Manchas en estrellas gigantes rojas

Entre las características más llamativas del Sol están sus manchas solares, áreas relativamente más oscuras comparadas con el resto de la superficie, algunas de las cuales son visibles desde la Tierra incluso sin aumento. Muchas otras estrellas, que al igual que el Sol están en la flor de la vida, también están cubiertas de manchas. En las gigantes rojas, por otra parte, que están en una etapa avanzada de la evolución estelar, tales manchas se consideraban anteriormente como raras.

La razón de esta diferencia puede encontrarse en lo profundo del interior de las estrellas. En un proceso de dínamo, la interacción de las corrientes de plasma conductoras de electricidad y la rotación genera el campo magnético de una estrella que luego es arrastrado hasta su superficie. En algunos lugares, los campos magnéticos particularmente fuertes impiden que el plasma caliente fluya hacia arriba. Estas regiones aparecen oscuras y constituyen manchas estelares.

"Tanto la rotación como la convección son ingredientes cruciales para la formación de campos magnéticos superficiales y de manchas estelares", explica el Dr. Federico Spada del MPS, coautor del nuevo estudio. "Las estrellas con capas convectivas externas tienen el potencial de generar campos magnéticos superficiales a través de la acción de un dínamo, pero solo cuando la estrella rota lo suficientemente rápido se hace detectable la actividad magnética", añade. Hasta ahora, los investigadores habían asumido que casi todas las gigantes rojas giran bastante lentamente alrededor de su propio eje. Después de todo, las estrellas se expanden dramáticamente cuando se convierten en gigantes rojas hacia el final de sus vidas. Como resultado, su rotación se ralentiza, como un patinador haciendo una pirueta con los brazos estirados. El nuevo estudio dirigido por científicos del MPS y la Universidad Estatal de Nuevo México (EE.UU.) pinta ahora un cuadro diferente. Alrededor del ocho por ciento de las gigantes rojas observadas rotan lo suficientemente rápido para que se formen las manchas estelares.

El equipo de investigación examinó los datos de unas 4.500 gigantes rojas registradas por el telescopio espacial Kepler de la NASA entre 2009 y 2013 en busca de señales de manchas. Tales manchas reducen la cantidad de luz que una estrella emite al espacio. Dado que suelen cambiar solo ligeramente a lo largo de varios meses, rotan gradualmente fuera del campo de visión del telescopio, y luego reaparecen después de algún tiempo. Esto produce fluctuaciones de brillo típicas, regularmente recurrentes.

En un segundo paso, los científicos investigaron la cuestión de por qué las gigantes con manchas rotan tan rápidamente. ¿Cómo reúnen la energía necesaria? "Para responder a esta pregunta, tuvimos que determinar el mayor número posible de propiedades de las estrellas y luego armar un cuadro general", dice el Dr. Patrick Gaulme, autor principal de la publicación. En el Apache Point Observatory de Nuevo México (EE.UU.), por ejemplo, los investigadores estudiaron cómo las longitudes de onda de la luz estelar de algunas de las estrellas cambian con el tiempo. Esto permite sacar conclusiones sobre su movimiento exacto. El equipo también observó las rápidas fluctuaciones de brillo, que se superponen a las más lentas causadas por las manchas estelares. Las fluctuaciones más rápidas son la expresión de las ondas de presión que se propagan a través del interior de una estrella hasta su superficie. Contienen información sobre muchas propiedades internas como la masa y la edad de la estrella.

El análisis reveló que aproximadamente el 15 por ciento de las gigantes con manchas pertenecen a sistemas estelares binarios cercanos, normalmente constituidos por una gigante roja con una compañera pequeña y menos masiva. "En tales sistemas, las velocidades de rotación de ambas estrellas se sincronizan en el tiempo hasta que rotan al unísono como un par de patinadores artísticos", dice Gaulme. La gigante roja más lenta gana así impulso y gira más rápido de lo que lo haría sin una estrella compañera.

Las otras gigantes rojas con manchas estelares, alrededor del 85 por ciento, están solas, y sin embargo giran rápidamente. Aquellas con una masa aproximadamente igual a la del Sol probablemente se fusionaron con otra estrella o planeta en el curso de su evolución y así ganaron velocidad. Las algo más pesadas, cuyas masas son dos o tres veces la del Sol, miran hacia atrás en un desarrollo diferente. En el apogeo de sus vidas antes de convertirse en gigantes rojas, su estructura interna impidió la creación de un campo magnético global que gradualmente aleja las partículas de la estrella. A diferencia de sus homólogos magnéticos, que por lo tanto rotan cada vez más lentamente con el tiempo, su rotación probablemente nunca se ha ralentizado de manera significativa. Incluso como gigantes rojas, siguen rotando casi tan rápido como lo hacían en su juventud.

"En total, detrás de la característica común de observación de que algunas gigantes rojas tienen manchas, encontramos tres grupos de estrellas de rotación rápida, cada una de las cuales tiene una explicación muy diferente. Así que no es de extrañar que el fenómeno esté más extendido de lo que pensábamos anteriormente", dice Gaulme.

Estudios como la presente investigación arrojan luz, entre otras cosas, sobre la evolución de la rotación y la actividad magnética en las estrellas, y su compleja interacción, incluyendo el impacto en la habitabilidad de los sistemas planetarios que puedan albergar. Estos son algunos de los objetivos principales de la misión PLATO de la ESA, cuyo lanzamiento se espera para finales de 2026. "Esperamos tener la misión PLATO en el espacio; con sus observaciones únicas de larga duración podremos extender el estudio a otras regiones de la Vía Láctea", concluye Spada.

Fuente: NCYT Amazings