Un reloj ‘girador’ para estrellas frías

• Título: A spin-down clock for cool stars from observations of a 2.5-billion-year-old cluster
• Autores: Søren Meibom, Sydney A. Barnes, Imants Platais, Ronald L. Gilliland, David W. Latham  & Robert D. Mathieu
• Institución del primer autor: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
• Astrobite Original por Ansom Lam

Aunque existen varios métodos para determinar las edades de estrellas, estas mediciones puede ser muy inciertas. Es difícil determinar los edades de las estrellas de masas bajas (menos de una masa solar) precisamente porque a lo largo de las vidas de este tipo de estrellas, sus propiedades físicas no cambian mucho, en comparación, por ejemplo, con los cambios de luminosidad durante la vida de una estrella de la secuencia principal. Un método para determinar edades de las estrellas es la girocronología — que usa la relación entre el período de rotación de la estrella y su edad. Se espera que la mayoría de las estrellas disminuyan su velocidad de rotación debido a la transferencia de momento angular hacia el exterior debido a la acción de vientos estelares.

En este artículo, los autores miden los períodos de rotación de treinta estrellas contenidas en el cúmulo globular NGC 6819. Estos datos fueron tomados con el misión Kepler durante sus dos años y medio en operación. Se encontró que los períodos de rotación de estas estrellas son de entre 4 y 23 días. Los períodos de rotación de estrellas frías se miden usando observaciones fotométricas: midiendo el brillo de las estrellas como función del tiempo. Manchas en la superficie de la estrella ocasionan pequeñas caídas en su brillo. Los autores también miden las velocidades de rotación proyectadas (el desplazamiento Doppler causado cuando gira la superficie, así que un lado se acerca a y el otro lado se aleja del observador) para la mayoría de las estrellas y determinan si acuerdan con los períodos de rotación fotométricas.

Los autores encuentran que cada estrella tiene entre 2 y 3 mil millones de años edad. La teorías actuales predicen que las estrellas contenidas en un cúmulo se han formado más o menos al mismo tiempo, así que las únicas diferencias importantes entre ellas son entre sus masas y sus velocidades de rotación. Los autores calculan que el cúmulo tiene 2.5 mil millones de años de edad con una incertidumbre del 2% y esta medición está de acuerdo con la edad que se encuentra por el método de desvío de la secuencia principal.

Se espera que haya correlaciones entre el período de rotación, la masa y la edad de la estrella. Un ejemplo de esta correlación se muesta en la Figura 1, donde se extrapoló la superficie teórica a partir de las mediciones de varios cúmulos estelares.

Fig. 1: Un modelo de la relación entre período, edad y color de las estrellas. Esta superficie se es extrapolada a partir de la relación entre el color y el período de otros cúmulos estelares con edades conocidas (las líneas sólidas). La línea azul muestra los resultados obtenidos mediante las mediciones de períodos de rotación presentados en este trabajo.

En Fig. 2 se muestra la información igual, pero solamente para la edad del cúmulo: 2.5 mil milliones de años. Los resultados de esta investigación demuestran que existe una relación bien estrecha entre estas dos propiedades — el color y el período de rotación.

Fig. 2: Diagrama de la relación color-período de las estrellas examinadas en este trabajo, pertenecientes a NGC 6819. Esta es la línea azul que se muestra en la Figura 1. Claramente, hay una relación entre el período de rotación y el color, que también se relaciona con la masa, como se muestra en el eje superior.

Los autores encuentran una incertidumbre de 10% en la edad del cúmulo. Principalmente, esto se debe a incertidumbres en las mediciones del período; de la rotación diferencial (que ocurre cuando manchas de estrellas se mueven de diferentes velocidades por estar ubicados a diferentes latitudes) y de la dispersión en los períodos de rotación iniciales de las estrellas antes de que giraran más lento. Otro error que puede ser problemático es el causado por interacciones de marea, que hacen que las estrellas giren más lento. Estrellas que interactúan por fuerzas de mareas pueden intercambiar los giros y los momentos angulares, pero esto solo es relevante para sistemas con pequeñas separaciones (períodos menos de 20 días). Se espera que menos del 5% de las estrellas en el cúmulo tenga este tipo de interacción, así que los autores no piensan que esto sea un fuente significativa de incertidumbre.

Como resultado de las pequeñas incertidumbres en las mediciones de las masas, la girocronología es un método con un buen futuro para determinar la evolución de las estrellas frías. Utilizado junto a otros métodos de medición de las edades estelares, la girocronología pueder sevir como verificación y calibración para estimaciones de la edad de una estrella.