Manchas Estelares y Super Fulguraciones

Los tránsitos planetarios, como el tránsito de Venus que se muestra aquí, se pueden utilizar para estudiar manchas estelares en estrellas distantes. 
 Crédito:
NASA / Observatorio de Dinámica Solar.

Las estrellas de toda la galaxia expulsan llamaradas estelares (fulguraciones) ultra poderosas, pero disfrutamos de un clima solar relativamente templado. Estudiar cuándo y dónde surgen las erupciones estelares puede proporcionar la clave para determinar si el Sol está inusualmente tranquilo en comparación con otras estrellas como esta, o si habrá erupciones solares extremas en nuestro futuro.

Estrellas cercanas y lejanas

Un primer plano extremo de una mancha solar tomada por el Telescopio Solar Daniel K. Inouye en Hawai’i. (Agrandar imagen).
Crédito: NSO / AURA / NSF

Hemos observado muchas estrellas que emiten estallidos de luz super brillantes, en todo el espectro electromagnético que son aproximadamente 10.000 veces más energéticos que una fulguración solar típica. Se desconoce por qué muchas estrellas similares al Sol tienen fulguraciones super brillantes mientras que nuestra propia estrella no, pero se cree que las fulguraciones solares y las fulguraciones estelares super brillantes están asociadas con regiones relativamente frías y tenues donde las líneas del campo magnético de una estrella asoman a través de su superficie, conocidas como manchas solares o manchas estelares.

¿Cómo podemos estudiar las manchas estelares en una estrella a cientos de años luz de distancia? Aquí es donde los exoplanetas pueden jugar un papel importante: cuando un exoplaneta pasa frente a su estrella madre, puede superponerse con una mancha estelar. Debido a que las manchas estelares son más frías que la superficie estelar circundante, la curva de luz de la estrella mostrará una pequeña protuberancia cuando el planeta la oscurezca. Al ajustar los modelos a las variaciones observadas en la curva de luz, podemos estimar las propiedades de las manchas estelares ocultas y probar si las manchas estelares más grandes son responsables de las fulguraciones super brillantes más energéticas.

Panel superior: imagen de disco sintetizada con los tres planetas de Kepler-411 marcados. 
Panel inferior: curva de luz para un tránsito planetario de muestra con el modelo que mejor se ajusta en rojo. 
La línea de puntos vertical marca la ubicación de la mancha estelar en la curva de luz de tránsito. (Agrandar imagen).
Crédito: Araújo y Valio 2021a.

Kepler apunta a un sistema estelar

Alexandre Araújo y Adriana Valio (Universidad Presbiteriana Mackenzie, Brasil) aplicaron esta técnica a Kepler-411, una estrella ligeramente más pequeña y más fría que el Sol, para comprender la conexión entre sus abundantes manchas estelares y las frecuentes fulguraciones super brillantes. Kepler-411 tiene tres planetas en tránsito confirmados, una súper Tierra y dos mini Neptuno, lo que permite la detección de puntos en las latitudes en las que transitan los planetas: −11°, −21° y −49°.

Durante 590 días de observaciones de Kepler, los tres planetas de Kepler-411 realizaron colectivamente 176 viajes a través de su disco, pasando más de 198 manchas estelares en total. Araújo y Valio estimaron que las manchas estelares tenían un promedio de 34.000 km de diámetro, aproximadamente el ancho de la Tierra, Venus y Marte colocados uno al lado del otro. El equipo también detectó 65 super fulguraciones en las curvas de luz de Kepler, la más enérgica de las cuales fue aproximadamente 200 veces más fuerte que la fulguración solar más fuerte jamás observada.

Una correlación potencial

Las áreas de puntos estelares (panel superior) y las energías de superflare (panel inferior) se muestran en asteriscos azules, con el promedio móvil de 21 días de cada cantidad sobretrazado en rojo. (Agrandar imagen).
Crédito: Araújo y Valio 2021.

¿Las manchas estelares más grandes producen destellos estelares más fuertes? Quizás: los autores encontraron una correlación entre el área de la mancha estelar y la energía de la fulguración, pero dependía de cómo se promediaran las mediciones. La correlación surgió cuando los datos se promediaron durante períodos de 16 a 35 días, con la correlación más fuerte a los 21 días, casi exactamente dos períodos de rotación estelar, pero la correlación desapareció o se invirtió cuando se promediaron otros períodos de tiempo. Los autores sospechan que este período de tiempo puede estar relacionado con la vida típica de las manchas estelares de Kepler-411.

Se necesita más trabajo para comprender la conexión entre las manchas estelares y las fulguraciones super brillantes, ya que esta técnica solo nos permite medir las manchas estelares en unas pocas latitudes, mientras que las fulguraciones pueden surgir de cualquier región activa de la estrella. Si tenemos mucha suerte, veremos un exoplaneta que pase frente a una mancha estelar durante  un destello, lo que nos permitirá determinar la ubicación exacta del destello.

El paper

“Kepler-411 Star Activity: Connection between Starspots and Superflares,” Alexandre Araújo and Adriana Valio 2021 ApJL 922 L23. doi:10.3847/2041-8213/ac3767.

Fuente: AAS NOVA.

Artículo original:Starspots and Superflares‘. Kerry Hensley. December 3, 2021.

Material relacionado

Búsqueda de manchas por interferometría

Uno de los telescopios de la matriz CHARA como se ve al amanecer. El tubo dirige la luz a la instalación central de síntesis de haces, que combina la luz de los seis telescopios. 
Crédito: CHARA / Steve Golden.

Las manchas estelares son regiones de la superficie de una estrella que son más frías que su entorno. La temperatura afecta el brillo, por lo que las manchas estelares pueden alterar significativamente la apariencia general de una estrella. Este es incluso cuando no se pueden distinguir las manchas estelares individuales. Pero si caracterizamos las manchas estelares en detalle, deberíamos poder dar cuenta de sus efectos.

La obtención de imágenes directas de manchas estelares fue posible utilizando una técnica relativamente nueva llamada interferometría óptica / infrarroja cercana (LBI) de línea de base larga. Un estudio reciente dirigido por James Parks (Universidad Estatal de Georgia) utiliza esta técnica para observar manchas estelares en λ Andromedae. Esta es una estrella gigante en un binario con una compañera menos masiva.

El siguiente artículo lo presenta y además contiene recursos sobre manchas en estrellas gigantes.

Explorando las erupciones del Sol

Las erupciones solares, como la capturada en esta foto, pueden estar confinadas a la superficie del Sol o estallar en el espacio. Pero, ¿qué determina qué sucede? 
Crédito: NASA / SDO.

La actividad solar a veces permanece atrapada cerca de la superficie del Sol, pero a veces se libera en enormes eyecciones de plasma caliente. ¿Qué determina si una erupción solar permanece confinada o es seguida por una erupción catastrófica? Un nuevo estudio revela pistas. La publicación siguiente lo examina y contiene recursos:

Cuándo ocurren las fulguraciones más intensas

 La misma complicada mancha solar lanzó siete llamaradas del 4 al 10 de Septiembre de 2017. Esta imagen muestra en luz ultravioleta la segunda llamarada más grande (destello brillante a la derecha), que fue emitida el 10 de Septiembre. Crédito: SDO / GSFC / NASA.

Una serie de erupciones solares de fuego rápido está brindando la primera oportunidad de probar una nueva teoría de por qué el sol libera sus mayores estallidos cuando su actividad está disminuyendo. Las bandas migratorias de magnetismo que se encuentran en el ecuador solar pueden causar las erupciones más grandes, incluso cuando el sol se va a dormir.

Sobre las Manchas Solares

La gran mancha solar AR2866, se encontraba a principios de Septiembre, casi directamente frente a la Tierra, y estaba creciendo. El astrofotógrafo austriaco Michael Karrer la vio duplicar su tamaño en solo 24 horas:

Una de las manchas solares más grandes en años, AR2868 contiene más de una docena de núcleos oscuros salpicados sobre un área tan amplia como el planeta Júpiter. Estas dimensiones lo conviertieron en un objetivo fácil para los telescopios de aficionados. «Usé un Celestron de 14 pulgadas», afirmó Karrer. Crédito: Spaceweather.com / AEM.

Sobre las historia de las manchas solares

Placa de manchas solares de Tres Epistolae de Scheiner. Crédito: The Galileo Project.

Llevando las manchas solares de Galileo al siglo XXI

¿Puede el aprendizaje automático ayudarnos a traducir los dibujos de #manchas solares de Galileo en observaciones modernas como las producidas por el Observatorio de Dinámica Solar? 
Créditos: [Izquierda: Proyecto Galileo; Derecha: NASA / SDO / LMSA.

Los astrónomos han elaborado mapas detallados de puntos oscuros en la superficie del Sol desde la época de Galileo. Hoy en día, tenemos una gran cantidad de naves espaciales modernas que hacen estas observaciones por nosotros. Estas trazan continuamente los cambios en los patrones de manchas solares y los campos magnéticos solares. ¿Pueden las computadoras ayudarnos a tender un puente entre estos conjuntos de datos históricos y modernos? La contestación la da el artículo a continuación que también contiene recursos sobre el tema.

Curiosidades

¿Pueden los planetas entorno a enanas tipo M sobrevivir a las fulguraciones estelares?

Las pequeñas estrellas brillan activamente y expulsan partículas que pueden alterar y evaporar las atmósferas de los planetas que las orbitan. Nuevos hallazgos sugieren que las grandes super fulguraciones preferentemente ocurren en latitudes altas, evitando a los planetas que orbitan alrededor del ecuador estelar. 
Crédito:
 AIP / J. Fohlmeister.

Podemos aprender mucho sobre las estrellas estudiando la actividad magnética como manchas estelares, llamaradas y eyecciones de masa coronal (CME). Las manchas estelares son particularmente importantes para los científicos que utilizan métodos de velocidad radial para detectar planetas, porque a veces pueden imitar la firma de un planeta en los datos. Pero el ángulo de la astrobiología también es profundo: las enanas M jóvenes, conocidas por la actividad de las fulguraciones, podrían verse fatalmente comprometidas como anfitrionas de vida, porque las fulguraciones fuertes pueden causar estragos en las atmósferas planetarias.

Dada la ubicuidad de las enanas M, son el tipo de estrella más común en nuestra galaxia, nos gustaría saber si son candidatas o no para sustentar la vida. Un artículo de Ekaterina Ilin y el equipo del Instituto Leibniz de Astrofísica en Potsdam profundiza en la cuestión al observar la orientación de la actividad magnética en las enanas M jóvenes.

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