Sabemos por qué los corazones de las estrellas giran más lento de lo esperado

¿Cómo funciona el corazón de las estrellas? A medida que las estrellas envejecen, se alejan de la secuencia principal. Su perfil de rotación desarrolla fuertes pendientes. El núcleo, quedándose sin hidrógeno para Fusión nuclear, se contrae y gira más rápido, mientras que las capas exteriores se expanden y se ralentizan. En 2017, según los datos heliosísmicos recopilados por el observatorio espacial SOHO, los investigadores calcularon que el núcleo del Sol gira casi cuatro veces más rápido que su envoltura radiativa. Esto probablemente refleja velocidad de rotación de nuestra estrella cuando nació, explicaron los autores del estudio.

Los astrónomos han realizado observaciones astrosismológicas de diferentes estrellas. Este es el estudio de los modos de vibración de las estrellas. Sin embargo, estos estudios han demostrado que los núcleos estelares giran menos rápido de lo esperado. » Esto sugiere la existencia de un poderoso mecanismo capaz de extraer el momento angular del núcleo estelar. También permite suprimir la rotación diferencial durante la evolución estelar. », escriben los investigadores en Ciencia. Este mecanismo era previamente desconocido.

Una desaceleración de los núcleos estelares debido al magnetismo estelar.

La dinámica de rotación interna influye en la evolución de una estrella. Esto se hace a través de mecanismos de transporte y mezcla de materia, que son poco conocidos en este momento. Una posible explicación para el transporte de momento angular y especies químicas radica en el magnetismo estelar.

Fuertes campos magnéticos estelares son generados por dínamos. Esto generalmente requiere convección de material dentro de la estrella. Él campo magnético de la tierra es así generado por movimientos de convección del núcleo exterior compuesto de metales líquidos. Pero aún queda por aclarar el origen de este magnetismo en las capas radiativas de la estrella (donde no hay movimientos de convección) y su influencia en la dinámica de rotación.

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Ludovic Petitdemange, Florence Marcotte y Christophe Gissinger realizaron simulaciones numéricas. Este último modela el flujo de plasma en las capas profundas de una estrella. Luego descubrieron que una dínamo estelar en realidad puede formarse en capas puramente radiactivas. La energía liberada por las reacciones nucleares en el núcleo se transmite por radiación a estas capas.

Un campo magnético «oculto» en el corazón de las estrellas

Sus simulaciones, que son totalmente consistentes con las observaciones astrosismológicas de muchas estrellas, mostraron que el flujo de plasma puede amplificar un campo magnético interno para generar fuertes movimientos turbulentos. Esta turbulencia podría amplificar aún más el campo magnético para hacer que el núcleo de la estrella disminuya su velocidad.

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Los resultados obtenidos por los investigadores corresponden a la mayoría de las propiedades de un modelo teórico conocido como “dinamo de Taylor-Spruit”. El campo magnético resultante queda atrapado dentro de la estrella. Las capas exteriores luego lo oscurecen. Por lo tanto, permanece invisible desde la superficie. Esto explica por qué no se ha medido ningún campo magnético con las técnicas actuales. Por otro lado, se puede deducir de los datos de la astrosismología.

Simulación que muestra el intenso campo magnético generado dentro de la capa radiativa de una estrella (líneas blancas). Este campo magnético genera fuertes turbulencias en el plasma (líneas azules) en las regiones interiores de la estrella, que se ralentizan. Dado que el campo magnético es toroidal (con forma de toro o rosquilla) y está ubicado en lo profundo de la región radiativa, está oculto desde el exterior. © Petitdemange et al.

» Como los campos magnéticos pueden llevar un momento angular, el mecanismo ralentiza la rotación de los núcleos estelares y aumenta la de las capas exteriores, lo que promueve la mezcla de elementos químicos. resumen los tres investigadores.

La primera evidencia de una «dínamo radiactiva»

Los investigadores señalan que sus simulaciones son posiblemente la primera evidencia numérica de una dínamo radiativa turbulenta. Dentro de él, un fuerte campo magnético puede ser sostenido por la acción de una dínamo dentro de una zona radiativa estable. Esto suprime la rotación diferencial e induce una desaceleración significativa de la rotación del núcleo estelar a medida que la estrella se aleja de la etapa de secuencia principal.

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Esta dínamo proporciona un mecanismo plausible para explicar el transporte de elementos químicos y el momento angular en estrellas de masa intermedia y masiva, en las que es probable que no funcione ninguna dínamo convectiva.