NGC 3293: Chandra ve rayos X estelares que superan los límites de seguridad

Los astrónomos han realizado el estudio más extenso hasta el momento sobre cuán magnéticamente activas son las estrellas cuando son jóvenes. Esto les da a los científicos una ventana a cómo los rayos X de estrellas como el Sol, pero miles de millones de años más jóvenes, podrían evaporar parcial o completamente las atmósferas de los planetas que las orbitan.

Imágenes de rayos X, ópticas e infrarrojas de NGC 3293 Crédito: Rayos X: NASA/CXC/Penn State Univ./K. Getman y col.; Infrarrojo: ESA/NASA JPL-Caltech/Herschel Space Observatory/JPL/IPAC; Telescopio espacial NASA JPL-Caltech/SSC/Spitzer; Óptica: MPG/ESO/G. Beccari;

Muchas estrellas comienzan su vida en "cúmulos abiertos", grupos de estrellas poco compactos con hasta unos pocos miles de miembros, todos formados aproximadamente al mismo tiempo. Esto hace que los cúmulos abiertos sean valiosos para los astrónomos que investigan la evolución de estrellas y planetas, porque permiten el estudio de muchas estrellas de edades similares forjadas en el mismo entorno.

Un equipo de astrónomos dirigido por Konstantin Getman de la Universidad Estatal de Pensilvania estudió una muestra de más de 6 000 estrellas en 10 cúmulos abiertos diferentes con edades entre 7 millones y 25 millones de años. Uno de los objetivos de este estudio era aprender cómo cambian los niveles de actividad magnética de estrellas como nuestro Sol durante las primeras decenas de millones de años después de su formación. Getman y sus colegas utilizaron el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA para este estudio porque las estrellas que tienen más actividad vinculada a los campos magnéticos son más brillantes en los rayos X.

Esta imagen compuesta muestra uno de esos cúmulos, NGC 3293, que tiene 11 millones de años y se encuentra a unos 8.300 años luz de la Tierra en la galaxia de la Vía Láctea. La imagen contiene rayos X de Chandra (púrpura), así como datos infrarrojos del Observatorio Espacial Herschel de la ESA (rojo), datos infrarrojos de longitud de onda más larga del Telescopio Espacial Spitzer retirado de la NASA (azul y blanco) y datos ópticos del MPG/ESO Telescopio de 2,2 metros en el Observatorio La Silla de ESO en Chile que aparece en rojo, blanco y azul.

Los investigadores combinaron los datos de Chandra de la actividad de las estrellas con los datos del satélite Gaia de la ESA, que no se muestran en la nueva imagen compuesta, para determinar qué estrellas están en los cúmulos abiertos y cuáles están en primer plano o en segundo plano. El equipo identificó a casi mil miembros del grupo.

Combinaron sus resultados para los cúmulos abiertos con estudios de Chandra publicados anteriormente de estrellas tan jóvenes como 500.000 años. El equipo descubrió que el brillo de rayos X de las estrellas jóvenes similares al Sol es aproximadamente constante durante los primeros millones de años y luego se desvanece entre los 7 y los 25 millones de años. Esta disminución ocurre más rápidamente para las estrellas más pesadas.

Para explicar esta disminución de la actividad, el equipo de Getman utilizó la comprensión de los astrónomos sobre el interior del Sol y las estrellas similares al Sol. Los campos magnéticos en tales estrellas son generados por una dínamo, un proceso que involucra la rotación de la estrella así como la convección, el ascenso y descenso del gas caliente en el interior de la estrella.

Alrededor de la edad de NGC 3293, las dínamos de las estrellas similares al Sol se vuelven mucho menos eficientes porque sus zonas de convección se vuelven más pequeñas a medida que envejecen. Para estrellas con masas más pequeñas que la del Sol, este es un proceso relativamente gradual. Para estrellas más masivas, una dínamo se apaga porque desaparece la zona de convección de las estrellas.

La actividad de una estrella afecta directamente los procesos de formación de planetas en el disco de gas y polvo que rodea a todas las estrellas nacientes. Las estrellas jóvenes más bulliciosas y magnéticamente activas borran rápidamente sus discos, deteniendo el crecimiento de los planetas.

Esta actividad, medida en rayos X, también afecta a la habitabilidad potencial de los planetas que emergen tras la desaparición del disco. Si una estrella es extremadamente activa, como ocurre con muchas estrellas NGC 3293 en los datos de Chandra, los científicos predicen que explotará los planetas en su sistema con rayos X energéticos y luz ultravioleta. En algunos casos, este aluvión de alta energía podría causar que un planeta rocoso del tamaño de la Tierra pierda gran parte de su atmósfera rica en hidrógeno original a través de la evaporación dentro de unos pocos millones de años. También podría eliminar una atmósfera rica en dióxido de carbono que se forma más tarde, a menos que esté protegida por un campo magnético. Nuestro planeta posee su propio campo magnético que impidió tal resultado para la Tierra.

Un artículo que describe estos resultados se publicó en la edición de agosto de The Astrophysical Journal y está disponible en línea. Los coautores del artículo son Eric D. Feigelson y Patrick S. Broos de Penn State University, Gordon P. Garmire del Huntingdon Institute for X-ray Astronomy, Michael A. Kuhn de la Universidad de Hertsfordshire, Thomas Preibisch de Ludwig-Maximilians- Universitat y Vladimir S. Airapetian del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA.

El Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA administra el programa Chandra. El Centro de rayos X Chandra del Observatorio Astrofísico Smithsonian controla las operaciones científicas desde Cambridge, Massachusetts, y las operaciones de vuelo desde Burlington, Massachusetts.

Crédito de rayos X: NASA/CXC/Penn State Univ./K. Getman y col.; Infrarrojo: ESA/NASA JPL-Caltech/Herschel Space Observatory/JPL/IPAC; Telescopio espacial NASA JPL-Caltech/SSC/Spitzer; Óptica: MPG/ESO/G. Beccari;

• Publicado en Chandra el 15 de diciembre del 2022, enlace publicación.