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estrella polar

Polaris es una estrella en la constelación circumpolar septentrional de la Osa Menor . Se la designa α Ursae Minoris ( latinizado como Alpha Ursae Minoris ) y se la suele llamar Estrella del Norte o Estrella Polar . Con una magnitud aparente que fluctúa alrededor de 1,98, [3] es la estrella más brillante de la constelación y es fácilmente visible a simple vista durante la noche. [16] La posición de la estrella se encuentra a menos de 1° del polo norte celeste , lo que la convierte en la actual estrella polar norte . La posición estable de la estrella en el cielo del norte la hace útil para la navegación . [17]

Como es la variable cefeida más cercana , su distancia se utiliza como parte de la escala de distancias cósmicas . La paralaje estelar revisado de Hipparcos da una distancia a Polaris de unos 433 años luz (133 parsecs ), mientras que la misión sucesora Gaia da una distancia de unos 448 años luz (137 parsecs ). Los cálculos realizados con otros métodos varían ampliamente.

Aunque a simple vista parece un único punto de luz, Polaris es un sistema estelar triple , compuesto por la estrella primaria, una supergigante amarilla denominada Polaris Aa, en órbita con una compañera más pequeña, Polaris Ab; el par está en una órbita más amplia con Polaris B. El par exterior AB fue descubierto en agosto de 1779 por William Herschel , donde la "A" se refiere a lo que ahora se conoce como el par Aa/Ab.

Sistema estelar

Componentes de Polaris vistos por el telescopio espacial Hubble

Polaris Aa es una supergigante amarilla evolucionada de tipo espectral F7Ib con 5,4 masas solares ( M ☉ ). Es la primera cefeida clásica cuya masa se ha determinado a partir de su órbita. Las dos compañeras más pequeñas son Polaris B, una estrella de secuencia principal F3 de 1,39  M ☉ que orbita a una distancia de2.400  unidades astronómicas (UA), [18] y Polaris Ab (o P), una estrella de secuencia principal F6 muy cercana con una masa de 1,26  M ☉ . [3] Polaris B se puede resolver con un telescopio modesto. William Herschel descubrió la estrella en agosto de 1779 utilizando un telescopio reflector propio, [19] uno de los mejores telescopios de la época. En enero de 2006, la NASA publicó imágenes, del telescopio Hubble , que mostraban los tres miembros del sistema ternario Polaris. [20] [21]

En 1899, WW Campbell informó de la velocidad radial variable de Polaris A , lo que sugería que esta estrella era un sistema binario. [22] Dado que Polaris A es una cefeida variable conocida, JH Moore demostró en 1927 que los cambios de velocidad a lo largo de la línea de visión se debían a una combinación del período de pulsación de cuatro días combinado con un período orbital mucho más largo y una gran excentricidad de alrededor de 0,6. [23] Moore publicó elementos orbitales preliminares del sistema en 1929, dando un período orbital de unos 29,7 años con una excentricidad de 0,63. Este período fue confirmado por estudios de movimiento propio realizados por BP Gerasimovič en 1939. [24]

Como parte de su tesis doctoral, en 1955 E. Roemer utilizó datos de velocidad radial para derivar un período orbital de 30,46 años para el sistema Polaris A, con una excentricidad de 0,64. [25] KW Kamper en 1996 produjo elementos refinados con un período de29,59 ± 0,02 años y una excentricidad de0,608 ± 0,005 . [26] En 2019, un estudio de RI Anderson dio un período de29,32 ± 0,11 años con una excentricidad de0,620 ± 0,008 . [11]

Se creía que había dos componentes más separados (Polaris C y Polaris D), pero se ha demostrado que no están asociados físicamente con el sistema Polaris. [18] [27]

Observación

Variabilidad

Una curva de luz para Polaris, trazada a partir de datos TESS [28]

Polaris Aa, el componente primario supergigante, es una variable cefeida clásica de Población I de baja amplitud , aunque alguna vez se pensó que era una cefeida de tipo II debido a su alta latitud galáctica . Las cefeidas constituyen una vela estándar importante para determinar la distancia, por lo que Polaris, como la estrella más cercana de este tipo, [11] es muy estudiada. La variabilidad de Polaris se había sospechado desde 1852; esta variación fue confirmada por Ejnar Hertzsprung en 1911. [29]

El rango de brillo de Polaris se estima entre 1,86 y 2,13 [4] , pero la amplitud ha cambiado desde su descubrimiento. Antes de 1963, la amplitud era superior a 0,1 de magnitud y disminuía muy gradualmente. Después de 1966, disminuyó muy rápidamente hasta llegar a menos de 0,05 de magnitud; desde entonces, ha variado erráticamente cerca de ese rango. Se ha informado de que la amplitud está aumentando de nuevo, una inversión que no se ha observado en ninguna otra cefeida [6] .

Polaris y la nebulosa de flujo integrado que la rodea

El período, de aproximadamente 4 días, también ha cambiado con el tiempo. Ha aumentado de forma constante alrededor de 4,5 segundos por año, excepto por una pausa en 1963-1965. Originalmente se pensó que esto se debía a la evolución secular hacia el rojo (un cambio a largo plazo en el corrimiento al rojo que hace que la luz se estire en longitudes de onda más largas, lo que hace que parezca roja) a través de la franja de inestabilidad de las Cefeidas , pero puede deberse a la interferencia entre los modos de pulsación primaria y de primer sobretono . [21] [30] [31] Los autores no están de acuerdo sobre si Polaris es un pulsador fundamental o de primer sobretono y sobre si está cruzando la franja de inestabilidad por primera vez o no. [12] [31] [32]

La temperatura de Polaris varía muy poco durante sus pulsaciones, pero la magnitud de esta variación es variable e impredecible. Los cambios erráticos de temperatura y la amplitud de los cambios de temperatura durante cada ciclo, desde menos de 50  K hasta al menos 170 K, pueden estar relacionados con la órbita con Polaris Ab. [13]

Una investigación publicada en Science sugiere que Polaris es 2,5 veces más brillante hoy que cuando Ptolomeo la observó, pasando de una magnitud tercera a una segunda. [33] El astrónomo Edward Guinan considera que se trata de un cambio notable y ha dejado constancia de que "si son reales, estos cambios son 100 veces mayores que [los] predichos por las teorías actuales de la evolución estelar ".

En 2024, los investigadores dirigidos por Nancy Evans en Harvard & Smithsonian , han estudiado con más precisión la órbita más pequeña de la compañera Polar utilizando el CHARA Array . Durante esta campaña de observación han logrado fotografiar las características de Polaris en su superficie; han aparecido grandes lugares brillantes y oscuros en imágenes de cerca, que cambian con el tiempo. Además, el tamaño del diámetro de Polaris se ha vuelto a medir a 46  R ☉ , utilizando la distancia Gaia de446 ± 1 años luz, y su masa se determinó en 5,13  M ☉ . [10]

Papel de estrella polar

Los acimutes de Polaris en relación con la esfera del reloj [34]
Un rastro de estrellas típico del hemisferio norte con Polaris en el centro.

Como Polaris se encuentra casi en línea recta con el eje de rotación de la Tierra "por encima" del Polo Norte —el polo norte celeste—, Polaris permanece casi inmóvil en el cielo, y todas las estrellas del cielo del norte parecen girar a su alrededor. Por lo tanto, constituye un excelente punto fijo desde el cual realizar mediciones para la navegación celeste y la astrometría . La elevación de la estrella sobre el horizonte proporciona la latitud aproximada del observador. [16]

En 2018, Polaris estaba a 0,66° (39,6 minutos de arco) del polo de rotación (1,4 veces el disco lunar ) y, por lo tanto, gira alrededor del polo en un pequeño círculo de 1,3° de diámetro. Estará más cerca del polo (a unos 0,45 grados, o 27 minutos de arco) poco después del año 2100. [35] Debido a que está tan cerca del polo norte celeste, su ascensión recta está cambiando rápidamente debido a la precesión del eje de la Tierra , pasando de 2,5 h en el año 2000 d. C. a 6 h en el año 2100 d. C. Dos veces en cada día sideral , el acimut de Polaris es el norte verdadero; el resto del tiempo se desplaza hacia el este o el oeste, y el rumbo debe corregirse utilizando tablas o una regla empírica . La mejor aproximación [34] se realiza utilizando el borde delantero del asterismo " Osa Mayor " en la constelación de la Osa Mayor. El borde delantero (definido por las estrellas Dubhe y Merak ) está referenciado por la esfera de un reloj, y el acimut verdadero de Polaris se calcula para diferentes latitudes.

El movimiento aparente de Polaris hacia y, en el futuro, alejándose del polo celeste, se debe a la precesión de los equinoccios . [36] El polo celeste se alejará de α UMi después del siglo XXI, pasando cerca de Gamma Cephei alrededor del siglo 41 , y moviéndose hacia Deneb alrededor del siglo 91 .

El polo celeste estaba cerca de Thuban alrededor de 2750 a. C., [36] y durante la antigüedad clásica estaba ligeramente más cerca de Kochab (β UMi) que de Polaris, aunque todavía estaba a unos 100 km de distancia.10 ° de cualquiera de las estrellas. [37] Estaba aproximadamente a la misma distancia angular de β UMi que de α UMi a fines de la Antigüedad tardía . El navegante griego Piteas en ca. 320 a. C. describió el polo celeste como desprovisto de estrellas. Sin embargo, como una de las estrellas más brillantes cerca del polo celeste, Polaris se utilizó para la navegación al menos desde la Antigüedad tardía, y descrita como ἀεί φανής ( aei phanēs ) "siempre visible" por Stobaeus (siglo V), también llamada Λύχνος ( Lychnos ) similar a un quemador o lámpara y razonablemente sería descrita como stella polaris desde aproximadamente la Alta Edad Media en adelante, tanto en griego como en latín. En su primer viaje transatlántico en 1492, Cristóbal Colón tuvo que corregir el "círculo descrito por la estrella polar alrededor del polo". [38] En la obra de Shakespeare Julio César , escrita alrededor de 1599, César se describe a sí mismo como "tan constante como la estrella del norte", aunque en la época de César no había una estrella del norte constante. A pesar de su brillo relativo, no es, como se cree popularmente, la estrella más brillante del cielo. [39]

Polaris se encuentra a medio camino entre los asterismos Casiopea y la Osa Mayor

Polaris fue mencionada en el libro de Nathaniel Bowditch de 1802, American Practical Navigator , donde aparece como una de las estrellas de navegación . [40]

Nombres

Esta concepción artística muestra: la supergigante Polaris Aa, la enana Polaris Ab y su lejana compañera enana Polaris B.

El nombre moderno Polaris [41] es una abreviatura del neolatín stella polaris " estrella polar ", acuñado en el Renacimiento cuando la estrella se había acercado al polo celeste a unos pocos grados. Gemma Frisius , escribiendo en 1547, se refirió a ella como stella illa quae polaris dicitur ("esa estrella que se llama 'polar'"), situándola a 3° 8' del polo celeste. [42]

En 2016, la Unión Astronómica Internacional organizó un Grupo de Trabajo sobre Nombres de Estrellas (WGSN, por sus siglas en inglés) [43] para catalogar y estandarizar los nombres propios de las estrellas. El primer boletín del WGSN de julio de 2016 [44] incluía una tabla de los dos primeros lotes de nombres aprobados por el WGSN, que incluían Polaris para la estrella α Ursae Minoris Aa.

En la antigüedad, Polaris no era todavía la estrella más cercana al polo celeste a simple vista, y se utilizaba toda la constelación de la Osa Menor para la navegación en lugar de una sola estrella. Polaris se acercó lo suficiente al polo como para ser la estrella más cercana a simple vista, aunque todavía a una distancia de varios grados, en el período medieval temprano, y numerosos nombres que hacen referencia a esta característica como estrella polar se han utilizado desde el período medieval. En inglés antiguo, se conocía como scip-steorra ("estrella-barco") [ cita requerida ] . En el poema rúnico en inglés antiguo , la runa T aparentemente está asociada con "una constelación circumpolar", o el planeta Marte. [45]

En los Puranas hindúes , se personificó con el nombre de Dhruva ("inamovible, fijo"). [46] En el período medieval tardío, se asoció con el título mariano de Stella Maris "Estrella del mar" (así en Bartholomaeus Anglicus , c. 1270), [47] debido a un error de transcripción anterior. [48] Un nombre inglés más antiguo, atestiguado desde el siglo XIV, es lodestar "estrella guía", cognado con el nórdico antiguo leiðarstjarna , alto alemán medio leitsterne . [49]

El antiguo nombre de la constelación de la Osa Menor, Cynosura (del griego κυνόσουρα "la cola del perro"), [50] se asoció con la estrella polar en particular a principios del período moderno. Una identificación explícita de María como stella maris con la estrella polar ( Stella Polaris ), así como el uso de Cynosura como nombre de la estrella, es evidente en el título Cynosura seu Mariana Stella Polaris (es decir, "Cynosura, o la estrella polar mariana"), una colección de poesía mariana publicada por Nicolaus Lucensis (Niccolo Barsotti de Lucca) en 1655. [ cita requerida ]

La Osa Menor tal como se representa en la obra persa de 964 Libro de las estrellas fijas , Polaris llamada al-Judayy "الجدي" en la parte inferior derecha.

Su nombre en la astronomía árabe tradicional preislámica era al-Judayy الجدي ("el cabrito", en el sentido de una cabra joven ["le Chevreau"] en Description des Etoiles fixes), [51] y ese nombre también se usó en la astronomía islámica medieval . [52] [53] En aquellos tiempos, todavía no estaba tan cerca del polo norte celeste como ahora, y solía girar alrededor del polo.

En la poesía, Spenser la invocaba como símbolo de firmeza, como "estrella firme" . El soneto 116 de Shakespeare es un ejemplo del simbolismo de la estrella del norte como principio rector: "[El amor] es la estrella de cada barco errante / cuyo valor es desconocido, aunque se tome en cuenta su altura". En Julio César , hace que César explique su negativa a conceder el perdón diciendo: "Soy tan constante como la estrella del norte / de cuya verdadera calidad fija y en reposo / no hay otra en el firmamento. / Los cielos están pintados con innumerables chispas, / todas son fuego y todas brillan, / pero hay una sola en todas que mantiene su lugar; / así en el mundo" (III, i, 65-71). Por supuesto, Polaris no permanecerá "constantemente" como la estrella del norte debido a la precesión , pero esto solo se nota a lo largo de los siglos. [ cita requerida ]

En la astronomía inuit , Polaris se conoce como Nuutuittuq ( sílabas : ᓅᑐᐃᑦᑐᖅ ).

En el conocimiento estelar tradicional Lakota , Polaris se llama "Wičháȟpi Owáŋžila". Esto se traduce como "La estrella que permanece quieta". Este nombre proviene de una historia Lakota en la que se casó con Tȟapȟúŋ Šá Wíŋ, "Mujer de mejillas rojas". Sin embargo, ella cayó de los cielos, y en su dolor Wičháȟpi Owáŋžila miró hacia abajo desde "waŋkátu" (la tierra de arriba) para siempre. [54]

Los Cree de las llanuras llaman a la estrella en Nehiyawewin : acâhkos êkâ kâ-âhcît "la estrella que no se mueve" ( sílabas : ᐊᒑᐦᑯᐢ ᐁᑳ ᑳ ᐋᐦᒌᐟ ). [55] En Mi'kmawi'simk la estrella se llama Tatapn . [56]

En la antigua cosmovisión finlandesa, la Estrella del Norte también se ha llamado taivaannapa y naulatähti ("la estrella del clavo") porque parece estar unida al firmamento o incluso actuar como un sujetador para el cielo cuando otras estrellas orbitan alrededor de ella. Dado que el cielo estrellado parecía girar a su alrededor, se piensa que el firmamento es como una rueda, con la estrella como pivote sobre su eje. Los nombres derivados de él fueron pin del cielo y pin del mundo . [ cita requerida ]

Distancia

La paralaje estelar es la base del parsec , que es la distancia desde el Sol a un objeto astronómico que tiene un ángulo de paralaje de un segundo de arco . (1 UA y 1 pc no están a escala, 1 pc = aproximadamente 206265 UA)

Muchos artículos recientes calculan la distancia a Polaris en aproximadamente 433 años luz (133 parsecs), [21] basándose en mediciones de paralaje del satélite astrométrico Hipparcos . Las estimaciones de distancia más antiguas a menudo eran ligeramente menores, y la investigación basada en análisis espectral de alta resolución sugiere que puede estar hasta 110 años luz más cerca (323 años luz/99 pc). [9] Polaris es la variable cefeida más cercana a la Tierra, por lo que sus parámetros físicos son de importancia crítica para toda la escala de distancia astronómica . [9] También es la única con una masa medida dinámicamente.

La sonda espacial Hipparcos utilizó la paralaje estelar para tomar medidas entre 1989 y 1993 con una precisión de 0,97  milisegundos de arco (970 microsegundos de arco), y obtuvo medidas precisas para distancias estelares de hasta 1.000 pc de distancia. [60] Los datos de Hipparcos se examinaron de nuevo con técnicas estadísticas y de corrección de errores más avanzadas. [2] A pesar de las ventajas de la astrometría de Hipparcos , se ha señalado la incertidumbre de sus datos de Polaris y algunos investigadores han cuestionado la precisión de Hipparcos al medir cefeidas binarias como Polaris. [9] La reducción de Hipparcos específicamente para Polaris ha sido reexaminada y reafirmada, pero todavía no hay un acuerdo generalizado sobre la distancia. [61]

El siguiente gran paso en mediciones de paralaje de alta precisión proviene de Gaia , una misión de astrometría espacial lanzada en 2013 y destinada a medir el paralaje estelar con una precisión de 25 microsegundos de arco (μas). [62] Aunque originalmente se planeó limitar las observaciones de Gaia a estrellas más débiles que la magnitud 5,7, las pruebas realizadas durante la fase de puesta en servicio indicaron que Gaia podría identificar de forma autónoma estrellas tan brillantes como de magnitud 3. Cuando Gaia entró en operaciones científicas regulares en julio de 2014, se configuró para procesar rutinariamente estrellas en el rango de magnitud 3 - 20. [63] Más allá de ese límite, se utilizan procedimientos especiales para descargar datos de escaneo sin procesar para las 230 estrellas restantes más brillantes que la magnitud 3; se están desarrollando métodos para reducir y analizar estos datos; y se espera que haya una "cobertura completa del cielo en el extremo brillante" con errores estándar de "unas pocas docenas de μas". [64] Gaia Data Release 2 no incluye un paralaje para Polaris, pero sí una distancia inferida a partir de él.136,6 ± 0,5  pc (445,5 años luz) para Polaris B, [59] algo más lejos que la mayoría de las estimaciones anteriores y varias veces más precisa. Esto se mejoró aún más para137,2 ± 0,3  pc (447,6 años luz), tras la publicación del catálogo Gaia Data Release 3 el 13 de junio de 2022, que sustituyó a Gaia Data Release 2. [5]

En la cultura popular

Polaris está representada en la bandera y el escudo de armas del territorio inuit canadiense de Nunavut , [65] la bandera de los estados estadounidenses de Alaska y Minnesota , [66] y la bandera de la ciudad estadounidense de Duluth, Minnesota . [67] [68]

Galería

Véase también

Referencias

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