enano Rojo

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En astronomía , una enana roja (o estrella MV) es una estrella pequeña y relativamente fría ( T eff ≤ 3500 K ), de tipo espectral M (tinción fotosférica en amarillo anaranjado intenso medio), colocada en la secuencia principal del Hertzsprung- Diagrama de Russell .

Este es el tipo de estrella más extendido en el universo : las enanas rojas constituyen al menos el 67,5% de todas las estrellas presentes en la Vía Láctea [1] y estudios recientes indican que pueden llegar al 80% [2] . Tienen masas entre 0,4 y 0,08 masas solares , que es el límite mínimo para que una estrella se llame así: por debajo de este límite, de hecho, las condiciones de temperatura y presión no se crean para desencadenar las reacciones de fusión de la estrella. Hidrógeno en helio . Por debajo de este límite de masa se encuentran las enanas marrones , objetos que poseen una masa demasiado pequeña para llevar a cabo una fusión nuclear, pero aún significativamente mayor que la de un planeta. [1]

Características


Se cree que las enanas rojas, dada su abundancia en nuestra galaxia (o al menos en la vecindad del Sol ), son el tipo de estrella más extendido en el universo . [1] Proxima Centauri , la estrella más cercana al sistema solar , es una enana roja (clase M5, magnitud aparente 11.05), al igual que veinte de las treinta estrellas más cercanas a la Tierra . Sin embargo, debido a su baja luminosidad , las enanas rojas individuales no son fácilmente observables, tanto que son completamente invisibles a simple vista [3] . Incluso en las proximidades del Sol, hasta ahora no se han descubierto todas las enanas rojas.

Las enanas rojas son estrellas con poca masa , generalmente no más del 40% de la masa de nuestra estrella, el Sol. [4] Como resultado, poseen temperaturas nucleares relativamente bajas, lo suficiente como para tener lugar debido a la fusión de hidrógeno en helio a través de la cadena protón-protón . Por esta razón, las enanas rojas emiten una cantidad débil de luz , a menudo menos de una diezmilésima parte de la cantidad de radiación emitida por el Sol; incluso las enanas rojas más grandes tienen un máximo del 10% de la luminosidad solar . [5]

En general, las enanas rojas transportan la energía producida en el núcleo a la superficie mediante movimientos convectivos . La convección es de hecho una ventaja sobre otros métodos de transporte de energía (como la conducción o la radiación ) debido a la opacidad de las capas internas de la estrella, que tienen una densidad relativamente alta para esa temperatura. [6]

La duración de la secuencia principal de una enana roja en comparación con su propia masa en relación con la masa solar.[7]

Por tanto, dado que las enanas rojas son completamente convectivas, el helio no se acumula inmediatamente en un núcleo inerte y por tanto, en comparación con otras estrellas más masivas, como el Sol, derriten una cantidad proporcionalmente mayor de hidrógeno antes de salir de la secuencia principal . Como resultado, la duración del ciclo de vida de una enana roja sería muy superior a la " edad del universo" ; por lo tanto, las estrellas con masas inferiores a 0,8 M ☉ aún no han tenido tiempo de abandonar la secuencia principal.[7] De hecho, cuanto menor sea la masa de la enana roja, mayor será la duración de su ciclo de vida. Se cree que la duración de la evolución de una enana roja es mayor que la del Sol en un factor igual a la tercera o cuarta potencia de la relación entre la masa del Sol y la masa de la enana roja; por tanto, la secuencia principal de una enana roja de 0,1 M ☉ puede durar 10 mil millones (10 13 , 10 000 mil millones) de años. [4] [8] A medida que disminuye la cantidad de hidrógeno dentro de la estrella, la velocidad de las reacciones nucleares se ralentiza progresivamente a medida que el núcleo comienza a contraerse. La energía gravitacional generada por esta contracción se convierte en energía térmica , que se lleva a la superficie por convección. [9]

Impresión artística de una enana roja.

El hecho de que las enanas rojas y otras estrellas de masa pequeña o media (como las enanas naranjas o las enanas amarillas ) permanezcan en la secuencia principal mientras las estrellas más masivas continúan su evolución en la rama de gigantes nos permite estimar la edad de los cúmulos. determinación preliminar de la masa de estrellas individuales. Estas estimaciones también nos permiten fechar algunas estructuras de la Galaxia , como el halo o el plano galáctico .

Un misterio que aún no se ha resuelto se refiere a la ausencia de las enanas rojas pobres en metales (los elementos más pesados ​​que el hidrógeno y el helio). Los modelos físico-matemáticos desarrollados sobre la evolución cósmica sugieren que la primera generación de estrellas consistió solo en hidrógeno, helio y trazas de litio (elementos producidos en la nucleosíntesis primordial ). Si hubiera habido enanas rojas entre estas estrellas primitivas, todavía serían observables hoy; sin embargo, ninguno de ellos ha sido identificado todavía. Una posible explicación de esta carencia es que en tales condiciones de abundancia de elementos solo podrían desarrollarse estrellas muy masivas, las llamadas estrellas de población III , que quemaron sus reservas de hidrógeno muy rápidamente, liberando, tras su finalización, los elementos pesados ​​que permitían el formación de los primeros enanos. Explicaciones alternativas, como la que haría que las enanas rojas pobres en metales fueran mucho más débiles y raras desde el punto de vista numérico, se consideran mucho menos probables, ya que parecen ir en contra de los modelos de evolución estelar. [10]

El espectro de una enana roja clase M6 V.

Evolución posterior a la secuencia principal

Icono de lupa mgx2.svg El mismo tema en detalle: Enana azul (etapa evolutiva) .

Mientras la fusión, dentro de la enana roja, avance lentamente y los movimientos convectivos mezclen la materia dentro de la estrella, la estrella permanece en la secuencia principal. [11]

Las estrellas aumentan de brillo a medida que envejecen, y una estrella más brillante necesita irradiar su energía más rápido e intensamente para mantener el equilibrio. Para hacer esto, las estrellas más grandes que las enanas rojas expanden su volumen y superficie radiante , evolucionando hacia gigantes rojas . Sin embargo, se cree que las enanas rojas, en lugar de expandirse en gigantes, aumentan la velocidad de las reacciones nucleares con el consecuente aumento de sus temperaturas superficiales , asumiendo en consecuencia un color más azulado. [11] Las enanas azules se convertirían en enanas blancas tan pronto como su hidrógeno se agotara por completo. [11]

Sistemas planetarios

Impresión artística de un planeta en órbita alrededor de una enana roja.

A principios del siglo XXI se descubrieron varios planetas extrasolares en órbita alrededor de la enana roja. En 2005 se descubrió un planeta de masa comparable a Neptuno ( Gliese 581 b , alrededor de 17 M ⊕ ) alrededor de la estrella Gliese 581 , que la orbita a una distancia promedio de solo 6 millones de km (0.04 AU ); dada la proximidad y a pesar de la debilidad de la estrella, el planeta tiene una temperatura superficial de 150 ° C. En 2006, se descubrió un planeta aún menos masivo ( OGLE-2005-BLG-390Lb , solo 5,5 M ⊕ ) alrededor de la enana OGLE-2005-BLG-390L ; Orbita la estrella a una distancia de unos 390 millones de km (2,6 AU) y tiene una temperatura superficial muy baja, correspondiente a -220 ° C (56 K ).

En 2007, se descubrió un segundo planeta potencialmente habitable en órbita alrededor de Gliese 581, Gliese 581 c . Con una masa estimada por los descubridores (un grupo de astrofísicos liderados por Stéphane Udry ), correspondiente a 5,03 M ⊕ , en ese momento Gliese 581 c era el exoplaneta menos masivo que orbitaba una estrella de secuencia principal. [12] Los descubridores estimaron que el planeta tenía 1,5 veces el radio de nuestro planeta.
El planeta está ubicado dentro de la llamada " zona habitable " de Gliese 581, es decir, a una distancia tal que cualquier agua presente en la superficie del planeta puede estar en estado líquido . [13]

Tras el lanzamiento del telescopio espacial Kepler y el progresivo aumento de la tecnología de los telescopios terrestres, se han descubierto numerosos planetas alrededor de enanas rojas; al ser numerosos, la mayoría de los planetas terrestres se han descubierto alrededor de este tipo de estrellas. En 2019, se descubrió Teegarden b , un planeta con una masa solo un 5% más alta que la de la Tierra que orbita a una pequeña enana roja, la estrella de Teegarden . [14]

Habitabilidad

Icono de lupa mgx2.svg El mismo tema en detalle: habitabilidad de los sistemas planetarios de las enanas rojas .
Impresión artística de Gliese 581 c , uno de los primeros planetas descubiertos con propiedades similares a las de la Tierra.

La habitabilidad de los sistemas de las enanas rojas es un tema de debate entre astrofísicos y astrobiólogos . [15] A pesar de su gran número y la gran duración de su ciclo de vida, existen varios factores que afectarían el desarrollo de la vida en un planeta que orbita alrededor de una enana roja. Primero , los planetas en la zona habitable de una enana roja deberían estar tan cerca de la estrella como para verse afectados por las interacciones de marea de la estrella, que bloquearían al planeta en una rotación sincrónica ; esto significaría que un hemisferio del planeta estaría eternamente iluminado mientras que el hemisferio opuesto estaría siempre en la oscuridad. Por esta razón, se podrían crear enormes variaciones térmicas entre la zona sombreada y la zona iluminada del planeta que dificultarían la evolución de formas de vida similares a las terrestres. [16] Por otro lado, las teorías recientes sugieren que incluso una atmósfera planetaria débil o un océano podrían hacer circular calor alrededor del planeta. [17] Otro problema, siempre ligado a la presencia de una órbita sincrónica , podría llevar al planeta a no tener una magnetosfera útil para proteger la atmósfera, como ocurre en la Tierra. En el transcurso de millones de años, el viento solar limitado de este tipo de estrella podría eliminar por completo la atmósfera del planeta, haciéndolo estéril y estéril como lo hizo en Marte.

Imagen artística de Proxima Centauri vista en el cielo de su planeta, Proxima b .

Además, las enanas rojas emiten la mayor parte de su radiación en longitudes de onda de infrarrojos , mientras que en la Tierra la planta servirá principalmente de longitudes de onda de visibles . La actividad magnética de la estrella también puede tener repercusiones negativas en el desarrollo de la vida. Las enanas rojas a menudo están cubiertas de grandes manchas , que reducen la cantidad de radiación emitida por la fotosfera hasta en un 40%. También hay algunas enanas rojas, llamadas estrellas UV Ceti (del prototipo UV Ceti ), que emiten destellos colosales, que incluso duplican el brillo de la estrella en un instante. Esta variabilidad puede afectar igualmente el desarrollo de la vida en las inmediaciones de la estrella. Gibor Basri, de la Universidad de California, Berkeley , cree que un planeta en órbita cercana alrededor de una enana roja puede mantener su atmósfera incluso si la estrella exhibe una gran actividad de destellos. [dieciséis]

El 22 de febrero de 2017 se conoció la noticia del descubrimiento de un sistema compuesto por siete exoplanetas del tamaño de la Tierra que orbitaban alrededor de TRAPPIST-1 , una enana roja ultra fría de clase espectral M8, a 39,5 años luz de distancia del sistema solar , que se puede observar. en la constelación de Acuario . El descubrimiento se realizó mediante el método de tránsito . [18] [19]

Nota

  1. ^ a b c A. Burrows, WB Hubbard, D. Saumon, JI Lunine, Un conjunto ampliado de modelos de estrellas enanas marrones y de muy baja masa , en Astrophysical Journal , vol. 406, n. 1, 1993, págs. 158-171, DOI : 10.1086 / 172427 . Obtenido el 11 de octubre de 2008 ( archivado el 3 de marzo de 2008) .
  2. ^ Miles de millones de planetas rocosos en la zona habitable alrededor de las enanas rojas de la Vía Láctea , en eso.org . Consultado el 1 de abril de 2012 ( archivado el 31 de marzo de 2012) .
  3. ^ Ken Croswell, La enana roja más brillante , en kencroswell.com . Consultado el 6 de julio de 2008 ( archivado el 23 de marzo de 2017) .
  4. ↑ a b Michael Richmond, Últimas etapas de evolución de estrellas de baja masa , Spiff.rit.edu , Instituto de Tecnología de Rochester, 10 de noviembre de 2004. Consultado el 19 de septiembre de 2007 ( archivado el 4 de septiembre de 2017) .
  5. ^ G. Chabrier, I. Baraffe, B. Plez, Relación masa-luminosidad y agotamiento de litio para estrellas de masa muy baja , en Astrophysical Journal Letters , vol. 459, 1996, págs. L91 - L94, DOI : 10.1086 / 309951 . Consultado el 19 de septiembre de 2007 .
  6. ^ Thanu Padmanabhan, Astrofísica teórica , Cambridge University Press, 2001, págs. 96-99, ISBN 0-521-56241-4 .
  7. ↑ a b Fred C. Adams, Gregory Laughlin; Genevieve JM Graves, Las enanas rojas y el final de la secuencia principal , Colapso gravitacional: de estrellas masivas a planetas , Revista Mexicana de Astronomía y Astrofísica, págs. 46–49. Consultado el 24 de junio de 2008 ( archivado el 10 de agosto de 2013) .
  8. ^ Fred C. Adams, Gregory Laughlin, A Dying Universe: The Long Term Fate and Evolution of Astrophysical Objects , en arxiv.org , 1996. Consultado el 3 de mayo de 2019 ( archivado el 1 de marzo de 2019) .
  9. ^ Theo Koupelis, En búsqueda del universo , Jones & Bartlett Publishers, 2007, ISBN 0-7637-4387-9 .
  10. ^ Gilles Chabrier, Isabelle Baraffe, Teoría de estrellas de baja masa y objetos subestelares , en Revisión anual de astronomía y astrofísica , vol. 38, 2000, págs. 337–377. Consultado el 6 de agosto de 2020 ( archivado el 30 de junio de 2019) .
  11. ^ a b c FC Adams, P. Bodenheimer, G. Laughlin, enanas M: formación de planetas y evolución a largo plazo [ enlace roto ] , en Astronomische Nachrichten , vol. 326, no. 10, 2005, págs. 913–919, Bibcode : 2005AN .... 326..913A , DOI : 10.1002 / asna.200510440 .
  12. ↑ Anteriormente, también se descubrieron planetas menos masivos orbitando estrellas al final de su evolución, como alrededor del púlsar PSR B1257 + 12 .
  13. ^ Gran descubrimiento: un nuevo planeta podría albergar agua y vida , en space.com . Obtenido el 11 de octubre de 2008 ( archivado el 24 de diciembre de 2010) .
  14. ^ (EN) M. Zechmeister et al. , Dos candidatos a planetas de masa terrestre templada alrededor de la estrella de Teegarden , en aanda.org , Astronomy and Astrophysics , 1 de julio de 2019.
  15. ^ Ken Croswell, rojo, dispuesto y capaz , de newscientist.com , New Scientist , 27 de enero de 2001. Consultado el 5 de agosto de 2007 ( archivado el 11 de marzo de 2012) .
  16. ^ a b Red Star Rising: Small, cool stars may be hot spots for life , en sciam.com , Scientific American , noviembre de 2005. Obtenido el 11 de octubre de 2008 (archivado desde el original el 12 de octubre de 2007) .
  17. ^ M Dwarfs: The Search for Life is On, Entrevista con Todd Henry , en astrobio.net , Astrobiology Magazine, 29 de agosto de 2005. Consultado el 5 de agosto de 2007 ( archivado el 11 de marzo de 2012) .
  18. ^ Michaël Gillon y col. , Siete planetas terrestres templados alrededor de la cercana estrella enana ultrafría TRAPPIST-1 ( PDF ), vol. 542, 23 de febrero de 2017, págs. 456-460, DOI : 10.1038 / nature21360 .
  19. ^ El telescopio de la NASA revela el lote más grande de planetas de zonas habitables del tamaño de la Tierra alrededor de una sola estrella , en nasa.gov , 22 de febrero de 2017. Consultado el 22 de febrero de 2017 .

Bibliografía

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