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| Científicos de la Universidad de Rice han demostrado que las estrellas "frías", como el Sol, comparten comportamientos superficiales dinámicos que influyen en sus entornos energéticos y magnéticos. La actividad magnética estelar es clave para saber si una determinada estrella puede albergar planetas que sustenten vida. Crédito: NASA |
Modelización de la relación actividad-rotación estelar en estrellas frías no saturadas
Las estrellas dispersas por el cosmos tienen un aspecto diferente, pero pueden ser más parecidas de lo que se pensaba, según investigadores de la Universidad de Rice.
Un nuevo trabajo de modelización realizado por científicos de la Rice muestra que las estrellas "frías" como el Sol comparten los comportamientos dinámicos de la superficie que influyen en sus entornos energéticos y magnéticos. Esta actividad magnética estelar es clave para saber si una determinada estrella alberga planetas que podrían albergar vida.
El trabajo realizado por la investigadora postdoctoral de Rice Alison Farrish y los astrofísicos David Alexander y Christopher Johns-Krull aparece en un estudio publicado en The Astrophysical Journal. La investigación vincula la rotación de las estrellas frías con el comportamiento de su flujo magnético superficial, que a su vez impulsa la luminosidad coronal de rayos X de la estrella, de una manera que podría ayudar a predecir cómo la actividad magnética afecta a cualquier exoplaneta en sus sistemas.
El estudio sigue a otro dirigido por Farrish y Alexander que demostró que el "clima" espacial de una estrella puede hacer que los planetas en su "zona Ricitos de Oro" sean inhabitables.
"Todas las estrellas giran hacia abajo a lo largo de su vida a medida que pierden su momento angular y se vuelven menos activas como resultado", dijo Farrish. "Creemos que el sol en el pasado era más activo y eso podría haber afectado a la química atmosférica temprana de la Tierra. Así que pensar en cómo cambian las emisiones de mayor energía de las estrellas en escalas de tiempo largas es bastante importante para los estudios de los exoplanetas."
"En términos más generales, estamos tomando modelos que se desarrollaron para el sol y viendo lo bien que se adaptan a las estrellas", dijo Johns-Krull.
Los investigadores se propusieron modelar cómo son las estrellas lejanas basándose en los limitados datos disponibles. Se determinó el espín y el flujo de algunas estrellas, junto con su clasificación -tipos F, G, K y M-, lo que proporcionó información sobre sus tamaños y temperaturas.
Compararon las propiedades del Sol, una estrella de tipo G, a través de su número de Rossby, una medida de la actividad estelar que combina su velocidad de rotación con sus flujos de fluidos subsuperficiales que influyen en la distribución del flujo magnético en la superficie de una estrella, con lo que sabían de otras estrellas frías. Sus modelos sugieren que el "clima espacial" de cada estrella funciona de forma muy parecida, influyendo en las condiciones de sus respectivos planetas.
"El estudio sugiere que las estrellas, al menos las frías, no son demasiado diferentes entre sí", afirma Alexander. "Desde nuestro punto de vista, el modelo de Alison puede aplicarse sin miedo ni favor cuando observamos exoplanetas alrededor de estrellas M o F o K, así como, por supuesto, de otras estrellas G".
"También sugiere algo mucho más interesante para la física estelar establecida, que el proceso por el que se genera un campo magnético puede ser bastante similar en todas las estrellas frías. Esto es un poco sorprendente", dijo. Esto podría incluir a las estrellas que, a diferencia del sol, son convectivas hasta sus núcleos.
"Todas las estrellas, como el sol, fusionan hidrógeno y helio en sus núcleos y esa energía se transporta primero en la radiación de fotones hacia la superficie", dijo Johns-Krull. "Pero llega a una zona de entre el 60% y el 70% del recorrido que es demasiado opaca, por lo que empieza a sufrir convección. La materia caliente se desplaza desde abajo, la energía se irradia y la materia más fría vuelve a caer.
"Pero las estrellas con menos de un tercio de la masa del Sol no tienen una zona de radiación; son convectivas en todas partes", dijo. "Muchas de las ideas sobre cómo las estrellas generan un campo magnético se basan en la existencia de un límite entre las zonas de radiación y de convección, por lo que cabría esperar que las estrellas que no tienen ese límite se comporten de forma diferente. Este trabajo muestra que, en muchos aspectos, se comportan igual que el Sol, una vez que se ajustan sus propias peculiaridades".
Farrish, que acaba de obtener su doctorado en Rice y que pronto iniciará una tarea de investigación posdoctoral en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, señaló que el modelo sólo se aplica a las estrellas no saturadas.
"Las estrellas más activas desde el punto de vista magnético son las que llamamos 'saturadas'", dijo Farrish. "En un determinado momento, un aumento de la actividad magnética deja de mostrar el aumento asociado de la emisión de rayos X de alta energía. La razón por la que el vertido de más magnetismo en la superficie de la estrella no da lugar a una mayor emisión sigue siendo un misterio.
"Por el contrario, el Sol se encuentra en el régimen no saturado, en el que sí vemos una correlación entre la actividad magnética y la emisión energética", dijo. "Eso ocurre en un nivel de actividad más moderado, y esas estrellas son de interés porque podrían proporcionar entornos más hospitalarios para los planetas".
"La conclusión es que las observaciones, que abarcan cuatro tipos espectrales que incluyen estrellas total y parcialmente convectivas, pueden ser razonablemente bien representadas por un modelo generado a partir del sol", dijo Alexander. "También refuerza la idea de que, aunque una estrella que es 30 veces más activa que el sol no sea una estrella de clase G, sigue siendo captada por el análisis que ha hecho Alison".
"Tenemos que dejar claro que no estamos simulando ninguna estrella o sistema específico", dijo. "Estamos diciendo que, estadísticamente, el comportamiento magnético de una estrella M típica con un número de Rossby típico se comporta de forma similar al del sol, lo que nos permite evaluar su impacto potencial en sus planetas".
Un comodín crítico es el ciclo de actividad de la estrella, que no puede incorporarse a los modelos sin años de observación. (El ciclo del sol es de 11 años, evidenciado por la actividad de las manchas solares cuando sus líneas de campo magnético están más distorsionadas).
Johns-Krull dijo que el modelo seguirá siendo útil en muchos aspectos. "Una de mis áreas de interés es el estudio de estrellas muy jóvenes, muchas de las cuales son, como las estrellas de baja masa, totalmente convectivas", dijo. "Muchas de ellas tienen material de disco a su alrededor y todavía están formando planetas. Creemos que el campo magnético estelar influye en su interacción".
"Así pues, el trabajo de modelización de Alison puede utilizarse para conocer la estructura a gran escala de las estrellas muy activas desde el punto de vista magnético, y eso puede permitirnos poner a prueba algunas ideas sobre cómo interactúan estas jóvenes estrellas y sus discos".
Minjing Li, estudiante visitante de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, es coautor del trabajo. Alexander es profesor de física y astronomía y director del Instituto Espacial Rice. Johns-Krull es profesor de física y astronomía.
Fuentes, créditos y referencias:
Alison O. Farrish et al, Modeling Stellar Activity-rotation Relations in Unsaturated Cool Stars, The Astrophysical Journal (2021). DOI: 10.3847/1538-4357/ac05c7
Créditos a ScienceDaily