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24/2/21 - DJ:

La nova roja que no será: el increíble error de un decimal

T.E.L: 9 min.

Hace unos años, un grupo de astrónomos predijo una nova roja para el año 2022. Luego, otro equipo lo negó. La historia de un error astronómico.



Los falsos positivos en ciencia podrían considerarse dañinos, ya que son conclusiones erróneas. Pero, en realidad, son el fruto del ciclo virtuoso de las ciencias: la verificación. 

A diferencia de la fallida predicción de supernova de Betelgeuse el año pasado, error impulsado más por el deseo que por los datos objetivos, este otro caso anterior es increíble, porque en definitiva, el error yacía en una posición decimal al convertir un formato de fecha. En el estudio de los objetos celestes, hasta las fallas menores tienen tamaño astronómico. Veamos cómo fue esta historia.

INTRODUCCIÓN: NOVAS ROJAS LUMINOSAS
Desde hace unos años, los astrónomos piensan que hay un fenómeno conocido como Novas Rojas Luminosas, fruto de la fusión de dos estrellas en un sistema binario. Debido a las grandes cantidades de polvo y gas esparcido por el estallido, la luz se enrojece, dado que el pico de luminosidad se da en la banda L (3,5 micrómetros), es decir, en el infrarrojo. Un ejemplo puede ser V838 Monoceritos. La naturaleza binaria de las progenitoras rojas fue confirmada en la Nova Sco 2008 gracias a datos de archivo que revelaron que el precursor fue el sistema binario de contacto V1309 Scorpii.

EL CASO DE KIC 9832227 Y LA PREDICCIÓN
KIC 9832227 fue clasificado originalmente como un objeto RR Lyrae, un tipo de estrella variable, pero con datos de la misión Kepler, en 2013, se mostró que era un sistema binario de contacto, es decir, dos estrellas que orbitan alrededor de un centro común de masas, tan próximas que comparten la capa exterior de sus atmósferas. Una investigación posterior de Molnar y otros en 2017 evidenció cambios significativos en el período de 11 horas usando tiempos de eclipses de casi dos décadas atrás, con una función exponencial de decaimiento de la misma forma que V1309 Scorpii. 

Es decir que las estrellas se acercan cada vez más y, al hacer los cálculos, llegaron a la conclusión de que la fusión produciría una nova roja, alcanzando una magnitud visual aparente de casi 2 (visible a simple vista) en 2022. Así, KIC 9832227 podría dar a los astrónomos la rara oportunidad de estudiar un progenitor de nova roja en detalle antes del estallido. Esto llevó a que otros astrónomos se interesan en el tema y finalmente descubrieran que la predicción tenía un error tan pequeño como fatal.

LA NEGACIÓN DE LA PREDICCIÓN
Esa nueva investigación fue publicada en 2018 por Quentin Socia y otros. Para ese trabajo, usaron datos del fotómetro Vulcan, de 10 cm de apertura, instalado en el Observatorio Lick, diseñado para detectar planetas del tamaño de Júpiter alrededor de estrellas como nuestro Sol. Observó 20.000 estrellas más brillantes que magnitud 13 en un campo de visión de 49 grados cuadrados por 90 días en el verano boreal de 2003. El sondeo Vulcan comparte una cantidad sustantiva de datos con el campo de la misión Kepler, lo que lo hace valioso.

Quentin Socia y su equipo des-archivaron y recalibraron las observaciones de Vulcan del objeto KIC 9832227. Los tiempos de eclipse (cuando una estrella pasa frente a la otra desde el punto de vista de los observadores terrestres) son cruciales para la investigación, por lo que para confirmar la precisión de los tiempos Vulcan, midieron los tiempos de eclipse de otro objeto muy estudiado y encontraron que eran buenos.

Luego buscaron datos del objeto en cuestión en el sondeo Northern Sky Variability Survey (NSVS) y encontraron registros de dos campos de cámara que combinaron en una curva de luz. 


En síntesis, la idea es así: hay dos estrellas muy cercanas, que se eclipsan mutuamente cada cierto tiempo (período). Si finalmente se van a fusionar, entonces ese período debería ser cada vez menor, es decir que el tiempo entre los eclipses debería disminuir con el tiempo (decaimiento). Para saber si eso es lo que ocurre, se buscan observaciones hechas con anterioridad. Tales datos pueden provenir de diferentes sondeos hechos con distintos instrumentos. Estos datos hay que calibrarlos. Particularmente, se usan ciertas conversiones de tiempo, a las que me referiré enseguida. El sondeo NSVS fue publicado por Woźniak y otros en 2004. Esos datos también se usaron en la investigación previa que llegó a la predicción de la nova roja en 2022. Esto es vital para entender el asunto. Se tomaron todos los datos de archivos posibles para hallar una posible tendencia. Eso fue lo que halló el equipo de Molnar en 2016 y lo que revisó el otro grupo de Socia en 2018. Los datos más antiguos usados fueron los que provenían del NSVS, de 1999. En aquella serie cronológica de datos, los del NSVS eran los primeros.


Además, agregaron observaciones hechas por ellos en 2017 desde el Observatorio Monte Laguna (MLO). Finalmente, en su análisis, Quentin Socia y equipo dicen que para su sorpresa, las mediciones de los tiempos de eclipse en los datos Vulcan no concuerdan con la predicción de Molnar. Más aún, sus mediciones NSVS difieren en +1,01 hr de los tiempos de eclipse de Molnar. Basados en la evidencia de los datos Vulcan, especulan que la discrepancia con los tiempos NSVS podrían haberse causado por un error de cuenta de ciclo y un error de conversión MJD a BJD. ¿Y eso?

LAS FECHAS EN ASTRONOMÍA
MJD significa Modified Julian Date, Fecha Juliana Modificada y se obtiene al restar 2.400.000,5 días a la fecha Juliana. Así, MJD da el número de días desde la medianoche del 17 de noviembre de 1858. Esa fecha corresponde a 2400000,5 días después del día 0 del calendario Juliano. ¿Y eso?

El día juliano es una forma de contar días. No meses, ni semanas, ni años. Esto es particularmente útil para contar los días que separan dos eventos astronómicos, como eclipses. El día juliano se empezó a contar desde el 1 de enero del año 4713 antes de la era común, también llamada AC. 

Sin embargo, esta forma de contar debe dejar en claro cuándo se empieza a contar un día nuevo. En el día juliano, eso es al mediodía. En virtud de esto, hay que tener en cuenta las horas. Para tal fin, se expone la fecha juliana usando decimales. Por ejemplo,
El sábado 1 de enero de 2000, al mediodía corresponde a la fecha juliana 2451545. Es decir, la cantidad de días que pasaron desde el 1 de enero de 4713 AC. 
Sin embargo, el sábado 1 de enero de 2000 a la medianoche (doce horas antes) es la fecha juliana 2451544,5. Y el sábado 2 de enero a la medianoche sería 2451545,5. Este pequeño aditamento, una posición decimal, no es tan pequeño si entendemos que 0,5 días son 12 horas.
Si en vez de usar JD (día juliano) 2451545,5 usáramos MJD, sería 51545, ya que en vez de contar desde el año 4713 AC, estaríamos contando la diferencia de días desde 1858. La variante se usa para reducir el número. Se puede pasar de una variante a otra con una conversión.

Sin embargo, ¡ALERTA! A diferencia de la fecha juliana, la MJD se calcula desde la medianoche, es decir que hay medio día (12 horas) de diferencia. Es lo que en inglés se dice "half day offset". Puede parecer una pavada, pero cuando se trata de evaluar tiempo de eclipses, esta diferencia es significativa.

Además, en los papers también se usa la BJD: La Fecha Juliana Baricéntrica es la fecha juliana corregida por diferencias en la posición de la Tierra con respecto al baricentro del Sistema Solar. 

ANÁLISIS DEL ERROR
Quentin Socia dice en su paper que como el período del sistema binario es 10,99 hr, si se omitió el 0,5 día de diferencia al convertir MJD a JD, y los eclipses se corrieron un ciclo, habría una diferencia en el tiempo de eclipse de 0,99 hr. La X roja en la siguiente figura es el dato hipotético donde los dos factores se incluyen. La X concuerda con la curva de decaimiento exponencial. Más aún: Wozniak define en su tabla 6 del NSVS a MJD ≡ JD - 2400000; pero en la versión borrador (en Arxiv) figura distinto, con el agregado de la diferencia, como se muestra a continuación:


Figura 3 del paper de Q.Socia: este es un diagrama O-C (lo observado menos lo calculado) de KIC 9832227 con un período de referencia de 0,4579515 días. La curva azul es una recreación del decaimiento exponencial de Molnar (2017) con el mismo período. La X roja a la izquierda es el dato de NSVS con 1 ciclo y el error MJD +0,5.

Aquí vemos la Tabla 6 de la publicación del NSVS en el paper original (con el error) y en el borrador (draft) en Arxiv.


Para sellar la hipótesis del error, en comunicación privada entre Socia y Molnar, éste apuntó que desde Los Alamos (donde se hizo el NSVS), el sistema KIC 9832227 no estaría sobre el horizonte en el tiempo reportado por Wozniak en 2004, afianzando la idea del error MJD.

La diferencia de un ciclo significa que si los eclipses del objeto en estudio se dan cada 11 horas, como dijimos al principio, y hay una diferencia de 12 horas en los datos iniciales, se omitió un ciclo (más una hora). El período se suele indicar en días, en vez de horas, pero 0,45 días son 11 horas.

LA TERCERA EN DISCORDIA 
En ambos trabajos, el de Molnar y el de Socia se postula que en el sistema en cuestión hay una tercera estrella de masa menor a 0,8 Masas Solares.

En el siguiente gráfico se revisa el diagrama O-C con todos los tiempos y en líneas punteadas se muestran los datos de tres potenciales estrellas de diferente masa. En esta corrección, T0 = 2454953,48885.


En cualquier caso, los diagramas O-C muestran cambios reales en período. Pero los autores señalan que eso es común y no indica necesariamente que haya una curva de decaimiento, es decir, que las estrellas se vayan a fusionar pronto. Diferentes procesos pueden explicar la diferencia de período: transferencia de masa o ciclos magnéticos son causas plausibles. Sistemas como AB Andromedae, AH Virgo y V566 Ophiuchus varían en sus tiempos de eclipse hasta 2 hr. Así concluyeron que KIC 9832227 no exhibe el período de decaimiento similar a V1309 Scorpii, por lo que es poco probable que se fusione en 2022.

DIAGRAMAS O-C
Puede ser difícil interpretar estos diagramas, pero los podemos entender de este modo: grafican lo Observado menos lo Calculado. De modo que si tengo observaciones de la realidad y cálculos teóricos y mi teoría es igual a la realidad, entonces O-C=0, es decir que se cancelan porque son cantidades iguales. Pero si mi teoría no es correcta, habrá una diferencia que permanecerá. Esas diferencias se pueden deber a que hay que corregir la teoría o que falta descubrir algo de la realidad. En un sistema estelar, la diferencia podría implicar la existencia de otro objeto aún no descubierto. Sin embargo, es vital que lo observado sea real, de lo contrario se llegará a falsas conclusiones.
De modo que al leer un diagrama O-C miraremos el eje Y, donde se suele ubicar O-C y notaremos que hay un valor 0. Todo lo que figure allí implica concordancia entre O y C (por eso es cero al restar). Lo que esté por abajo o arriba es la diferencia.

CONCLUSIÓN DE PELÍCULA
Larry Molnar y su equipo hicieron las cosas bien. Su trabajo está basado en datos. Usaron el Observatorio Calvin entre 2013 y 2016, así como datos de archivo entre 2007 y 2013. Para completar los tiempos de eclipse, usaron el sondeo NSVS de 1999. Este último se publicó con un error en la conversión MJD a JD. Increíblemente, tal errata no figura en la versión borrador del trabajo en el conocido repositorio digital Arxiv. El error en un decimal implicó una diferencia de 12 horas. Y el período del objeto es de 11 horas, es decir, una diferencia de un ciclo más una hora. Al revisar ese dato primordial (el dato más antiguo), el equipo de Socia se percató de que la predicción debía cambiar.

En un comunicado de la Universidad Calvin, Quentin Socia expresó: "Esta es posiblemente la parte más importante del proceso científico. El conocimiento avanza más cuando se hacen predicciones audaces, y la gente cuestiona y prueba esas predicciones". Y agregó: "A menudo, los descubrimientos más emocionantes ocurren cuando nuestras expectativas no se cumplen. Este es un buen ejemplo de cómo científicos de diferentes partes del mundo pueden trabajar juntos para comprender mejor cómo funciona nuestro universo, trayendo con ellos nuevas piezas al rompecabezas".



La publicación de la predicción, en 2016, se acompañó de un trailer de una película que se pensaba filmar sobre el presunto descubrimiento. El proyecto data de 2014 y la idea era documentar todo el proceso hasta finales de 2022 o cuando ocurriera la "nueva estrella". Se creó un sitio web sobre la película que sigue en línea. El director Sam Smartt parece que no abandonó el proyecto, titulado "Luminous". 

En una comunicación por mail, el director Smartt me confirmó que está en el proceso de post-producción de la película y que piensa terminarla para el otoño-verano boreal. Tiene ya programadas proyecciones en diferentes lugares de EE.UU. Me ofreció la posibilidad de proyectar el film también en Argentina, si es que es de interés de los aficionados. El documental incluye una entrevista con Socia a quien el director visitó en San Diego, es decir que cuenta toda la historia, a pesar de la fallida predicción.

En el póster de la película se agrega la frase: "Predicciones extraordinarias requieren evidencia extraordinaria".
Lo que es realmente extra-ordinario es que un simple error decimal tenga tanto impacto. Ni en los cometas la coma es tan importante. Las matemáticas no tienen sentimientos.☉


Fuentes y enlaces relacionados
TEAM OF RESEARCHERS CHALLENGE BOLD ASTRONOMICAL PREDICTION

KIC 9832227: Using Vulcan Data to Negate the 2022 Red Nova Merger Prediction
Quentin J Socia et al 2018 ApJL 864 L32

Northern Sky Variability Survey (NSVS): Public data release

Northern Sky Variability Survey: Public Data Release*
P. R. Woźniak et al 2004 AJ 127 2436

Modified Julian Date

The Red Nova Prediction

La errata que arruinó una predicción

LUMINOUS Trailer

Luminous film

Sobre las imágenes
Crédito de los gráficos: Q.Socia et al (2018); Wozniak et al (2004).
Imagen inicial: Sam Smartt trailer.
Póster Luminous: Sam Smartt.

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