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¿Cómo se determina la edad de las estrellas? megapost

Bienvenidos a mi post:

La respuesta corta es que nuestro Sol es la única estrella de la que sabemos con absoluta precisión su edad, fijada en 4,570 millones de años mediante datación radiactiva de meteoritos y métodos heliosísmicos

Para el resto de estrellas, todos los métodos son bastante aproximados, a menos que formen parte de un cluster (agrupaciones de cientos a millones de estrellas, más pequeñas que galaxias), en cuyo caso sí existen métodos relativamente precisos como el que se explica a continuación.

El diagrama Hertzsprung-Russell (HR)

Dependiendo de la masa inicial de una estrella cuando se formó y de su edad, pueden aparecer en muy distintas formas, desde enanas blancas o enanas rojas (las dos fotos de abajo), hasta estrellas gigantes:



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(Sirio y CHXR 73, Telescopio Hubble. Créditos: NASA, ESA, K. Luhman)

Dos de las propiedades directamente observables más importantes de una estrella son su color (directamente relacionado con su temperatura), y su luminosidad (la cantidad de energía que emite en forma de ondas electromagnéticas).

A principios del S.XX, Hertzsprung y Russell llegaron de forma independiente al descubrimiento de que si se dibujan el color y la luminosidad de un grupo de estrellas en una gráfica, lo que se obtiene no es una distribución al azar, sino que aparecen estructuras bien definidas. Este gráfico se llama diagrama HR en honor a sus descubridores, y como se puede ver clasifica las estrellas en tipos según la posición que ocupen en el gráfico:

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Una de las partes más interesantes es la banda diagonal, donde están las estrellas que se hayan en su secuencia principal. De hecho, la posición de las estrellas en esta diagonal está relacionada con la antigüedad de todas las estrellas en el cluster, que se supone se crearon todas a la vez (en realidad, hay observaciones recientes que indican que esto no siempre es así).

Que la mayoría de estrellas caigan en esta diagonal no es casualidad: se debe al hecho de que el diagrama HR muestra en qué fase de la evolución estelar se encuentra cada estrella, y el 90% de la vida de una estrella suele pasarse en la secuencia principal.

El siguiente gráfico esquematiza esta evolución, desde el colapso de protoestrellas (trayectorias azules), pasando a la diagonal principal donde irá subiendo hacia arriba y la izquierda mientras aumenta su temperatura al ir agotando su combustible nuclear (línea verde) para finalmente salirse de la diagonal al comenzar su expansión al final de la vida:

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Por lo tanto, el diagrama HR no es algo estático, sino que evoluciona con la edad de un cluster estelar. Mediante simulaciones por ordenador y modelos físicos se puede deducir la apariencia del diagrama a lo largo de los millones de años que hayan pasado desde la creación del cluster, y es mediante la comparación de estos modelos teóricos con las observaciones como se puede deducir la edad de un cluster, con incertidumbres en el rango del 10% al 20%.

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Un grupo de astrónomos consiguió demostrar que puede calcular la edad exacta de una estrella por su velocidad de rotación.

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Ya se sabía que las estrellas se ponen más lentas con el paso del tiempo, pero hasta hace poco no era posible apoyar esa tesis con datos exactos.

Ahora, por primera vez, un equipo estadounidense midió la velocidad de rotación de estrellas que tienen más de mil millones de años.

Se trata de algo que resuelve un desafío de larga data, permitiendo a los astrónomos calcular su edad con un margen de error inferior al 10%.

El estudio fue presentado en Seattle, EE.UU., en una reunión de la Sociedad Astronómica de EE.UU. y también aparece publicado en la revista Nature.

Cierre de una brecha

Image caption El equipo utilizó imagénes del telescopio espacial Kepler para su estudio.

Determinar la edad de las estrellas es una cuestión fundamental en astronomía, al igual que la datación de fósiles es crucial para estudiar la evolución.

Este método se aplica a estrellas “frías” del tamaño del Sol o más pequeñas. Estas estrellas son las más comunes en nuestra galaxia y tienen también una larga vida.

“Actúan como postes de luz, iluminando incluso las partes más viejas de nuestra galaxia”, señaló Soren Meiborn, doctor del Centro para Astrofísica Harvard-Smithsonian, autor principal del estudio,

Esas “estrellas frías” también albergan la gran mayoría de planetas similares a la Tierra que se han observado a la distancia.

Y, al igual que el Sol, la mayoría de sus propiedades como tamaño, masa, luminosidad y temperatura, se mantienen más o menos igual durante la mayor parte de su vida.

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Es relativamente fácil calcular la edad de estrellas jóvenes gracias a sus grandes manchas solares.

Esto hace que determinar la edad de una estrella sea definitivamente complicado.

La solución de medir la rotación fue propuesta por primera vez en la década de los 70 del pasado siglo y fue denominada como “girocronología” en 2003.

“Una estrella fría se mueve muy rápidamente cuando es joven, pero al igual que un trompo sobre una mesa se va poniendo más lenta al pasar el tiempo”, indicó Meibom.

Pero es difícil ver la rotación de una estrella. Para la medición, los astrónomos usan manchas solares que recorren su superficie, moviéndose según gira el astro y que sólo disminuyen su brillo en menos de un 1%.

Las estrellas viejas son especialmente problemáticas porque tienen menos manchas y son más pequeñas.

El equipo de Meibom utilizó imagénes del telescopio espacial Kepler que ha estado siguiendo el trayecto de la Tierra alrededor del Sol desde 2009.

Los investigadores lograron medir la velocidad de rotación de 30 estrellas en un cúmulo que, se sabe, tiene más de 2.500 millones de años.

Este cúmulo, conocido como NGC 6819, tapa lo que Meiborn llamó un “hoyo de cuatro mil millones de años” en nuestro conocimiento de la rotación estelar.

Reloj a medio terminar

Antes de la misión Kepler, sólo se contaba con información de estrellas muy frías en racimos muy jóvenes, todos de menos de 0,6 mil millones de años y con una rotación bastante rápida (cerca de una vez a la semana).

En 2011, el equipo de Meibom utilizó las imágenes de Kepler para dar reportes sobre un cúmulo distinto, el NGC 6811 de mil millones de años. Sus estrellas frías rotan aproximadamente una vez cada 10 días.

Pero más alla de eso, a la única estrella que se le conocía la edad y rotación era el Sol, de 4.600 mil millones de edad y un período de rotación de 26 días.

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Las estrellas viejas como el Sol son especialmente problemáticas porque tienen menos manchas y son más pequeñas.

“La construcción del reloj astronómico de la estrella fría estaba suspendida”, dijo Meibom.

Ahora el reloj luce bien y se sabe que las estrellas semejantes al Sol en el cúmulo recién estudiado rotan cada 18 días.

El experto agregó que se trata de un gran avance sobre otros método para calcular la edad de las estrellas donde el margen de errar, en el caso de estrellas frías, puede alcanzar el 100%.

Ruth Angus, un estudiante de doctorado que está investigando la girocronología en la Universidad de Oxford, Reino Unido, destacó la importancia de los resultados.

“Lentamente se ha ido acumulando evidencia de que muchas estrellas parecen seguir este patrón.

“Este cúmulo ciertamente nos ayudará a entender lo buena que puede ser la girocronología como método y su validez”.

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