Durante casi medio siglo, los astrónomos han creído que las estrellas similares a nuestro sol eventualmente cambian su forma de rotar. La teoría sugería que, a medida que estas estrellas envejecen y disminuyen su velocidad, su patrón de rotación se invierte, provocando que sus polos giren más rápido que su ecuador.
Sin embargo, un nuevo estudio de científicos de la Universidad de Nagoya en Japón sugiere que esta imagen largamente sostenida podría ser incorrecta. Al ejecutar las simulaciones más detalladas de interiores estelares jamás realizadas, los investigadores encontraron que las estrellas similares al sol podrían mantener el mismo patrón de rotación a lo largo de toda su vida.
“La simulación puede reproducir el patrón de rotación observado del sol casi a la perfección. Cuando la aplicamos a estrellas que rotan más lentamente, también coincide con las observaciones astronómicas y no muestra una rotación anti-solar”, afirmó Yoshiki Hatta, coautor del estudio y profesor de la Universidad de Nagoya.
En lugar de invertir hacia la rotación anti-solar predicha, el ecuador continúa rotando más rápido que los polos, incluso cuando la estrella se vuelve muy lenta. Estos hallazgos indican que los campos magnéticos dentro de las estrellas desempeñan un papel mucho más importante en la configuración de su comportamiento de lo que sugerían los modelos anteriores.
¿Por qué los científicos esperaban que las estrellas invirtieran su rotación?
A diferencia de la Tierra, que gira como un cuerpo rígido, las estrellas están hechas de gas extremadamente caliente y en movimiento. Esto significa que diferentes partes de una estrella pueden rotar a diferentes velocidades, un fenómeno conocido como rotación diferencial.
En nuestro sol, por ejemplo, el ecuador completa una rotación en aproximadamente 25 días, mientras que las regiones polares tardan unos 35 días. Los científicos habían asumido durante mucho tiempo que este patrón eventualmente cambiaría a medida que las estrellas envejecen. Esto se debe principalmente a que, a lo largo de miles de millones de años, las estrellas pierden gradualmente velocidad de rotación.
Estudios teóricos anteriores sugerían que una rotación más lenta alteraría el movimiento del gas en las profundidades de la estrella. Se esperaba que esos flujos internos se reorganizaran de tal manera que los polos giraran más rápido que el ecuador, un estado conocido como rotación diferencial anti-solar.
Sin embargo, existía un problema. Los astrónomos nunca han observado claramente tales estrellas. El patrón de rotación predicho apareció en modelos computacionales, pero las observaciones reales no lograron confirmarlo.
Para investigar la discrepancia, los investigadores recurrieron a potentes simulaciones numéricas. El equipo construyó un modelo extremadamente detallado del interior de las estrellas de tipo solar utilizando simulaciones de magnetohidrodinámica, que calculan simultáneamente el movimiento del plasma caliente y el comportamiento de los campos magnéticos.
Simulaciones de alta resolución revelan el papel oculto del magnetismo
Los cálculos se llevaron a cabo en Fugaku, una de las supercomputadoras más potentes del mundo. La simulación fue extraordinariamente detallada. Cada estrella modelada se dividió en aproximadamente 5.4 mil millones de puntos de cuadrícula, lo que permitió a los científicos rastrear pequeños movimientos turbulentos y estructuras magnéticas dentro del interior estelar.
Este nivel de detalle resultó ser esencial. Simulaciones anteriores utilizaban muchos menos puntos de cuadrícula, lo que provocaba que los campos magnéticos se debilitaran artificialmente durante los cálculos. Debido a esta limitación, estudios anteriores subestimaron cuán importante podría ser el magnetismo en la configuración de la rotación estelar.
Cuando se ejecutó la nueva simulación de alta resolución, los campos magnéticos permanecieron fuertes y estables. Los resultados revelaron que las fuerzas magnéticas, junto con los movimientos turbulentos del gas, mantienen el ecuador girando más rápido que los polos, incluso cuando la estrella rota muy lentamente.
“Descubrimos que estos dos procesos, la turbulencia y el magnetismo, mantienen el ecuador girando más rápido que los polos a lo largo de la vida de la estrella, no solo cuando la estrella es joven. Por lo tanto, aunque las estrellas disminuyen su velocidad, el cambio no ocurre porque los campos magnéticos, que las simulaciones anteriores pasaron por alto, lo impiden”, dijo Hideyuki Hotta, uno de los investigadores principales y profesor de Nagoya.
El modelo también reprodujo el patrón de rotación observado del sol con una precisión notable. Cuando los investigadores aplicaron la misma simulación a estrellas que rotan más lentamente que el sol, el patrón de rotación aún no se invirtió. En cambio, siguió siendo similar al solar.
Esto proporciona una posible explicación de por qué los astrónomos han tenido dificultades para encontrar evidencia de rotación anti-solar en estrellas reales. Las simulaciones también revelaron otra tendencia. A medida que una estrella envejece, su campo magnético disminuye constantemente.
Las teorías anteriores sugerían que el campo magnético podría fortalecerse nuevamente cuando el patrón de rotación se invirtiera, pero los nuevos resultados no muestran tal recuperación. “Nuestros resultados muestran que el campo magnético disminuye monótonamente a lo largo de la vida de la estrella”, señalan los autores del estudio.
Replantear la evolución estelar y la actividad magnética
Si se confirma, estos hallazgos podrían cambiar significativamente la forma en que los astrónomos comprenden los ciclos de vida de las estrellas. La rotación estelar influye en muchos procesos, incluida la actividad magnética y la emisión de partículas energéticas.
Una mejor comprensión de estos procesos también podría mejorar las predicciones sobre cómo los entornos estelares afectan a los planetas que orbitan alrededor de ellos, especialmente si esos planetas permanecen aptos para la vida durante miles de millones de años.
Al mismo tiempo, los nuevos resultados se basan en simulaciones en lugar de mediciones directas. Observar la rotación interna de estrellas distantes sigue siendo extremadamente desafiante. Las investigaciones futuras probablemente pondrán a prueba estas predicciones utilizando observaciones astronómicas mejoradas.
El estudio se publicó en la revista Nature Astronomy.
