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Los terremotos estelares podrían
resolver los misterios del magnetismo estelar
Nuestro planeta está condenado. En unos pocos mil millones de años,
el sol agotará su combustible de hidrógeno y se convertirá en una
gigante roja, una estrella tan grande que quemará, ennegrecerá y
devorará los planetas interiores.
Si bien las gigantes rojas son malas noticias para los planetas, son
buenas noticias para los astrofísicos. Sus corazones contienen las
claves para comprender una variedad de cuerpos estelares, desde
protostrellas en desarrollo hasta enanas blancas zombis, porque en
lo profundo de ellas yace una fuerza invisible que puede dar forma
al destino de una estrella: el campo magnético.
Los campos magnéticos cerca de las superficies de las estrellas a
menudo están bien caracterizados, pero lo que sucede en sus núcleos
es en su mayoría desconocido. Eso está cambiando, ya que las
gigantes rojas son especialmente adecuadas para estudiar el
magnetismo en lo profundo de una estrella. Los científicos hacen
esto utilizando terremotos estelares, oscilaciones sutiles en la
superficie de una estrella, como un portal a los interiores
estelares.
“Las gigantes rojas tienen estas oscilaciones que te permiten
sondear el núcleo con mucha sensibilidad”, dijo Tim Bedding, un
asterosismólogo de la Universidad de Sídney que estudia estrellas
gigantes rojas.
El año pasado, un equipo de la Universidad de Toulouse descifró esas
oscilaciones y midió los campos magnéticos dentro de un trío de
gigantes rojas. A principios de este año, el mismo equipo detectó
campos magnéticos dentro de otras 11 gigantes rojas. Juntas, las
observaciones mostraron que los corazones de las gigantes son más
misteriosos de lo esperado.
Cerca del corazón de una estrella, los campos magnéticos desempeñan
roles cruciales en la mezcla química en el interior de la estrella,
lo que a su vez afecta cómo
evoluciona una estrella. Al
refinar los modelos estelares e incluir el magnetismo interno, los
científicos podrán calcular las edades estelares con mayor
precisión. Estas mediciones podrían ayudar a determinar las edades
de planetas potencialmente habitables lejanos y precisar los plazos
de formación de las galaxias.
“No incluimos el magnetismo en la modelización estelar”, dijo Lisa
Bugnet, astrofísica en el Instituto de Ciencia y Tecnología de
Austria,
quien
desarrolló métodos para estudiar campos magnéticos dentro de
gigantes rojas. “Es loco, pero simplemente no está allí porque no
tenemos idea de cómo se ve [o] qué tan fuerte es”.
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Mirar al Sol
La única forma de sondear el corazón de una estrella es con asterosismología, el
estudio de las oscilaciones estelares.
De la misma manera que las ondas sísmicas que se propagan a través del interior
de la Tierra se pueden usar para mapear el paisaje subterráneo del planeta, las
oscilaciones estelares abren una ventana hacia las entrañas de una estrella. Las
estrellas oscilan a medida que su plasma se agita, produciendo ondas que llevan
información sobre la composición interna y la rotación de una estrella. Bugnet
compara el proceso con una campana que suena: la forma y el tamaño de una
campana producen un sonido específico que revela las propiedades de la campana
misma.
Para estudiar gigantes temblorosos, los científicos utilizan datos del
telescopio cazador de planetas Kepler de la NASA, que monitoreó el brillo de más
de 180,000 estrellas durante años. Su sensibilidad permitió a los astrofísicos
detectar cambios mínimos en la luz estelar vinculados a las oscilaciones
estelares, que afectan tanto el radio como el brillo de la estrella.
Descifrar las oscilaciones estelares es complicado. Vienen en dos modos básicos:
modos de presión acústica (p-modos), que son ondas de sonido que se mueven a
través de las regiones exteriores
de una estrella, y modos de gravedad (g-modos), que son de menor frecuencia y en
su mayoría confinados al núcleo. En estrellas como nuestro sol, los p-modos
dominan sus oscilaciones observables; sus g-modos, que se ven afectados por
campos magnéticos internos, son demasiado débiles para detectarse y no pueden
llegar a la superficie de la estrella.
En 2011, el astrofísico de la KU Leuven, Paul Beck, y sus colegas usaron datos
de Kepler para mostrar que en gigantes rojas, los p-modos y g-modos interactúan
y producen lo que se conoce como un modo mixto. Los modos mixtos son la
herramienta que sondea el corazón de una estrella, permitiendo a los astrónomos
ver las oscilaciones de g-modo, y solo son detectables en estrellas gigantes
rojas. El estudio de los modos mixtos reveló que los núcleos de las gigantes
rojas rotan mucho más lentamente que el sobre gaseoso de la estrella, contrario
a lo que habían predicho los astrofísicos.
Eso fue una sorpresa, y una posible indicación de que algo crucial faltaba en
esos modelos: el magnetismo.
Simetría estelar
El año pasado, Gang Li, un asterosismólogo ahora en la KU Leuven, examinó las
gigantes de Kepler. Buscaba una señal de modo mixto que registrara el campo
magnético en el núcleo de una gigante roja. "Sorprendentemente, en realidad
encontré algunos casos de este fenómeno", dijo.
Típicamente,
las oscilaciones de modos mixtos en gigantes rojas ocurren casi rítmicamente,
produciendo una señal simétrica. Bugnet y otros habían predicho que los campos
magnéticos romperían esa simetría, pero nadie había podido hacer esa observación
complicada, hasta el equipo de Li.
Li y sus colegas encontraron un trío de gigantes que exhibían las asimetrías
predichas, y calcularon que el campo magnético de cada estrella era hasta "2,000
veces la fuerza de un típico imán de refrigerador", fuerte, pero consistente con
las predicciones.
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Sin embargo, una de las tres
gigantes rojas les sorprendió: su señal de modo mixto estaba al revés.
"Estábamos un poco desconcertados", dijo Sébastien Deheuvels, un autor del
estudio y astrofísico en Toulouse. Deheuvels cree que este resultado sugiere que
el campo magnético de la estrella está inclinado de lado, lo que significa que
la técnica podría determinar la orientación de los campos magnéticos, crucial
para actualizar modelos de evolución estelar.
Un segundo estudio, liderado por Deheuvels, utilizó la asterosismología de modos
mixtos para detectar campos magnéticos en los núcleos de 11 gigantes rojas.
Aquí, el equipo exploró cómo esos campos afectaban las propiedades de los
g-modos, lo cual, según Deheuvels, podría proporcionar una forma de ir más allá
de las gigantes rojas y detectar campos magnéticos en estrellas que no muestran
esas raras asimetrías. Pero primero, "queremos encontrar el número de gigantes
rojas que muestran este comportamiento y compararlas con diferentes escenarios
para la formación de estos campos magnéticos", dijo Deheuvels.
No es solo un número
Usar terremotos estelares para investigar los interiores de las estrellas inició
un "renacimiento" en la evolución estelar, dijo Conny Aerts, astrofísica en la
KU Leuven.
El renacimiento tiene implicaciones de gran alcance para nuestra comprensión de
las estrellas y de nuestro lugar en el cosmos. Hasta ahora, conocemos la edad
exacta de solo una estrella: nuestro sol, que los científicos determinaron
basándose en la composición química de los meteoritos que se formaron durante el
nacimiento del sistema solar. Para todas las demás estrellas en el universo,
solo tenemos edades estimadas basadas en la rotación y la masa. Añade el
magnetismo interno y tienes una forma de estimar las edades estelares con más
precisión.
Y la edad no es solo un número, sino una herramienta que podría ayudar a
responder algunas de las preguntas más profundas sobre el cosmos. Tome, por
ejemplo, la búsqueda de vida extraterrestre. Desde 1992, los científicos han
detectado más de 5,400 exoplanetas. El siguiente paso es caracterizar esos
mundos y determinar si son aptos para la vida. Eso incluye conocer la edad del
planeta. "Y la única forma de saber su edad es conociendo la edad de la estrella
anfitriona", dijo Deheuvels.
Otro campo que requiere edades estelares precisas es la arqueología galáctica,
el estudio de cómo se ensamblan las galaxias. La Vía Láctea, por ejemplo, devoró
galaxias más pequeñas durante su evolución; los astrofísicos lo saben porque las
abundancias químicas en las estrellas rastrean su ascendencia. Pero no tienen
una buena línea de tiempo de cuándo sucedió eso, las edades estelares inferidas
no son lo suficientemente precisas.
"La realidad es que a veces estamos equivocados en un factor [de] 10 en la edad
estelar", dijo Aerts.
El estudio de los campos magnéticos dentro de los corazones estelares aún está
en su infancia; hay muchos desconocidos cuando se trata de comprender cómo
evolucionan las estrellas. Y para Aerts, hay belleza en eso.
“La naturaleza es más imaginativa que nosotros”, dijo.
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