Reflexionando sobre el oscurecimiento de KIC 8462852

Como quizás sepáis, he venido siguiendo el caso de la estrella KIC 8462852 con especial interés desde que saliese a la luz por primera vez. En las últimas semanas ha habido informaciones cruzadas sobre su extraño comportamiento, y la última aportación viene de la mano de Bradley Schaefer, que habló de su oscurecimiento…

Una estrella extraña

En su momento, ya hablé de Bradley Schaefer y de su estudio. Todo parecía indicar que la estrella de Tabby (como se le conoce popularmente en honor a su descubridora, Tabetha Boyajian) viene oscureciéndose desde hace 100 años. Sin embargo, esa conclusión fue puesta en duda poco después, arguyendo que el material utilizado para las mediciones no era fiable y por tanto no podía ser tenido en cuenta, y la hipótesis de los cometas volvió a tomar fuerza.

Ahora, el propio Bradley Schaefer ha escrito una carta (publicada en el blog inglés Centauri Dreams) en la que rebate los argumentos contra el oscurecimiento detectado en los últimos cien años, y que, si está en lo cierto, sólo hará que la estrella siga siendo de lo más misterioso.

NOTA: A partir de este punto, reproduzco íntegramente la carta de Bradley Schaefer traducida al castellano. Aunque tiene partes bastante técnicas, la idea de fondo debería ser bastante fácil de entender. Si te manejas bien con el inglés, y te pica la curiosidad, es muy recomendable echarle un ojo al PDF enlazado al final del artículo.

Reflexiones sobre un oscurecimiento de cien años

Bradley Schaefer.
Crédito: Centauri Dreams

Los oscurecimientos de KIC 8462852 (la estrella de Tabby) siguen siendo un profundo misterio. Además, he descubierto que se ha oscurecido, aproximadamente, en un 20% desde 1890 a 1989, tal y como medí en las placas de Harvard (esto está ahora publicado en Schaefer 2016, ApJLett, 822, L34). Una línea recta que encaje con la curva de luz nos da una pendiente de +0,164 ± 0,013 magnitudes por siglo. El margen de error citado aquí procede del error experimental, mientras que existe un error sistemático mayor asociado con todos los pequeños problemas típicos de la fotometría fotográfica y los análisis de las placas.

Para medir los errores sistemáticos, he utilizado un grupo de control de 12 estrellas de la misma magnitud y color que la estrella de Tabby, todas ellas en 22 minutos de arco. La media de sus líneas rectas encajadas en sus curvas de luz es de -0,007 magnitudes por siglo, con una dispersión media cuadrática de 0,44 magnitudes por siglo. Con el error sistemático dominante, el oscurecimiento de un siglo de la estrella de Tabby tiene una significación de nivel sigma 4.0 (es decir, hay una probabilidad de un 0,000064 de que una pendiente tan inclinada ocurra por mero azar, incluso teniendo en cuenta los errores sistemáticos).

Dos estudios (Hippke et al. arXiv:1601.07314v4 & Lund et al. arXiv:1605.02760v1) han sido publicados, recientemente, afirmando que las curvas de luz históricas de Harvard (de de la base de datos DASCH (Digital Access to a Sky Century @ Harvard)) tienen un error sistemático mucho más grande, del orden de ±0,15 magnitudes/siglo, lo que nos llevaría a concluir que la pendiente de la estrella de Tabby no tendría nada de especial. Si la dispersión media cuadrática de DASCH en las pendientes analizadas fuese así de grande, entonces la existencia de un oscurecimiento de un siglo de duración en la estrella de Tabby no sería significativo.

Esta ilustración muestra una estrella detrás de un cometa destrozado. Las observaciones de KIC 8462852 por el telescopio Kepler sugieren que su extraña emisión de luz podría proceder, probablemente, de fragmentos de cometas, que bloquearon su luz al pasar por delante en 2.011 y 2.013.
Crédito: NASA/JPL-Caltech

Los dos estudios han recibido amplia exposición pública porque ambos autores se han dirigido primero a la prensa. De hecho, Hippke contactó a un periodista, como mínimo, antes de haber enviado la primera versión de su paper. En aquel momento, sólo habían transcurrido dos semanas desde que Hippke descubriese la existencia de las placas de Harvard, no había hablado con nadie que hubiese visto una placa de archivo, y todavía no ha visto ninguna. En el comportamiento habitual de las redes sociales, las afirmaciones de Hippke y Lund han sido destacadas como refutación de ese oscurecimiento que viene produciéndose desde hace un siglo, y de paso ha sido extendido a todo lo relacionado con KIC 8462852. Por ejemplo, en el primer día del lanzamiento del programa de Kickstarter (nota de Astrobitácora: aquí Schaefer hace referencia a un programa de financiación lanzado muy recientemente para que se utilice un telescopio para observar la estrella con más atención), en la conversación de Reddit había una persona que decía «creía que todo esto ya había sido refutado».

A pesar de las redes sociales, son Hippke y Lund los que están categóricamente equivocados. Como demostraré, cualquier trabajador experimentado puede encontrar rápidamente los errores que han cometido, de tal modo que sus supuestas pendientes con una dispersión más grande proceden, simplemente, de dos errores por su parte. Pero no tengo ningún lugar ordinario en el que poner cualquier argumento o prueba efectiva. Por ejemplo, cualquier otro envio a ApJ o ApJLett no tendría datos nuevos que mostrar, y sólo aparecería dentro de muchos meses. La investigación en la estrella de Tabby avanza muy rápidamente, así que las afirmaciones de Hippke y Lund tienen que ser puestas rebatidas con brevedad. La mejor manera que se me ocurre para mostrar mi refutación y las pruebas es ponerlas en un documento detallado y un correo electrónico (este correo electrónico (Nota de astrobitácora: refiriéndose al correo que le envió a Centauri Dreams y otras páginas)), y enviarlo a la gente que me ha pedido un análisis de los manuscritos de Hippke y Lund sobre la estrella de Tabby. Al final de este artículo hay un enlace al documento detallado.

Presento tres motivos por los que Hippke y Lund han realizado afirmaciones incorrectas:

Motivo nº 1: Hippke y Lund han cometido dos errores garrafales

KIC 8462852 fotografiada desde Puerto Rico.
Crédito: Efraín Morales Rivera

El primer error es que eligieron muchas estrellas como grupo de control que tienen alguna estrella cercana a la distancia suficiente para producir imágenes de estrellas superpuestas en aquellas placas de Harvard que usan escalas más grandes. La fotometría DASCH utiliza SExtractor, y el algoritmo devuelve algo como la magnitud combinada cuando se sobreponen las imágenes de dos estrellas. Esta superposición produce una magnitud de brillo errónea  para algunas placas. Esto ocurre en la mayor parte de las placas posteriores al hueco de Menzel de 1959 a 1963 (las placas Damon) (nota de Astrobitácora: el «hueco de Menzel» hace referencia, simplemente, a un período de cuatro años en el que no se hizo ninguna placa fotográfica), lo que provoca un salto aparente al pasar ese hueco. Cuando se realiza la línea recta que encaja con la curva de luz, el resultado es una curva de luz que aparentemente muestra un aumento del brillo.

Algunas de estas estrellas agrupadas provocarán que este efecto sea especialmente visible en las series RB & RH o AM & AC, lo que resulta en el signo opuesto en los saltos y pendientes. En el archivo PDF enlazado al final del artículo, presento muchos ejemplos detallados, tablas, e ilustraciones. Es decir, los saltos en el brillo a través del hueco de Menzel y las pendientes con una desviación superior a cero son producidas como meros artefactos por escoger como grupo de control a estrellas que tienen a otras estrellas demasiado cerca. Es importantísimo resaltar que la estrella de Tabby no tiene ninguna estrella cercana. Así que no es correcto escoger ninguna de esas estrellas con compañeras cercanas como grupo de control. Ningún investigador experimentado haría una elección así. Resulta que una fracción importante de las estrellas que Hippke y Lund dicen que tienen una pendiente de luz muy inclinada están rodeadas. Es decir, muchas de sus estrellas tienen esas pendientes simplemente por consecuencia de este error.

Este gráfico muestra la curva de luz de KIC 8462852 (los circulos azules). En la parte superior, y la inferior, están las curvas de luz de dos estrellas utilizadas por Schaefer.
Crédito: Bradley Schaefer

El segundo error es que han utilizado las magnitudes KIC para realizar la calibración, en lugar de las magnitudes APASS, tal y como recomienda encarecidamente DASCH en muchos lugares. La calibración KIC está basada en las magnitudes ‘g’ tal y como las usa el satélite Kepler, mientras que las magnitudes APASS directamente dan magnitudes ‘B’ (nota de Astrobitácora: aquí Schaefer está hablando de los diferentes sistemas astronómicos de magnitud, que no dan exactamente el mismo resultado para todos los objetos, por ejemplo, en el sistema APASS, el Sol tiene una magnitud absoluta de 5,48, mientras que en el sistema KIC la cifra es 5,12). El sistema nativo de las placas de Harvard es ‘B’. Así que el uso de la calibración KIC siempre será problemática para algunos propósitos porque siempre habrá colores que necesitarán correcciones. Es una reliquia histórica que la base de datos DASCH permita el uso de calibración KIC. Sin embargo, la mayor parte de los resultados de Hippke y Lund la utilizan.

Esto es importante. El motivo es que la curva de luz, según la calibración KIC, para algunas estrellas presuntamente constantes muestran una pendiente aparente (y seguramente también un aumento del brillo a través del hueco de Menzel), mientras que la curva de luz, según la calibración APASS, para esa misma estrella muestra una curva de luz perfectamente llana. Muestro varios ejemplos de esto en el PDF al final del artículo. Con esto, podemos ver que la calibración KIC de Hippke y LUND provoca saltos y pendientes como meros artefactos. Su segundo error no sería cometido por nadie que tuviese experiencia con las placas de Harvard (o nadie que lea los papers y la página web de DASCH).

Motivo nº 2: Dos mediciones por trabajadores experimentados dan ±0,044 y ±0,048

Concepto artístico de una esfera de Dyson, que se llegó a sugerir podía ser algo que estuviese en construcción en la estrella de Tabby.
Crédito: Adam Burn

La primera medición la he hecho yo mismo, dada con más detalle en mi paper en ApJLett. Derivo las pendientes de las 12 estrellas sin compañeras, del grupo de control, que tienen, esencialmente, la misma magnitud, color y posición que la estrella de Tabby. Cualquier error de medida y sistemático que pueda verse en la estrella de Tabby en la fotometría de DASCH tiene que estar presente en estas 12 estrellas. Nadie puede hacer algo mejor que esto para realizar una medición directa de los errores totales reales. Con esto, la pendiente media es muy cercana a cero, mientras la media cuadrática de las pendientes es de ±0,044 magnitudes/siglo. La mayor desviación de una pendiente lisa es de -0,070 magnitudes/siglo. Debería mencionar que tengo una amplia experiencia con las placas de Harvard, con un trabajo casi continuo desde 1979, algo así como 50 papers publicados en revistas de referencia, y otros cinco papers sobre la teoría de la fotometría fotográfica.

La segunda medición la ha realizado Josh Grindlay. Es un profesor de Harvard. Ha sido un usuario de las placas de Harvard desde hace mucho tiempo (desde antes de 1979), y es el fundador y líder del programa DASCH. Ha estado utilizando las curvas de luz de DASCH durante mucho tiempo, así que sabía perfectamente que DASCH produce curvas de luz llanas para las estrellas constantes. Con el espectáculo del paper de Hippke, se lanzó a la medición formal de muchas estrellas Landolt utilizando los datos de DASCH. (Las estrellas Landolt han servido a la comunidad durante mucho tiempo como estrellas estándar). Para 31 estrellas Landolt, Grindlay obtiene que la pendiente media linear es de -0.015±0.048 magnitudes/siglo.

Así que tenemos a los dos trabajadores más experimentados del mundo, y estamos obteniendo una media cuadrática en la regresión lineal de 0,044-0,048 magnitudes/siglo. Para la estrella de Tabby, esto da como resultado que el oscurecimiento de un siglo de duración tenga un sigma cercano a 4.0. Creo que estas dos mediciones sólidas, realizadas por la gente más experimentada del mundo, son mucho más preferibles que una afirmación que procede de gente que todavía no ha puesto sus ojos en ninguna placa fotográfica.

Motivo nº 3: El oscurecimiento de la estrella de Tabby ha sido confirmado

Annie Jump Cannon en su escritorio, en el Observatorio de Harvard.
Crédito: Smithsonian Institution from United States

Recientemente he recibido un correo de la Dra. Boyajian diciendo «me he reunido con mi colega Ben Montet, y me ha mostrado sus análisis de las imágenes del marco completo de Kepler para KIC 846. Muestra un oscurecimiento bastante convincente durante un período de 4 años (!!). También muestra que el oscurecimiento en nuestra estrella es único». En un email posterior, me comentó «su método era muy convincente, cogiendo muchas cosas en las que yo no había pensado. Haciendo esto para varios cientos de otras estrellas de Kepler muestran que la curva de distribución es gaussiana y que KIC 846 es una excepción».

Es decir, en los 4,5 años de datos de Kepler, con un análisis detallado de los datos del marco completo, varios efectos conocidos en las curvas de luz de períodos largos pueden ser calibrados, de modo que se puede reconocer un pequeño oscurecimiento global. La estrella de Tabby es brillante, y los datos de Kepler son legendarios por su precisión y estabilidad fotométricas. Si la estrella de Tabby está oscureciéndose a un ritmo de 0,164 magnitudes/siglo (que podría o podría no estar haciendo en estos momentos), entonces debería haberse oscurecido en 0,0073 magnitudes durante el tiempo de observación de Kepler en la región del Cisne. Esto debería ser observable con un análisis cuidadoso.

Aparentemente, Montet ha hecho ese análisis y ha observado que la estrella de Tabby se está oscureciendo a un ritmo no especificado. Así que tenemos una confirmación aparente de un oscurecimiento de la estrella de Tabby en un período de 4,5 años, aunque tenemos que esperar un paper concluyente de Montet. Un grupo del observatorio de Pulkova asegura haber proporcionado una pequeña confirmación del oscurecimiento de la estrella de Tabby. Está basado sólo en 10 placas de 1922 a 2001. Hay una pendiente de oscurecimiento, pero las incertidumbres son bastante más grandes que cualquier pendiente. Este resultado no puede ser tomado como una confirmación.

Para aquellos que estéis interesados en seguir este asunto con más detalle, el documento que he mencionado varias veces, mi ANALYSIS OF HIPPKE et al. (2016) and LUND et al. (2016) (nota de Astrobitácora: sólo en inglés) está disponible. A menudo, las refutaciones de afirmaciones no son cortas, así que presento todos los detalles en este documento. En resumen: tenemos tres motivos de peso para saber que las afirmaciones de Hippke y Lund son erróneas.

Referencia: Centauri-Dreams