ASTROFÍSICA. LAS EXPLOSIONES ESTELARES. ÚLTIMOS ESTUDIOS

Los científicos estudian la causa de los altos niveles de energía de las superexplosiones estelares

 

 

Un estudio analiza 42 eventos de superexplosión en estrellas no muy lejanas -mucho más intensos que los observados recientemente en el Sol- y apunta al modelo teórico más consistente para describir el fenómeno

 

José Tadeu Arantes | Agência FAPESP – Este fin de semana se registraron intensas tormentas geomagnéticas, como resultado de erupciones solares detectadas por el Observatorio Solar de la NASA, la agencia espacial norteamericana. Además de producir auroras boreales y auroras australes, estas explosiones tienen el potencial de interrumpir las comunicaciones, la transmisión de energía eléctrica, la navegación y las operaciones de radio y satélites.

Fenómenos aún más intensos que los ocurridos recientemente en el Sol fueron estudiados en estrellas no tan distantes (Kepler-411 y Kepler-396) por investigadores del Centro de Radioastronomía y Astrofísica Mackenzie de la Universidad Presbiteriana Mackenzie, en Brasil, y de la Escuela de Física y Astronomía, de la Universidad de Glasgow, en Escocia. Se publicó un artículo sobre esto en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .

“Así como las explosiones solares tienen un impacto en la Tierra, las superexplosiones que fueron el foco de este estudio pueden afectar la atmósfera de los exoplanetas e impactar, entre otros factores, las condiciones para la formación o destrucción de una eventual vida microbiológica en estos planetas”, explica a Agência FAPESP Paulo Simões , profesor de la Universidade Presbiteriana Mackenzie y primer autor del artículo.

A pesar de que su principal objetivo es la búsqueda de exoplanetas, telescopios como el Telescopio Espacial Kepler y el Transiting Exoplanet Survey Satellite ( TESS ) han proporcionado una gran cantidad de datos sobre erupciones estelares , detectadas con una excelente fotometría de filtro de banda ancha en el rango de luz visible.

Como las estrellas están muy lejos, a través de los telescopios sólo se ven como puntos brillantes. Y los fenómenos interpretados como explosiones son aumentos repentinos de luminosidad en estos puntos.

También faltan datos en otras bandas del espectro electromagnético. Y la mayoría de los estudios sobre estos eventos se centran en la cuestión de la energía radiada: se han encontrado superexplosiones ( superflares ), con energías entre 100 y 10 mil veces mayores que las de las explosiones solares más energéticas. La pregunta es qué modelo explica mejor estos niveles de energía tan altos.

Hay dos modelos principales en comparación. La más aceptada considera la radiación de superexplosión como la emisión de un cuerpo negro a una temperatura de 10 mil Kelvin. El otro asocia el fenómeno a un proceso de ionización y recombinación de átomos de hidrógeno. El estudio en cuestión analizó ambos modelos. El grupo recibió apoyo de la FAPESP a través de tres proyectos ( 18/04055-8 , 21/02120-0 y 22/15700-7 ).

“Teniendo en cuenta los conocidos procesos de transferencia de energía en las llamaradas , sostenemos que el modelo de recombinación de hidrógeno es físicamente más plausible que el modelo de cuerpo negro para explicar el origen de la emisión óptica de banda ancha”, dice Simões.

Los investigadores compararon 37 eventos del sistema estelar Kepler-411 y cinco eventos de la estrella Kepler-396, utilizando ambos mecanismos de radiación. “Descubrimos que las estimaciones de la energía total de explosión basadas en el modelo de recombinación de hidrógeno son aproximadamente un orden de magnitud menores que los valores obtenidos de la radiación del cuerpo negro. Y se adaptan mejor a los procesos conocidos”, afirma Simões.

Estos procesos se describen a partir de explosiones solares. A pesar de muchas diferencias, las erupciones solares siguen alimentando los modelos en los que se basan las interpretaciones de las explosiones estelares. Después de todo, existe una gran cantidad de información acumulada sobre las erupciones solares, que fueron registradas, por primera vez, de forma independiente, por dos astrónomos ingleses, Richard Carrington y Richard Hodgson, el 1 de septiembre de 1859.

“Desde entonces, las erupciones solares se han observado como un intenso resplandor que dura desde segundos hasta horas, en diferentes longitudes de onda: radio, luz visible, ultravioleta y rayos X. Estas erupciones son uno de los fenómenos más energéticos de nuestro Sistema Solar y pueden ocurrir. afectan las operaciones de satélites, radiocomunicaciones, líneas de transmisión de energía, sistemas de navegación y operación de GPS, por nombrar algunos ejemplos”, informa Alexandre Araújo, estudiante de doctorado del Centro de Radioastronomía y Astrofísica Mackenzie, profesor de la Secretaría Municipal de Educación de São Paulo y coautor del artículo.

Las erupciones solares ocurren en regiones activas, asociadas con intensos campos magnéticos. La energía acumulada en los campos magnéticos de la corona solar, la parte más exterior del Sol, se libera repentinamente, calentando el plasma y acelerando partículas, como electrones y protones.

“Debido a que tienen una masa menor, los electrones pueden acelerarse a fracciones considerables de la velocidad de la luz, normalmente hasta un 30%, pero a veces alcanzan valores mayores. Las partículas aceleradas viajan a lo largo de las líneas del campo magnético: algunas son lanzadas al espacio interplanetario, mientras que otras viajan en dirección opuesta, hacia la cromosfera, situada debajo de la corona, donde choca con el plasma de alta densidad y transfiere su energía al ambiente. El exceso de energía calienta el plasma local, provocando la ionización y excitación de los átomos y, en consecuencia, la producción de radiación, que detectamos con telescopios terrestres y espaciales”, describe Simões.

Desde la década de 1960, numerosos estudios observacionales y teóricos han intentado explicar la generación de exceso de luz visible provocada por las explosiones, pero aún no existe una solución definitiva. Estos estudios dieron lugar a las dos principales alternativas ya mencionadas: (1) el modelo de radiación del cuerpo negro provocada por el calentamiento en la fotosfera, una capa situada debajo de la cromosfera; (2) radiación por recombinación de hidrógeno en la propia cromosfera solar. Vale explicar que la recombinación ocurre cuando los protones y electrones del hidrógeno, separados por el proceso de ionización, se vuelven a unir formando átomos.

“La limitación del primer caso se puede resumir como una cuestión de transporte de energía: ninguno de los mecanismos de transporte de energía normalmente aceptados para las erupciones solares tiene la capacidad de entregar la energía necesaria a la fotosfera para provocar el calentamiento del plasma de una manera que explique las observaciones”. , argumenta Simões.

Y Araújo añade: “Los cálculos hechos en los años 1970 –confirmados posteriormente por simulaciones por ordenador– muestran que la mayoría de los electrones acelerados en las explosiones solares no pueden atravesar la cromosfera solar, alcanzando la fotosfera. Por lo tanto, el modelo de cuerpo negro para explicar la producción de luz blanca en las erupciones solares es incompatible con el principal proceso de transporte de energía aceptado para las erupciones solares”.

Los investigadores lamentan que el modelo de radiación de recombinación de hidrógeno, que es más consistente físicamente, aún no pueda confirmarse mediante observaciones. Su artículo aporta, en cualquier caso, un refuerzo al uso de este modelo, que ha sido descuidado en la mayoría de los estudios.

Se puede acceder al artículo Continuo de recombinación de hidrógeno como modelo radiativo para llamaradas ópticas estelares en: https://academic.oup.com/mnras/article/528/2/2562/7571558 .