Gaia revela el pasado y el futuro del sol

A todos nos gustaría poder ver el futuro alguna vez. Ahora, gracias a los últimos datos de la misión de mapeo de estrellas Gaia de la Agencia Espacial Europea, los astrónomos pueden hacer precisamente eso por el Sol. Al identificar con precisión estrellas de masa y composición similares, pueden ver cómo se desarrollará nuestro Sol en el futuro. Y este trabajo va más allá de una pequeña previsión astrofísica.

El tercer lanzamiento importante de datos de Gaia (DR3) se anunció el 13 de junio de 2022. Uno de los principales productos que surgieron de este lanzamiento fue una base de datos de propiedades intrínsecas de cientos de millones de estrellas. Estos parámetros incluyen qué tan caliente está, su tamaño y las masas que contiene.

Gaia toma lecturas excepcionalmente precisas del brillo aparente de la estrella, vista desde la Tierra, y su color. Convertir propiedades observacionales fundamentales en propiedades intrínsecas de una estrella es un trabajo arduo.

Orlag Crevi, del Observatorio La Côte d’Azur, Francia, y colaboradores de la Unidad de Coordinación 8 de Gaia, son los responsables de extraer dichos parámetros astrofísicos de las observaciones de Gaia. Al hacerlo, 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.

En ese momento, los esfuerzos de los astrónomos se centraron en clasificar la aparición de «líneas espectrales». Estas son las rayas oscuras que aparecen en el arco iris de colores que resultan cuando un prisma divide la luz de una estrella. Annie Jump Cannon ideó una serie de clasificaciones espectrales que organizaban las estrellas según la fuerza de estas líneas espectrales. Más tarde se descubrió que este arreglo estaba directamente relacionado con la temperatura de las estrellas. Antonia Morey creó una clasificación separada basada en el ancho de ciertas líneas espectrales. Más tarde se descubrió que esto estaba relacionado con la iluminación y la edad de la estrella.

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La conexión 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. Un diagrama HR fue diseñado de forma independiente en 1911 por Ignar Hertzsprung y en 1913 por Henry Norris Russell, el diagrama HR traza 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.

Mientras que la masa de una estrella cambia relativamente poco durante su vida, la temperatura y el tamaño de una 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 unos 4570 millones de años, nuestro Sol se encuentra actualmente en la mitad de su vida cómoda, fusionando hidrógeno en helio y, en general, es estable; Tan recatado. Este no siempre será el caso. Cuando el hidrógeno en su núcleo se queda sin combustible y comienzan los cambios en el proceso de fusión, esperaríamos 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 cuánta masa tenga la estrella y su composición química. Aquí es donde entra DR3.

Orlag y sus colegas combinaron los datos para obtener las observaciones estelares más precisas que la nave espacial pudo proporcionar. «Queríamos obtener una muestra realmente pura de estrellas con mediciones de alta resolución», dice Orla.

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Centraron sus esfuerzos en estrellas con temperaturas superficiales entre 3.000 y 10.000 K porque estas estrellas son las más longevas de la galaxia y, por lo tanto, pueden revelar la historia de la Vía Láctea. También es un candidato prometedor para encontrar exoplanetas porque es muy similar al Sol, que tiene una temperatura superficial de 6000 K.

A continuación, Urla y sus colegas filtraron la muestra para mostrar solo aquellas estrellas que tienen la misma masa y composición química que el Sol. Debido a que permitieron que la edad fuera diferente, las estrellas que eligieron terminaron trazando una línea a través del gráfico HR que representa la evolución de nuestro Sol desde su pasado hasta su futuro. Reveló la forma en que nuestra estrella cambiará su temperatura y luminosidad con la edad.

A través de este trabajo, está claro que nuestro Sol alcanzará una temperatura máxima alrededor de los 8 mil millones de años, luego se enfriará y aumentará de tamaño, convirtiéndose en una estrella gigante roja de unos 10-11 mil millones de años. El Sol llegará al final de su vida después de esta etapa, cuando finalmente se convierta en una débil enana blanca.

Encontrar estrellas similares al Sol es esencial para comprender cómo encajamos en el universo más grande. «Si no entendemos nuestro sol, y hay muchas cosas que no conocemos, ¿cómo podemos esperar comprender todas las otras estrellas que componen nuestra maravillosa galaxia», dice Orla.

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

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Para identificar estos «isótopos solares» en los datos de Gaia, Orlag y sus colegas buscaron estrellas con temperaturas, gravedad superficial, composiciones, masas y radios que se parezcan al Sol actual. Encontraron 5.863 estrellas que coinciden con sus criterios.

Ahora que Gaia ha producido la lista de objetivos, otros pueden comenzar a investigarlos seriamente. Algunas de las preguntas que quieren respuestas incluyen: ¿Todos sus homólogos solares tienen sistemas planetarios similares al nuestro? ¿Todas sus contrapartes solares giran a un ritmo similar al del Sol?

Con el lanzamiento de Data 3, la instrumentación de alta precisión de Gaia ha permitido la determinación de parámetros estelares para más estrellas con mayor precisión que nunca. Y esta precisión se extenderá a muchos otros estudios, por ejemplo, conocer las estrellas puede ayudar con mayor precisión 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 Orla.

Por lo tanto, es casi seguro que no solo será el pasado y el futuro del Sol lo que este trabajo ayude a arrojar luz.

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