Astrónomos detectan vientos estelares de tres estrellas similares al Sol
Un equipo internacional de científicos ha registrado por primera vez en directo los vientos estelares de tres estrellas muy parecidas a nuestro sol.
Por la Universidad de Viena
Imagen infrarroja de la onda de choque (arco rojo) creada por la enorme estrella gigante Zeta Ophiuchi. en una nube de polvo interestelar. Crédito: NASA/JPL-Caltech; NASA and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA); C. R. O'Dell, Vanderbilt University
Los astrónomos llevaron a cabo la detección mediante el registro de la emisión de rayos X de sus astrosferas, y gracias a ello han establecido restricciones sobre la tasa de pérdida de masa de las estrellas a través de sus vientos estelares.
Las astrosferas, análogos estelares de la heliosfera que rodea a nuestro sistema solar, son burbujas de plasma muy caliente sopladas por los vientos estelares hacia el medio interestelar, un espacio lleno de gas y polvo. El estudio de los vientos estelares de estrellas de baja masa similares al Sol nos permite comprender la evolución estelar y planetaria y, en última instancia, la historia y el futuro de nuestra propia estrella y del Sistema Solar.
Los vientos estelares impulsan muchos procesos que evaporan las atmósferas planetarias hacia el espacio, y, por tanto, provocan una pérdida de masa atmosférica.
Las fugas de masa atmosférica se producen durante largos periodos geológicos.
Aunque las tasas de escape de los planetas durante una hora o incluso un año son ínfimas, las fugas se producen durante largos periodos geológicos. Las pérdidas se acumulan y pueden ser un factor decisivo para que un planeta evolucione hacia un mundo habitable o hacia una roca sin aire.
A pesar de su importancia para la evolución tanto de las estrellas como de los planetas, los vientos de las estrellas similares al Sol son notoriamente difíciles de constreñir. Compuestos principalmente por protones y electrones, también contienen una pequeña cantidad de iones más pesados y altamente cargados (por ejemplo, de oxígeno y carbono). Son estos iones los que, al capturar electrones de los neutrales del medio interestelar que rodea a la estrella, emiten rayos X.
Un equipo internacional de investigadores dirigido por Kristina Kislyakova, científica titular del Departamento de Astrofísica de la Universidad de Viena (Austria), ha detectado por primera vez la emisión de rayos X de las astrosferas que rodean a tres estrellas similares al Sol, las llamadas estrellas de la secuencia principal. Estas, también conocidas como estrellas en la calle principal del diagrama de Hertzsprung-Russell (HR), son estrellas que están fusionando hidrógeno en sus núcleos.
Tres estrellas en la plenitud de sus vidas.
Las estrellas en esta banda siguen una trayectoria estable en el diagrama HR, donde su luminosidad está relacionada con su temperatura superficial. Las estrellas de la secuencia principal incluyen una amplia gama de tipos espectrales, desde las calientes y azules hasta las frías y rojas. El Sol es un ejemplo de una estrella de la secuencia principal de tipo espectral G2.
En palabras de los investigadores, las tres son estrellas en la plenitud de su vida, y han logrado por primera vez detectar en ellas los citados vientos estelares. Esto, como se ha avanzado, les ha permitido establecer restricciones sobre la tasa de pérdida de masa de las estrellas a través de sus vientos estelares.
Estos resultados, basados en observaciones llevadas a cabo con el telescopio espacial XMM-Newton, aparecen publicados en la revista Nature Astronomy. Los investigadores observaron las huellas espectrales —las llamadas líneas espectrales— de los iones de oxígeno con el XMM-Newton, y pudieron determinar la cantidad de oxígeno y, en última instancia, la masa total de viento estelar emitida por las estrellas.
70 Ophiuchi es una estrella binaria —su duplicidad observable con un pequeño telescopio— cuyas dos componentes son enanas naranjas. Crédito: Palomar Observatory
Para las tres estrellas con astrosferas detectadas, denominadas 70 Ophiuchi, épsilon Eridani y 61 Cygni, los investigadores estimaron sus tasas de pérdida de masa en 66,5±11,1, 15,6±4,4 y 9,6±4,1 veces la tasa de pérdida de masa solar, respectivamente. Esto significa que los vientos de estas estrellas son mucho más fuertes que el viento solar, lo que podría explicarse por la mayor actividad magnética de estas estrellas.
"En el Sistema Solar, la emisión de intercambio de carga del viento solar se ha observado desde planetas, cometas y la heliosfera, y proporciona un laboratorio natural para estudiar la composición del viento solar— explica la autora principal del estudio, Kristina Kislyakova. Y añade—: Observar esta emisión en estrellas lejanas es mucho más complicado debido a la debilidad de la señal. Además, la distancia a las estrellas hace muy difícil separar la señal emitida por la astrosfera de la propia emisión de rayos X de la estrella, parte de la cual se "extiende" por el campo de visión del telescopio debido a efectos instrumentales”.
Kislyakov y sus colegas desarrollaron un nuevo algoritmo capaz de separar las contribuciones estelar y astrosférica a la emisión. “Hemos detectado señales de intercambio de carga procedentes de los iones de oxígeno del viento estelar y del medio interestelar neutro circundante de tres estrellas de la secuencia principal— apunta Kislyakov. Y añade—: Esta ha sido la primera vez que se ha detectado emisión de rayos X de intercambio de carga procedente de astrosferas de este tipo de estrellas. Nuestras tasas de pérdida de masa estimadas pueden utilizarse como referencia para los modelos de viento estelar y amplían nuestras limitadas pruebas observacionales de los vientos de estrellas similares al Sol."
Esfuerzos por corroborar la presencia de vientos alrededor de estrellas similares al Sol y medir su intensidad.
Manuel Güdel, coautor del estudio y también de la Universidad de Viena, añade: "A lo largo de tres décadas se han realizado esfuerzos en todo el mundo para corroborar la presencia de vientos alrededor de estrellas similares al Sol y medir su intensidad, pero hasta ahora solo pruebas indirectas basadas en sus efectos secundarios sobre la estrella o su entorno aludían a la existencia de tales vientos”.
En este sentido, el equipo de Güdel intentó anteriormente detectar la emisión de radio de los vientos, pero solo pudo poner límites superiores a la intensidad de los vientos, sin detectar los vientos en sí. “Nuestros nuevos resultados basados en rayos X allanan el camino para encontrar e incluso obtener imágenes directas de estos vientos y estudiar sus interacciones con los planetas circundantes", dice Güdel.
Esta imagen muestra el viento de la estrella LL Orionis generando un arco de choque —el arco brillante— cuando choca con el material de la nebulosa de Orión circundante. Crédito: ESA/Hubble & NASA
"En el futuro, este método de detección directa de vientos estelares en rayos X se verá facilitado gracias a futuros instrumentos de alta resolución, como el espectrómetro X-IFU de la misión europea Athena. La alta resolución espectral de X-IFU resolverá la estructura más fina y la relación de emisión de las líneas de oxígeno (así como otras líneas más débiles), que son difíciles de distinguir con la resolución CCD de XMM, y proporcionará restricciones adicionales sobre el mecanismo de emisión; emisión térmica de las estrellas, o intercambio de carga no térmica de las astrosferas", explica Dimitra Koutroumpa, investigadora del CNRS y coautora del estudio.
Información facilitada por la Universidad de Viena - Adaptación: Enrique Coperías / RexMolón Ediciones
Fuente: Kislyakova, K.G., Güdel, M., Koutroumpa, D. et al. X-ray detection of astrospheres around three main-sequence stars and their mass-loss rates. Nature Astronomy (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-024-02222-x
