Adivinar tu edad puede ser un juego de carnaval popular, pero para los astrónomos es un verdadero desafío determinar la edad de las estrellas. Una vez que una estrella como nuestro Sol se ha asentado en una fusión nuclear estable, o en la fase madura de su vida, cambia poco durante miles de millones de años. Una excepción a esa regla es el período de rotación de la estrella:la rapidez con la que gira. Al medir los períodos de rotación de cientos de miles de estrellas, el Telescopio Espacial Romano Nancy Grace de la NASA promete brindar nuevos conocimientos sobre las poblaciones estelares en nuestra galaxia, la Vía Láctea, después de su lanzamiento en mayo de 2027.
Las estrellas nacen girando rápidamente. Sin embargo, las estrellas de la masa de nuestro Sol o menos se ralentizarán gradualmente a lo largo de miles de millones de años. Esa desaceleración es causada por interacciones entre una corriente de partículas cargadas conocida como viento estelar y el propio campo magnético de la estrella. Las interacciones eliminan el momento angular, lo que hace que la estrella gire más lentamente, de forma muy parecida a como lo haría un patinador sobre hielo cuando extiende sus brazos.
Este efecto, llamado frenado magnético, varía según la fuerza del campo magnético de la estrella. Las estrellas que giran más rápido tienen campos magnéticos más fuertes, lo que hace que se desaceleren más rápidamente. Debido a la influencia de estos campos magnéticos, después de aproximadamente mil millones de años, las estrellas de la misma masa y edad girarán al mismo ritmo. Por lo tanto, si conoces la masa y la velocidad de rotación de una estrella, potencialmente puedes estimar su edad. Al conocer las edades de una gran población de estrellas, podemos estudiar cómo se formó y evolucionó nuestra galaxia a lo largo del tiempo.
¿Cómo miden los astrónomos la velocidad de rotación de una estrella distante? Buscan cambios en el brillo de la estrella debido a las manchas estelares. Las manchas estelares, al igual que las manchas solares de nuestro Sol, son manchas más frías y oscuras en la superficie de una estrella. Cuando se ve una mancha estelar, la estrella será ligeramente más tenue que cuando la mancha está en el lado opuesto de la estrella.
Si una estrella tiene una única mancha grande, experimentaría un patrón regular de atenuación y brillo a medida que la mancha gira hacia adentro y hacia afuera de la vista. (Esta atenuación se puede diferenciar de un efecto similar causado por un exoplaneta en tránsito). Pero una estrella puede tener docenas de puntos esparcidos por su superficie en cualquier momento dado, y esos puntos varían con el tiempo, lo que hace mucho más difícil distinguir los puntos periódicos. señales de oscurecimiento debido a la rotación de la estrella.
Aplicando la inteligencia artificial
Un equipo de astrónomos de la Universidad de Florida está desarrollando nuevas técnicas para extraer un período de rotación a partir de mediciones del brillo de una estrella a lo largo del tiempo.
Están utilizando un tipo de inteligencia artificial conocida como red neuronal convolucional para analizar curvas de luz, o gráficos del brillo de una estrella, a lo largo del tiempo. Para ello, primero hay que entrenar la red neuronal en curvas de luz simuladas. El asociado postdoctoral de la Universidad de Florida, Zachary Claytor, investigador científico principal del proyecto, escribió un programa llamado "butterpy" para generar este tipo de curvas de luz.
"Este programa permite al usuario establecer una serie de variables, como la velocidad de rotación de la estrella, el número de manchas y la vida útil de las manchas. Luego calculará cómo emergen, evolucionan y decaen las manchas a medida que la estrella gira y convierte esa evolución de las manchas en una curva de luz:lo que mediríamos desde la distancia", explicó Claytor.
El equipo ya ha aplicado su red neuronal entrenada a los datos del TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) de la NASA. Los efectos sistemáticos hacen que sea más difícil medir con precisión períodos de rotación estelar más largos; sin embargo, la red neuronal entrenada por el equipo pudo medir con precisión estos períodos de rotación más largos utilizando los datos de TESS.
Encuesta de estrellas romanas
El próximo Telescopio Espacial Romano recopilará datos de cientos de millones de estrellas a través de su Estudio del Dominio del Tiempo del Bulto Galáctico, uno de los tres estudios comunitarios principales que llevará a cabo. Roman mirará hacia el centro de nuestra galaxia, una región repleta de estrellas, para medir cuántas de estas estrellas cambian de brillo con el tiempo. Estas mediciones permitirán múltiples investigaciones científicas, desde la búsqueda de exoplanetas distantes hasta la determinación de las tasas de rotación de las estrellas.
La comunidad astronómica aún está desarrollando el diseño específico de la encuesta. El estudio sobre la rotación estelar promete ayudar a informar posibles estrategias de encuesta.
"Podemos probar qué cosas importan y qué podemos extraer de los datos romanos dependiendo de diferentes estrategias de estudio. Entonces, cuando realmente obtengamos los datos, ya tendremos un plan", dijo Jamie Tayar, profesor asistente de astronomía en la Universidad de Florida y el investigador principal del programa.
"Ya tenemos muchas herramientas y creemos que se pueden adaptar a Roman", añadió.
Proporcionado por el Instituto Científico del Telescopio Espacial
