Un estudio pionero ha revelado que las estrellas frías con fuertes campos magnéticos generan potentes vientos estelares, información clave para evaluar la habitabilidad de los sistemas exoplanetarios. Un estudio dirigido por científicos del Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam (AIP) ha utilizado simulaciones numéricas de última generación para describir sistemáticamente por primera vez las propiedades de los vientos estelares en una muestra de estrellas frías. Descubrieron que las estrellas con campos magnéticos más fuertes producen vientos más fuertes. Estos vientos crean condiciones desfavorables para que la atmósfera del planeta sobreviva, afectando así la habitabilidad de estos sistemas.
El Sol es una de las estrellas más abundantes del universo y se la conoce como "estrella fría". Estas estrellas se dividen en cuatro categorías (tipos F, G, K y M), que varían en tamaño, temperatura y brillo. Las estrellas que son más brillantes y más grandes que el Sol pertenecen a la categoría F, mientras que las estrellas de categoría K son ligeramente más pequeñas y frías que el Sol. Las estrellas más pequeñas y débiles son las estrellas M, también conocidas como "enanas rojas" porque la mayor parte de la luz que emiten es roja.
Las observaciones satelitales han descubierto que, además de luz, el sol continúa liberando una corriente de partículas llamada viento solar. Estos vientos viajan a través del espacio interplanetario e interactúan con los planetas del sistema solar, incluida la Tierra. Las hermosas auroras cerca del Polo Norte y Sur son producidas por esta interacción. Sin embargo, estos vientos también pueden ser perjudiciales porque pueden erosionar atmósferas planetarias estables, como es el caso de Marte.
Si bien ya sabemos mucho sobre el viento solar, gracias en parte a misiones como Solar Orbiter, no ocurre lo mismo con otras estrellas frías. El problema es que no podemos ver estos vientos estelares directamente, por lo que sólo podemos estudiar su efecto sobre el gas fino en las cavidades entre las estrellas de la Vía Láctea. Sin embargo, este método tiene algunas limitaciones y sólo funciona para un pequeño número de estrellas. Esto ha llevado al uso de simulaciones y modelos por computadora para predecir diversas propiedades de los vientos estelares sin que los astrónomos los observen.
En este contexto, la estudiante de doctorado Judy Chebly, el científico Dr. Julián D. Alvarado-Gómez y la jefa de departamento, la profesora Katja Poppenhäger de la División de Física Estelar y Exoplanetas del AIP, en colaboración con Cecilia Garraffo de la Universidad de Harvard y el Centro Smithsonian de Astrofísica, realizaron el primer estudio sistemático de las propiedades esperadas del viento estelar de las estrellas F, G, K y M.
Para ello, realizaron simulaciones numéricas utilizando uno de los modelos más complejos disponibles actualmente, impulsado por la distribución observada del campo magnético a gran escala de 21 estrellas. Las simulaciones se realizaron en las instalaciones de supercomputación de AIP y Leibniz Rechenzentrum (LRZ).
El equipo estudió cómo las propiedades de una estrella, como la gravedad, la intensidad del campo magnético y el período de rotación, afectan las características de velocidad o densidad del viento. Los resultados incluyen una descripción completa de las propiedades del viento estelar de diferentes tipos espectrales, una de las cuales demuestra la necesidad de revisar suposiciones previas sobre las velocidades del viento estelar al estimar tasas de pérdida de masa relevantes a partir de las observaciones.
Además, las simulaciones pueden predecir el tamaño esperado de la superficie de Alverwin, el límite entre la corona de la estrella y el viento estelar. Esta información será fundamental para determinar si los sistemas planetarios se ven afectados por fuertes interacciones magnetar-planeta, que ocurren cuando un planeta orbita o queda completamente incrustado en la superficie Alverwin de su estrella anfitriona.
Impacto en los sistemas planetarios.
Sus resultados muestran que las estrellas con campos magnéticos mayores que los del Sol tienen vientos más rápidos. En algunos casos, la velocidad del viento estelar puede ser hasta cinco veces más rápida que la velocidad promedio del viento solar, que suele ser de 450 kilómetros por segundo. El estudio evaluó la velocidad con la que estas estrellas tienen vientos en la llamada "zona habitable". La "zona habitable" se define como la distancia orbital a la que los exoplanetas rocosos podrían mantener agua líquida en sus superficies si tuvieran una presión atmosférica similar a la de la Tierra. Descubrieron que el ambiente alrededor de las estrellas de tipo F y G es relativamente templado, comparable al ambiente de la Tierra alrededor de los soles de tipo G, mientras que el ambiente de viento alrededor de las estrellas de tipo K y M es cada vez más severo. Este fuerte viento estelar tiene una fuerte influencia en la atmósfera que pueda tener un planeta.
Este fenómeno está bien documentado en heliofísica entre planetas rocosos y el Sol, pero no en sistemas exoplanetarios. Esto requiere estimaciones de los vientos estelares para evaluar procesos similares a los que vemos entre el viento solar y las atmósferas planetarias. La información sobre los vientos estelares de las estrellas de la secuencia principal F a M era desconocida hasta ahora, por lo que este estudio es importante en términos de habitabilidad.
El trabajo presentado en este artículo se realizó en 21 estrellas, pero los resultados son lo suficientemente generales como para aplicarlos a otras estrellas frías de la secuencia principal. Esta investigación allana el camino para futuros estudios sobre las observaciones de los vientos estelares y su impacto en la erosión de la atmósfera planetaria.
Referencia: "Numerical Quantification of Cold Main Sequence Stellar Wind Properties", autor: Judy J Chebly, Julián D Alvarado-Gómez, Katja Poppenhäger y Cecilia Garraffo, 19 de julio de 2023, "Monthly Notices of the Royal Astronomical Society".
DOI:10.1093/mnras/stad2100
Fuente compilada: ScitechDaily