Redacción

Unos astrónomos han detectado extraños patrones de pulsación en docenas de jóvenes estrellas de rápida rotación gracias a los datos del satélite de la NASA Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). El descubrimiento revolucionará la capacidad de los científicos para estudiar detalles como la edad, el tamaño y la composición de estas estrellas, todas pertenecientes a una clase llamada así por el prototipo, la brillante estrella Delta Scuti.

“Las estrellas Delta Scuti claramente pulsan de maneras interesantes, pero los patrones de esas pulsaciones han desafiado hasta ahora nuestra comprensión”, dijo Tim Bedding, un profesor de astronomía de la Universidad de Sídney. “Para usar una analogía musical, muchas estrellas pulsan a lo largo de acordes simples, pero las estrellas Delta Scuti son complejas, con notas que parecen estar mezcladas. TESS nos ha demostrado que eso no es cierto para todas ellas”. El artículo que describe los hallazgos, dirigido por Bedding, apareció en la revista Nature.

Los geólogos que estudian las ondas sísmicas de los terremotos descubrieron la estructura interna de la Tierra a partir de la forma en que las reverberaciones cambiaban la velocidad y la dirección a medida que viajaban a través de ella. Los astrónomos aplican el mismo principio para estudiar el interior de las estrellas a través de sus pulsaciones, un campo llamado asterosismología.

Las ondas sonoras viajan por el interior de una estrella a velocidades que cambian con la profundidad, y todas se combinan en patrones de pulsación en la superficie de la estrella. Los astrónomos pueden detectar estos patrones como pequeñas fluctuaciones en el brillo y usarlos para determinar la edad, temperatura, composición, estructura interna y otras propiedades de la estrella.

Las estrellas Delta Scuti tienen entre 1,5 y 2,5 veces la masa del Sol. Reciben su nombre de Delta Scuti, una estrella visible a simple vista en la constelación sureña de Scutum que fue identificada por primera vez como variable en 1900. Desde entonces, los astrónomos han identificado miles más como Delta Scuti, muchas con el telescopio espacial Kepler de la NASA, otra misión de búsqueda de planetas que operó de 2009 a 2018.

El observatorio TESS. (Foto: NASA)

Pero los científicos han tenido problemas para interpretar las pulsaciones de las Delta Scuti. Estas estrellas generalmente rotan una o dos veces al día, al menos una docena de veces más rápido que el Sol. La rápida rotación aplana las estrellas por sus polos y desordena los patrones de pulsación, haciéndolos más complicados y difíciles de descifrar.

Para determinar si existe orden en las pulsaciones aparentemente caóticas de las estrellas de Delta Scuti, los astrónomos necesitaban observar un gran conjunto de estrellas múltiples veces con un rápido muestreo. TESS monitoriza grandes franjas del cielo durante 27 días a la vez, tomando una imagen completa cada 30 minutos con cada una de sus cuatro cámaras. Esta estrategia de observación permite a TESS rastrear los cambios en el brillo estelar causados por los planetas que pasan delante de sus estrellas, que es su misión principal, pero las exposiciones de media hora son demasiado largas para captar los patrones de las estrellas Delta Scuti que pulsan más rápidamente. Esos cambios pueden ocurrir en minutos.

Pero TESS también captura instantáneas de unos pocos miles de estrellas preseleccionadas, incluyendo algunas estrellas Delta Scuti, cada dos minutos. Cuando Bedding y sus colegas comenzaron a clasificar las mediciones, encontraron un subconjunto de estrellas Delta Scuti con patrones de pulsación regulares. Una vez que supieron qué buscar, buscaron otros ejemplos en los datos de Kepler, que utilizó una estrategia de observación similar. También realizaron observaciones de seguimiento con telescopios en tierra, incluyendo uno en el Observatorio W.M. Keck en Hawái y dos en la red mundial del Observatorio Las Cumbres. En total, identificaron un lote de 60 estrellas Delta Scuti con patrones claros.

“Esto es realmente un gran avance. Ahora tenemos una serie regular de pulsaciones para estas estrellas que podemos entender y comparar con los modelos”, dijo el co-autor Simon Murphy, un investigador postdoctoral de la Universidad de Sídney. “Nos va a permitir medir estas estrellas usando la asterosismología de una manera que nunca hemos podido hacer. Pero también nos ha mostrado que esto es solo un paso en nuestra comprensión de las estrellas Delta Scuti”.

Las pulsaciones en el grupo de Delta Scuti, que se comporta bien, se dividen en dos grandes categorías, ambas causadas por la energía que se almacena y se libera en la estrella. Algunas ocurren cuando toda la estrella se expande y contrae simétricamente. Otras ocurren como hemisferios opuestos que se expanden y contraen alternativamente. El equipo de Bedding dedujo las alteraciones estudiando las fluctuaciones de brillo de cada estrella.

Los datos ya han ayudado a resolver un debate sobre la edad de una estrella, llamada HD 31901, miembro de una corriente de estrellas recientemente descubierta que orbita dentro de nuestra galaxia. Los científicos situaron la edad de toda la corriente en 1.000 millones de años, basándose en la edad de una gigante roja que sospechaban que pertenecía al mismo grupo. Una estimación posterior, basada en los períodos de rotación de otros miembros de la corriente estelar, sugería una edad de solo unos 120 millones de años. El equipo de Bedding usó las observaciones de TESS para crear un modelo asterosísmico de HD 31901 que apoya la edad más joven.

El equipo cree que su conjunto de 60 estrellas tiene patrones claros porque son más jóvenes que otras estrellas Delta Scuti, habiéndose puesto apenas recientemente a producir toda su energía a través de fusión nuclear en sus núcleos. Las pulsaciones ocurren más rápidamente en las estrellas en ciernes. A medida que las estrellas envejecen, la frecuencia de las pulsaciones disminuye, y se mezclan con otras señales.

Otro factor puede ser el ángulo de visión de TESS. Los cálculos teóricos predicen que los patrones de pulsación de una estrella giratoria deberían ser más sencillos cuando su polo rotativo está orientado hacia nosotros, en lugar de su ecuador. El conjunto de datos de TESS incluía alrededor de 1.000 estrellas Delta Scuti, lo que significa que algunas de ellas, por casualidad, deben verse con el polo hacia nosotros.

Los científicos continuarán desarrollando sus modelos a medida que TESS comience a tomar imágenes completas cada 10 minutos en lugar de cada media hora, en julio. Bedding dijo que la nueva estrategia de observación ayudará a capturar las pulsaciones de más estrellas Delta Scuti.

“Sabíamos cuando diseñamos TESS que, además de encontrar muchos nuevos y excitantes exoplanetas, el satélite también avanzaría en el campo de la asterosismología”, dijo el Investigador Principal de TESS George Ricker en el Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del Instituto Tecnológico de Massachusetts en Cambridge. “La misión ya ha encontrado un nuevo tipo de estrella que pulsa en un solo lado y ha desenterrado nuevos hechos sobre estrellas bien conocidas. A medida que completamos la misión inicial de dos años y comenzamos la misión extendida, esperamos la gran cantidad de nuevos descubrimientos estelares que TESS hará”.

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