El Sol se formó hace 4500 millones de años; junto con nuestro astro, nacieron muchas otras estrellas, ¿cuántas?. Es una pregunta difícil de contestar porque, en el presente, los posibles hermanos del Sol están repartidos por diferentes lugares de la galaxia. Pero un grupo de investigadores tiene una nueva estimación…
Cómo determinar cuántas estrellas nacieron con el Sol
El Sol es, en la actualidad, una estrella solitaria. Sin embargo, tiene hermanas repartidas por otros lugares de la Vía Láctea. Hemos mencionado en muchas ocasiones, aquí en el blog, que las estrellas se forman en grandes nubes de gas y polvo, denominadas nubes moleculares. Cuando el Sol se formó, hace unos 5000 millones de años, otras estrellas tuvieron que formarse también. Juntas, formaron durante un tiempo un cúmulo. ¿Cuántas estrellas nacieron con el Sol y terminaron formando ese cúmulo abierto en el que estuvieron en su infancia?
Las nubes moleculares están dominadas por hidrógeno molecular. Se trata, simplemente, de dos átomos de hidrógeno unidos. Hay otros elementos, pero, de lejos, el más abundante es el hidrógeno. A lo largo y ancho de la galaxia, se pueden observar multitud de nubes moleculares. Con la ayuda de telescopios, es posible analizar los procesos que se llevan a cabo en su interior. La más cercana a la Tierra es la nube molecular de Tauro, que está a 430 años-luz. Cuando una nube molecular está formando estrellas, se denomina guardería estelar.
Las estrellas en la nube de Tauro son muy jóvenes. Tienen solo entre uno y dos millones de años (muy poco en la escala astronómica). En esa guardería estelar hay cientos de estrellas jóvenes. Su formación comienza con el colapso de la nube. Ese proceso provoca la formación de núcleos densos. En ellos, el gas se acumula y atrae más material. Con el paso del tiempo, esos núcleos se convierten en estrellas con diferentes masas. No todas las hermanas del Sol serán como nuestra estrella. Algunas serán mucho más masivas y explotarán como supernovas. Esa es la clave.
El papel de las supernovas
El Sol, y el resto de estrellas que se formaron en esa nube, se integraron en un cúmulo abierto. Con el paso del tiempo, ese cúmulo se descompuso por las interferencias gravitacionales de otras nubes moleculares. Una vez un cúmulo estelar se rompe. las estrellas que lo compone se convierten en una asociación estelar. El nombre indica que, aproximadamente, se mueven en la misma dirección en el espacio. En 2014, un equipo de investigadores publicó un estudio. En él, detallaban el descubrimiento de la primera hermana del Sol.
Esa estrella es HD 162826 y está a 110 años-luz. Los investigadores la identificaron por su metalicidad y sus características. El Sol podría tener cientos o, incluso, miles de hermanas. Ahora, un grupo de investigadores ha intentado determinar cuántas estrellas nacieron junto a la nuestra. Para ponernos en contexto, es necesario hablar de los meteoritos más primitivos conocidos: las condritas carbonáceas. Contienen pequeñas rocas, llamadas inclusiones minerales ricas en aluminio y calcio (CAI, por sus siglas en inglés) que resultan esenciales.
Estas CAIs son los objetos sólidos más antiguos que han sido datados. Así que se utilizan para determinar la edad del Sistema Solar. Su edad media es de 4567,3 +/- 0,6 millones de años. Permite, por tanto, establecer la edad del Sistema Solar. Lo más interesante es que estas inclusiones contienen un isótopo de aluminio: se trata del aluminio-26 (al-26). El al-26 es un isótopo radioactivo. Es decir, se degrada con el paso del tiempo. Su semivida es de 770 000 años. No hay ningún proceso terrestre que pueda producirlo.
El papel del aluminio-26 para determinar cuántas estrellas nacieron con el Sol
Las supernovas, y otros procesos en el universo, sin embargo, sí que pueden. Las explosiones de supernovas son eventos muy violentos que provocan todo tipo de elementos pesados. Entre ellos se incluye el aluminio-26. Además, las supernovas lo producen en cualquier lugar del universo. Al degradarse, el aluminio-26 genera rayos gamma. Es posible medir los rayos gamma procedentes del al-26 de la galaxia. Eso indica que hay un proceso de formación de elementos en marcha. A su vez, permite entender cuántas supernovas se producen y con qué frecuencia.
La conexión entre las inclusiones minerales ricas en calcio y aluminio, el aluminio-26 y la frecuencia de supernovas es la pieza crítica de todo el estudio. Cuando se encuentra al-26 en una CAI en un meteorito, que haya caído a la Tierra, se puede medir la cantidad de aluminio-26 y compararla con la cantidad de elementos, relacionados con el degradado, para determinar la edad del meteorito. O, en consecuencia, determinar cuándo cayó en el planeta. Es posible encontrar CAIs que sean ricas en aluminio-26 y también que sean pobres en este isótopo.
Esto, explican los investigadores, indica una inyección directa de materiales, ricos en al-26, por la explosión de una supernova cercana al Sistema Solar. Esa explosión tuvo que suceder en los primeros 100 000 años de vida. Así que, como mínimo, debió producirse una supernova durante la formación de estrellas en el cúmulo en el que nació el Sol. A esto hay que sumarle que las estrellas no se forman indefinidamente en una nube molecular. Llega un momento en el que la mayoría del gas se utiliza para formar nuevos astros.
La relación entre las supernovas y la formación de estrellas
Las estrellas jóvenes disipan el gas a su alrededor una vez comienzan a brillar. Como el periodo en el que se pueden formar estrellas, en una nube estelar, es finito, y dado que se conoce el ritmo de explosiones de supernovas, es posible combinar ambos para intentar determinar cuántas estrellas nacieron con el Sol. Con esto en mente, los autores del estudio explican que se han enfrentado a la pregunta sobre la cantidad de estrellas que nacieron con el Sol. Lo hacen teniendo en cuenta la probabilidad de que, en el tiempo de formación, se produzca una supernova.
Así, determinan que la cantidad de estrellas, en el nacimiento del cúmulo abierto, puede ser mucho más grande de lo que se había planteado hasta ahora. Depende de la duración de la fase de formación de estrellas. Las estrellas masivas que terminan su vida como supernovas no viven tanto como el Sol. Algunas viven apenas unos pocos millones de años. Así que pueden formarse, vivir y morir mientras otras estrellas, como la nuestra, están formándose. Al explotar, inyectan el entorno de estrellas cercanas con diferentes isótopos, incluyendo el aluminio-26.
Esos pequeños granos de al-26 terminan incorporados en las CAIs. Los autores suponen que, cerca del nacimiento del Sistema Solar, se produjo una supernova. Es algo plausible, porque las explosiones de supernovas crean ondas de choque que desencadenan el nacimiento de estrellas al golpear nubes moleculares. En su marco de trabajo, es necesario que haya una supernova más durante el periodo de formación de estrellas. Han calculado la probabilidad y han logrado determinar el ritmo al que suceden las supernovas (por colapso de la estrella).
La incorporación de aluminio-26 por medio de las supernovas
Hay dos escenarios diferentes para que una supernova inyecte al-26 en un cúmulo. Puede hacerlo en un núcleo en la nube molecular, donde una nube está comenzando a formarse. Puede inyectarlo en una fase posterior, en el disco circunestelar, formado por material alrededor de la joven estrella, que ya no es una protoestrella. Cuando la supernova lo inyecta en el núcleo, se convierte en el evento que inicia la formación de la protoestrella. Sus ondas de choque comprimen el gas en la nube molecular. Si sucede más tarde, el escenario cambia.
En ese caso, la estrella central es un objeto joven estelar de clase II. Ambos escenarios son diferentes porque la eficiencia de la inyección depende del tamaño del polvo. En este segundo escenario, la supernova no solo impacta en la abundancia de núcleos de duración breve (como el aluminio-26), también afecta a la evolución estructural del disco. En el Sistema Solar, hay indicios de que una supernova tuvo lugar en un momento tardío. Es decir, inyectó aluminio-26 en el disco circunestelar, cuando el Sol ya era un objeto estelar joven.
Un estudio de 2018 mostraba que una supernova podría ser la responsable de la desalineación entre el ecuador del Sol y la eclíptica. Aunque todos estos detalles no permiten determinar cuántas estrellas nacieron junto al Sol, sí que permite determinar cuál es el límite. El estudio se suma a una larga lista de trabajos para determinar el tamaño de la familia del Sol. En 2010, otro estudio analizaba cuántas estrellas deberían estar presentes en un cúmulo antes de que se formase una estrella, suficientemente masiva, que explotase como supernova.
Los límites sobre cuántas estrellas nacieron junto al Sol
En ese trabajo, y otros similares, no se tenía en cuenta el momento en el que sucedía la supernova. Eran más estáticos. La existencia de estrellas masivas, lo suficientemente grandes como para convertirse en supernovas, no apoya, necesariamente, que una supernova se produzca durante el período de formación del cúmulo abierto. Este nuevo trabajo refina estudios anteriores. Han considerado el escenario descrito anteriormente. ¿Cuántas estrellas se formaron con el Sol, desde el punto de vista de una supernova que tiene lugar en un momento tardío?
Es decir, que inyecta aluminio-26 en el disco circunestelar del Sol. Es algo que permite establecer un límite temporal. Tras hacer eso, calculan la probabilidad de que tenga lugar una supernova durante el tiempo de formación de estrellas en ese cúmulo. Han determinado que la cifra de estrellas, en el cúmulo abierto (y por tanto hermanas del Sol) es muy superior a lo estimado hasta ahora. Es algo especialmente cierto si la duración del período de formación de estrellas es inferior a los 10 millones de años. En algunos casos, se sugerían unas 500 hermanas del Sol.
En este trabajo se publican cifras muy superiores. Los investigadores calculan que podrían ser entre 2000 y 20 000. Eso sí, no identifica ninguna estrella en particular que forme parte de esa familia. Una vez se pueda realizar ese paso, se podrá llevar a cabo un estudio de estrellas para determinar el tamaño de la familia del Sol. Poco a poco se está avanzando en esa dirección. El Sol se formó en un cúmulo abierto. No hay que confundirlo con los cúmulos globulares. Estos últimos contienen de decenas de miles a millones de estrellas.
Las observaciones para encontrar a las hermanas del Sol
Los cúmulos globulares permanecen unidos en escalas de tiempo enormes, porque sus estrellas se mantienen unidas por su propia gravedad. En un cúmulo abierto, sin embargo, la cantidad de estrellas es mucho menor. Va de unos pocos cientos a varios miles. Su unión gravitacional es mucho más floja y se deforma por la interacción gravitacional de las nubes moleculares cercanas. Así que no duran mucho tiempo. En la actualidad, se conocen alrededor de 1100 cúmulos abiertos en la Vía Láctea. Seguramente haya muchos más.
Cada nube molecular tiene una composición química ligeramente diferente. Las estrellas que se forman en ellas tienen la misma composición química. Así que si se encuentran estrellas que tengan la misma composición, incluso si están separadas por decenas de años-luz (o más), puede ser una señal de que son hermanas. Aunque no basta con eso. Por ello, la sonda Gaia puede resultar muy útil. Sus mediciones han permitido crear el catálogo más grande y preciso, en tres dimensiones, de la Vía Láctea. Ha recopilado una cantidad de datos enorme.
En esos datos, puede tener las pistas de sus hermanas. Entre otros datos, contiene la dirección en la que se mueven las estrellas. Algo que puede utilizarse para reconstruir su historia y ver si encaja, en el pasado, con el Sol. Si lo hace, y su composición es la misma, podría ser una hermana del Sol. Así que, en los próximos años, con misiones como la de Gaia, estaremos más cerca de poder saber qué estrellas son hermanas de la nuestra. Eso, a su vez, permitirá entender mucho mejor cómo era la nube en la que se formó el Sol, entre otras cosas…
Estudio
El estudio es S. Arakawa, E. Kokubo; «On the Number of Stars in the Sun’s Birth Cluster». Está disponible para su consulta en la plataforma arXiv, en este enlace.
Referencias: Universe Today
