Pulsaciones estelares, mensajes del corazón

Reportaje aparecido en el Boletin 175 (Noticias del Observatorio de La Plata)
Redacción textos y entrevistas: Per. Alejandra Sofía

Que todo permanezca inmutable o que sufra permanentes cambios ha dado
letra a la ciencia y a la filosofía. En el mundo de las estrellas existen
diferentes clasificaciones y así encontramos, por ejemplo, aquellas
denominadas variables y no variables; hay, dentro de estos grupos, algunas
más "clásicas" y otras un tanto más novedosas en materia de
comportamientos, de manifestaciones.

El Dr. Alejandro H. Córsico, integrante del Grupo de Evolución Estelar y
Pulsaciones de la Facultad de Ciencias Astronómicas Y Geofísicas (UNLP)
disipa dudas en materia de estrellas variables ZZ Ceti y aquello referido
al estudio de las pulsaciones en estos objetos estelares.

Imágenes de la entrevista:
Boletín de noticias del Observatorio de La Plata

Estrellas variables, aquellas cuyo brillo no es constante, las hay clásicas y no tanto...

-La estrellas variables clásicas se descubrieron y se estudiaron desde principios del siglo pasado, están las denominadas Cefeidas, RR Lyra y Mira.

Se pueden estudiar muy bien porque sus variaciones son muy grandes, cambian el tipo espectral y también cambian la temperatura superficial, fueron investigadas por Eddington en la década del treinta y allí se asentaron las bases de la teorías de pulsaciones estelares usando estas estrellas.

A las estrellas variables en general, se las define como estrellas que cambian su luz periódicamente, el brillo, la luminosidad. También cambian otras características de la estrellas como el radio a la par de los cambios de luz -aunque a veces no en fase exacta- y al cambiar la temperatura cambian el tipo espectral porque depende de la temperatura superficial.

En un momento dado tiene un tipo espectral, luego se corre a otro y después vuelve al mismo; esto puede darse en un período de días, meses, años, las estrellas Lyra pueden llegar a años, un astrónomo observándolas diaria o semanalmente toma los instantes en que observa y el brillo que tiene y construye lo que se llama curva de luz.

Un diagrama HR -es una cuestión teórica, un gráfico que ha sido útil históricamente en astronomía- es el lugar donde se vuelca la luminosidad y temperatura de la estrella y aparecen zonas: una zona se llama secuencia principal que es donde está el sol, la gigantes, etc., son distintas etapas evolutivas, allí ves las distintas clases de estrellas y las etapas evolutivas. Ahora prácticamente todas la etapas evolutivas muestran cierto grupo de estrellas que varían, entonces parece ser un fenómeno evolutivo común, por ejemplo, el Sol es una estrella variable pero sufre variaciones muy chiquitas.


¿Existen en el universo más estrellas variables que no variables?

-Primero se pensó que sólo unos grupos de estrellas eran variables y que lo normal es que lo fueran, pero en los últimos 15 años se viene descubriendo que muchas clases de estrellas que se pensabas eran constantes, son variables. Entonces el fenómeno de las pulsaciones estelares y las variabilidades es más común de lo que se creía.

¿Hay alguna relación con las estrellas binarias?

-Las estrellas variables pueden variar por su brillo, temperatura, radio etc. y ser estrellas aisladas, o pueden ser un sistema binario donde tienen una disposición geométrica en la que el observador ve que una estrella pasa por delante de otra; entonces se encuentran variaciones en el brillo pero se trata de otro fenómeno.

¿Y qué nos podes decir acerca de las pulsaciones?

-En la estrella sucede lo mismo que en nuestro corazón cuando pulsa, en el
sentido de que aumenta su volumen y lo disminuye en forma periódica; cuando aumenta su volumen aumenta su superficie y su brillo, ahí tiene mas luminosidad.

Podes sondear lo que pasa ahí adentro sin viajar con una sonda. Es un principio físico: estudiando cómo vibra un sistema uno puede conocer la estructura, aplicado a la Tierra se llama sismología y sobre las estrellas se denomina astrosismología. El Sol es la estrella más estudiada, hay mucho trabajo hecho en heliosismología.

Algo muy energético

-Totalmente, parte de la energía en forma de calor que viene del núcleo de la estrella se transforma en energía cinética, de pulsaciones; en forma macroscópica la estrella aumenta el brillo, volumen y disminuye un poco la temperatura. Después se vuelve a contraer, aumenta la temperatura y así el resultado es que uno ve una curva de luz.

Hay pulsaciones que se llaman radiales porque en todo momento son esféricas, más grandes o más chicas, otras pulsaciones más generales todavía son las no radiales, donde el movimiento de pulsaciones es mucho más complejo; la estrella, para que se den una idea, queda dividida como si fuera una pelota de fútbol con gajos, parte de ella se está moviendo hacia fuera, disminuyendo temperatura y una parte contigua está en fase opuesta. Hay muy buenas simulaciones sobre este fenómeno, se ve a la
estrella dividida en distintas regiones que están en fase opuesta, unas se
expanden y otras se hunden.

En estos casos da una variación de luz distinta al caso de las pulsaciones
radiales porque en promedio podrías decir que se cancelan radiaciones y queda constante pero no es así.

Comentanos por favor algunas características de las estrellas ZZ Ceti

-Estas estrellas son enanas blancas variables de tipo espectral DA (con
atmósferas ricas en hidrógeno), las cuales, durante su lento enfriamiento,
experimentan inestabilidades pulsacionales al atravesar el rango de temperaturas efectivas comprendido entre los 10.700 y 12.500 K.

La primera estrella ZZ Ceti -HL Tau76- fue descubierta por A. Landolt en 1968 y desde entonces se las estudia tanto desde el punto de vista observacional como teórico.

Las enanas blancas son la última etapa evolutiva de la mayoría de las estrellas, como el Sol que ahora está tranquilo quemando hidrógeno durante millones y millones de años, después se va a expandir y va a pasar a seruna gigante y ahí va a encender el helio -el otro componente químico que está en el núcleo- y luego va a pasar a la rama horizontal y finalmente va a ir a una región del diagrama HR con temperatura efectiva y con tamaño muy pequeño, del orden del tamaño de la Tierra; toda la masa del Sol
estará concentrada en un objeto grande como la Tierra: las enanas blancas.

Estas se enfrían y prácticamente no tienen otra actividad, existen reacciones nucleares muy apagadas. Pasan por ciertas condiciones que las vuelven pulsantes, y una de ellas es cuando se transforman en ZZ Ceti. Todas las enanas blancas que pasan por la temperatura de 12500 grados en la superficie, se vuelven pulsantes y ahí se las llama la clase de variables ZZ Ceti o su nombre equivalente DAVs. Hasta llegar a ser una enana blanca era una estrella pulsante. Cuando hice mi tesis sobre
Pulsaciones en estrellas enanas blancas variables ZZ Ceti (2003) había descubiertas unas treinta estrellas de este tipo, hoy se conocen unas 120.

Las enanas blancas son estrellas chiquitas, casi no se ven y sólo se logra con telescopios muy grandes y aquellas que están relativamente cerca del Sol, pero si uno extrapola esto a todas las galaxias debe haber muchísimas más y por eso se piensa que la mayoría de la estrellas son variables no radiales.

Hay una estrella que es muy masiva -en general las ZZ Ceti tienen una masa que es alrededor de 0.6 de la masa del Sol- y que además de ser una enana blanca pulsa, es una estrella Ceti y tiene una masa mayor a una masa solar (1.2). Lo interesante es que la teoría predice que con una masa tan grande tiene que poseer un núcleo en estado sólido, esto se llama cristalización: los iones dejan de estar vibrando libremente y se agrupan en cristales.

¿Cuál es la edad estimada de las enanas blancas?

Tienen unos diez mil millones de años. Hay una población que se llama población del halo de la galaxia que son enanas blancas de la primera generación de estrellas de la galaxia –las del disco de la galaxia son más jóvenes- la etapa de enana blanca es mucho más larga que todas las previas que se tornan despreciables en cuanto a tiempo si comparas con la de enana blanca.

Entonces, la edad de la enana blanca es prácticamente la edad de la estrella y está vinculada con la edad misma de la galaxia. Cuando las enanas blancas se enfrían y quedan inertes, son casi invisibles porque adoptan un color azul oscuro y no se detectan más.


Las investigaciones y simulaciones numéricas que hacen ustedes deben ser un aporte a investigadores de otras ramas de la física y la astronomía

-Ayuda sí a quienes trabajan con materia densa que es una materia muy
concentrada a densidades tan altas que en la Tierra no se pueden fabricar
sintéticamente, no se puede reproducir en laboratorios. Imaginen algo del tamaño como la Tierra y una masa como el Sol, tiene que estar muy concentrada. Y estudiando esas estrellas variables uno puede sacar información de su interior. Es una analogía a lo que hacen los sismólogos que estudian los movimientos sísmicos para inferir información del interior de la Tierra. Con las estrellas hacemos lo mismo: se estudian las pulsaciones a través de las curvas de luz, los periodos de oscilación para obtener información de la estructura interna.

Hay estrellas con los mismos tamaños pero pulsando diferente y eso está en función de sus elementos químicos mayoritarios, si la enana blanca tiene hierro en el núcleo va a pulsar distinto que otra con carbono y oxígeno, elementos más comunes de hallar en este tipo de estrellas junto a algunos elementos minoritarios.

Las estrellas con más masas de la normal, de unas 0.6 masas solares se cree que tienen en su núcleo neón, oxígeno y pueden llegar a tener hierro, no están en estado fluido sino sólido. Poseen un carozo sólido y una parte fluida por afuera; eso deja una señal en las pulsaciones, evidentemente pulsan muy diferente y eso habla de la estructura interna. Es como cualquier sistema físico, como en los instrumentos musicales que según sus cuerdas y afinación oscilan en una cierta nota u otra.

También le es útil a quienes estudian partículas exóticas como por ejemplo el axión. Las enanas blancas deberían generar muchos axiones y se tendría que notar en periodos de oscilación, porque cuando emite axiones se enfría más rápido y los periodos de oscilación son más grandes.

¿Cómo trabajan con los modelados?

-Generamos los modelos de la estrella en computadoras y luego superponemos el modelo de las pulsaciones y los comparamos con observaciones que hacen otros colegas. Así obtenemos los períodos de oscilación y comparamos con observaciones provenientes por ejemplo, de un arreglo de telescopios dispuestos en todo el planeta que permite seguir a la estrella en forma continua, de un campo de observación a otro. Nosotros tomamos los resultados finales de dichas observaciones que son los períodos de
oscilación, amplitudes de oscilación y generamos modelos teóricos y los comparamos. De las comparaciones surge si hay un ajuste bueno o no a una estrella.

Hemos hecho entre 3000 y 4000 modelos que luego comparamos con períodos observados y aquel que se ajusta más es representativo de esa estrella; al observador también le resulta útil. Se hacen programas para computadoras que ahora se llaman códigos porque son gigantes, son programas con muchas rutinas. En mi tesis hice un programa para calcular la pulsación.

¿Qué otros temas están dentro de tu actual actividad profesional?

Estoy estudiando la etapa previa a la enana blanca que se llama PG159, es
una etapa bastante previa a una enana blanca, son estrellas que están por entrar a la fase de enana y ya no son gigantes rojas, son de un tamaño mayor a una enana blanca y mucho más calientes, son una especie de objetos de transición entre gigante y enana y como tales objetos, evolucionan muy rápidamente estudiándolas desde el punto de vista de sus pulsaciones.

También, el grupo está estudiando una estrella que es la más caliente que se conoce y pulsa, estamos modelándola para tener distancias y estudiar los procesos que se dan en ella.

Alejandro Córsico es Dr. en astronomía; actualmente es Secretario de Postgrado de la citada Facultad y forma parte de la cátedra de Interiores
Estelares.