Resumen (29 abril 2007): Se ha desarrollado un nuevo método para determinar, de forma precisa, las edades de las estrellas, que también podría ayudar a los astrónomos a comprender cómo cambian en el tiempo los sistemas planetarios y las estrellas que los albergan.





Basado en una nota de prensa del Lowell Observatory

¿Qué edad tienen las estrellas?

La técnica de la girocronología se calibra utilizando la edad conocida de nuestro Sol (4600 millones de años). Crédito: SOHO

La girocronología es un método nuevo para determinar de forma precisa las edades de las estrellas basándose en su ritmo de rotación, que ha sido anunciado recientemente por Sydney Barnes, un astrónomo del Observatorio Lowell. La parte fundamental de la investigación será publicada próximamente en Astrophysical Journal y está actualmente disponible en arxiv.org.

“La girocronología transforma la rotación de una estrella en un reloj, que indica bastante bien el tiempo, y que se compara con el Sol”, afirma Barnes.

Además de su masa, la edad de una estrella es su atributo más importante. La edad de una estrella le indica a los astrónomos cómo cambian los fenómenos astrofísicos a lo largo del tiempo. “Por ejemplo, las edades de las estrellas que albergan sistemas planetarios, son necesarias para comprender cómo cambian estos sistemas a lo largo del tiempo”, afirma Barnes. El conocimiento fundamental de los sistemas planetarios y su evolución en el tiempo es esencial para los astrobiólogos, que intentan determinar la distribución de los planetas y ambientes habitables en el Universo.

Mostrando que el periodo de rotación de una estrella mantiene un cambio constante y está en función de su edad y color, la girocronología permite determinar la edad mediante la medición de otras dos propiedades, el periodo de rotación y el color. “Si se conocen las relaciones entre tres cantidades, midiendo dos de ellas se puede calcular la tercera”, añade Barnes. “Las relaciones entre edad, color y periodo de rotación tienen propiedades particulares muy útiles desde el punto de vista matemático, que simplifican el análisis y permiten calcular fácilmente los márgenes de error”. El color de una estrella es un indicador de su masa o de la temperatura de su superficie. Los márgenes de error típicos en las edades girocronológicas son del orden del 15%, mientras que los métodos anteriores de datación presentaban márgenes de error de entre el 50% y el 100%.

La girocronología puede ser calibrada utilizando la edad conocida del Sol (4600 millones de años). Otra característica distintiva de esta técnica, es que funciona bien con la gran mayoría de estrellas, incluidas las estrellas de campo, es decir, aquellas que no se encuentran en cúmulos estelares. Por primera vez, esta nueva técnica, hace posible la deducción de forma precisa de las edades de estrellas como el Sol y de otras posteriores utilizando solamente sus periodos de rotación y su color. En su artículo, Barnes calcula edades de estrellas como el Sol y otras de menos masa que queman su combustible de hidrógeno a un ritmo relativamente sostenido en lo que se conoce como la secuencia principal. Barnes deduce las edades de estrellas tomadas como muestra en las que se conoce la rotación y el color y en las que sus edades son conocidas por otros métodos.

La técnica permite ahondar en la idea de Skumanich, quien en 1972, se percató de que otra medida del giro estelar cambia de forma mantenida con la edad de los cúmulos estelares. Sin embargo, si se utiliza únicamente este método, la falta de precisión compromete en gran manera la exactitud de las edades derivadas. Las mediciones realizadas en el Observatorio Lowell a finales de los 80 mostraron que la rotación también depende del color/masa de una estrella. La girocronología combina y desarrolla estos dos métodos en una forma precisa de deducir las edades de las estrellas, y muestra que funciona incluso con las estrellas de campo. El artículo indica que el periodo de rotación de una estrella (ya sea de campo o pertenezca a un cúmulo) puede calcularse como el producto simple de dos funciones, su edad y color. Esta característica matemática facilita la simplificación clave que hace que la girocronología sea única.

Los métodos para intentar determinar la edad de las estrellas que existían anteriormente, son las técnicas de isocrono y cromosfera. El método isocrono debe su nombre a Denarqye y Larson, quienes en un elegante trabajo de 1964, refinan otro trabajo pionero anterior de Allan Sandage. Las edades isocronas se infieren a través de cálculos de las trayectorias evolutivas de las estrellas. El estudio de Barnes señala que, mientras que el método isocrono funciona bien con estrellas en clusters, no lo hace con las estrellas de campo, ya que requiere que se mida la distancia, y eso es difícil. El estudio muestra otra razón por la que las edades isocronas no son satisfactorias, y es que no funciona bien con las estrellas de la secuencia principal en las que se ha agotado casi toda la vida de la estrella. “Sin embargo, la girocronología es independiente de la distancia y funciona bien con estrellas de la secuencia principal”, afirma Barnes.

Otro método para determinar las edades de las estrellas es el método cronosférico, un avance desarrollado por Olin Wilson y otros desde los 60. Las edades cronosféricas se calculan utilizando las medidas de las emisiones cronosféricas de las estrellas. El cálculo de estas edades no depende de la distancia y puede utilizarse con estrellas de la secuencia principal. Sin embargo, las edades cronosféricas tienen un amplio margen de error de hasta el 50%. La incertidumbre típica de la girocronología es del 15%.

En un análisis adicional, Barnes utilizó la girocronología para demostrar que, a diferencia de los resultados obtenidos con otras técnicas, los componentes individuales de tres estrellas binarias, tienen esencialmente la misma edad. (Para más detalle ver los antecedentes de la girocronología, Gyrocronology Background)

La girocronología no funciona bien con las estrellas más jóvenes, aquellas que no han empezado a quemar combustible a un ritmo sostenido, indicativo de la mayoría de las estrellas de la secuencia principal, o aquellas que han dejado la secuencia principal. Sin embargo, el trabajo futuro podría ser capaz de extender el método también a estas estrellas.

Para la gran mayoría de las estrellas, las edades girocronológicas han mostrado ser más consistentes que otras técnicas de datación estelar, y tendrá aplicaciones en todos los campos de la astronomía. Por ejemplo, la misión Kepler de la NASA, lista para su lanzamiento, podrá facilitar, no sólo el descubrimiento de nuevos planetas a través de las observaciones de tránsitos de estos nuevos planetas en su movimiento orbital por delante del disco de sus estrellas, sino también los periodos de rotación de estas estrellas que los albergan. La misión Kepler facilitará muchísimos más periodos de rotación que tránsitos planetarios. “Una porción muy significativa del tiempo de trabajo dedicado a las estrellas facilitará el periodo de rotación estelar (se trata de un sub-producto de la búsqueda de tránsitos de planetas), y dado que esta medida puede utilizarse para deducir una edad estelar precisa, nos permitirá afrontar problemas relacionados con la cronometría, que actualmente no podemos resolver”.

“Además de su masa, la edad de una estrella es uno de sus atributos más importante, y generalmente proporciona el cronómetro que permite el estudio de la evolución en el tiempo de los fenómenos astronómicos”, afirma Barnes. “La girocronología refina el uso de las estrellas como relojes, revelando sus propias edades y las edades de los cuerpos astronómicos asociados a ellas”.