Campos magnéticos implicados en la misteriosa crisis de la mediana edad de las estrellas

Impresión artística del interior giratorio de una estrella, que genera el campo magnético estelar. 
Esta imagen combina una simulación de la dínamo del interior del Sol con observaciones de su atmósfera exterior, donde se generan tormentas y vientos de plasma.
Crédito
: CESSI / IISER Kolkata / NASA-SVS / ESA / SOHO-LASCO
Tipo de licencia: Atribución (CC BY 4.0).

Las estrellas de mediana edad pueden experimentar su propio tipo de crisis de la mediana edad, con interrupciones dramáticas en su actividad y tasas de rotación. Esto sucede aproximadamente a la misma edad que nuestro Sol, según una nueva investigación publicada hoy en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters. Esto proporciona un nuevo fundamento teórico para la falla inexplicable de las técnicas establecidas para medir edades de estrellas más allá de su mediana edad. Además también, para la transición de estrellas similares al Sol a un futuro magnéticamente inactivo.

El Frenado Magnético y la Girocronología Estelar.

Los astrónomos saben desde hace mucho tiempo que las estrellas experimentan un proceso conocido como «frenado magnético«, que consiste en lo siguiente. Un flujo constante de partículas cargadas, conocido como viento solar, escapa de la estrella con el tiempo, llevándose pequeñas cantidades del momento angular de la estrella. Este lento drenaje hace que estrellas como nuestro Sol reduzcan gradualmente su rotación a lo largo de miles de millones de años.

A su vez, la rotación más lenta conduce a campos magnéticos alterados y menos actividad estelar. El número de manchas solares, llamaradas, estallidos y fenómenos similares en las atmósferas estelares, que están intrínsecamente vinculados a la fuerza de sus campos magnéticos, disminuye.

Se espera que esta disminución en la actividad y la tasa de rotación a lo largo del tiempo sea suave y predecible. Es decir, acorde a la pérdida gradual del momento angular. La idea dio origen a la herramienta conocida como ‘girocronología estelar‘. Ésta se ha utilizado ampliamente durante las últimas dos décadas para estimar la edad de una estrella a partir de su período de rotación.

Las cosas cambian en la mediana edad

Sin embargo, observaciones recientes indican que esta relación íntima se rompe alrededor de la mediana edad. El estudio fue realizado por Bindesh Tripathi, y los profesores Dibyendu Nandy y Soumitro Banerjee del Instituto Indio de Educación e Investigación Científica (IISER) de Calcuta. Ofrece una explicación novedosa de esta misteriosa dolencia.

El equipo utilizó modelos dinámicos de generación de campos magnéticos en estrellas. Mostraron que aproximadamente a la edad del Sol, el mecanismo de generación de campos magnéticos de las estrellas de repente se vuelve subcrítico o menos eficiente. Esto permite que las estrellas existan en dos estados de actividad distintos: un modo de baja actividad y un modo activo. Una estrella de mediana edad como el Sol a menudo puede cambiar al modo de baja actividad. Esto resulta en pérdidas de momento angular drásticamente reducidas por los vientos estelares magnetizados.

Los campos magnéticos son producidos por un mecanismo de dinamo dentro de las estrellas y emergen a través de la superficie hacia la atmósfera exterior. Allí generan tormentas magnéticas estelares, flujos de radiación energética y gobiernan la fuerza de los vientos de plasma que escapan. El estudio de estos campos magnéticos puede arrojar luz sobre la crisis estelar de la mediana edad. Se trata de un cambio repentino a una fase de baja actividad y la existencia de fases inactivas. Tal es el caso del Mínimo de Maunder cuando apenas se observan manchas solares en el Sol.
Créditos:
NASA / GSFC / Observatorio de Dinámica Solar.
Tipo de licencia:
Atribución (CC BY 4.0)
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Los campos magnéticos subcríticos explican varios fenómenos

El profesor Nandy comentó lo siguiente. “Esta hipótesis de dínamos magnéticos subcríticos de estrellas similares al Sol proporciona una base física unificadora y autoconsistente para una diversidad de fenómenos estelares solares. Como por qué las estrellas más allá de la mediana edad no giran tan rápido como en su juventud. También en la ruptura de las relaciones de girocronología estelar y hallazgos recientes que sugieren que el Sol puede estar en transición hacia un futuro magnéticamente inactivo».

El nuevo trabajo proporciona información clave sobre la existencia de episodios de baja actividad en la historia reciente del Sol conocidos como grandes mínimos. Durante los mismos, apenas se ven manchas solares. El más conocido de ellos es quizás el Mínimo de Maunder entre 1645 y 1715, cuando se observaron muy pocas manchas solares.

El equipo espera que también arroje luz sobre observaciones recientes que indican que el Sol está comparativamente inactivo. Esto tiene implicaciones cruciales para el futuro potencial a largo plazo de nuestro propio vecino estelar.

El paper

El nuevo trabajo aparece en «Stellar Mid-life Crisis: Subcritical Magnetic Dynamos of Solar-like Stars and the Breakdown of Gyrochronology», B. Tripathi, D. Nandy, S. Banerjee, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters (2021), in press (DOI: 10.1093 / mnrasl / slab035 ).

Fuente: Royal Astronomical Society, RAS.

Artículo original: «Magnetic fields implicated in the mysterious midlife crisis of stars«.  Morgan Hollis. 28/07/2021.

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¿Cómo se Calcula la Edad de una Estrella?

Los cúmulos de estrellas como este, llamados NGC6405 o el Cúmulo de Mariposas, formaron todas sus estrellas aproximadamente al mismo tiempo. Ese hecho ha ayudado a los astrónomos a descubrir la antigüedad de los cúmulos de estrellas. Pero encontrar la edad de las estrellas individuales es mucho más difícil.
Créditos:
NA SHARP, MARK HANNA, PROGRAMA REU / NOIRLAB / NSF, AURA.

Sabemos bastante sobre estrellas. Después de siglos de apuntar con telescopios al cielo nocturno, tanto los astrónomos como los aficionados pueden descubrir los atributos clave de cualquier estrella, como su masa o su composición.

Para calcular la masa de una estrella, basta con ver su período orbital y hacer un poco de álgebra. Para determinar de qué está hecha, observe el espectro de luz que emite la estrella. Pero la única variable que los científicos aún no han descifrado es la edad.

“El Sol es la única estrella de la que conocemos la edad”, dice el astrónomo David Soderblom del Space Telescope Science Institute en Baltimore. «Todo lo demás se inicia a partir de ahí».

El Sol también sacudió las cosas cuando los científicos notaron que no se estaba comportando como otras estrellas de mediana edad. No es tan magnéticamente activo en comparación con otras estrellas de la misma edad y masa. Eso sugiere que los astrónomos podrían no comprender completamente la línea de tiempo de la mediana edad.

Los cálculos basados ​​en la física y las mediciones indirectas de la edad de una estrella pueden dar a los astrónomos estimaciones aproximadas. Y algunos métodos funcionan mejor para diferentes tipos de estrellas. Aquí hay tres formas en que los astrónomos calculan la edad de una estrella.

El Campo Magnético de las Estrellas de Tipo Solar

La imagen muestra las serpentinas de color naranja vivo de un arco de gas (plasma) supercaliente y cargado eléctricamente desde la superficie del Sol. Estas revelan la estructura del campo magnético solar que se eleva verticalmente desde una mancha solar. Los astrónomos ahora están estudiando los campos magnéticos en estrellas de tipo solar utilizando técnicas de polarimetría.
Créditos:
Hinode, JAXA / NASA.

El Sol gira lentamente, aproximadamente una vez cada 24 días en su ecuador, aunque el gas caliente en cada latitud gira a un ritmo ligeramente diferente. La rotación ayuda a impulsar los mecanismos que alimentan los campos magnéticos estelares. En las estrellas de tipo solar que giran lentamente también ayuda a explicar el ciclo de actividad solar. En el caso de las estrellas de tipo solar que giran mucho más rápido que el Sol actual, la dínamo parece generarse mediante mecanismos fundamentalmente diferentes. Ésto, junto con muchos detalles de la generación del campo magnético solar, no se comprenden bien. Los astrónomos intentan comprender las dínamos en una variedad de estrellas de tipo solar (y cómo evolucionan). Ellos han estado observando una variedad de estrellas activas, rotativas lentas y rápidas. Su objetivo: investigar cómo varios parámetros físicos de las estrellas mejoran o inhiben los procesos de dínamo.

El Reloj Rotacional necesita recalibración.


Crédito:
NASA’s Solar Dynamics Observatory (SDO).

Según un estudio, un método desarrollado para determinar la edad de una estrella necesita ser recalibrado para estrellas que son más antiguas que nuestro Sol. Esto se debe a la nueva información sobre la forma en que giran las estrellas más viejas. La velocidad de giro es una de las pocas ventanas a las edades estelares. Sus hallazgos, tienen implicaciones para nuestro propio Sistema Solar. Indican que nuestro propio Sol podría estar en la cúspide de una transición en su campo magnético.

Curiosidades

El rompecabezas de una estrella con más edad que el Universo

Esta imagen de Digital Sky Survey muestra la estrella más antigua con una edad bien determinada en nuestra galaxia. Llamada la estrella de Matusalén, HD 140283 está a 190,1 años luz de distancia. Los astrónomos refinaron la edad de la estrella a aproximadamente 14.3 mil millones de años (que es más antigua que el universo). La precisión de la estimación es es más o menos 800 millones de años.
 Imagen publicada el 7 de marzo de 2013. 

Crédito de la imagen: Digital Sky Survey (DSS), STScI / AURA, Palomar / Caltech y UKSTU / AAO.

Durante más de 100 años, los astrónomos observaron una curiosa estrella ubicada a unos 190 años luz de la Tierra en la constelación de Libra. Viaja rápidamente por el cielo a 800.000 mph (1,3 millones de kilómetros por hora). Pero más interesante que eso, HD 140283, o Matusalén como se le conoce comúnmente, es también una de las estrellas conocidas más antiguas del universo.

En 2000, los científicos buscaron fechar la estrella utilizando observaciones a través del satélite Hipparcos de la Agencia Espacial Europea (ESA). Estimó una edad de 16 mil millones de años. Tal cifra era bastante alucinante y también bastante desconcertante. La edad del Universo, determinada a partir de las observaciones del fondo cósmico de microondas, es de 13.800 millones de años. «Fue una discrepancia seria», dijo Howard Bond, astrónomo de la Universidad Estatal de Pensilvania.

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