A pequeña llamarada, pequeña estrella

Título: The mouse that squeaked:  A small flare from Proxima Cen observed in the millimeter, optical and soft X-ray with Chandra and ALMA
Autores: Ward, H., MacGregor, M., Osten R.  et al.
Institución del primer autor: University of Colorado, USA
Estado: Aceptado para publicación en ApJ. Acceso abierto en arXiv.
Astrobite original: A tiny flare from a tiny star por Viraj Karambelkar

A la mayoría de las estrellas les encanta tener llamaradas. Las llamaradas estelares (erupciones de material, rápidas, que momentáneamente disminuyen el brillo de la estrella) son muy comunes en las estrellas enanas tipo M (estrellas que usualmente pueden tener planetas como la Tierra orbitando a su alrededor). El estudio de las llamaradas en estrellas enanas tipo M es importante para entender los efectos que éstas tienen en los planetas que hospedan, especialmente en sus atmósferas. El articulo de hoy describe detalladamente observaciones de llamaradas provenientes de Proxima Cen, una estrella cercana de tipo M.

¿Qué son las llamaradas en estrellas enanas tipo M?

Las estrellas enanas tipo M tienen campos magnéticos enormes y envolvente convectiva. Las líneas del campo magnético son arrastradas debido al movimiento convectivo en la envoltura de la estrella. Este tipo de activad magnética puede desencadenar una liberación de energía repentina a través de un mecanismo conocido como reconexión magnética. Esta liberación de energía provoca que la estrella tenga una llamarada y emita un pulso de radiación a lo largo del espectro electromagnético. Actualmente, existe una gran cantidad de estudios relacionados a las llamaradas en estrellas enanas tipo M, sin embargo, solamente las llamaradas más energéticas han sido estudiadas en diferentes longitudes de onda: ya que las menos energéticas no suelen estudiarse con la misma frecuencia.

Comprender estas erupciones de baja energía es crucial porque se espera que sean mucho más comunes que sus contrapartes más energéticas y, por lo tanto, se espera que tengan efectos significativos en los planetas que orbitan la estrella.

La llamara en Proxima Cen

En el artículo del que hablamos hoy realizaron una campaña de observación para monitorear una estrella enana tipo M en múltiples longitudes de onda a lo largo del espectro electromagnético para buscar llamaradas de baja energía. En concreto, para este estudio eligieron la estrella Próxima Centauri, la estrella enana M más cercana a la Tierra. Se monitoreó esta estrella con telescopios de rayos X, ópticos y de radio, y el 6 de mayo de 2019, ¡detectaron una llamarada!

Ese día, se utilizaron los telescopios Atacama Large Millimeter Array (ALMA) y Chandra para observar a Proxima Cen. ALMA es un radiotelescopio que opera en longitudes de onda milimétricas, mientras que Chandra es un telescopio espacial que opera en longitudes de onda de rayos X. Ambos telescopios detectaron una llamarada de Proxima Cen. En rayos X, Chandra fue testigo de un estallido de 40 minutos de duración en la “banda de rayos X blandos“. Esta banda comprende energías de ~1-10 keV (en comparación, la energía en un fotón visible es ~ 1eV). El destello de rayos X muestra una estructura compleja con un ascenso rápido seguido de un segundo pico lento y un tercer pico final en declive. El telescopio ALMA también detectó la llamarada a una longitud de onda de 1,3 mm (¡a modo de comparación, la longitud de onda de la luz visible es de ~500 nm a 10^-4 mm!). A diferencia del destello de rayos X, el destello milimétrico duró solo unos segundos y mostró solo dos picos, coincidiendo con los dos picos finales que se ven en los rayos X. Resulta que durante el primer pico de rayos X, ALMA sufrió un error de calibración, por lo que no detectó el primer pico.

Además de rayos X y milímetros, la llamarada también fue detectada en longitudes de onda ópticas (es decir, luz visual) por la red de telescopios de Las Cumbres (LCOGT por sus siglas en inglés). Estos telescopios detectaron claramente la llamarada en la banda U (~300 nm de longitud de onda), por una duración de ~30 minutos. 

El perfil de la llamarada en diferentes longitudes de onda se muestra en la Figura 1. No es de sorprenderse de la poca duración de la llamarada en las bandas milimétricas en comparación con las bandas en el óptico y rayos X. La emisión en el milimétrico traza la aceleración inicial espontánea de las partículas cargadas, que a su vez, calienta las capas superficiales de las estrellas. Seguidamente, estas capas calientes son las responsables de la emisión larga en las bandas ópticas y rayos X.

Figura 1. Perfiles observados de la llamarada en Proxima Cen en las bands de rayos X (arriba), óptico (en medio) y milimétrico (abajo). Figura 1 del artículo original.

¿Qué hemos aprendido de esta llamarada?

A partir de sus observaciones en múltiples longitudes de onda, en el artículo, calculan que la energía total liberada en esta llamarada fue de unos 1026 ergios. Si bien se trata de una enorme cantidad de energía (la energía liberada por la explosión de una bomba atómica es de ~1021 ergios), sigue siendo pequeña en comparación con las llamaradas de enanas M que se han estudiado en el pasado, que tienen energías de ~1034 ergios. Estas llamaradas de baja energía se han estudiado ampliamente en el Sol, que experimentó 175 erupciones de este tipo durante su último ciclo solar de 11 años. Las observaciones de esta llamarada brindan una oportunidad única para comparar las llamaradas solares con las llamaradas en estrellas enanas tipo M.

En este trabajo, encuentran que las proporciones en los flujos, tanto del milímetro al de rayos X como del óptico al de rayos X, son mucho mayores para la llamarada en Proxima Cen comparada con las llamaradas solares. Aparte de esto, varias propiedades, como la temperatura y los tiempos relativos de la llamarada en diferentes longitudes de onda, son similares a las de las llamaradas solares. Esto sugiere que las propiedades de emisión de las llamaradas son similares en una amplia gama de energías. Si las propiedades de emisión de las erupciones son las mismas para las erupciones enanas M y solares, esta observación podría sugerir que la emisión milimétrica también debería estar presente en todas las erupciones en estrellas enanas M. Esto es importante porque la emisión milimétrica ayudó al grupo de investigación a comprender la naturaleza del plasma en la envoltura de la estrella enana M.

Motivados por estas observaciones, el equipo de investigación continúa su campaña en múltiples longitudes de onda para buscar llamaradas adicionales en otras estrellas enanas M, ampliando la variedad de edades y niveles de actividad. Estas observaciones en múltiples longitudes de onda ayudarán a comprender las similitudes de estas erupciones con sus contrapartes solares, la naturaleza del plasma en sus envolturas y sus efectos en los planetas en órbita.