Una solución a la paradoja de la edad de las gigantes rojas

Hacia el final de su vida, las estrellas de la secuencia principal, como el Sol, se convierten en gigantes rojas. La capa en la que fluye el plasma masivo transporta material caliente a la superficie y luego se expande al núcleo. De esta manera, el material nuclear puede alcanzar la superficie de La estrella - y permite una vista indirecta hacia el interior. Crédito: SAGE-group / MPS.

Un grupo de gigantes rojas descubiertas hace cuatro años parecen ser viejas y jovenes al mismo tiempo. Los científicos ahora prueban que son realmente viejos, como resultado de fusiones de estrellas.

Estrella durante la secuencia principal, gigante roja, enana blanca, en el transcurso de sus vidas útiles, que abarca millones o incluso miles de millones de años, son estrellas que atraviesan diferentes etapas de la evolución estelar; todas tienen una apariencia muy diferente. Sin embargo, las estrellas no revelan sus edades fácilmente, al menos no a primera vista. La duración de cada fase difiere demasiado de una estrella a otra. Sin embargo, con una mirada más profunda, los investigadores pueden reconstruir la historia de la vida de la estrella. Varios métodos ahora permiten determinar de manera fiable la edad de una estrella.

Pero hay casos difíciles: hace cuatro años, dos grupos de investigadores dirigidos por el Instituto Leibniz de Astrofísica y el Instituto Max Planck de Astronomía descubrieron de estrellas rojas gigantes que originaron confusión. Los resultados de diferentes mediciones de edad divergieron por un total de cuatro mil millones de años. "Las estrellas parecían ser viejas y jóvenes al mismo tiempo", la Dra. Saskia Hekker de MPS y la Universidad de Aarhus en Dinamarca, quien formaba parte de los dos equipos de descubrimiento en ese momento y que ahora es la primera autora del nuevo estudio, recuerda: "Esta aparente paradoja me ha intrigado desde entonces", agrega. Junto con su colega, la Dra. Jennifer A. Johnson de la Universidad Estatal de Ohio, ahora ha resuelto el misterio de algunas de estas estrellas. Ambos investigadores están convencidos de que las extrañas estrellas solo fingen su juventud.

El material de construcción de las gigantes rojas apunta a una antigüedad de más de 10 mil millones de años. Las estrellas contienen relativamente poco hierro, un elemento que en el curso de la evolución galáctica se produjo lentamente. Las estrellas viejas, por lo tanto, contienen poco hierro en comparación con otras sustancias como el magnesio, el silicio y el calcio, mientras que las estrellas jóvenes contienen más. Para determinar las relaciones de estos elementos, los científicos dividen la luz de la estrella respectiva en sus longitudes de onda individuales. En este llamado espectro, cada elemento encontrado dentro de la estrella deja una huella dactilar característica. Otro método de determinación de la edad analiza las oscilaciones de una estrella. Con los métodos de asteroseismología es posible deducir la masa de la estrella.

Como las temperaturas particularmente altas prevalecen dentro de las estrellas pesadas, su combustible se quema de forma relativamente rápida. Por lo tanto, las estrellas pesadas tienen una esperanza de vida mucho más corta que las de baja masa. Las gigantes rojas en cuestión resultaron ser verdaderos pesos pesados. El método de astrosismología por lo tanto produce edades de menos de 6 mil millones de años.

La nueva investigación ahora resuelve esta contradicción. Los investigadores pudieron demostrar que algunas de las estrellas miran hacia atrás a un pasado extremadamente lleno de acontecimientos. "Algunas de las estrellas misteriosas deben haberse fusionado con otras durante o después de su transformación en gigantes rojas", el Dr. Saskia Hekker resume los resultados. "Su gran masa no es una propiedad original y, por lo tanto, no es adecuada para la determinación de la edad", agrega. "Las estrellas son ciertamente viejas".

La clave de estos resultados fueron las cantidades de carbono, nitrógeno y oxígeno que se encuentran en la superficie de las estrellas. Estos elementos permiten una mirada indirecta en el interior estelar. Cuando las así llamadas estrellas de la secuencia principal, es decir, aquellas en la misma etapa de desarrollo que el Sol, se convierten en gigantes rojas hacia el final de su vida, su funcionamiento interno cambia: carbono, nitrógeno y oxígeno, que se forman en el núcleo, puede ser arrastrado hasta la superficie en enormes corrientes de plasma y luego puede ser detectado. Dependiendo de lo caliente qué sean, y por lo tanto masiva que sean, la estrella en cuestión, los elementos se pueden encontrar en diferentes proporciones.

En algunas de sus mediciones, los investigadores encontraron valores típicos para las estrellas de baja masa. "Antes de que se convirtieran en gigantes rojas, estas estrellas deben haber sido comparativamente ligeras", concluye la Dra. Jennifer Johnson de la Universidad Estatal de Ohio. "Su alta masa actual puede explicarse por el hecho de que siendo gigantas rojas se han fusionado con otras estrellas", argumenta.

La explicación no se aplica a todas las estrellas estudiadas. Para algunos, la alta masa determinada hace años por asteroseismology coincide bien con la presencia de carbono, nitrógeno y oxígeno en su superficie. "Estas estrellas podrían haberse fusionado con otras en una etapa más temprana del desarrollo antes de que el material nuclear se lanzara a la superficie", dice Hekker. Todavía está pendiente una explicación final.

El nuevo estudio también ofrece un nuevo enfoque a la pregunta de con qué frecuencia las estrellas chocan y se fusionan como resultado. Los gigantes rojas con un pasado tan turbulento podrían ahora ser rastreadas a través del método indirecto de la determinación de la edad.

Fuente: Max Planck Institute for Solar System Research,