El campo magnético del Sol se comporta de forma extraña. Los astrónomos aún no saben por qué.
Los científicos dicen que nuestra estrella podría estar atravesando una especie de crisis de la mediana edad. ¿Qué significa eso para la vida?
Resolver el debate sobre cómo cambia la actividad magnética de las estrellas con el tiempo podría ser clave para comprender las condiciones de la vida, tanto en nuestro sistema solar como más allá.
«Claramente, el Sol no es una buena estrella de referencia para analizar la actividad estelar», escribió Böhm-Vitense . Pero se preguntaba si el aislamiento del Sol entre sus congéneres podría insinuar un misterio mayor: «¿Es su posición especial entre las secuencias necesaria para que la vida en la Tierra evolucione y sobreviva?».
El descubrimiento de Böhm-Vitense dio inicio a una investigación de dos décadas sobre el peculiar comportamiento del Sol. Desde entonces, los astrónomos han comprendido que nuestra estrella no es una excepción. Para ello, ha sido necesario replantearse cómo giran las estrellas —y, por lo tanto, cómo generan campos magnéticos— a lo largo de su vida. «El Sol se comporta como todas las demás estrellas; solo que todas se comportan de forma diferente a lo que esperábamos», afirma Travis Metcalfe, astrónomo de la White Dwarf Research Corporation en Colorado. Ahora, las observaciones y las simulaciones convergen para sugerir que, cuando las estrellas se acercan a la mediana edad (como nuestro Sol), experimentan una especie de crisis magnética durante la cual sus campos magnéticos a gran escala comienzan a debilitarse.
“Aún estamos en la fase inicial de lo que está sucediendo aquí”, afirma Jeremy Drake, astrónomo del Laboratorio de Astrofísica Solar Lockheed Martin en California. “Es una pregunta fundamental que debemos responder si queremos averiguar si estamos solos en el universo”.
Bailando con las estrellas
Como todas las estrellas, nuestro sol es una gigantesca bola fundida de partículas cargadas que gira sobre su eje vertical mientras consume su reserva de hidrógeno a lo largo de su ciclo de vida. Este remolino de carga crea lo que los científicos llaman una «dinamo», que genera un campo magnético global con polos norte y sur, convirtiendo esencialmente al sol en un imán gigante.
Debido a que el ecuador gira más rápido que los polos, el campo magnético se tensa como una goma elástica. Periódicamente, cuando la tensión es especialmente alta, el sol emite explosiones energéticas que generan fenómenos meteorológicos espaciales en la Tierra: radiación y partículas que iluminan nuestro cielo con auroras y, ocasionalmente, llamaradas que pueden interferir con los satélites.
En la década de 1970, los científicos se dieron cuenta de que el campo magnético global del Sol también actúa como un paracaídas, ralentizando gradualmente su rotación con el tiempo. Unas décadas más tarde, Sydney Barnes , actualmente en el Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam, en Alemania, sugirió que los astrónomos aprovecharan esta relación para determinar la edad de las estrellas distantes a partir de su velocidad de rotación, una técnica que denominó «girocronología».
La girocronología supuso un gran avance para la datación estelar, una tarea tan compleja en astronomía como en Hollywood. Sin embargo, se ha hecho evidente que la relación entre edad y velocidad de rotación no es tan sencilla como los científicos creían inicialmente, sobre todo en el caso de estrellas más antiguas que ya han consumido gran parte de su hidrógeno.
En 2016, Metcalfe y sus colegas demostraron que algunas estrellas más antiguas que el Sol no seguían desacelerándose como predecía la girocronología. En cambio, estas estrellas más ancianas parecían alcanzar una velocidad de rotación constante.
Las observaciones fueron inicialmente controvertidas, pero a medida que el tamaño de la muestra aumentó y la relación s validó con distintos métodos, incluso los escépticos iniciales, como Barnes, comenzaron a creer que estas estrellas antiguas giran a una velocidad sospechosamente alta. «La pregunta es: ¿Cuál es la explicación?», dice Barnes.
El dínamo moribundo
En ese trabajo de 2016, el equipo de Metcalfe propuso una explicación sobre la interacción entre la edad, la rotación y el magnetismo: el campo magnético de una estrella restringe su rotación, pero solo hasta cierto punto. Más allá de cierta etapa (cuando una estrella ha consumido aproximadamente la mitad del hidrógeno de su núcleo), la estrella gira demasiado despacio como para poder mantener su dinamo, y su campo magnético global comienza a desactivarse.
En los últimos años, su equipo ha buscado evidencia más directa de esta secuencia de apagado. Comenzaron con mediciones del campo magnético del Sol tomadas por diferentes naves espaciales. Pero «estudiar el Sol de forma aislada es como ver una escena muy detallada en medio de una película», dice Metcalfe. «Lo que realmente se necesita son, aunque sea solo fotogramas de escenas anteriores y posteriores». Así que recopilaron mediciones del brillo de rayos X, la rotación y la intensidad del campo magnético en 17 estrellas de diferentes edades utilizando el Gran Telescopio Binocular en Arizona, el telescopio óptico más grande de la Tierra.
En un artículo publicado el pasado septiembre, Metcalfe y sus colegas unieron esos datos y hallaron una clara tendencia. Aproximadamente a la mitad de su vida, la intensidad del campo magnético global de las estrellas parecía disminuir drásticamente, hasta 100 veces más débil que la de sus primas unos miles de millones de años más jóvenes.
El Sol se encuentra justo en ese punto crítico. Su interpretación fue sencilla: «Básicamente estamos observando cómo la dinamo del Sol colapsa lentamente», explica Metcalfe, «pero ese proceso tardará toda la segunda mitad de su vida en completarse».
Algunos astrónomos consideran convincente la explicación. «Creo que esto aclara mucho el panorama y tiene una base física sólida», afirma Patrick Young , astrofísico y astrobiólogo de la Universidad Estatal de Arizona. Otros, sin embargo, aún no están convencidos por el análisis. «No hay nada intrínsecamente malo; podría ser cierto… simplemente parece un poco forzado», comenta Barnes. «Me da la impresión de que las piezas del rompecabezas se pueden conectar de otra manera».
Una alternativa es que el campo magnético global no se esté extinguiendo, sino que se esté acercando a un mínimo temporal. Mediante simulaciones por ordenador, Allan Sacha Brun , astrofísico de la Universidad de París-Saclay en Francia, descubrió que si una estrella gira aún más despacio que el Sol, sus polos pueden empezar a girar más rápido que el ecuador, y el campo magnético puede volver a fortalecerse, dando lugar a una nueva dinamo cuya intensidad ya no fluctúa. «Si una estrella reduce demasiado su velocidad de rotación, puede que, de hecho, reactive su dinamo», afirma Brun.
Brun sugiere que una posible explicación para esa disminución del campo magnético es que el campo magnético de la estrella esté cambiando de forma. El campo magnético dipolar —con un polo norte y un polo sur, como un imán de barra— es la forma más sencilla en que se organiza la dinamo. Pero también puede formar estructuras más complejas con cuatro u ocho polos.
En 2018, Cecilia Garraffo, del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica en Boston, hizo un llamado a una « revolución », argumentando que los astrónomos habían pasado por alto la complejidad de los campos magnéticos en la rotación estelar.
En una reunión celebrada en Tokio en junio, los investigadores presentaron sus diferentes ideas sobre cómo evoluciona el magnetismo estelar. Metcalfe ahora cree que todo encaja en una historia coherente. «Podría tratarse simplemente de la evolución natural de las dinamos», afirma. «Es una secuencia».
Una estrella podría comenzar con campos magnéticos muy complejos. A medida que envejece, esos campos desordenados se ordenan gradualmente en un fuerte dipolo, lo que hace que la estrella gire más despacio.
Aproximadamente a la mitad de su vida, gira tan lentamente que el campo magnético se transforma de nuevo en formas más complejas, lo que elimina los frenos a su rotación. Finalmente, cuando la estrella agota su combustible de hidrógeno, comienza a expandirse, ralentizando aún más la rotación hasta que el dipolo vuelve a tomar el control.
En abril, Metcalfe y sus colegas observaron una estrella en la constelación de Aquila que parece confirmar esta hipótesis . La estrella se encuentra en una etapa evolutiva posterior a la del Sol y, sin embargo, parece poseer un campo magnético muy fuerte y estable, tal como predicen las simulaciones de Brun. Pero «aún no hemos cerrado el círculo por completo», advierte Brun. Su equipo ahora intenta modelar si el cambio entre diferentes formas de campo magnético puede explicar las variaciones observadas en la rotación.
La vida en las estrellas
Es fundamental esclarecer los detalles de esta saga magnética. La actividad —y, por ende, la rotación— de las estrellas moldea los entornos de los planetas que las orbitan. Si Metcalfe tiene razón al afirmar que el campo magnético global del Sol está colapsando, cabe esperar que en los próximos miles de millones de años en la Tierra el clima espacial sea cada vez más tranquilo: menos erupciones solares catastróficas y auroras cada vez más escasas. Si Brun acierta al afirmar que la actividad estelar se está reactivando, en un futuro lejano se produciría un rápido repunte de dicha actividad, lo que daría lugar a tormentas geomagnéticas más frecuentes en la Tierra.
Pero estas lecciones no se aplicarían solo a la Tierra. Si logramos construir un marco coherente de evolución magnética en el que el Sol encaje en lugar de destacar, podríamos usar nuestra estrella como una » Piedra Rosetta » para aprender sobre otros sistemas solares.
El tiempo corre. A principios de la década de 2040, la NASA planea lanzar el Observatorio de Mundos Habitables (HWO) para buscar indicios químicos de vida en exoplanetas que orbitan otras estrellas.
Su objetivo principal es obtener imágenes directas de 25 planetas similares a la Tierra. Para ello, los científicos necesitan saber hacia dónde apuntar el telescopio, lo que implica saber qué estrellas tienen más probabilidades de albergar exoplanetas similares a la Tierra.
Para seleccionar los objetivos potencialmente habitables, los astrónomos están comenzando a analizar la actividad magnética de sus estrellas .
Tomemos como ejemplo la estrella TRAPPIST-1 . Considerada una de las principales candidatas a albergar un entorno habitable , esta estrella cuenta con siete planetas rocosos en la » zona habitable «, donde puede existir agua líquida. Sin embargo, cuando Garraffo y Drake simularon el clima espacial de TRAPPIST-1 , descubrieron que esas partículas impactarían contra los planetas, destruyendo sus atmósferas y cualquier posibilidad de vida tal como la conocemos.
Young, quien participa en la priorización de objetivos para HWO , cree que el historial de actividad estelar podría ser un criterio útil para determinar la habitabilidad. «Si una estrella no ha estado muy activa últimamente, es una preocupación menos», afirma. «Sin duda, es algo a tener en cuenta».
Pero antes de asesorar sobre la búsqueda de extraterrestres, los astrónomos necesitan comprender mejor cómo giran las estrellas. «Sin duda, hay cosas que no entendemos», dice Barnes. «He dedicado toda mi vida al estudio de la rotación, y aún estoy al principio».
