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Tormenta estelar extrema en Proxima Centauri

  • Título del artículo original: “Detection of a millimeter flare from Proxima Centauri”
  • Autores: Meredith A. MacGregor, Alycia J. Weinberger, David J. Wilner, Adam F. Kowalski y Steven R. Cranmer
  • Institución del primer autor: Department of Terrestrial Magnetism, Carnegie Institution for Science, Washington, DC, Estados Unidos
  • Estado de la publicación: Publicado en Astrophysical Journal Letters el 26 de febrero de 2018.

Los autores de este artículo vuelven a analizar las observaciones y conclusiones de este otro artículo de 2017:

  • Título del artículo: “ALMA Discovery of Dust Belts around Proxima Centauri” 
  • Autores:   Guillem Anglada, Pedro J. Amado, Jose L. Ortiz, y 19 otros
  • Institución del primer autor: Instituto de Astrofísica de Andalucía, CSIC, Granada, España
  • Estado de la publicación: Publicado en Astrophysical Journal Letters el 15 de noviembre de 2017.

 

Pie de la imagen destacada: Impresión artística de la fulguración detectada en Proxima Centauri donde se aprecia también el planeta Proxima Centauri b. Crédito: Roberto Molar Candanosa / Carnegie Institution for Science, NASA/SDO, NASA/JPL.

 

 

Proxima Centauri es la estrella más cercana al sol, que ganó aún más notoriedad cuando el Observatorio Europeo Austral (ESO) anunció en 2016 la existencia de un planeta en su zona de habitabilidad. El planeta, Proxima Centauri b, tiene una masa de unas 1.3 veces la de la Tierra, y gira alrededor de Proxima Centauri a tan sólo 0.05 unidades astronómicas. Como Proxima Centauri es una estrella de baja masa y poca luminosidad, el planeta se encuentra justo en la zona donde podría existir agua líquida. Esto convertiría a Proxima Centauri b en el planeta habitable más cercano al sistema solar. Sin embargo, existen dudas más que razonables sobre la habitabilidad de Proxima Centauri b, ya que las estrellas de baja masa sufren fulguraciones. Una fulguración es la liberación de gran cantidad de energía de forma súbita y rápida, que en el caso de Proxima Centauri podría tener consecuencias dramáticas para la atmósfera y el clima del planeta. Los autores del artículo que hoy analizamos han detectado una de estas fulguraciones utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y el Atacama Compact Array (ACA), que observa en unas longitudes de onda poco usuales para esta fenomenología.

 

Un día especial para Proxima Centauri

El día 24 de marzo de 2017 no fue un día como otro cualquiera en Proxima Centauri: se origina una poderosa fulguración. Los autores vuelven a analizar unas observaciones realizadas con ALMA y ACA, publicadas previamente en este artículo de 2017, y encuentran que en una de las imágenes ¡la luminosidad de Proxima Centauri se multiplica por mil! La duración de la fulguración es de aproximadamente un minuto, lo que propició que su luminosidad pasara inadvertida al diluirse entre 19 horas de observaciones (ver figura 1).

Figura 1 (Figura 2 izquierda del artículo original):  A la izquierda se observa una imagen promedio combinando las 13 observaciones realizadas con ACA, en el panel central se presenta el promedio de las 12 primeras imágenes y el panel derecho muestra únicamente la última imagen. Con estas imágenes, queda claro que la emisión solamente se detecta en la posición de Proxima Centauri, marcada por la estrella azul, en la última observación. Al promediar todas las observaciones, la emisión de la fulguración aparece como una emisión suave, que los autores del artículo de 2017 interpretaron como cinturones de polvo.

 

Figura 2 (Figura 2 derecha del artículo original):Curva de luz de última observación con ACA, en la que se observa la fulguración.

Los autores utilizan un software específico para tratar de entender la variabilidad de la fulguración con el tiempo, que básicamente estudia la emisión de Proxima Centauri en periodos de 2 segundos.  El resultado ser puede ver en la figura 2, donde se representa la energía de la emisión detectada en la última de las observaciones de ACA, en función del tiempo. Se observa una serie de oscilaciones en luminosidad, características de este tipo de estrellas de baja masa, y se distingue con claridad una fulguración muy energética que domina la emisión de Proxima Centauri durante aproximadamente un minuto. La luminosidad máxima de la fulguración es casi 1000 veces más intensa que la de Proxima Centauri cuando no se registra actividad.

 

Fulguraciones en el sol

Las fulguraciones en Proxima Centauri y otras estrellas parecidas no son noticia, sino que se han observado en rayos X y en el rango óptico del espectro electromagnético con relativa frecuencia. Las fulguraciones están asociadas con reconexiones magnéticas en las atmósferas de las estrellas, y en las estrellas de baja masa el campo magnético es típicamente alto. La energía que se libera en las fulguraciones acelera electrones a velocidades cercanas a la de la luz que posteriormente impactan con el plasma estelar, generando emisión en todas las longitudes de onda desde el radio a los rayos X. Cabe destacar que en las longitudes de onda en las que observa ALMA y ACA, el origen de la emisión no está del todo clara, ni siquiera para el sol.

Figura 3 (Figura 3 del artículo original): Densidad de flujo (arriba), índice espectral (medio), y límite en la fracción de polarización lineal (abajo) en función del tiempo. De esta figura destaca el cambio en el índice espectral a valores negativos durante la fulguración.

Los autores separan las observaciones de Proxima Centauri en dos canales: 225 + 227 GHz (verde en la figura 3) y 239 + 241 GHz (violeta en la figura 3), para intentar calcular un índice espectral, esto es, la pendiente que tendría un espectro de frecuencias.

La fulguración en Proxima Centauri está caracterizada por un índice espectral negativo que en promedio toma el valor de α = -1.64 ± 0.21, mientras que en el sol los índices espectrales tienden a ser mayores que α = 2.00. Esto podría indicar que la emisión de Proxima Centauri observada con ALMA y ACA puede deberse a la radiación de partículas ultrarrelativistas, partículas que se mueven a velocidades muy cercanas a la de la luz en el campo magnético estelar, una emisión que se conoce como radiación girosincrotrón.

Por otro lado, la aparente contradicción entre las características de las fulguraciones solares y de Proxima Centauri puede deberse a que se usa un rango de frecuencias muy estrecho; después de todo los canales usados solamente se extienden 16 GHz. Los autores señalan que nuevas observaciones en longitudes de onda más largas y en coincidencia con observaciones en rayos X ayudarían a dilucidar el mecanismo de emisión.

 

Discos de material alrededor de Proxima Centauri

Los autores del artículo de 2017 proponen un sistema de tres discos de material para explicar la emisión en radio (ver figura 4). Con ello, explican la diferencia entre la luminosidad observada con ACA y la emisión estelar que se espera teóricamente. Dicha diferencia se debe, sin embargo, a la emisión de la fulguración, que, diluida en las 19 horas de datos, aparece como un exceso de emisión.

Los autores de este nuevo artículo señalan que la emisión de la corona estelar debida a la actividad de fulguraciones es suficiente para explicar las observaciones, especialmente las que sugieren el disco frío a 1-4 unidades astronómicas. Además, indican que las capacidades técnicas de ACA no serían suficientes para describir con exactitud la geometría del disco externo y que Proxima Centauri se encuentra cerca del plano de la Vía Láctea, lo que puede inducir a confusión.

Figura 4 (Figura 4 del artículo de 2017): Esquema, no hecho a escala, de varios discos de polvo en Proxima Centauri. Los autores del nuevo estudio demuestran que no son necesarios para explicar las observaciones.

 

La observación de fulguraciones estelares en el rango de frecuencias de ALMA y ACA abre una nueva ventana para que podamos entender por fin el mecanismo de emisión de estos fenómenos. En el caso concreto de Proxima Centauri, los autores demuestran que no hay evidencias claras de discos de material en el sistema. Y, por otro lado, la detección de una fulguración tan energética, sabiendo que se trata de un fenómeno que ocurre con frecuencia, compromete la posible habitabilidad de Proxima Centauri b. Sucesivas fulguraciones podrían haber alterado o incluso evaporado la posible atmósfera del planeta. Esto demuestra que la definición de habitabilidad de los planetas en otros sistemas estelares es mucho más compleja de lo que parece y no debería limitarse a un rango de temperaturas en el que el agua puede existir en estado líquido.

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