gigantes temblorosos podrían resolver los misterios del magnetismo estelar | Revista Cuanta

Nuestro planeta está condenado. En unos pocos miles de millones de años, el sol agotará su combustible de hidrógeno y se hinchará hasta convertirse en una gigante roja, una estrella tan grande que quemará, ennegrecerá y se tragará 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 protoestrellas incipientes hasta enanas blancas zombis, porque en lo profundo de ellos se encuentra 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 se desconoce en su mayoría lo que sucede en sus núcleos. Eso está cambiando, porque las gigantes rojas son especialmente adecuadas para estudiar el magnetismo en las profundidades de una estrella. Los científicos hacen esto mediante el uso de 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 ropa de cama, un astrosismólogo de la Universidad de Sydney que estudia las estrellas gigantes rojas.

El año pasado, un equipo de la Universidad de Toulouse decodificó esas oscilaciones y midió los campos magnéticos dentro un trío de gigantes rojas. A principios de este año, el mismo equipo campos magnéticos detectados dentro de otras 11 gigantes rojas. Juntas, las observaciones mostraron que los corazones de los gigantes son más misteriosos de lo esperado.

Cerca del corazón de una estrella, los campos magnéticos juegan un papel crucial en la mezcla química en el interior de la estrella, lo que a su vez afecta la evolución de la estrella. Al refinar los modelos estelares e incluir el magnetismo interno, los científicos podrán calcular las edades estelares con mayor precisión. Tales mediciones podrían ayudar a determinar las edades de los planetas lejanos potencialmente habitables y precisar las líneas de tiempo de la formación de galaxias.

“No incluimos el magnetismo en el modelado estelar”, dijo Lisa Bugnet, astrofísico del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria que desarrolló métodos para estudiar los campos magnéticos dentro de las gigantes rojas. “Es una locura, pero simplemente no está allí porque no tenemos idea de cómo se ve [o] qué tan fuerte es”.

Mirar al sol

La única forma de sondear el corazón de una estrella es con la astrosismología, el estudio de las oscilaciones estelares.

De la misma manera que las ondas sísmicas que se propagan por el interior de la Tierra pueden usarse para mapear el paisaje subterráneo del planeta, las oscilaciones estelares abren una ventana a las entrañas de una estrella. Las estrellas oscilan a medida que su plasma se agita, produciendo ondas que transportan información sobre la composición y rotación internas de una estrella. Bugnet compara el proceso con el sonido de una campana: 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 usan datos de la búsqueda de planetas de la NASA telescopio kepler, que supervisó el brillo de más de 180,000 estrellas durante años. Su sensibilidad permitió a los astrofísicos detectar cambios diminutos en la luz estelar vinculados a oscilaciones estelares, que afectan tanto al radio como al brillo de la estrella.

Pero decodificar las oscilaciones estelares es complicado. Vienen en dos sabores básicos: modos de presión acústica (modos p), que son ondas de sonido que se mueven a través de las regiones exteriores de una estrella, y modos de gravedad (modos g), que son de menor frecuencia y en su mayoría confinados al núcleo. . Para estrellas como nuestro sol, los modos p dominan sus oscilaciones observables; sus modos g, que se ven afectados por los campos magnéticos internos, son demasiado débiles para detectarlos y no pueden alcanzar la superficie de la estrella.

En 2011, el astrofísico de KU Leuven Paul Beck y sus colegas usó datos de Kepler para mostrar que en las gigantes rojas, los modos p y g interactúan y producen lo que se conoce como modo mixto. Los modos mixtos son la herramienta que sondea el corazón de una estrella (permiten a los astrónomos ver las oscilaciones del modo g) y solo son detectables en las estrellas gigantes rojas. El estudio de los modos mixtos reveló que los núcleos de las gigantes rojas giran mucho más lentamente que la envoltura gaseosa de la estrella, al contrario de lo que habían predicho los astrofísicos.

Esa fue una sorpresa, y una posible indicación de que faltaba algo crucial en esos modelos: magnetismo.

Simetría estelar

El año pasado, pandilla li, un astrosismólogo ahora en KU Leuven, fue a excavar a través de los gigantes de Kepler. Estaba buscando 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.

Por lo general, las oscilaciones de modo mixto en las gigantes rojas ocurren casi rítmicamente, produciendo una señal simétrica. Bugnet y otros tenían previsto que los campos magnéticos romperían esa simetría, pero nadie pudo hacer esa observación engañosa, hasta el equipo de Li.

Li y sus colegas encontraron un trío gigante que exhibía las asimetrías predichas y calcularon que el campo magnético de cada estrella era hasta "2,000 veces la fuerza de un imán de nevera típico": fuerte, pero consistente con las predicciones.

Sin embargo, uno de los tres gigantes rojos los sorprendió: su señal de modo mixto estaba al revés. “Estábamos un poco desconcertados”, dijo Sébastien Deheuvels, autor del estudio y astrofísico en Toulouse. Deheuvels cree que este resultado sugiere que el campo magnético de la estrella está inclinado hacia un lado, lo que significa que la técnica podría determinar la orientación de los campos magnéticos, lo cual es crucial para actualizar los modelos de evolución estelar.

Un segundo estudio, dirigido por Deheuvels, utilizó la astrosismología de modo mixto para detectar campos magnéticos en los núcleos de 11 gigantes rojas. Aquí, el equipo exploró cómo esos campos afectaron las propiedades de los modos g, lo que, señaló Deheuvels, puede 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 la cantidad de gigantes rojas que muestran este comportamiento y compararlas con diferentes escenarios para la formación de estos campos magnéticos", dijo Deheuvels.

No solo un número

El uso de terremotos estelares para investigar el interior de las estrellas inició un "renacimiento" en la evolución estelar, dijo Conny Aerts, astrofísico de KU Leuven.

El renacimiento tiene implicaciones de gran alcance para nuestra comprensión de las estrellas y de nuestro lugar en el cosmos. Hasta ahora, sabemos la edad exacta de una sola estrella, nuestro sol, que los científicos determinaron en función de la composición química de los meteoritos que se formaron durante la nacimiento del sistema solar. Para todas las demás estrellas del universo, solo tenemos edades estimadas en función de la rotación y la masa. Agregue magnetismo interno y tendrá una forma de estimar las edades estelares con mayor 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. Tomemos 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, engulló galaxias más pequeñas durante su evolución; los astrofísicos saben esto porque las abundancias químicas en las estrellas rastrean su ascendencia. Pero no tienen una buena cronología de cuándo sucedió eso: las edades estelares inferidas no son lo suficientemente precisas.

“La realidad es que a veces somos un factor [de] 10 equivocados en la edad estelar”, dijo Aerts.

El estudio de los campos magnéticos dentro de los corazones estelares aún está en pañales; hay muchas incógnitas a la hora de entender cómo evolucionan las estrellas. Y para Aerts, hay belleza en eso.

“La naturaleza es más imaginativa que nosotros”, dijo.

El viaje de Jackson Ryan para esta historia fue parcialmente financiado por el Programa de Periodistas Científicos en Residencia de ISTA.