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Gaia revela el pasado y el futuro del Sol

Todos deseamos que a veces podamos ver el futuro. Ahora, gracias a los últimos datos de la misión de mapeo estelar Gaia de la Agencia Espacial Europea (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.

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La tercera publicación de datos importantes de Gaia (DR3) se hizo pública el 13 de junio de 2022. Uno de los principales productos que salieron de esta versión fue una base de datos de las propiedades intrínsecas de cientos de millones de estrellas. Estos parámetros incluyen qué tan calientes son, qué tan grandes son y qué masas contienen.

Evolución estelar. Crédito: ESA

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

Orlagh Creevey, Observatorio de la Costa Azul, 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 trabajan en el Observatorio de la Universidad de Harvard, Massachusetts, a finales del siglo 19 y principios del siglo 20.

En ese momento, los esfuerzos de los astrónomos se centraron en clasificar la apariencia de las “líneas espectrales”. Estas son líneas oscuras que aparecen en el arco iris de colores producidos 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 se relacionaba con la luminosidad y la edad de una estrella.

Las líneas espectrales pueden revelar mucho sobre las características de una estrella. Crédito: ESA

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La correlación de estas dos propiedades permite que cada estrella del Universo se trace en un solo diagrama. Conocido como el diagrama de Hertzsprung-Russell (HR), se ha convertido en una de las piedras angulares de la astrofísica. Ideado independientemente en 1911 por Ejnar Hertzsprung y en 1913 por Henry Norris Russell, un diagrama HR traza la luminosidad intrínseca de una estrella contra 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 están teniendo lugar dentro de la estrella en ese momento.

Un diagrama de recursos humanos realizado con datos de Gaia DR2. Crédito: ESA

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Con una edad de alrededor de 4.570 millones de años, nuestro Sol se encuentra actualmente en su cómoda edad media, fusionando hidrógeno en helio y, en general, siendo bastante estable. No siempre será así. 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 en una estrella gigante roja, reduciendo su temperatura superficial 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 en juego DR3.

Orlagh y sus colegas peinaron los datos en busca de las observaciones estelares más precisas que la nave espacial podría ofrecer. “Queríamos tener una muestra realmente pura de estrellas con mediciones de alta precisión”, dice Orlagh.

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Concentraron sus esfuerzos en estrellas que tienen temperaturas superficiales de entre 3000K y 10 000K porque estas 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 ampliamente similares al Sol, que tiene una temperatura superficial de 6000K.

A continuación, 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.


La vida de una estrella. Crédito: ESA/Gaia/DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO

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

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 entender todas las otras estrellas que componen nuestra maravillosa galaxia?”, dice Orlagh.

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Es una fuente de cierta ironía que el Sol sea nuestra estrella más cercana y estudiada, pero su proximidad nos obliga a estudiarla con telescopios e instrumentos completamente diferentes de los que usamos para mirar 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 observacional.

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

La vida del Sol. Crédito: ESA/Gaia/DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO

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Ahora que Gaia ha producido la lista de objetivos, otros pueden comenzar a investigarlos en serio. Algunas de las preguntas que quieren que las respuestas incluyan: ¿Todos los análogos solares tienen sistemas planetarios similares a los nuestros? ¿Todos los análogos solares giran a una velocidad similar al Sol?

Con la liberación de datos 3, la instrumentación sumamente precisa de Gaia ha permitido que los parámetros estelares de más estrellas se determinen con mayor 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 amalgama de miles de millones de estrellas individuales.

“La misión Gaia ha tocado en todas partes en astrofísica”, dice Orlagh.

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

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