Cazando estrellas que laten: observación de Kappa 2 Boötis desde Tonantzintla

Hay estrellas que, miradas con suficiente paciencia, dejan de ser puntos fijos en el cielo y se revelan como corazones luminosos que laten. No lo hacen de manera metafórica: su brillo sube y baja con un ritmo propio, tan regular que uno podría poner en hora un reloj con ellas. A esas estrellas los astrónomos las llamamos estrellas variables, y el pasado 12 de abril tuvimos la oportunidad de escuchar el pulso de una de ellas desde uno de los observatorios con más historia de México: el Observatorio Astronómico Nacional de Tonantzintla, en Puebla.

La estrella elegida para esa noche fue Kappa 2 Boötis (abreviada κ² Boo, o simplemente Kap2 Boo), una variable discreta pero fascinante de la constelación del Boyero.

Una estrella con prisa

Para entender por qué Kap2 Boo resulta tan interesante conviene conocer sus números. Se encuentra en las coordenadas celestes:

• Ascensión recta: 14h 13m 29.01s

• Declinación: +51° 47′ 23.9″

Su magnitud visual oscila entre 4.5 y 4.58, lo que significa que la diferencia entre su "máximo" y su "mínimo" brillo es de apenas ocho centésimas de magnitud. Para hacerse una idea, esa variación es comparable a la diferencia entre el brillo de una vela y el de esa misma vela vista a través de un vidrio ligeramente empañado: sutil, casi imperceptible, pero real.

Lo más llamativo es su periodo: 0.076242 días, es decir, poco menos de 1 hora y 50 minutos. En ese breve lapso, la estrella completa un ciclo entero de variación. Comparada con otras variables clásicas, que tardan días o semanas en mostrar su cambio, Kap2 Boo es una estrella con prisa, perfecta para una sesión de observación de una sola noche.

¿Hasta dónde puede ver Tonantzintla?

La pregunta que guiaba esta observación no era tanto sobre la estrella en sí, sino sobre el propio observatorio. Tonantzintla es una joya histórica de la astronomía mexicana, pero también carga con décadas de crecimiento urbano a su alrededor: luces de Puebla y Cholula, humedad, contaminación lumínica y todas las sutilezas atmosféricas que convierten a la observación astronómica en un arte.

El objetivo principal era, por tanto, muy concreto:

Encontrar el límite de detectabilidad de variación de magnitud en el observatorio de Tonantzintla, considerando el equipo existente, las condiciones climatológicas y la contaminación lumínica del sitio.

Dicho de forma sencilla: ¿qué tan fino puede ser el oído de nuestro telescopio? ¿Puede distinguir cambios de brillo de una décima de magnitud? ¿De cinco centésimas? ¿De una sola centésima?

Cómo se elige una estrella para esta prueba

No cualquier estrella sirve para medir los límites de un observatorio. Antes de la noche de observación se hizo un trabajo de escritorio igual de importante que el del ocular. Consultamos el International Variable Star Index (VSX) de la AAVSO y filtramos candidatas con cuatro criterios:

1. Variables en el espectro visible, detectables por el CCD disponible.

2. Periodo de variación menor a 3 horas, para poder capturar al menos un ciclo completo en una sola sesión.

3. Variación de magnitud del orden de las centésimas, que es justo la zona gris donde se juega la sensibilidad del instrumento.

4. Visibles desde Tonantzintla, de acuerdo con su ascensión recta y declinación en esa época del año.

Con las finalistas se armó una lista escalonada: primero las estrellas con mayor variabilidad (unas 8 centésimas de magnitud) y, si todo iba bien, ir bajando de 2 en 2 centésimas, hasta aproximarnos al umbral de 1 centésima. Kap2 Boo, con sus 8 centésimas de variación, era la candidata natural para empezar: si ni siquiera podíamos detectarla a ella, no tenía sentido intentar con las más sutiles.

La noche del 12 de abril

La observación se realizó la noche del 12 de abril de 2013. La estrategia fue conservadora y repetitiva, que es como suele ser la buena astronomía:

• Tiempos de exposición de 1.7 segundos por imagen. Corto, para evitar la saturación del sensor con una estrella relativamente brillante (magnitud ~4.5), pero suficiente para obtener una buena señal.

• Alineación de la cúpula cada 5 minutos, para compensar la rotación de la Tierra y mantener la estrella en el campo del telescopio a lo largo de la sesión.

• Una larga serie de exposiciones distribuidas a lo largo del ciclo de casi dos horas, de modo que la curva de luz pudiera reconstruirse punto por punto.

El resto fue paciencia: revisar el seguimiento, anotar condiciones del cielo, vigilar la humedad y, sobre todo, guardar con cuidado cada imagen.

El trabajo empieza cuando sale el Sol

Contrario a lo que se suele imaginar, la parte más larga de una observación astronómica no ocurre frente al telescopio, sino frente a la computadora al día siguiente. El procesamiento de las imágenes se realizó en AstroImageJ, una herramienta abierta y muy utilizada por astrónomos profesionales y aficionados para hacer fotometría diferencial.

La idea básica es comparar, imagen tras imagen, el brillo de Kap2 Boo con el de otras estrellas cercanas que se sabe que no varían (las llamadas estrellas de comparación). Cualquier cambio sistemático en esa diferencia es, en principio, atribuible a la estrella variable y no a cambios del cielo o del instrumento. Haciendo esto con cientos de imágenes se obtiene una curva de luz: una gráfica donde el eje horizontal es el tiempo y el vertical, la magnitud medida.

Resultados: el oído del telescopio

La curva de luz obtenida para Kap2 Boo mostró con claridad la variación esperada: un ciclo de subida y bajada del brillo coherente con el periodo conocido de 0.076242 días y una amplitud compatible con las 8 centésimas de magnitud reportadas en la literatura.

En otras palabras, el telescopio y el cielo de Tonantzintla sí pueden escuchar el latido de una estrella que cambia 8 centésimas de magnitud cada hora y 50 minutos. Y no sólo eso: la curva resultó bastante pronunciada respecto al ruido de fondo de las mediciones, lo que sugiere que todavía hay margen para ir más abajo.

Conclusiones y próximos pasos

Esta primera observación confirmó que:

• El equipo y las condiciones del Observatorio de Tonantzintla son capaces de detectar con holgura variaciones de magnitud del orden de 8 centésimas, al menos para estrellas de magnitud aparente cercana a 4.5.

• La forma y claridad de la curva de luz sugieren que podemos reducir el rango objetivo y seguir viendo la variación.

El plan, por tanto, es continuar bajando el listón: pasar a estrellas de 6 centésimas, luego 4, luego 2, hasta llegar al umbral de 1 centésima de magnitud, o bien encontrar el punto donde el ruido del cielo, la óptica y la electrónica ya no nos permita distinguir la señal. Ese punto, cuando lo encontremos, será el límite de detectabilidad del observatorio para este tipo de trabajo, y servirá como referencia para futuras campañas de observación de exoplanetas, binarias eclipsantes y otras variables de baja amplitud.

Por qué importa

En una época en la que los grandes telescopios espaciales acaparan los titulares, puede parecer que los observatorios terrestres medianos como Tonantzintla tienen poco que decir. Esta observación apunta a lo contrario: con planificación cuidadosa, software abierto y una estrella bien elegida, es posible extraer ciencia genuinamente útil. Caracterizar los límites instrumentales de un observatorio no es un ejercicio vanidoso, sino el primer paso para saber qué problemas se pueden atacar desde ahí, y cuáles conviene dejar en manos de instrumentos más grandes.

Mientras tanto, κ² Boötis seguirá latiendo en lo alto del Boyero, a unos cuantos miles de años luz, ajena a todo esto. Pero la próxima vez que alguien abra la cúpula en Tonantzintla, ya sabremos que podemos oírla.