El dar y recibir de las Mega fulguraciones de estrellas

Estas dos imágenes contienen algunas de las miles de estrellas de un nuevo estudio realizado por el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA. El estudio describe el vínculo entre llamaradas muy poderosas, o estallidos, de estrellas jóvenes y el impacto que podrían tener en los planetas en órbita a su alrededor.
La Nebulosa de la Laguna (izquierda) es un área a unos 4.400 años luz de la Tierra en la galaxia Vía Láctea donde las estrellas se están formando activamente. Los datos de Chandra (violeta) se han combinado con datos infrarrojos (azul, dorado y blanco) del Telescopio Espacial Spitzer en esta imagen compuesta. 
La imagen de la derecha muestra la región de formación de estrellas llamada RCW 120. Esta también se encuentra en la Vía Láctea, pero un poco más lejos, a una distancia de unos 5.500 años luz. Esta vista de RCW 120 tiene las mismas longitudes de onda y colores que el compuesto Laguna. La imagen contiene una burbuja en expansión de gas hidrógeno, de unos 13 años luz de diámetro.
Esta estructura puede estar arrastrando material hacia una capa densa y provocando la formación de estrellas.
Crédito Imagen: NASA / CXC / PENN STATE / K. GETMAN, ET AL; INFRARROJOS: NASA / JPL / SPITZER.

Resumen

Las relaciones prolongadas entre las estrellas y los planetas que las rodean, pueden ser incluso más complejas de lo que se pensaba. Esto vale también para el Sol y la Tierra. Esta es una de las conclusiones de un nuevo estudio que involucró a miles de estrellas utilizando el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA.

Un equipo de investigadores hizo el estudio más grande jamás realizado de regiones de formación de estrellas en rayos X. Ello ayudó a delinear el vínculo entre fulguraciones muy poderosas o estallidos en estrellas jóvenes y el impacto que podrían tener en los planetas en órbita.

«Nuestro trabajo nos dice cómo el Sol pudo haberse comportado y afectado a la joven Tierra hace miles de millones de años», dijo Kostantin Getman. Él es de la Universidad Estatal de Pennsylvania en University Park, Pennsylvania y dirigió el estudio. «De alguna manera, esta es nuestra historia de origen final: cómo surgieron la Tierra y el Sistema Solar».

Observando regiones de formación estelar en busca de fulguraciones energéticas en estrellas jóvenes

Los científicos examinaron los datos de rayos X de Chandra de más de 24.000 estrellas en 40 regiones diferentes donde se están formando estrellas. Capturaron más de mil estrellas que emitieron fulguraciones energéticas. Pero que son mucho más energéticas que la fulguración más poderosa jamás observada por los astrónomos modernos en el Sol, el «Evento Solar Carrington» en 1859. Las «super» fulguraciones son al menos cien mil veces más energéticas que el evento Carrington y las «mega» fulguraciones hasta 10 millones de veces más energéticas.

Estas poderosas fulguraciones observadas por Chandra en este trabajo ocurren en todas las regiones de formación de estrellas. Además ocurren entre estrellas jóvenes de todas las diferentes masas, incluidas aquellas similares al Sol. También se ven en todas las diferentes etapas de la evolución de las estrellas jóvenes. Se ven desde las primeras etapas cuando la estrella está fuertemente incrustada en polvo y gas y rodeada por un gran disco formador de planetas. Pero también en las etapas posteriores cuando los planetas se habrían formado y los discos desaparecido. Las estrellas del estudio tienen edades estimadas en menos de 5 millones de años, en comparación con la edad del Sol de 4.500 millones de años.

Descubrieron que ocurren varias súper fulguraciones por semana para cada estrella joven, promediadas sobre toda la muestra, y alrededor de dos mega fulguraciones cada año.

Impacto de las fulguraciones energéticas en los planetas: «el dar y recibir»

«Queremos saber qué tipo de impacto, bueno y malo, tienen estas erupciones en las primeras etapas de vida de los planetas», dijo Eric Feigelson. Él es coautor del estudio, también de Penn State«Fulguraciones tan poderosas pueden tener implicaciones importantes».

Durante las últimas dos décadas, los científicos han argumentado que estas fulguraciones gigantes pueden ayudar a «dar» planetas a estrellas en formación. Eso es debido a que alejan el gas de los discos de material que las rodean. Esto puede desencadenar la formación de guijarros y otro material rocoso pequeño que es un paso crucial para que se formen los planetas.

Por otro lado, estas fulguraciones pueden «quitar» de los planetas que ya se han formado, al bombardear cualquier atmósfera con una poderosa radiación. Esto posiblemente resulte en su completa evaporación y destrucción en menos de 5 millones de años.

Los investigadores también realizaron modelos detallados de 55 super y mega fulguraciones brillantes. Encontraron que la mayoría de ellas se asemejan a fulguraciones de larga duración vistas en el Sol que producen «eyecciones de masa coronal«. Estas últimas son poderosas eyecciones de partículas cargadas que pueden dañar las atmósferas planetarias.  El Evento Solar Carrington implicó una expulsión de este tipo.

Entendiendo las fulguraciones gigantes

Este trabajo también es importante para comprender las erupciones en sí. Descubrieron que las propiedades de las fulguraciones, como su brillo y frecuencia, son las mismas para las estrellas jóvenes con y sin discos formadores de planetas. Esto implica que las fulguraciones son probablemente similares a las que se ven en el Sol. Son bucles de campo magnético que tienen ambas huellas en la superficie de la estrella, en lugar de una anclada al disco y otra al astro.

«Descubrimos que estas fulguraciones gigantes son como las del Sol, pero están muy magnificadas en energía y frecuencia, y en el tamaño de sus bucles magnéticos. Comprender estos estallidos estelares puede ayudarnos a comprender los destellos más poderosos y las eyecciones de masa coronal del Sol», dijo el coautor Gordon Garmire. Él es del Instituto Huntingdon de Astronomía de Rayos X en Huntingdon, Pensilvania.

Este trabajo fue presentado en la reciente reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense. Se describe en un artículo dirigido por Getman que fue aceptado para su publicación en The Astrophysical Journal y está disponible aquí . El Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA administra el programa Chandra. El Centro de Rayos X Chandra del Observatorio Astrofísico Smithsoniano controla la ciencia desde Cambridge, Massachusetts, y las operaciones de vuelo desde Burlington, Massachusetts.

Fuente:  Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Artículo original: «The give and take of mega-flares from stars«. June 16, 2021.

Material relacionado

Sobre el origen de las fulguraciones solares

«Cajas» y «cuerdas» en las fulguraciones solares

La fulguración se produce cuando la cuerda magnética (en azul) acumula energía suficiente para romper la jaula formada por el campo magnético en la corona. Crédito: [Tahar Amari et al./Centro de Física Teórica/CNRS/Escuela Politécnica].

Se ha detallado un mecanismo que controlaría las fulguraciones solares. Para llegar hasta él, se han afinado ideas anteriores mediante una combinación de datos empíricos y simulaciones por ordenador. El descubrimiento, representa un nuevo paso hacia la predicción de estos sucesos.

El lector que tenga acceso a la revista «Investigación y Ciencia», puede consultar los siguientes artículos:

Super Fulguraciones estelares

Las super fulguraciones (área blanca) surgen de manchas estelares (áreas oscuras) mucho más grandes que las que se ven en nuestro Sol. 
Crédito:
Hiroyuki Maehara (Observatorios Kwasan e Hida, Escuela de Graduados en Ciencias, Universidad de Kyoto)
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Las fulguraciones solares son sucesos muy violentos en los que la energía del campo magnético del Sol se libera de forma súbita, emitiendo grandes cantidades de rayos X. En ocasiones van acompañadas de eyecciones de masa coronal (CME), una lluvia de partículas subatómicas que al alcanzar nuestro planeta pueden provocar auroras, además de el fallo de satélites y redes de electricidad.

Sin embargo, a pesar de su violencia, las fulguraciones solares no son especialmente peligrosas para la vida -a no ser que seas un astronauta dentro de una nave interplanetaria, claro-, ¿pero es así en otras estrellas? Pues no siempre. Sabemos que las estrellas enanas rojas poseen fulguraciones especialmente intensas, pero existe cierta controversia sobre lo que pasa con las estrellas de tipo solar. ¿Son las fulguraciones de nuestro Sol la norma entre la familia de estrellas de tipo G?

Las enanas rojas y las fulguraciones: Una enana roja muy tormentosa

Impresión artística de la estrella enana roja TVLM 513-46546. 
Las observaciones de ALMA sugieren que tiene un campo magnético increíblemente poderoso (mostrado por las líneas azules), potencialmente asociado con una ráfaga de erupciones parecidas a una llamarada solar. 
Crédito: NRAO / AUI / NSF; Dana Berry / SkyWorks.

Nuestro Sol es una estrella relativamente tranquila que solo ocasionalmente libera erupciones solares o explosiones de partículas energéticas que amenazan los satélites y las redes eléctricas. 

Se podría pensar que las estrellas más pequeñas y frías serían aún más tranquilas. Sin embargo, los astrónomos ahora han identificado una pequeña estrella con un temperamento monstruoso. Muestra evidencia de erupciones mucho más fuertes que cualquier cosa que produzca nuestro Sol.

Si estrellas similares demuestran ser tan tormentosas, es probable que los planetas potencialmente habitables que orbitan en ellas sean mucho menos hospitalarios de lo que se pensaba anteriormente. El tema está tratado en el siguiente artículo :

Impresión artística de la estrella enana roja TVLM 513-46546. 
Las observaciones de ALMA sugieren que tiene un campo magnético increíblemente poderoso, potencialmente asociado con una ráfaga de erupciones parecidas a una llamarada solar. 
Crédito:
 NRAO / AUI / NSF; Dana Berry / SkyWorks.

Un caso extremo: estrellas extremadamente calientes escondidas en cúmulos estelares

Representación artística de una estrella plagada de manchas magnéticas gigantes. Utilizando telescopios de ESO, un equipo de astrónomos ha descubierto manchas gigantes en la superficie de estrellas extremadamente calientes escondidas en cúmulos estelares. Son llamadas estrellas de rama horizontal extrema- En esta imagen vemos una representación artística que ilustra cómo podría ser uno de estos astros con una de sus manchas blanquecinas gigantes. La brillante mancha ocupa un cuarto de la superficie de la estrella y está provocada por los campos magnéticos. A medida que la estrella gira, la mancha de su superficie va y viene, causando cambios visibles en el brillo. Ver video.
Crédito: ESO/L. Calçada, INAF-Padua/S. Zaggia.

Utilizando telescopios del Observatorio Europeo Austral (ESO), un equipo de astrónomos ha descubierto manchas gigantes en la superficie de estrellas extremadamente calientes escondidas en cúmulos estelares. Estas estrellas no sólo están plagadas de manchas magnéticas, algunas también experimentan eventos de super fulguraciones. Estas son explosiones de energía varios millones de veces más energéticas que las erupciones similares que se dan en el Sol. Los hallazgos, ayudan a los astrónomos a entender mejor estas desconcertantes estrellas y abren la posibilidad de resolver otros escurridizos misterios de la astronomía estelar.

Sobre las Eyecciones de Masa Coronal

Evolución de Eyecciones de Masa Coronal registradas por los satélites SOHO y STEREO. Crédito: NASA / SOHO / STEREO.

Las eyecciones de masa coronal (CME) son grandes expulsiones de plasma y campo magnético de la corona solar. Pueden expulsar miles de millones de toneladas de material coronal y transportar un campo magnético incrustado (congelado en flujo). Este último es más fuerte que la fuerza del campo magnético interplanetario (IMF) del viento solar de fondo. Las CME viajan desde el Sol a velocidades que van desde menos de 250 kilómetros por segundo (km / s) hasta cerca de 3000 km / s. Las CME más rápidas dirigidas a la Tierra pueden llegar a nuestro planeta en tan solo 15-18 horas. Las CME más lentas pueden tardar varios días en llegar. Se expanden en tamaño a medida que se propagan lejos del Sol. Las CME más grandes pueden alcanzar un tamaño que comprende casi una cuarta parte del espacio entre la Tierra y el Sol cuando alcanzan nuestro planeta.

El artículo siguiente lo explica de forma clara

Ver también la publicación a continuación, que además contiene recursos sobre el tema:

Para un análisis en profundidad del tema comenzando desde la historia de las CME, visitar:

El Evento Carrington

Una eyección de masa coronal brota del Sol el 2 de Diciembre de 2002, vista por el Observatorio Solar y Heliosférico – SOHO.
Crédito: ESA / NASA / SOHO.

El 28 de Agosto de 1859, una serie de manchas solares comenzaron a formarse en la superficie de nuestro padre estelar. Las manchas solares enredaron rápidamente las líneas del campo magnético del Sol en su área y produjeron llamaradas solares brillantes observables. Fueron acompañadas de una, probablemente dos, Eyecciones de Masa Coronal, una de ellas mayor.

La tormenta solar masiva impactó nuestro planeta el 1 y 2 de Septiembre de 1859. Causó una interrupción generalizada de los servicios eléctricos y telegráficos y la aparición de auroras visibles en los trópicos.

El Evento Carrington, como se le conoce coloquialmente, es oficialmente conocido como SOL1859-09-01. Mostró por primera vez la relación potencialmente desastrosa entre el temperamento energético del Sol y la tecnología naciente del siglo XIX. 

Curiosidades

Localizando la fuente de partículas energéticas en el Sol

Una eyección de masa coronal, o CME, que entró en erupción en el espacio el 31 de Agosto de 2012. Aquí se muestra una versión combinada de las longitudes de onda 171 y 304 angstrom tomadas del Observatorio de Dinámica Solar (SDO). 
Fuente:
 Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA. 
Crédito: NASA / GSFC / SDO
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La fuente de partículas solares potencialmente peligrosas, liberadas por el Sol a alta velocidad durante tormentas en su atmósfera exterior, ha sido localizada por primera vez. 

En un estudio, publicado en ‘Science Advances‘, los investigadores analizaron la composición de las partículas energéticas solares que se dirigían hacia la Tierra. Encontraron que tenían la misma «huella digital» que el plasma ubicado en la parte baja de la corona del Sol. Esto es, cerca de la región media de la atmósfera del Sol, la cromosfera. 

El siguiente artículo lo presenta:

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