De los latidos de las estrellas y su corazón magnético

Rafael A. García / 18-11-2010

La estrella central del Sistema Solar, el Sol, es la fuente de vida de nuestro planeta. Para los físicos estelares es, además, la piedra angular en la que basan sus estudios de evolución estelar. Gracias a su proximidad, es factible observar su superficie con precisión sin igual en otras estrellas y ver su evolución con el transcurso del tiempo, al menos a escala humana, esto es, durante unas decenas de años. Desde los tiempos de la antigua China, y más señaladamente desde Galileo, la superficie visible del Sol ha atraído la mirada de muchos estudiosos debido a la presencia de manchas solares, cuya abundancia varía a lo largo de un ciclo de unos once años.

Las manchas solares son una manifestación externa del magnetismo presente en el interior de nuestra estrella. Durante los máximos de actividad del Sol, está plagado de ellas, mientras que en los mínimos posee una superficie homogénea. Nos interesa comprender el origen de sus ciclos de actividad, para, algún día, poder predecirlos, tal y como hoy hacemos con la meteorología terrestre. Necesitamos hacerlo porque cada vez vivimos más supeditados a la tecnología y una intensa actividad solar es una amenaza para ella: nuestra estrella emite muchas más partículas al espacio, que pueden afectar a los instrumentos, principalmente a los satélites, y trastornar las comunicaciones y emisiones de televisión vía satélite así como los sistemas de navegación GPS. En ocasiones, al estar cargadas eléctricamente, generan tormentas geomagnéticas que si alcanzan la superficie de la Tierra pueden sobrecargar la red eléctrica. En 1989 una de estas tormentas solares dejó sin luz a una gran parte de los tres millones de habitantes de la región de Quebec (Canadá) durante más de nueve horas. Diversos satélites meteorológicos y de comunicaciones no funcionaron durante unas horas y el transbordador Discovery sufrió lecturas erróneas en algunos de sus sensores, que se repararon por sí solos una vez pasada la tormenta.

El gran problema existente para comprender la actividad en el Sol es que los instrumentos habituales de medida no pueden atravesar la superficie solar y ver lo que ocurre en las capas más profundas. Tal y como ya decía Sir Arthur Eddington en su tratado sobre la constitución interna de las estrellas publicado en 1926:

“Nuestros telescopios pueden estudiar regiones cada vez más profundas del espacio, pero ¿cómo podemos obtener un mayor conocimiento de lo que hay detrás de ciertas barreras sustanciales? A primera vista parecería que el interior del Sol y de las estrellas es menos accesible a la investigación científica que cualquier otra región del Universo. ¿Qué tipo de instrumentación podrá atravesar las capas externas de las estrellas y estudiar las condiciones de su interior?”.

La respuesta llegó de la mano de la Sismología Solar y Estelar, que comenzó su camino a finales de los años sesenta y alcanzó, en el caso solar, su máximo esplendor en los años ochenta, noventa y comienzo del siglo XXI. Aplicando los mismos principios que se emplean para estudiar la corteza terrestre a partir de las ondas sísmicas, los heliosismólogos no han sido capaces de “ver”, sino de “escuchar” el interior solar.

En realidad, todos usamos conceptos de la sismología en la vida diaria. Sin ir más lejos, para saber si una caja esta llena o vacía no necesitamos abrirla, según cómo suene al golpearla conoceremos si hay algo dentro de ella. Cada objeto emite un sonido particular en función de sus características físicas (forma, tamaño…), así como del material que lo compone. Por ejemplo, no suenan igual un violín, una viola o un violón. Su principal diferencia es el tamaño, que provoca que el violín tenga un sonido más agudo que una viola o que el violón, que es el más grande y por tanto el que suena más grave de los tres.

Estudiando las ondas que se propagan en el interior del Sol somos pues capaces de deducir su estructura y dinámica internas. Sin embargo, aún nos falta mucho para comprender en detalle el magnetismo solar, sus ciclos y los mecanismos de dínamo que los originan. ¿Cómo podríamos lograrlo? Aunque parezca sorprendente, para progresar en el conocimiento de la física que gobierna estos procesos magnéticos, hay que observar otras estrellas más lejanas, aunque las medidas obtenidas no sean tan precisas como en el caso del Sol. El fin es aprender cómo se desarrollan esos fenómenos en condiciones distintas a las solares.

Hagamos una analogía sencilla para entender mejor este modo de proceder. Imaginemos que unos seres extraterrestres quieren conocer mejor la raza humana. Podrían llevar a un ser humano a su nave y hacerle infinidad de pruebas. De esta forma sabrían muchísimas cosas sobre nuestra fisionomía, fisiología, etc. Sin embargo estarían limitados a un color de piel, un sexo y una edad, las del espécimen elegido. Nunca podrían deducir la evolución del hombre, desconocerían cómo nacemos, llegamos a la edad adulta o envejecemos. Pero en cambio si se dedicaran a sacar fotos de la Tierra obtendrían una idea clara de la diversidad humana reinante. Tendrían imágenes de ancianos y jóvenes, mujeres y hombres, niños y niñas, blancos y negros… La información sobre un individuo sería menor que en el primer caso pero dispondrían de una visión global del ser humano y cómo cambia a lo largo de la vida.

Pues bien, esto es lo que tratamos de hacer al estudiar el magnetismo en estrellas parecidas al Sol. Utilizamos para ello los datos obtenidos con el satélite CoRoT (Convección, Rotación y Tránsitos Planetarios), dedicado al estudio astrosismológico de la estructura interna de estrellas brillantes y a la búsqueda de planetas extrasolares.

Una de esas estrellas es HD49933. Está situada en la constelación del Unicornio a unos 100 años luz de distancia y es aproximadamente un 20% más pesada y un 34% más grande que el Sol. CoRoT recibió su tenue luz durante dos periodos de observación: de 60 días en el año 2007 y de 137 días en el año 2008. Se realizó el análisis astrosismológico de las fluctuaciones de su radiación, lo que permitió caracterizar el espectro de oscilaciones de HD49933 y así poder comparar la evolución en el tiempo de las propiedades de sus modos de oscilación (el equivalente a las notas de un instrumento musical). Curiosamente, descubrimos la presencia de una modulación de origen magnético de algo más de 120 días similar a la que encontramos en el Sol. De hecho, pudimos incluso establecer la existencia de manchas en la superficie de la estrella utilizando métodos indirectos. Gracias a esto, pudimos determinar que en ciertos momentos la superficie de HD49933 estaba en calma y en otros cubierta por manchas.

Este hallazgo abre la puerta a la investigación de otros muchos ciclos estelares en los que además se podrá conocer la estructura interna del astro en cuestión gracias a la Astrosismología. Esto servirá para entender mejor los procesos físicos que gobiernan la dinámica de los ciclos magnéticos en estrellas de tipo solar. Hasta ahora sólo disponíamos de un único ejemplo: el Sol. En el marco de la búsqueda de vida extraterrestre, la descripción de la actividad de estrellas con planetas es necesaria porque las condiciones magnéticas en la superficie estelar pueden influir en la zona de habitabilidad, llamada así porque los planetas que se encuentran en ella podrían albergar vida en condiciones similares a la de la Tierra.

El futuro de este tipo de investigaciones es más que prometedor gracias a las observaciones del satélite americano Kepler, lanzado el 7 de marzo de 2009, que tiene previsto realizar medidas astrosismológicas en unas 100 estrellas de tipo solar durante un periodo inicial de tres años y medio que podría ampliarse a más de seis. Medirá en dichas estrellas ciclos magnéticos comparables al solar de periodos más largos que el detectado en HD49933. Las informaciones recogidas permitirán mejorar nuestro conocimiento en este campo. Esto no ha hecho más que comenzar.

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El autor

Rafael A. García es Doctor en Físicas, especialidad Astrofísica por la Universidad de La Laguna. Científico del Servicio de Astrofísica del CEA/Saclay (Francia), destaca su participación en los instrumentos espaciales GOLF/SoHO, CoRoT y Kepler.

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