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Astrofísica

El Astro Rey y sus hermanas

Brasileños identifican estrellas similares al Sol

NasaSe busca un nuevo Sol. De preferencia aquí mismo en el vecindario. Pero no es que el que tenemos no sirva más. Sucede que este Sol, que en los últimos 4.600 millones de años ha aparecido invariablemente todas las mañanas y se ha escondido al final de cada día, apenas ha llegado a su mediana edad. Vivirá todavía otros cinco mil millones de años iluminando y calentando la Tierra y los planetas cercanos. Empero, es cierto que no todo será sombra y agua fresca. Dentro de unos trescientos, o mil millones de años a lo sumo, el Sol empezará a brillar más intensamente, con lo cual aumentará la temperatura de la Tierra y la vida tal se la conoce hasta ahora se volverá inviable. Hasta entonces, muchos dirán, hay tiempo de sobra. Pero algunos han comenzado a pensar en qué hacer. Al fin y al cabo, según los astrónomos, a muy largo plazo, la humanidad deberá dejar la Tierra en caso de que quiera seguir existiendo.

Los casi 50 grupos internacionales abocados a escrutar los cielos en busca de una    estrella como la nuestra, lógicamente, no esperan encontrar un hogar para los tataranietos de sus tataranietos. Están más bien interesados en saber si el Sol es realmente una estrella sin pares entre los centenares de miles de millones de estrellas del Cosmos, o si, en cambio, es un astro banal, como pueden encontrarse a montones en ésta y en otras galaxias. Esa duda viene acompañada de otra: ¿estamos solos en el Universo o existe vida en otros mundos?

Mientras aguardan esa era de luz y calor excesivos, equipos de Brasil y de otros países invierten más que nunca en busca de otro Sol. Algunos postulantes no muy distantes incluso surgieron en los últimos años. De los 10 que tiene edades cercanas a la del Sol, al menos cuatro fueron detectados por investigadores que actúan en Río de Janeiro o en São Paulo. Y otros deben aparecer a medida que se hagan públicos los datos de amplios mapeos estelares realizados y de trabajos ya presentados para su publicación. Al menos una nueva estrella similar al Sol será dada a conocer por los astrofísicos José Renan de Medeiros y José Dias do Nascimento Júnior, ambos de la Universidad Federal de Rio Grande do Norte (UFRN), en el marco de la reunión anual de la Sociedad Astronómica Brasileña, que se realizará a comienzos de septiembre en Passa Quatro, Minas Gerais.

Dicha estrella, cuyo nombre y ubicación en el cielo aún se mantienen en secreto, fue identificada entre las casi 10 mil que el telescopio espacial Corot, un satélite franco-europeo-brasileño lanzado en 2006, observó durante los primeros años de operación. Al igual que esta, debe haber al menos otras 20 en las cercanías del Sol, según calculan los investigadores de la UFRN con base en datos del Corot. Se suman a otras decenas de estrellas similares al Sol relevadas en los últimos años por otros telescopios.

Pese a que parece una cantidad elevada, no lo es. Poquísimas de esas estrellas tienen todas las características idénticas a las del Sol y son lo que la astrofísica francesa Giusa Cayrel de Strobel denominó al final de los años 1980 gemelas solares. Solamente el 7% de las estrellas que se encuentran ubicadas a una distancia de hasta 33 años luz del Sistema Solar son parecidas al Sol a punto tal de reunir las condiciones necesarias para el surgimiento de la vida tal como la conocemos en la Tierra, de acuerdo con un estudio publicado en 2006 en Astrobiology por los astrofísicos Gustavo Porto de Mello, de la Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ), y Eduardo Del Peloso y Luan Ghezi, del Observatorio Nacional.

Por cierto, fue Mello el que años antes halló la estrella que durante una década fue considerada la mejor candidata al puesto de gemela del Sol: la 18 Scorpii. Descrita en 1997 por Mello y Lício da Silva, su director de tesis doctoral, la 18 Scorpii es una estrella de brillo sutil, prácticamente invisible a simple vista, que aparece en lo alto de la constelación de Escorpio. Está ubicada a 46 años luz de la Tierra – una distancia que podría recorrerse durante la vida de un ser humano, en caso de que surja una tecnología que haga posible viajar a velocidades cercanas a la de la luz – y fue identificada entre 118 mil estrellas observadas por la sonda espacial Hipparcos, de la Agencia Espacial Europea (ESA).

La 18 Scorpii es solamente un 5% más luminosa que el Sol y un poco más joven, con una edad estimada en 4.200 millones de años. Su superficie es 12 grados más cálida que la superficie solar, en la cual la temperatura es de 5.507 grados Celsius o 5.780 Kelvin (K), la escala de temperatura preferida de los físicos. La masa de la 18 Scorpii es un 1% mayor que la del Sol y su velocidad de rotación es un 17% más rápida: tarda 23 días terrestres para completar una vuelta alrededor de su eje, en tanto que el Sol necesita 28 días.

Pero no toda esa semejanza le aseguró a 18 Scorpii el título de gemela solar. Su composición química es un poco distinta que la del Sol, según constataron Nascimento y Mello. Los científicos compararon la concentración del elemento químico litio, uno de los más simples de la naturaleza, en cinco aspirantes a gemela solar, y notaron que la cantidad de litio de la 18 Scorpii es decenas de veces  superior a la del Sol, de acuerdo con un artículo publicado en 2009 en Astronomy and Astrophysics. Es una diferencia considerable, toda vez que, además de indicar la edad de la estrella, la abundancia de ese elemento químico permite hacerse una    idea de lo que sucede en su interior.

solEsas colosales bolas de gas no son tranquilas, como parece a la distancia. El interior de una estrella es extremadamente turbulento. De la superficie hacia el centro, el gas cargado eléctricamente (plasma) se hace más denso y caliente. Los 5.780 K medidos en la superficie solar – la capa externa y visible del Sol, responsable de su color amarillo – se elevan gradualmente hasta llegar a los 15 millones de grados en el corazón de la estrella, en donde núcleos del elemento químico hidrógeno (el más simple y abundante del Universo) se combinan produciendo helio y liberando energía bajo la forma de partículas de luz (fotones) altamente energéticas. Los fotones producidos por fusión nuclear siguen un    camino tortuoso en el cual son absorbidos y reemitidos innumerables veces por otros elementos químicos, hasta que logran atravesar los 700 mil kilómetros de espesor del Sol y escapar hacia el espacio, casi 200 mil años después de haber sido creados.

Hoy en día se sabe que los niveles de litio de estrellas como el Sol disminuyen con el tiempo. Algunos estudios han venido mostrando que estrellas con poco litio son menos activas que las que tienen niveles elevados y sufren menos explosiones, que lanzan altos índices de radiación muy energética sobre los planetas ubicados a su alrededor. Por tal razón, según concluyeron los investigadores, la 18 Scorpii, rica en    litio, difícilmente albergaría un sistema planetario favorable a la vida, por ser realmente distinta al Sol o por el simple hecho de encontrarse en un estadio evolutivo diferente.

El trabajo que desbancó a la 18 Scorpii como gemela solar ayudó a consolidar el favoritismo de otra estrella, la HIP 56948. Identificada en 2007 por el astrofísico peruano Jorge Meléndez, actualmente profesor de la Universidad de São Paulo, esa estrella de la constelación de Draco es 47 grados más fría que el Sol y un 14% mayor. Ubicada a una distancia de la Tierra de 220 años luz, la HIP 56948 tiene la misma masa e igual composición química solar, y es tan sólo 100 millones de años más antigua. “En la actualidad esa estrella es la número 1 entre las 10 principales aspirantes a gemelas solares, y será investigada en el marco del proyecto Seti [Search for Extraterrestrial Inteligence], destinado a buscar señales de vida en otras partes del Universo”, dice Nascimento.

La búsqueda de un nuevo Sol cobró vigor en 1995, luego de que los astrónomos suizos Michel Mayor y Didier Queloz anunciaron que habían detectado el primer planeta en la órbita de una estrella parecida al Sol fuera del Sistema Solar (lea en Pesquisa FAPESP nº 104). Quince años más tarde, son 479 los planetas extrasolares conocidos y 43 las estrellas que tienen más de un planeta como compañía. Pero ninguna de ellas es idéntica al Sol.

Mientras no encuentran un gemelo solar ideal, el blanco más natural para la búsqueda de planetas habitables, los investigadores aprovechan estrellas llamadas análogas solares – similares, pero no idénticas al Sol – para construir un perfil evolutivo del astro que hizo posible la vida en la Tierra. Así esperan conocer mejor cómo fue su pasado y cómo debe ser su futuro. “La intención de construir un perfil evolutivo de estrellas como el Sol adquirió prioridad en la misión Corot”, dice José Renan de Medeiros, uno de los coordinadores de la participación brasileña en el proyecto.

En abril de este año Mello, Nascimento y Medeiros encastraron una pieza importante en ese mapa. En asociación con investigadores de España, Inglaterra y Francia, describieron en Astrophysical Journal un Sol muy joven. Es la estrella kappa1 Ceti, de la constelación de Cetus o de la Ballena, que tiene tamaño, masa y temperatura similares al Sol, pero es miles de millones de años más joven. La kappa1 Ceti tiene entre 400 millones y 800 millones de años, la edad del Sol en el período en que surgió la vida en la Tierra y los océanos de Marte se evaporaron.

Si en el pasado remoto el Sol efectivamente tuvo un parecido con esta estrella, los modelos de evolución de la atmósfera terrestre pueden requerir algunos ajustes. La kappa1 Ceti emite entre dos y siete veces más radiación ultravioleta altamente energética y un 35% menos rayos ultravioleta de menor energía que el Sol actualmente. Esta forma de radiación es importante, pues controla las reacciones químicas que permitieron el aumento de la concentración de gas carbónico (CO2) en la atmósfera de la Tierra primitiva y el calentamiento del planeta.

La producción de energía de las estrellas oscila con el tiempo y depende de dos fenómenos interconectados: la velocidad de rotación y la generación de campos magnéticos. Como las estrellas no son esferas rígidas, su superficie se mueve más rápido en la región del ecuador y más lentamente en los polos. Y cuanto mayor es la velocidad del plasma, más intensos son los campos magnéticos que se generan, que a su vez, influyen en el tipo de radiación emitida. De tiempo en tiempo, esos campos se retuercen y se enmarañan en áreas de intensa actividad y gran emisión de energía, vistas como manchas oscuras en la superficie de las estrellas.

De acuerdo con los modelos de evolución estelar, cuando surgió el Sol, debía haber un índice de rotación muy alto, con lo cual culminaba un giro sobre sí mismo cada tres días, y emitía entre centenares y miles de veces más radiación altamente energética. Con el tiempo, pasó a girar más despacio y a producir más radiación en la franja de la luz visible. “Sabemos que eso parece ser verdad con base en el análisis de estrellas más jóvenes y más antiguas que el Sol”, comenta Mello, quien dentro de algunos meses publicará un trabajo con datos de tres estrellas similares a lo que fue el Sol en su infancia y datos de estrellas a las que se parecerá al cabo  de  miles de millones de años.

En los últimos años, la astrofísica Adriana Válio, de la Universidad Presbiteriana Mackenzie, de São Paulo, ha venido analizando la actividad en la superficie de estrellas análogas al Sol mediante el empleo una técnica innovadora que ella misma creó. Cuando empezó a participar en el proyecto Corot, en 2002, Adriana intentó imaginar una forma de usar la luminosidad medida por el satélite para hacerse una    idea de lo que sucedía en la superficie de las estrellas. Planteó entonces que aprovechasen el eclipse de planetas, compañeros del 20% de las estrellas con planetas observadas hasta ahora, para medir el tamaño de las manchas oscuras en    su superficie y otros indicadores de actividad estelar.

Al adoptar al planeta como una especie de regla astronómica, Adriana ha logrado medir con una precisión jamás antes alcanzada el tamaño, la temperatura, la ubicación y el tiempo de vida de las manchas estelares. También calculó el período de rotación de las estrellas y cuán más rápidamente giran en el ecuador que en los polos. Con el italiano Antonino Lanza, puso a prueba la estrategia con la Corot 2, una estrella similar a como debe haber sido el Sol a los 500 millones de años, y demostró que funciona. En agosto, Adriana presentó el análisis de la estrella Corot 6, similar al Sol a los 3 mil millones de años, en el marco de un simposio de la Unión Astronómica Internacional.

Con base en datos del campo magnético y de la rotación de estrellas similares al Sol, Nascimento, Meléndez y Mello pretenden investigar qué sucede debajo de la superficie estelar. “Estamos pasando de los cuantificadores externos, como la luminosidad y la temperatura, a los internos, como la zona convectiva y el campo magnético”, comenta Nascimento, quien se muestra optimista con relación a la calidad y la cantidad de datos sobre análogas solares obtenidos por el Corot y otros programas. “Durante los próximos 10 años”, calcula, “vamos a encontrar una estrella idéntica al Sol”.

Un horno estelar
Como toda estrella, el Sol es una inmensa esfera de plasma, un gas cargado eléctricamente. En su región central, el núcleo, la temperatura es de 15 millones de grados, y son 4,5 millones de toneladas de materia convertidos en energía por segundo. En la fotosfera, la capa que emite la mayor parte de la luz visible, la temperatura baja a alrededor de 5.000 grados. Los campos magnéticos ayudan a calentar la capa más baja de la atmósfera, la cromosfera, y la más alta, la corona, que está a 2 millones de grados y origina los vientos solares.

Artículo científico
RIBAS, I. et al. Evolution of the solar activity over time and effects on planetary atmospheres. ii. κ1 Ceti, an analog of the Sun when life arose on Earth. The Astrophysical Journal. v. 714. 1° may. 2010.

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