Una enana roja es el tipo de estrella más pequeña y genial de la secuencia principal . Las enanas rojas son, con mucho, el tipo de estrella más común en la Vía Láctea , al menos en la vecindad del Sol , pero debido a su baja luminosidad, las enanas rojas individuales no se pueden observar fácilmente. Desde la Tierra, ninguna estrella que se ajuste a las definiciones más estrictas de enana roja es visible a simple vista. [1] Proxima Centauri , la estrella más cercana al Sol, es una enana roja, al igual que cincuenta de las sesenta estrellas más cercanas . Según algunas estimaciones, las enanas rojas constituyen las tres cuartas partes de las estrellas de la Vía Láctea. [2]
Las enanas rojas más frías cercanas al Sol tienen una temperatura superficial de ~2.000 K y el más pequeño tienen radios de ~ 9% del Sol, con masas de ~ 7.5% del Sol. Estas enanas rojas tienen clases espectrales de L0 a L2. Existe cierta superposición con las propiedades de las enanas marrones , ya que las enanas marrones más masivas con menor metalicidad pueden ser tan calientes como3.600 K y tienen tipos espectrales M tardíos.
Las definiciones y el uso del término "enana roja" varían en cuanto a cuán inclusivos son en el extremo más caliente y masivo. Una definición es sinónimo de enanas M estelares ( estrellas de secuencia principal de tipo M ), que producen una temperatura máxima de 3.900 K y 0,6 M ☉ . Uno incluye todas las estrellas de secuencia principal de tipo M estelar y todas las estrellas de secuencia principal de tipo K ( enana K ), lo que produce una temperatura máxima de 5200 K y 0,8 M ☉ . Algunas definiciones incluyen cualquier enana M estelar y parte de la clasificación de enanas K. También se utilizan otras definiciones (ver definición ). Se espera que muchas de las enanas M más frías y de menor masa sean enanas marrones, no estrellas verdaderas, por lo que se excluirían de cualquier definición de enana roja.
Los modelos estelares indican que las enanas rojas de menos de 0,35 M ☉ son completamente convectivas . [3] Por lo tanto, el helio producido por la fusión termonuclear de hidrógeno se vuelve a mezclar constantemente en toda la estrella, evitando la acumulación de helio en el núcleo, prolongando así el período de fusión. Por lo tanto, las enanas rojas de baja masa se desarrollan muy lentamente, manteniendo una luminosidad constante y un tipo espectral durante billones de años, hasta que se agota su combustible. Debido a la edad comparativamente corta del universo , todavía no existen enanas rojas en etapas avanzadas de evolución.
Definición
El término "enana roja" cuando se usa para referirse a una estrella no tiene una definición estricta. Uno de los primeros usos del término fue en 1915, utilizado simplemente para contrastar las estrellas enanas "rojas" de las estrellas enanas "azules" más calientes. [4] Se convirtió en un uso establecido, aunque la definición siguió siendo vaga. [5] En términos de qué tipos espectrales califican como enanas rojas, diferentes investigadores eligieron límites diferentes, por ejemplo K8-M5 [6] o "posterior a K5". [7] También se utilizó la estrella enana M , abreviada dM, pero a veces también incluía estrellas de tipo espectral K. [8]
En el uso moderno, la definición de enana roja todavía varía. Cuando se define explícitamente, normalmente incluye estrellas de clase K tardías y estrellas de clase M temprana o media, [9] pero en muchos casos está restringido solo a estrellas de clase M. [10] [11] En algunos casos, todas las estrellas K se incluyen como enanas rojas, [12] y ocasionalmente incluso estrellas anteriores. [13]
Los estudios más recientes colocan a las estrellas de la secuencia principal verdaderas más frías en los tipos espectrales L2 o L3. Al mismo tiempo, muchos objetos más fríos que M6 o M7 son enanas marrones, insuficientemente masivas para sostener la fusión de hidrógeno-1 . [14] Esto da una superposición significativa en los tipos espectrales para las enanas rojas y marrones. Los objetos en ese rango espectral pueden ser difíciles de categorizar.
Descripción y características
Las enanas rojas son estrellas de muy baja masa . [15] Como resultado, tienen presiones relativamente bajas, una velocidad de fusión baja y, por lo tanto, una temperatura baja. La energía generada es el producto de la fusión nuclear de hidrógeno en helio por medio del mecanismo de cadena protón-protón (PP) . Por lo tanto, estas estrellas emiten relativamente poca luz, a veces tan solo 1 / 10,000 de la del Sol, aunque esto aún implicaría una potencia de salida del orden de 10 22 vatios (10 billones de gigavatios). Incluso las enanas rojas más grandes (por ejemplo, HD 179930 , HIP 12961 y Lacaille 8760 ) tienen solo alrededor del 10% de la luminosidad del Sol . [16] En general, las enanas rojas de menos de 0,35 M ☉ transportan energía desde el núcleo a la superficie por convección . La convección se produce debido a la opacidad del interior, que tiene una alta densidad en comparación con la temperatura. Como resultado, la transferencia de energía por radiación disminuye y, en cambio, la convección es la forma principal de transporte de energía a la superficie de la estrella. Por encima de esta masa, una enana roja tendrá una región alrededor de su núcleo donde no se produce la convección. [17]
Debido a que las enanas rojas de baja masa son completamente convectivas, el helio no se acumula en el núcleo y, en comparación con estrellas más grandes como el Sol, pueden quemar una mayor proporción de su hidrógeno antes de abandonar la secuencia principal . Como resultado, las enanas rojas tienen una esperanza de vida estimada mucho más larga que la edad actual del universo, y las estrellas de menos de 0,8 M ☉ no han tenido tiempo de abandonar la secuencia principal. Cuanto menor sea la masa de una enana roja, mayor será su vida útil. Se cree que la vida útil de estas estrellas excede la vida útil esperada de 10 mil millones de años de nuestro Sol en la tercera o cuarta potencia de la relación entre la masa solar y sus masas; por tanto, una enana roja de 0,1 M ☉ puede seguir ardiendo durante 10 billones de años. [15] [19] A medida que se consume la proporción de hidrógeno en una enana roja, la velocidad de fusión disminuye y el núcleo comienza a contraerse. La energía gravitacional liberada por esta reducción de tamaño se convierte en calor, que se transporta por toda la estrella por convección. [20]
Clase estelar | Masa ( M ☉ ) | Radio ( R ☉ ) | Luminosidad ( L ☉ ) | T ef ( K ) |
---|---|---|---|---|
M0V | 60% | 62% | 7,2% | 3.800 |
M1V | 49% | 49% | 3,5% | 3.600 |
M2V | 44% | 44% | 2,3% | 3.400 |
M3V | 36% | 39% | 1,5% | 3250 |
M4V | 20% | 26% | 0,55% | 3,100 |
M5V | 14% | 20% | 0,22% | 2.800 |
M6V | 10% | 15% | 0,09% | 2600 |
M7V | 9% | 12% | 0,05% | 2500 |
M8V | 8% | 11% | 0,03% | 2.400 |
M9V | 7,5% | 8% | 0,015% | 2,300 |
Según las simulaciones por computadora, la masa mínima que debe tener una enana roja para evolucionar eventualmente a una gigante roja es 0.25 M ☉ ; Los objetos menos masivos, a medida que envejecen, aumentarían la temperatura y luminosidad de su superficie convirtiéndose en enanas azules y finalmente en enanas blancas . [18]
Cuanto menos masiva sea la estrella, más tiempo llevará este proceso evolutivo. Se ha calculado que una enana roja de 0,16 M ☉ (aproximadamente la masa de la cercana estrella de Barnard ) permanecería en la secuencia principal durante 2,5 billones de años, seguida de cinco mil millones de años como una enana azul, durante los cuales la estrella tendría un tercio de la luminosidad del Sol ( L ☉ ) y una temperatura superficial de 6.500 a 8.500 kelvin . [18]
El hecho de que las enanas rojas y otras estrellas de baja masa aún permanezcan en la secuencia principal cuando las estrellas más masivas se han alejado de la secuencia principal permite estimar la edad de los cúmulos estelares al encontrar la masa a la que las estrellas se alejan de la secuencia principal. Esto proporciona un límite inferior a la edad del Universo y también permite que se coloquen escalas de tiempo de formación en las estructuras dentro de la Vía Láctea , como el halo galáctico y el disco galáctico .
Todas las enanas rojas observadas contienen "metales" , que en astronomía son elementos más pesados que el hidrógeno y el helio. El modelo del Big Bang predice que la primera generación de estrellas debería tener solo hidrógeno, helio y trazas de litio y, por lo tanto, sería de baja metalicidad. Con sus vidas extremas, las enanas rojas que formaron parte de esa primera generación ( estrellas de población III ) todavía deberían existir en la actualidad. Las enanas rojas de baja metalicidad, sin embargo, son raras. El modelo aceptado para la evolución química del universo anticipa tal escasez de estrellas enanas pobres en metales porque se cree que solo las estrellas gigantes se han formado en el ambiente pobre en metales del universo primitivo. A medida que las estrellas gigantes terminan su corta vida en explosiones de supernovas , arrojan los elementos más pesados necesarios para formar estrellas más pequeñas. Por lo tanto, los enanos se volvieron más comunes a medida que el universo envejecía y se enriquecía en metales. Si bien se espera la escasez básica de antiguas enanas rojas pobres en metales, las observaciones han detectado incluso menos de lo previsto. Se pensaba que la gran dificultad de detectar objetos tan tenues como las enanas rojas explicaba esta discrepancia, pero los métodos de detección mejorados solo han confirmado la discrepancia. [22]
El límite entre las enanas rojas menos masivas y las enanas marrones más masivas depende en gran medida de la metalicidad. En la metalicidad solar, el límite se produce en aproximadamente 0,07 M ☉ , mientras que en la metalicidad cero el límite es de alrededor de 0,09 M ☉ . En la metalicidad solar, las enanas rojas menos masivas teóricamente tienen temperaturas alrededor1.700 K , mientras que las mediciones de enanas rojas en el vecindario solar sugieren que las estrellas más frías tienen temperaturas de aproximadamente2.075 K y clases espectrales de aproximadamente L2. La teoría predice que las enanas rojas más frías a cero metalicidad tendrían temperaturas de aproximadamente3600 K . Las enanas rojas menos masivas tienen radios de aproximadamente 0,09 R ☉ , mientras que tanto las enanas rojas más masivas como las enanas marrones menos masivas son más grandes. [14] [23]
Estrellas estándar espectrales
Los estándares espectrales para las estrellas de tipo M han cambiado ligeramente a lo largo de los años, pero se han estabilizado un poco desde principios de la década de 1990. Parte de esto se debe al hecho de que incluso las enanas rojas más cercanas son bastante tenues y sus colores no se registran bien en las emulsiones fotográficas utilizadas a principios y mediados del siglo XX. El estudio de las enanas M media a tardía ha avanzado significativamente solo en las últimas décadas, principalmente debido al desarrollo de nuevas técnicas astrográficas y espectroscópicas , prescindiendo de placas fotográficas y progresando a dispositivos de par cargado (CCD) y matrices sensibles al infrarrojo. .
El sistema Yerkes Atlas revisado (Johnson & Morgan, 1953) [24] enumeró sólo dos estrellas estándar espectrales de tipo M: HD 147379 (M0V) y HD 95735 / Lalande 21185 (M2V). Si bien HD 147379 no fue considerado un estándar por clasificadores expertos en compendios posteriores de estándares, Lalande 21185 sigue siendo un estándar principal para M2V. Robert Garrison [25] no enumera ningún estándar "ancla" entre las enanas rojas, pero Lalande 21185 ha sobrevivido como estándar M2V a través de muchos compendios. [24] [26] [27] La revisión de la clasificación MK por Morgan & Keenan (1973) no contenía estándares de enanas rojas. A mediados de la década de 1970, Keenan & McNeil (1976) [28] y Boeshaar (1976) [29] publicaron estrellas estándar enanas rojas, pero desafortunadamente hubo poco acuerdo entre los estándares. A medida que posteriormente se identificaron estrellas más frías a lo largo de la década de 1980, quedó claro que se necesitaba una revisión de los estándares de las enanas rojas. Basándose principalmente en los estándares de Boeshaar, un grupo del Observatorio Steward (Kirkpatrick, Henry y McCarthy, 1991) [27] completó la secuencia espectral de K5V a M9V. Son estas estrellas estándar enanas de tipo M las que han sobrevivido en gran medida como estándares principales hasta la actualidad. Ha habido cambios insignificantes en la secuencia espectral de la enana roja desde 1991. Henry et al. (2002), [30] y D. Kirkpatrick ha revisado recientemente la clasificación de enanas rojas y estrellas estándar en la monografía de Gray & Corbally de 2009. [31] Los estándares espectrales primarios enanos M son: GJ 270 (M0V), GJ 229A (M1V), Lalande 21185 (M2V), Gliese 581 (M3V), Gliese 402 (M4V), GJ 51 (M5V), Wolf 359 ( M6V), van Biesbroeck 8 (M7V), VB 10 (M8V), LHS 2924 (M9V).
Planetas
Muchas enanas rojas están orbitadas por exoplanetas , pero los grandes planetas del tamaño de Júpiter son comparativamente raros. Los estudios Doppler de una amplia variedad de estrellas indican que aproximadamente 1 de cada 6 estrellas con el doble de masa del Sol están orbitadas por uno o más planetas del tamaño de Júpiter, frente a 1 de cada 16 para las estrellas similares al Sol y la frecuencia de las estrellas gigantes cercanas. planetas (del tamaño de Júpiter o más grandes) que orbitan alrededor de enanas rojas es solo 1 en 40. [32] Por otro lado, los estudios de microlentes indican que los planetas de masa de Neptuno de período orbital largo se encuentran alrededor de una de cada tres enanas rojas. [33] Las observaciones con HARPS indican además que el 40% de las enanas rojas tienen un planeta de clase " super-Tierra " orbitando en la zona habitable donde puede existir agua líquida en la superficie. [34] Las simulaciones por computadora de la formación de planetas alrededor de estrellas de baja masa predicen que los planetas del tamaño de la Tierra son más abundantes, pero más del 90% de los planetas simulados son al menos un 10% de agua en masa, lo que sugiere que muchos planetas del tamaño de la Tierra Las estrellas enanas rojas en órbita están cubiertas por océanos profundos. [35]
Se descubrieron al menos cuatro y posiblemente hasta seis exoplanetas orbitando dentro del sistema planetario Gliese 581 entre 2005 y 2010. Un planeta tiene aproximadamente la masa de Neptuno , o 16 masas terrestres ( M ⊕ ). Orbita a solo 6 millones de kilómetros (0,04 UA ) de su estrella, y se estima que tiene una temperatura superficial de 150 ° C , a pesar de la oscuridad de su estrella. En 2006, se encontró un exoplaneta aún más pequeño (solo 5,5 M ⊕ ) orbitando la enana roja OGLE-2005-BLG-390L ; se encuentra a 390 millones de km (2,6 AU) de la estrella y su temperatura superficial es de -220 ° C (53 K ).
En 2007, se encontró un nuevo exoplaneta potencialmente habitable , Gliese 581c , que orbitaba Gliese 581 . La masa mínima estimada por sus descubridores (un equipo dirigido por Stephane Udry ) es de 5,36 M ⊕ . Los descubridores estiman que su radio es 1,5 veces mayor que el de la Tierra ( R ⊕ ). Desde entonces se descubrió Gliese 581d , que también es potencialmente habitable.
Gliese 581c yd se encuentran dentro de la zona habitable de la estrella anfitriona y son dos de los candidatos más probables para la habitabilidad de cualquier exoplaneta descubierto hasta ahora. [36] Gliese 581g , detectada en septiembre de 2010, [37] tiene una órbita casi circular en el medio de la zona habitable de la estrella. Sin embargo, se cuestiona la existencia del planeta. [38]
El 23 de febrero de 2017, la NASA anunció el descubrimiento de siete planetas del tamaño de la Tierra que orbitan alrededor de la estrella enana roja TRAPPIST-1 a aproximadamente 39 años luz de distancia en la constelación de Acuario. Los planetas se descubrieron mediante el método de tránsito, lo que significa que tenemos información de masa y radio para todos ellos. TRAPENSE-1e , f , y g parecen estar dentro de la zona habitable y pueden tener agua líquida en la superficie. [39]
Habitabilidad
La habitabilidad planetaria de los sistemas de las enanas rojas está sujeta a cierto debate. A pesar de su gran número y longevidad, existen varios factores que pueden dificultar la vida en planetas alrededor de una enana roja. Primero, los planetas en la zona habitable de una enana roja estarían tan cerca de la estrella madre que probablemente estarían bloqueados por mareas . Esto significaría que un lado estaría a la luz del día perpetua y el otro a la noche eterna. Esto podría crear enormes variaciones de temperatura de un lado a otro del planeta. Tales condiciones parecerían dificultar la evolución de formas de vida similares a las de la Tierra. Y parece que hay un gran problema con la atmósfera de estos planetas bloqueados por las mareas: la zona de noche perpetua sería lo suficientemente fría como para congelar los principales gases de sus atmósferas, dejando la zona de luz diurna desnuda y seca. Por otro lado, teorías recientes proponen que tanto una atmósfera espesa como un océano planetario podrían hacer circular calor alrededor de dicho planeta. [40]
La variabilidad en la producción de energía estelar también puede tener impactos negativos en el desarrollo de la vida. Las enanas rojas son a menudo estrellas de destellos , que pueden emitir destellos gigantes, duplicando su brillo en minutos. Esta variabilidad también puede dificultar que la vida se desarrolle y persista cerca de una enana roja. [41] Es posible que un planeta que orbita cerca de una enana roja mantenga su atmósfera incluso si la estrella estalla. [42] Sin embargo, investigaciones más recientes sugieren que estas estrellas pueden ser la fuente de llamaradas constantes de alta energía y campos magnéticos muy grandes, disminuyendo la posibilidad de vida tal como la conocemos. Queda por determinar si se trata de una peculiaridad de la estrella que se examina o de una característica de toda la clase. [43]
Ver también
- Lista de enanas rojas - artículo de la lista de Wikipedia
- Aurelia y Blue Moon : ejemplos hipotéticos de un planeta y una luna que albergan vida extraterrestre
- Estrella variable cataclísmica : estrellas que aumentan de forma irregular en brillo en un factor importante y luego vuelven a caer a un estado inactivo.
- Estrella de tipo M : clasificación de estrellas según sus características espectrales
- Habitabilidad de los sistemas de enanas rojas
- Diagrama de Hertzsprung-Russell : gráfico de dispersión de estrellas que muestra la relación entre las magnitudes o luminosidades absolutas de las estrellas y sus clasificaciones estelares.
- Flare star : tipo de estrella variable que puede experimentar aumentos dramáticos e impredecibles en el brillo durante unos minutos.
- Némesis (estrella hipotética) : estrella hipotética que orbita el Sol, responsable de los eventos de extinción
- Gigante roja : tipo de estrellas grandes y frías que han agotado su núcleo de hidrógeno
- Recuento de estrellas
- Evolución estelar : cambios en una estrella durante su vida útil
- Enana blanca : tipo de remanente estelar compuesto principalmente de materia degenerada por electrones.
- Estrella de Kapteyn: estrella subenana en la constelación de Pictor
- Clasificación de luminosidad de Yerkes
Referencias
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Fuentes
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- Planeta del tamaño de Neptuno que orbita una estrella común sugiere muchas más
enlaces externos
- Estrellas variables AAVSO
- Publicaciones de Stellar Flares sobre Flares del Stellar Activity Group (UCM)
- Enanos rojos Jumk.de
- Red Star Rising: las estrellas pequeñas y frías pueden ser puntos calientes para la vida - Scientific American (noviembre de 2005)