En 5 mil millones de años más o menos, cuando el sol haya agotado el hidrógeno de su núcleo, se inflará y se convertirá en una estrella gigante roja. Esta fase de su vida, y la de otras estrellas hasta el doble de su masa, es relativamente corta en comparación con los más de 10 mil millones de años de vida del sol. El gigante rojo brillará 1000 veces más que el sol, y de repente, el helio en lo profundo de su núcleo comenzará a fusionarse con carbono en un proceso llamado "destello del núcleo de helio". Después de este, la estrella se asienta en 100 millones de años de silenciosa fusión de helio.

Los astrofísicos han predicho estos destellos en teoría y en modelos durante 50 años, pero nunca se ha observado ninguno. Sin embargo, un nuevo estudio en Astronomía de la naturaleza sugiere que esto puede cambiar pronto.

"Los modelos predicen claramente los efectos del destello del núcleo de helio, pero no hemos encontrado observaciones que las reflejen directamente, "dijo el coautor Jørgen Christensen-Dalsgaard, Simons Distinguished Visiting Scholar en el Instituto Kavli de Física Teórica (KITP) de la UC Santa Bárbara y profesor en la Universidad de Aarhus en Dinamarca.

Una estrella como el sol se alimenta de la fusión de hidrógeno en helio a temperaturas de alrededor de 15 millones de K. Helio, sin embargo, requiere una temperatura mucho más alta que el hidrógeno, alrededor de 100 millones de K, para comenzar a fusionarse en carbono, por lo que simplemente se acumula en el núcleo mientras una capa de hidrógeno continúa ardiendo a su alrededor. Todo el rato, la estrella se expande a un tamaño comparable a la órbita de la Tierra. Finalmente, el núcleo de la estrella alcanza las condiciones perfectas, desencadenando una ignición violenta del helio:el núcleo de helio destella. El núcleo sufre varios destellos durante los próximos 2 millones de años, y luego se asienta en un estado más estático en el que procede a quemar todo el helio del núcleo en carbono y oxígeno en el transcurso de unos 100 millones de años.

El destello del núcleo de helio juega un papel integral en nuestra comprensión de los ciclos de vida de las estrellas de baja masa. Desafortunadamente, recopilar datos de los núcleos de estrellas distantes es increíblemente difícil, por lo que los científicos no han podido observar este fenómeno.

El poder de los observatorios espaciales modernos como Kepler, CoRoT y ahora el Satélite de Estudio de Exoplanetas en Tránsito (TESS) de la NASA promete cambiar esto. "La disponibilidad de medidas muy sensibles desde el espacio ha hecho posible observar oscilaciones sutiles en el brillo de una gran cantidad de estrellas, "Explicó Christensen-Dalsgaard.

El destello del núcleo de helio produce una serie de ondas diferentes que se propagan a través de la estrella. Esto hace que la estrella vibre como una campana, que se manifiesta como una variación débil en su brillo general. Las observaciones de las pulsaciones estelares ya han enseñado a los astrónomos sobre los procesos dentro de las estrellas de la misma forma que los geólogos aprenden sobre el interior de la Tierra al estudiar los terremotos. Esta tecnica, conocido como astrosismología, ha crecido hasta convertirse en un campo floreciente en astrofísica.

El destello del núcleo ocurre de repente, y como un terremoto, comienza con un evento muy energético seguido de una serie de eventos sucesivamente más débiles durante los próximos 2 millones de años, un período relativamente corto en la vida de la mayoría de las estrellas. Como se muestra en un artículo inicial de 2012 dirigido por el director de KITP, Lars Bildsten, y el miembro senior de KITP, Bill Paxton, las frecuencias de pulsación de estas estrellas son muy sensibles a las condiciones del núcleo. Como resultado, La astrosismología podría proporcionar a los científicos información que ponga a prueba nuestra comprensión de estos procesos.

“Estábamos emocionados en ese momento de que estas nuevas capacidades espaciales pudieran permitirnos confirmar esta pieza de evolución estelar tan estudiada. Sin embargo, no consideramos la posibilidad aún más emocionante que estos autores exploraron de usar la estrella de convección vigorosa para hacer que la estrella suene, "dijo Bildsten.

El objetivo principal del nuevo estudio fue determinar si estas regiones parpadeantes podrían excitar pulsaciones lo suficientemente grandes como para que las veamos. Y después de meses de análisis y simulaciones, los investigadores encontraron que muchos deberían ser relativamente fáciles de observar.

"Ciertamente me sorprendió que el mecanismo funcionara tan bien, "dijo Christensen-Dalsgaard.

El nuevo y prometedor ángulo que se detalla en el artículo es que los astrónomos han estado estudiando los procesos en un tipo de estrella muy especial —y hasta ahora no muy bien comprendido— denominada estrella B subenana. Estos son ex gigantes rojos que, por razones desconocidas, han perdido la mayor parte de su capa exterior de hidrógeno. Las estrellas B subenanas brindan a los científicos una oportunidad única para sondear más directamente el núcleo caliente de una estrella. Y lo que es más, la capa delgada restante de hidrógeno no es lo suficientemente gruesa como para amortiguar las oscilaciones de los repetidos destellos del núcleo de helio, dando a los investigadores la oportunidad de potencialmente observarlos directamente.

Este estudio proporciona la primera información observacional sobre los complejos procesos predichos por modelos estelares en la ignición de la fusión del helio. "Este trabajo aprovechó en gran medida una serie de cálculos dinámicos fluidos dirigidos por el ex becario graduado de KITP Daniel Lecoanet, "Señaló Bildsten." Si todo esto funciona, estas estrellas pueden proporcionar un nuevo campo de pruebas para este rompecabezas fundamental en astrofísica ".

Christensen-Dalsgaard dijo que está ansioso por aplicar estos hallazgos a datos reales. Y de hecho, Es posible que ya se hayan observado destellos del núcleo de helio. Varias de las estrellas observadas por CoRoT y Kepler muestran oscilaciones inexplicables que parecen similares a las predicciones de destellos del núcleo de helio. TESS resultará crucial en esta futura investigación, él explicó, ya que observará toda una franja de estrellas, incluyendo varios donde estas pulsaciones pueden ser detectables. Esto proporcionará más pruebas sólidas de los modelos y una idea de lo que depara el futuro para nuestro propio sol.