Un modelo de la NASA describe una estrella cercana parecida al Sol en su juventud

Una nueva investigación dirigida por la NASA proporciona un análisis de una estrella cercana que se cree que se parece a cómo fue nuestro Sol anteriormente. El trabajo permite comprender mejor a los científicos cómo pudo haber sido nuestro Sol cuando era más joven y cómo pudo haber dado forma a la atmósfera de nuestro planeta y al desarrollo de la vida en la Tierra.

Muchas personas sueñan con encontrarse con una versión más joven de sí mismas para intercambiar consejos, identificar los orígenes de sus rasgos definitorios y compartir esperanzas para el futuro. Con 4.650 millones de años, nuestro Sol es una estrella de mediana edad. Los científicos, a menudo, sienten curiosidad por saber exactamente qué propiedades tenía nuestro Sol, en sus años más jóvenes, que permitieron sustentar la vida en la Tierra.

Vista del Sol desde el Extreme ultraviolet Imaging Telescope en el Solar and Heliospheric Observatory, o SOHO, de la ESA/NASA.
Créditos: ESA/NASA.

Sin una máquina del tiempo para transportar a los científicos miles de millones de años atrás, rastrear la actividad inicial de nuestra estrella puede parecer una hazaña imposible. Afortunadamente, en la galaxia de la Vía Láctea, el segmento brillante y en espiral del universo donde se encuentra nuestro sistema solar, hay más de 100 mil millones de estrellas. Una de cada diez comparte características con nuestro Sol, y muchas se encuentran en las primeras etapas de desarrollo.

“Imagínese que quiero reproducir una foto de un bebé de un adulto cuando tenía uno o dos años, y todas sus fotos se borraron o se perdieron. Miraría una foto de él y las fotos de sus parientes cercanos con esa edad y, a partir de ahí, reconstruiría la foto del bebé”, dijo Vladimir Airapetian, astrofísico principal de la Heliophysics Division del Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, y primer autor del nuevo estudio. “Ese es el tipo de proceso que estamos siguiendo aquí: observar las características de una estrella joven similar a la nuestra, para comprender mejor cómo era nuestra propia estrella en su juventud y qué le permitió fomentar la vida en uno de sus planetas cercanos”.

Kappa 1 Ceti es uno de esos análogos solares. La estrella se encuentra a unos 30 años luz de distancia (en términos espaciales, sería como un vecino que vive en la calle contigua) y se estima que tiene entre 600 y 750 millones de años, aproximadamente la misma edad que tenía nuestro Sol cuando se desarrolló la vida en la tierra.

También tiene una masa y una temperatura de superficie similares a las de nuestro Sol, dijo el segundo autor del estudio, Meng Jin, heliofísico del Instituto SETI y del Lockheed Martin Solar and Astrophysics Laboratory en California. Todos esos factores hacen de Kappa 1 Ceti un “gemelo” de nuestro Sol en el momento en que surgió la vida en la Tierra, y un importante objetivo de estudio. Airapetian, Jin y varios colegas, han adaptado un modelo solar existente para predecir algunas de las características más importantes, aunque difíciles de medir, de Kappa 1 Ceti. El modelo se basa en la entrada de datos de una variedad de misiones espaciales, incluido el telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA, el Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA y las misiones NICER, y el XMM-Newton de la ESA. El equipo publicó su estudio en The Astrophysical Journal.

El poder de las estrellas

Al igual que los niños humanos, los niños las estrellas son conocidos por sus ráfagas de energía y actividad. Para las estrellas, una forma en que se libera esta energía acumulada, es el viento estelar.

Los vientos estelares, como las propias estrellas, se componen principalmente de un gas supercaliente conocido como plasma, creado cuando las partículas de un gas se han dividido en iones cargados positivamente y electrones cargados negativamente. El plasma más energético, con la ayuda del campo magnético de una estrella, puede dispararse desde la corona (la parte más externa y más caliente de la atmósfera de una estrella) en una erupción, o fluir de manera más constante hacia los planetas cercanos como viento estelar. “El viento estelar fluye continuamente desde una estrella hacia sus planetas cercanos, lo que influye en los entornos de esos planetas”, dijo Jin.

Las estrellas más jóvenes tienden a generar vientos estelares más calientes y vigorosos y erupciones de plasma más poderosas que las estrellas más viejas. Dichos estallidos pueden afectar a la atmósfera y a la química de los planetas cercanos, y posiblemente incluso catalizar el desarrollo de material orgánico (los componentes básicos de la vida) en esos planetas. El viento estelar puede tener un impacto significativo en cualquier etapa de la vida en los planetas. Pero los vientos estelares fuertes y altamente densos de las estrellas jóvenes, pueden comprimir los escudos magnéticos protectores de los planetas circundantes, haciéndolos aún más susceptibles a los efectos de las partículas cargadas.

Concepto artístico de una eyección de masa coronal que golpea la débil magnetosfera de la Tierra en sus inicios.
Créditos: NASA/GSFC/CIL.

Nuestro Sol es un ejemplo perfecto. Durante su niñez, nuestro Sol probablemente giraba tres veces más rápido que en la actualidad, tenía un campo magnético más fuerte y lanzaba con más intensidad partículas y radiación de alta energía. Hoy en día, los espectadores más afortunados, pueden observar el impacto de estas partículas cerca de los polos del planeta, en forma de auroras boreales y australes. Airapetian dice que hace 4 mil millones de años, el impacto del viento de nuestro Sol provocaría estas espectaculares luces y probablemente fueran visibles desde muchos más lugares del planeta.

Ese alto nivel de actividad en las primeras etapas de nuestro Sol puede haber hecho retroceder la magnetosfera de la Tierra y haber proporcionado al planeta la química atmosférica adecuada para la formación de moléculas biológicas.

Procesos similares podrían estar desarrollándose en sistemas estelares de nuestra galaxia y universo. “Mi sueño es encontrar un exoplaneta rocoso en la etapa en la que se encontraba nuestro planeta hace más de 4 mil millones de años, siendo moldeado por su estrella joven y activa y casi listo para albergar vida”, dijo Airapetian. “Comprender cómo era nuestro Sol justo cuando la vida comenzaba a desarrollarse en la Tierra nos ayudará a refinar nuestra búsqueda de estrellas con exoplanetas que puedan albergar vida”.

Un gemelo solar

Aunque los análogos solares pueden ayudar a echar un vistazo al pasado del Sol, el tiempo no es el único factor que interviene, también está la distancia.

Tenemos instrumentos capaces de medir con precisión el viento estelar de nuestro propio Sol, llamado viento solar. Sin embargo, todavía no es posible observar directamente el viento estelar de otras estrellas de nuestra galaxia, como Kappa 1 Ceti, porque están demasiado lejos.

Cuando los científicos desean estudiar un evento o fenómeno que no pueden observar directamente, se crean modelos científicos. Los modelos son representaciones o predicciones del objeto de estudio, construidas sobre datos científicos existentes. “Si bien los científicos han modelado previamente el viento estelar de esta estrella”, dijo Airapetian, “usaron supuestos más simplificados”.

La base del nuevo modelo de Kappa 1 Ceti de Airapetian, Jin y sus colegas es el Alfvén Wave Solar Model, es el modelado del clima espacial desarrollado por la Universidad de Michigan. El modelo funciona introduciendo información conocida sobre una estrella, incluido su campo magnético y los datos de la línea de emisión ultravioleta, para predecir la actividad del viento estelar. El modelo se ha probado en nuestro Sol, se ha validado y cotejado con los datos observados para verificar que sus predicciones son precisas.

“Es capaz de modelar los vientos y la corona de nuestra estrella con alta fidelidad”, dijo Jin. “Y es un modelo que también podemos usar en otras estrellas para predecir su viento estelar y así investigar la habitabilidad. Eso es lo que hicimos aquí”. Estudios anteriores se han basado en datos recopilados por el Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) y el Telescopio espacial Hubble (HST) para identificar a Kappa 1 Ceti como un proxy solar joven y recopilar las entradas necesarias para el modelo, como el campo magnético y el ultravioleta, y datos de la línea de emisión.

“Todos los modelos necesitan información para obtener resultados”, dijo Airapetian. “Para obtener resultados útiles y precisos, la entrada debe tener datos sólidos, idealmente de múltiples fuentes a lo largo del tiempo. Tenemos todos esos datos de Kappa 1 Ceti, pero realmente los sintetizamos en este modelo predictivo para superar los estudios previos puramente observacionales de la estrella”.

Airapetian compara el modelo de su equipo con el informe de un médico. Para tener una idea completa de cómo está un paciente, es probable que un médico hable con el paciente, recopile marcadores como la frecuencia cardíaca y la temperatura y, si es necesario, realice varias pruebas más especializadas, como un análisis de sangre o una ecografía. Es probable que formulen una evaluación precisa del bienestar del paciente con una combinación de estas métricas, no solo una. De manera similar, al utilizar muchos datos sobre Kappa 1 Ceti recopilados de diferentes misiones espaciales, los científicos pueden predecir mejor su corona y el viento estelar. Debido a que el viento estelar puede afectar el escudo magnético de un planeta cercano, esto juega un papel importante en la habitabilidad. El equipo también está trabajando en otro proyecto, observando más de cerca las partículas que pueden haber surgido de las primeras erupciones solares, así como la química prebiótica en la Tierra.

El pasado de nuestro sol, escrito en las estrellas

Los investigadores esperan usar su modelo para estudiar los entornos de otras estrellas similares al Sol en varias etapas de la vida.

Específicamente, tienen los ojos puestos en la estrella infantil EK Dra, a 111 años luz de distancia y con solo 100 millones de años, que probablemente gira tres veces más rápido y eyecta más llamaradas y plasma que Kappa 1 Ceti. Documentar cómo estas estrellas similares de varias edades se diferencian entre sí, ayudará a caracterizar la trayectoria típica de la vida de una estrella.

Su trabajo, dijo Airapetian, se trata de “mirar nuestro propio Sol, su pasado y su posible futuro, a través de la lente de otras estrellas”.

Más información sobre la tormentosa juventud de nuestro Sol, en este video donde se muestra cómo la energía de nuestro joven Sol, hace 4 mil millones de años, ayudó a crear moléculas en la atmósfera de la Tierra, lo que le permitió calentarse lo suficiente como para incubar la vida.

Noticia original (en inglés)

Edición: R. Castro.