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Las estrellas rojas gigantes son tan burbujeantes y espumosas que su posición en el cielo parece estar bailando.

Crear un mapa 3D de nuestra galaxia sería más fácil si algunas estrellas actuaran lo suficiente como para alejarse de ellas. Sin embargo, las gigantes rojas son los niños confundidos cuando se trata de determinar su ubicación exacta. Esto se debe a que parecen estar bailando, lo que dificulta ubicarlos en el espacio. Este bamboleo es una característica, no un defecto, de estas estrellas masivas y antiguas y los científicos quieren entender por qué.

Entonces, al igual que con otros objetos desafiantes en la galaxia, los astrónomos recurrieron a modelos de computadora para descubrir por qué. Además, utilizan las medidas del sitio de la misión Gaia para averiguar por qué las gigantes rojas parecen estar bailando.

Impresión artística de la estrella gigante roja Betelgeuse revelada con el Very Large Telescope de ESO. Muestra una superficie hirviendo y el material que la estrella descargó a medida que envejecía. Crédito: ESO/L.Calçada

Entendiendo a la gigante roja

El número de gigantes rojas gigantes tiene varias características comunes. Estas estrellas pesan al menos ocho veces la masa del Sol y son enormes. Uno típico es de al menos 700 a 1000 veces el diámetro del Sol. Aunque a 3500K, es mucho más fría que nuestra estrella de 6000K Medir estas temperaturas es difícil. Son muy brillantes en luz infrarroja, pero más oscuras en luz visible que otras estrellas. También difieren en su brillo que (para algunos de ellos) puede estar relacionado con este movimiento de baile. Más sobre esto en un momento.

Si el sol fuera una gigante roja, la Tierra no existiría. Eso es porque la atmósfera de la estrella se habría extendido hasta Marte y engullido nuestro planeta. Los ejemplos más famosos de estas estrellas gigantes son Betelgeuse y Antares. La gigante roja está presente en toda la galaxia. Hay varios de ellos que puedes ver por la noche en un grupo cercano llamado Chi Bercy. Forma parte del conocido «doble bloque».

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Estructura roja gigante

Por lo tanto, tenemos este grupo de estrellas que no se comportan como se esperaba y no se prestan a mediciones fáciles. ¿porqué es eso? Se estiraron tanto que terminaron con una gravedad superficial muy baja. Debido a esto, las células convectivas (las estructuras que transportan el calor desde el interior hacia la superficie) se vuelven muy grandes. Una sola celda cubre hasta el 20-30 por ciento del radio de la estrella. Esto en realidad «corta» el brillo de la estrella.

La convección no solo transfiere calor desde el interior hacia el exterior, sino que también ayuda a la estrella a expulsar material al espacio cercano. Y tampoco estamos hablando de pequeños fragmentos de gas y plasma. Una supergigante roja podría enviar al espacio una masa mil millones de veces mayor que la masa del Sol. Toda esta acción hace que la estrella se vea espumosa y como si su superficie estuviera hirviendo locamente. En esencia, hace que la ubicación de la estrella parezca estar bailando en el cielo.

Gigantes rojas en el gran esquema de las cosas

La materia de las gigantes rojas se convierte en parte del «stock» químico de las galaxias. Los elementos creados por estas estrellas se convierten en nuevas estrellas y mundos. Por lo tanto, es útil comprender bien cómo estas estrellas pierden masa a lo largo de sus vidas. Todo es parte de la comprensión de la evolución estelar en la Vía Láctea y su impacto en el entorno cósmico. Es por eso que los astrónomos quieren hacer un seguimiento de la masa total que estas estrellas más antiguas explotan en el espacio. También miden la velocidad del viento estelar y calculan la geometría de la nube de «materia estelar» que encierra a la gigante roja.

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Ahora, ¿qué tiene esto que ver con el negocio de la danza? Pues bien, la ebullición de las células convectivas y la acumulación de una envoltura de material alrededor de la estrella aumenta su diversidad. Es decir, afecta su brillo con el tiempo.

Uno de los métodos que usan los astrónomos para determinar la ubicación exacta de una estrella es usar el «centro de la imagen». Este es el centro de la luz de la estrella. Si el brillo de la estrella cambia (por cualquier motivo), entonces cambia este centro de la imagen. No coincidirá con el baricentro. (Este es el centro de gravedad común entre la estrella y el resto de su sistema. Es un componente en las mediciones de distancia). En esencia, el centro de la imagen cambia a medida que cambia el brillo de la estrella. Combinado con el trabajo de células convectivas masivas, la estrella parece estar bailando en el espacio.

Un video de simulación de la superficie de una gigante roja muestra que la fotosfera de la estrella en constante cambio (imagen grande) provoca cambios en la posición aparente del centro de la estrella (imagen pequeña en la parte inferior izquierda). Crédito: A. Chiavassa, Tl Grassi, et al.

Bailar cambia la estimación de la distancia

El «problema de ubicación» de la gigante roja atrajo a Andrea Chiavassa (Laboratorio Lagrange, Exzellenzcluster ORIGINS, Instituto Max Planck de Astrofísica). Ella, el astrónomo Rolf Kudretsky (Observatorio de la Universidad de Munich e Instituto de Hawái) y un equipo científico crearon simulaciones de las superficies en ebullición y la diversidad de brillo de la gigante roja.

“Los mapas de composición muestran superficies muy irregulares, con estructuras más grandes que evolucionan en escalas de tiempo de meses o incluso años, mientras que estructuras más pequeñas evolucionan durante varias semanas”, dijo Chiavasa. «Esto significa que se espera que la posición de la estrella cambie en función del tiempo».

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El equipo comparó su modelo con las estrellas de Chi Persei. Este cúmulo ha sido medido por el satélite Gaia, por lo que las ubicaciones de la mayoría de sus estrellas son muy precisas. Bueno, todos menos los gigantes rojos. «Descubrimos que la incertidumbre en la ubicación de las estrellas gigantes rojas es mucho mayor que en otras estrellas. Esto confirma que sus estructuras superficiales cambian drásticamente con el tiempo, como predijeron nuestros cálculos», explicó Kudritzki.

Este cambio en el modo observable proporciona una solución para comprender las posiciones cambiantes de la gigante roja. Esto a su vez presenta dificultades para medir las distancias exactas de muchas de estas estrellas. El modelo actual también proporciona evidencia de la evolución de estos organismos. Pero saber por qué las estrellas están bailando ofrece un camino hacia una solución al calcular sus distancias. Los modelos futuros ayudarán a los astrónomos a refinar esas distancias y brindarán más información sobre lo que les sucede a estas estrellas a medida que envejecen.

para más información

Patrón de baile de gigantes rojas en el cielo.

Examinando la dinámica de la gigante roja a través de los desplazamientos del centro de la imagen medidos por Gaia