos de libro y comunicados de prensa.

En 2016, recibió el Premio Labor Científica, Tecnológica y Artística de la UNLP; y en 2017, el Premio “Estímulo Academia Nacional de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales”.