El centelleo de estrellas gigantes revela cómo se agitan sus entrañas        

 

Por la Fundación Simons.

27 de julio de 2023.

 

Crédito: EH Anders et al./ Nature Astronomy 2023.

 

Los secretos se esconden en el centelleo de las estrellas. Un equipo de investigación dirigido por científicos del Instituto Flatiron y la Universidad Northwestern ha creado las primeras simulaciones por computadora de su tipo que muestran cómo la agitación en las profundidades de una estrella puede hacer que la luz de la estrella parpadee. Este efecto es diferente del centelleo visible de las estrellas en el cielo nocturno causado por la atmósfera de la Tierra.

 

Al observar de cerca el parpadeo innato de las estrellas, los astrónomos algún día podrían usar las simulaciones para aprender más sobre lo que sucede dentro de las estrellas más grandes que nuestro Sol, informan los investigadores el 27 de julio en Nature Astronomy.

 

Los efectos son demasiado pequeños para que los detecten los telescopios actuales, dice el coautor del estudio Matteo Cantiello, científico investigador del Centro de Astrofísica Computacional (CCA) del Instituto Flatiron en la ciudad de Nueva York. Eso podría cambiar con telescopios mejorados. "Podremos ver la firma del núcleo", dice Cantiello, "lo que será bastante interesante porque será una forma de sondear las regiones más internas de las estrellas".

 

Una mejor comprensión de las entrañas estelares ayudará a los astrónomos a aprender cómo se forman y evolucionan las estrellas, cómo se ensamblan las galaxias y cómo se crean los elementos pesados, como el oxígeno que respiramos, dice el autor principal del estudio, Evan Anders, investigador postdoctoral en la Universidad Northwestern.

 

"Los movimientos en los núcleos de las estrellas lanzan ondas como las del océano", dice Anders. "Cuando las ondas llegan a la superficie de la estrella, la hacen parpadear de una manera que los astrónomos pueden observar. Por primera vez, hemos desarrollado modelos informáticos que nos permiten determinar cuánto debería parpadear una estrella como resultado de estas ondas. Este trabajo permite que los futuros telescopios espaciales exploren las regiones centrales donde las estrellas forjan los elementos de los que dependemos para vivir y respirar".

 

Curiosamente, las nuevas simulaciones también amplían un misterio estelar de años. Los astrónomos han observado consistentemente un pulso inexplicable, o "ruido rojo", que causa fluctuaciones en el brillo de las estrellas calientes y masivas.

 

Una propuesta popular fue que la convección en los núcleos de las estrellas provoca este parpadeo. Sin embargo, las nuevas simulaciones muestran que el parpadeo inducido por la convección del núcleo es demasiado débil para igualar el ruido rojo observado. Algo más debe ser responsable, informan los investigadores en su nuevo artículo.

 

La convección de una estrella es impulsada por el reactor nuclear en su núcleo. En el corazón de una estrella, la presión intensa comprime los átomos de hidrógeno para formar átomos de helio más un poco de exceso de energía. Esa energía genera calor, lo que hace que se eleven grumos de plasma como la sustancia pegajosa de una lámpara de lava.

 

Pero a diferencia de una lámpara de lava, la convección es turbulenta como una olla de agua hirviendo. Este movimiento genera olas como las que se encuentran en los océanos de la Tierra. Esas ondas luego se ondulan hacia la superficie de la estrella, donde comprimen y descomprimen el plasma de la estrella, lo que hace que la luz de la estrella se ilumine y se oscurezca. Al estudiar el brillo de una estrella, los científicos se dieron cuenta de que podrían saber qué sucede en el núcleo de la estrella.

 

Sin embargo, simular la generación y propagación de ondas en una computadora es absurdamente difícil, dice Cantiello. Esto se debe a que, si bien un flujo generador de ondas en el núcleo de la estrella dura unas pocas semanas, las ondas generadas pueden durar cientos de miles de años. Conectar esas escalas de tiempo drásticamente diferentes (semanas y cientos de milenios) planteó un serio desafío.

 

Los investigadores se inspiraron en una forma diferente de ondas: las ondas sonoras que componen la música. Se dieron cuenta de que la generación de ondas inducida por convección en el núcleo es como un grupo de músicos en una sala de conciertos. Los músicos que rasguean sus instrumentos producen un sonido que se altera a medida que rebota por el lugar.

 

Los investigadores descubrieron que primero podían calcular la "canción" inalterada de las ondas inducidas por convección y luego aplicar un filtro que replicaba las propiedades acústicas de la estrella, un proceso similar al de un ingeniero de sonido profesional.

 

Los investigadores probaron su método usando ondas sonoras de música real, incluyendo "Jupiter" de la suite orquestal de Gustav Holst "The Planets" y, bastante apropiadamente, "Twinkle, Twinkle, Little Star". Simularon cómo esas ondas de sonido rebotarían dentro de estrellas de diferentes tamaños, produciendo un resultado inquietante.

 

Después de esta validación de su enfoque, los investigadores simularon las ondas inducidas por convección y las fluctuaciones resultantes de la luz estelar de estrellas cuyas masas son tres, 15 y 40 veces la de nuestro Sol. Para los tres tamaños, la convección del núcleo provocó una intensidad de luz parpadeante cerca de la superficie, pero no en las frecuencias o intensidades características del ruido rojo que habían visto los astrónomos.

 

La convección aún puede ser responsable del ruido rojo, dice Cantiello, pero probablemente estaría mucho más cerca de la superficie de la estrella y, por lo tanto, sería menos revelador de lo que sucede en el interior profundo de la estrella.

 

Los investigadores ahora están mejorando sus simulaciones para considerar efectos adicionales, como el giro rápido de una estrella alrededor de su eje, una característica común de las estrellas más masivas que nuestro Sol. Tienen curiosidad por saber si las estrellas que giran rápidamente tienen un parpadeo lo suficientemente fuerte inducido por la convección del núcleo como para ser captado por los telescopios actuales. "Es una pregunta interesante a la que esperamos obtener una respuesta", dice Cantiello.

 

Fuente:

https://phys.org/news/2023-07-twinkling-giant-stars-reveals-innards.html