Gigantes, rojas y llenas de manchas.

Alrededor del ocho por ciento de las gigantes rojas están cubiertas por áreas oscuras parecidas a las manchas solares. Estas estrellas giran más rápido que otras de su clase.

Ilustración artística de la supergigante roja Betelgeuse. 
Su superficie en esta vista está cubierta por grandes puntos estelares, que reducen su brillo. 
Durante sus pulsaciones, tales estrellas regularmente liberan gas a su entorno, que se condensa en polvo.
Crédito Imagen: © Departamento de Gráficos / MPIA


Resúmen:

Las manchas estelares son más comunes entre las estrellas gigantes rojas de lo que se pensaba anteriormente. En la revista Astronomía y Astrofísica, investigadores dirigidos por el Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar (MPS) en Alemania informan que aproximadamente el ocho por ciento de las gigantes rojas exhiben tales manchas. 

Son la expresión de fuertes campos magnéticos en la superficie estelar. Estos campos magnéticos se crean en el interior de la estrella en un proceso que requiere, entre otras cosas, convección y una rotación rápida de la estrella. 

Aunque las gigantes rojas generalmente se consideran estrellas que giran lentamente, aquellas con manchas aparentemente son una excepción. 

La nueva publicación ofrece un análisis exhaustivo de las razones de sus cortos períodos de rotación que van desde la sincronización forzada con otra estrella cercana, hasta la deglución de una estrella o planeta, hasta una rápida velocidad de rotación inicial en una fase temprana de desarrollo.

Entre las características más llamativas del Sol están sus manchas solares, áreas relativamente más oscuras en comparación con el resto de la superficie, algunas de las cuales son visibles desde la Tierra incluso sin aumento. 

Existen numerosas estrellas, que como el Sol están en la plenitud de sus vidas, que también están cubiertas por manchas. 

En las gigantes rojas, por otro lado, que se encuentran en una etapa avanzada de evolución estelar, anteriormente se consideraba que tales manchas eran raras. 

El mecanismo de formación de manchas en las Gigantes Rojas

La razón de esta diferencia se puede encontrar en el interior de las estrellas. En un proceso de dínamo, la interacción de las corrientes de plasma conductoras eléctricas y la rotación genera el campo magnético de una estrella que luego es arrastrado a su superficie. En algunos lugares, los campos magnéticos particularmente fuertes evitan que el plasma caliente fluya hacia arriba. Estas regiones parecen oscuras y constituyen manchas estelares.

«La rotación y la convección son ingredientes cruciales para la formación de campos magnéticos superficiales y 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 la dínamo, pero solo cuando la estrella gira lo suficientemente rápido la actividad magnética se vuelve detectable«, agrega. 

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.) ahora pinta una imagen diferente.

El equipo de investigación rastreó los datos de medición de unas 4500 gigantes rojas registradas por el telescopio espacial Kepler de la NASA del 2009 a 2013 en busca de evidencia de manchas. Dichas manchas reducen la cantidad de luz que una estrella emite al espacio. Como generalmente cambian solo ligeramente durante varios meses, rotan gradualmente fuera del campo de visión del telescopio y luego reaparecen después de un tiempo. Esto produce fluctuaciones de brillo típicas, regularmente recurrentes.

Rotación rápida de las Gigantes Rojas con Manchas y fluctuación rápida del brillo

En un segundo paso, los científicos investigaron la pregunta de ¿por qué las gigantes manchadas giran tan rápido? ¿Cómo reúnen la energía necesaria?

 «Para responder a esta pregunta, tuvimos que determinar la mayor cantidad posible de propiedades de las estrellas y luego armar una imagen general«, dice el Dr. Patrick Gaulme, autor principal de la publicación. 

En el Observatorio de Apache Point en Nuevo México (EE. UU.), por ejemplo, los investigadores estudiaron cómo las longitudes de onda de la luz de algunas de las estrellas cambian con el tiempo. Esto permite sacar conclusiones sobre su movimiento exacto. 

El equipo también observó fluctuaciones rápidas en el brillo, que se superponen a las más lentas causadas por las estrellas. Las fluctuaciones más rápidas son la expresión de ondas de presión que se propagan a través del interior de una estrella hacia su superficie.

Tres caminos para las Gigantes Rojas Manchadas

Tres caminos hacia gigantes rojas con manchas.
© MPS / hormesdesign.de

El análisis reveló que aproximadamente el 15 por ciento de las gigantes manchadas pertenecen a sistemas estelares binarios cercanos, generalmente constituidos por una gigante roja con un compañero pequeño y menos masivo. 

«En tales sistemas, las velocidades de rotación de ambas estrellas se sincronizan con el tiempo hasta que giran al unísono como un par de patinadores artísticos«, dice Gaulme. La gigante roja más lenta gana impulso y gira más rápido de lo que hubiera sido sin una estrella compañera. 

¿Las otras gigantes rojas con manchas, que son alrededor del 85 por ciento, están solas? y aun así 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, por lo tanto, ganaron velocidad. 

Las algo más pesadas, cuyas masas son dos o tres veces mayores que las del Sol, tienen en su pasado un desarrollo diferente. En el apogeo de sus vidas antes de convertirse en gigantes rojas, su estructura interna impedía la creación de un campo magnético global que gradualmente llevara las partículas lejos de la estrella. 

A diferencia de sus contrapartes magnéticas (que arrastran partículas fuera de la estrella), que por lo tanto giran más y más lentamente con el tiempo (a medida que pierden masa), su rotación probablemente nunca se haya desacelerado significativamente. Incluso como gigantes rojas, todavía rotan casi tan rápido como lo hicieron en su juventud.

«En total, detrás de la característica de observación común de que algunas gigantes rojas tienen manchas, encontramos tres grupos de estrellas que giran rápidamente, cada uno de los cuales tiene una explicación muy diferente. Por lo tanto, no es de extrañar que el fenómeno esté más extendido de lo que pensábamos anteriormente«. dice Gaulme.

Otras consecuencias de esta investigación y la misión «PLATO»

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, incluido el impacto en la habitabilidad de los sistemas planetarios que pueden albergar. 

Estos son algunos de los principales objetivos de la misión PLATO de la ESA, cuyo lanzamiento se espera para fines de 2026. “Esperamos tener la misión PLATO en el espacioCon sus observaciones únicas de larga duración podremos extender el estudio a otras regiones de la Vía Láctea ”, concluye Spada.

Esta investigación fue apoyada por el Centro Aeroespacial Alemán (DLR) bajo la subvención del Centro de Datos PLATO 50OO1501.

Fuente: Max Planck Institute for Solar System Research.

Artículo original: «Gigantic, red and full of spots«. Dr. Birgit Krummheuer. July 13, 2020.

Material relacionado:

La disminución de brillo reciente de Betelgeuse.

Una simulación de las condiciones físicas dentro de Betelgeuse predice cómo se ve la superficie, dado que el gas caliente sube, se enfría y vuelve a caer dentro. 
Crédito:
 Bernd Freytag .

A)_ Hace unos meses, los astrónomos anunciaron que la estrella brillante se había atenuado dramáticamente . Más astrónomos la miraron y, por supuesto, Betelgeuse se había atenuado de su prominencia habitual para parecerse a cualquier otra estrella brillante de media a mediana en Orión. 

Con el tiempo, Betelgeuse siguió atenuándose . Pasó de ser la undécima estrella más brillante en el cielo al lugar 23. No solo eso, sino que su temperatura también bajó unos 100 ° C.

En general, este es un comportamiento bastante normal para Betelgeuse. Las condiciones dentro de las capas superiores de la estrella hacen que se ilumine y se atenúe un poco en un período de poco más de un año; por eso lo llamamos una estrella variable . Tiene un período bien conocido de aproximadamente 420-430 días para pasar de brillante a ligeramente más tenue a brillante nuevamente. El cambio habitual es suficiente para verlo si está familiarizado con él.

Esta vez, sin embargo, se atenuó mucho más, cayendo a aproximadamente el 35% de su brillo habitual.

El siguiente artículo lo presenta y contiene además una selección de recursos sobre Betelgeuse:

B)_ Lo que realmente ocurrió:

Representación artística de Betelgeuse. La Dra. Thavisha Dharmawardena del Instituto Max Planck de Astronomía y el Dr. Steve Mairs del Telescopio James Clerk Maxwell.
Créditos: MPIA / James Clerk Maxwell Telescope (JCMT).

Betelgeuse, la estrella roja brillante en la constelación de Orión, ha fascinado a los astrónomos en los últimos meses debido a su disminución inusualmente fuerte en el brillo. 

Los científicos han estado discutiendo una serie de escenarios tratando de explicar su comportamiento. 

Ahora, un equipo dirigido por Thavisha Dharmawardena del Instituto Max Planck de Astronomía ha demostrado que las manchas inusualmente grandes en la superficie de Betelgeuse han causado la atenuación. Sus resultados descartan la conjetura anterior de que fue el polvo, recientemente expulsado por Betelgeuse, que oscureció a la estrella:

¿Cómo es la superficie de una estrella Gigante Roja?

La impresión de este artista muestra a la estrella supergigante Betelgeuse como se reveló gracias a diferentes técnicas de vanguardia en el Very Large Telescope de ESO, que permitió a dos equipos independientes de astrónomos obtener las vistas más nítidas de la estrella supergigante Betelgeuse. Muestran que la estrella tiene una gran columna de gas casi tan grande como nuestro Sistema Solar y una burbuja gigantesca que hierve en su superficie. Estos descubrimientos proporcionan pistas importantes para ayudar a explicar cómo estos mamuts arrojan material a un ritmo tan tremendo. También se proporciona la escala en unidades astronómicas del radio de Betelgeuse, así como una comparación con el Sistema Solar. Más información
Crédito: ESO / L. Calçada.

Utilizando el Very Large Telescope de ESO, un equipo de astrónomos ha observado, por primera vez de forma directa, los patrones de granulación en la superficie de una estrella fuera del Sistema Solar: la envejecida estrella gigante roja π1 Gruis. Esta nueva imagen, obtenida por el instrumento PIONIER, revela las células convectivas que conforman la superficie de esta enorme estrella, que tiene 350 veces el diámetro del Sol. Cada célula cubre más de un cuarto del diámetro de la estrella y tiene un tamaño de cerca de 120 millones de kilómetros. 

El siguiente artículo lo presenta, conteniendo además en su apartado «Material relacionado» una selección de recursos sobre las estrellas Gigantes Rojas y en particular sobre Betelgeuse, examinando temas como la evolución estelar, la formación de elementos pesados en las Gigantes Rojasla formación de las Nebulosas Planetarias y las Enanas Blancasla simulación de estrellas Gigantes Rojasel estudio del interior de las Gigantes Rojas con la Asterosismologíalas estrellas Gigantes Rojas y la Evolución Galáctica, las Gigantes Rojas sus  Exoplanetas y Habitabilidad:

Curiosidades:

El verdadero tamaño de Antares.

Impresión artística de la atmósfera de Antares.
Como se ve a simple vista (hasta la fotosfera), Antares es aproximadamente 700 veces más grande que nuestro Sol, lo suficientemente grande como para llenar el Sistema Solar más allá de la órbita de Marte (se muestra la escala del Sistema Solar para comparar). 
Pero ALMA y el VLA mostraron que su atmósfera, incluidas la cromosfera inferior y superior y las zonas de viento, alcanza 12 veces más que eso.
Crédito: NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello
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Las estrellas supergigantes rojas, como Antares y su prima más conocida Betelgeuse, son estrellas enormes y relativamente frías al final de su vida. Están en camino de quedarse sin combustible, colapsar y convertirse en supernovas. 

A través de sus vastos vientos estelares, lanzan elementos pesados ​​al espacio, desempeñando así un papel importante en proporcionar los componentes básicos esenciales para la vida en el universo. Pero es un misterio cómo se lanzan estos enormes vientos. Un estudio detallado de la atmósfera de Antares, la estrella supergigante más cercana a la Tierra, proporciona un paso crucial hacia una respuesta.

El mapa de Antares utilizando ALMA y el VLA es el mapa de radio más detallado hasta ahora de cualquier estrella, que no sea el Sol. 

ALMA observó a Antares cerca de su superficie (su fotosfera óptica) en longitudes de onda más cortas, y las longitudes de onda más largas observadas por el VLA revelaron la atmósfera más lejana de la estrella.  Como se ve en la luz visible, el diámetro de Antares es aproximadamente 700 veces más grande que el Sol. Pero cuando ALMA y el VLA revelaron su atmósfera en la luz de radio, la supergigante resultó ser aún más gigantesca, según lo presenta el siguiente artículo:

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