La misión Gaia revela el pasado y el futuro del Sol


Todos deseamos alguna vez poder ver el futuro. Ahora, gracias a los datos más recientes de la misión Gaia de cartografía estelar de la ESA, los astrónomos pueden hacer precisamente eso por el sol. Al identificar con precisión estrellas de masa y composición similares, pueden ver cómo evolucionará nuestro sol en el futuro. Y este trabajo se extiende mucho más allá de un poco de clarividencia astrofísica.

Evolución estelar. ESA

El tercer lanzamiento importante de datos de Gaia (DR3) se hizo público el 13 de junio de 2022. Uno de los principales productos que surgieron de este lanzamiento fue una base de datos de las propiedades intrínsecas de cientos de millones de estrellas. Estos parámetros incluyen qué tan calientes están, qué tan grandes son y qué masas contienen.

Gaia toma lecturas excepcionalmente precisas del brillo aparente de una estrella, vista desde la Tierra, y su color. Convertir esas características básicas de observación en las propiedades intrínsecas de una estrella es un trabajo minucioso.

Orlagh Creevey, Observatoire de la Côte d’Azur, Francia, y colaboradores de la Unidad de Coordinación 8 de Gaia, son responsables de extraer dichos parámetros astrofísicos de las observaciones de Gaia. Al hacer esto, el equipo se basa en el trabajo pionero de los astrónomos que trabajaron en el Observatorio de la Universidad de Harvard, Massachusetts, a fines del siglo XIX y principios del XX.

Espectros de absorción y emisión de varios elementos.

En ese momento, los esfuerzos de los astrónomos se centraron en clasificar la aparición de ‘líneas espectrales’. Estas son líneas oscuras que aparecen en el arco iris de colores que se produce cuando la luz de una estrella se divide con un prisma. Annie Jump Cannon ideó una secuencia de clasificación espectral que ordenaba las estrellas según la fuerza de estas líneas espectrales. Posteriormente se descubrió que este orden estaba directamente relacionado con la temperatura de las estrellas. Antonia Maury hizo una clasificación separada basada en el ancho de ciertas líneas espectrales. Más tarde se descubrió que esto estaba relacionado con la luminosidad y la edad de una estrella.

La correlación de estas dos propiedades permite trazar cada estrella del Universo en un solo diagrama. Conocido como el diagrama de Hertzsprung-Russell (HR), se ha convertido en una de las piedras angulares de la astrofísica. Diseñado de forma independiente en 1911 por Ejnar Hertzsprung y en 1913 por Henry Norris Russell, un diagrama HR representa la luminosidad intrínseca de una estrella frente a su temperatura superficial efectiva. Al hacerlo, revela cómo evolucionan las estrellas a lo largo de sus largos ciclos de vida.

Si bien la masa de la estrella cambia relativamente poco durante su vida, la temperatura y el tamaño de la estrella varían mucho a medida que envejece. Estos cambios son impulsados por el tipo de reacciones de fusión nuclear que tienen lugar dentro de la estrella en ese momento.

Con una edad de alrededor de 4570 millones de años, nuestro sol se encuentra actualmente en su cómoda edad media, fusionando hidrógeno en helio y, en general, siendo bastante estable; incluso serio. Ese no será siempre el caso. A medida que el combustible de hidrógeno se agota en su núcleo y comienzan los cambios en el proceso de fusión, esperamos que se hinche hasta convertirse en una estrella gigante roja, bajando la temperatura de su superficie en el proceso. Exactamente cómo sucede esto depende de la cantidad de masa que contiene una estrella y su composición química. Aquí es donde entra DR3.

Diagrama de Hertzsprung-Russell de Gaia

Orlagh y sus colegas analizaron los datos en busca de las observaciones estelares más precisas que la nave espacial pudiera ofrecer. «Queríamos tener una muestra realmente pura de estrellas con medidas de alta precisión», dice Orlagh.

Concentraron sus esfuerzos en estrellas que tienen temperaturas superficiales de entre 3000K y 10 000K porque son las estrellas más longevas de la Galaxia y, por lo tanto, pueden revelar la historia de la Vía Láctea. También son candidatos prometedores para encontrar exoplanetas porque son muy similares al sol, que tiene una temperatura superficial de 6000K.

Luego, Orlagh y sus colegas filtraron la muestra para mostrar solo aquellas estrellas que tenían la misma masa y composición química que el sol. Dado que permitieron que la edad fuera diferente, las estrellas que seleccionaron terminaron trazando una línea a través del diagrama H-R que representa la evolución de nuestro sol desde su pasado hasta su futuro. Reveló la forma en que nuestra estrella variará su temperatura y luminosidad a medida que envejece.

A partir de este trabajo, queda claro que nuestro sol alcanzará una temperatura máxima aproximadamente a los 8 mil millones de años, luego se enfriará y aumentará de tamaño, convirtiéndose en una estrella gigante roja alrededor de los 10 a 11 mil millones de años. El sol llegará al final de su vida después de esta fase, cuando finalmente se convierta en una enana blanca tenue.

Encontrar estrellas similares al sol es esencial para comprender cómo encajamos en el Universo más amplio. «Si no entendemos nuestro propio sol, y hay muchas cosas que no sabemos al respecto, ¿cómo podemos esperar comprender todas las otras estrellas que componen nuestra maravillosa galaxia», dice Orlagh.

Es una fuente de cierta ironía que el sol sea nuestra estrella más cercana y más estudiada, pero su proximidad nos obliga a estudiarlo con telescopios e instrumentos completamente diferentes de los que usamos para observar el resto de las estrellas. Esto se debe a que el sol es mucho más brillante que las otras estrellas. Al identificar estrellas similares al sol, pero esta vez con edades similares, podemos cerrar esta brecha de observación.

Para identificar estos «análogos solares» en los datos de Gaia, Orlagh y sus colegas buscaron estrellas con temperaturas, gravedades superficiales, composiciones, masas y radios similares al sol actual. Encontraron 5863 estrellas que coincidían con sus criterios.

Ahora que Gaia ha producido la lista de objetivos, otros pueden comenzar a investigarlos en serio. Algunas de las preguntas que quieren respuestas incluyen: ¿todos los análogos solares tienen sistemas planetarios similares al nuestro? ¿Todos los análogos solares giran a un ritmo similar al del sol?

Con el lanzamiento de datos 3, la instrumentación supremamente precisa de Gaia ha permitido determinar los parámetros estelares de más estrellas con más precisión que nunca. Y esa precisión se extenderá a muchos otros estudios. Por ejemplo, conocer las estrellas con mayor precisión puede ayudar al estudiar galaxias, cuya luz es la fusión de miles de millones de estrellas individuales.

«La misión Gaia ha tocado todos los rincones de la astrofísica», dice Orlagh.

Con información de ESA

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