Así como las buenas películas siempre tienen segundas partes, los buenos artículos científicos también las tienen. En este caso, nos referimos a un nuevo trabajo publicado recientemente por el Dr. Marcelo Miller Bertolami, investigador del IALP (CONICET-UNLP) y docente de la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas (FCAG-UNLP). Se trata de una continuación del artículo que comentamos hace poco en este portal.
En el primer trabajo, el Dr. Miller Bertolami explicaba, mediante un modelo simplificado que representa los procesos físicos esenciales (un “toy-model” o “modelo de juguete”), las razones por las cuales muchas estrellas se transformarán eventualmente en estrellas gigantes rojas. Las gigantes rojas son estrellas de gran tamaño, muy luminosas pero con temperaturas más bajas que el Sol en su superficie (razón por la cual se ven de color rojo). Después de mucho tiempo de evolución de manera estable (etapa en la cual se encuentra nuestro Sol), estas estrellas comenzarán su transformación en gigantes rojas.
En el nuevo artículo, el cual ha sido publicado en la reconocida revista científica “The Astrophysical Journal”, se ofrece la explicación de un fenómeno rápido y curioso que ocurre en las primeras etapas de la formación de gigantes rojas de baja masa (menos de dos veces la masa del Sol).
Las estrellas son enormes esferas de gas caliente, que emiten su energía debido a que, en su partes más internas, los núcleos de los átomos están tan comprimidos y agitados, que chocan unos contra otros pudiendo combinarse para formar núcleos atómicos más pesados. Por ejemplo, en las primeras etapas de vida de una estrella, los núcleos de los átomos de hidrógeno se combinan para formar núcleos de helio. Ese proceso, llamado fusión nuclear, genera enormes cantidades de energía durante mucho tiempo, dando origen al brillo que observamos en las estrellas.
Sin embargo, la cantidad de núcleos atómicos disponible en el interior estelar para fusionar no es inagotable. Al cabo de cientos y miles de millones de años, la paulatina reducción de núcleos atómicos capaces de combinarse, comienza a modificar la estructura interna en la estrella. Eso se traduce en cambios en el aspecto externo de la misma. Para estudiar estos cambios, los astrónomos usan los llamados “caminos evolutivos” (evolutionary tracks). Como se muestra en el gráfico central que ilustra esta nota, en el eje “x” de un diagrama se ubica la temperatura superficial de la estrella (la cual está íntimamente ligada al color predominante de su luz) y en el eje “y”, su luminosidad (es decir, la energía total que emite la estrella a través de su superficie en un segundo). De este modo, los cambios en el aspecto externo de una estrella (cuyas propiedades podríamos medir usando un telescopio y dispositivos apropiados) pueden seguirse paso a paso, como si fuera un “camino”. Así, si la superficie de la estrella se enfría, el camino se desvía hacia la derecha del diagrama. Si la estrella comienza a emitir más energía, el camino comienza a ascender hacia valores de mayor luminosidad. En la figura, el camino evolutivo de una estrella que se transforma en gigante roja se marca con una línea gruesa de color rojo.
Los astrónomos han dedicado mucho tiempo a estudiar los caminos evolutivos calculados mediante simulaciones por computadora. Sin embargo, hay algunos detalles curiosos en estos recorridos que todavía no se comprenden completamente. Una de esas peculiaridades ocurre cuando las estrellas pasan de ser estrellas como el Sol a ser estrellas gigantes rojas. Se trata de un pequeñísimo zigzag en el camino evolutivo en el cual la estrella, que se está volviendo más luminosa y más roja (moviéndose hacia arriba y la derecha del diagrama), vuelve sobre sus pasos momentáneamente, para luego retormar su inicial recorrido. ¡Un curioso capricho en la evolución! Este zigzag (mostrado en la figura) podría parecer pequeño e insignificante pero, sin embargo, produce efectos que pueden detectarse, especialmente cuando se observan poblaciones muy grandes de estrellas viejas. Por ejemplo, existen agrupaciones de estrellas muy numerosas y antiguas llamadas cúmulos globulares, que contienen muchas estrellas en las etapas evolutivas mencionadas (puntos negros en el diagrama). Debido al zigzag, puede detectarse, dentro del cúmulo globular, un exceso de estrellas con la luminosidad correspondiente a la posición del zigzag en el camino evolutivo (como lo muestra el histograma de la derecha). Eso confirma que esta peculiaridad no es un error en los cálculos computacionales, sino que ocurre verdaderamente en las estrellas reales.
Justamente, el trabajo de Marcelo Miller Bertolami se encarga de explicar los cambios físicos que tienen lugar durante ese peculiar zigzag. Usando el “modelo de juguete” o “toy-model” ya empleado en su trabajo anterior, Miller Bertolami pudo demostrar cómo la luminosidad de la estrella reacciona a los cambios que se producen en su interior durante esa etapa.
De esta manera, este aporte novedoso permite seguir muy de cerca las variaciones en las propiedades internas y externas de la estrella, mejorando la interpretación de la secuencia evolutiva completa durante la transformación una estrella como el Sol en una gigante roja. También, en este trabajo se destaca la importancia del uso de modelos simplificados (toy-model) para explicar detalles extremadamente complejos obtenidos mediante simulaciones realizadas por computadora.
Título del artículo: “A Red Giants’ Toy Story II: Understanding the Red-Giant Branch Bump”
Autor: Marcelo Miller Bertolami (IALP-Conicet, FCAG-UNLP)
Enlace al artículo (descarga gratuita): https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/acac8a