La música de las estrellas

El Sol canta, a su manera. Y gracias a ese canto podemos conocer su composición y estructura interna. La ciencia que estudia las vibraciones del Sol se denomina Heliosismología, que es una manera elegante de hablar de la información que podemos extraer del Sol escuchándolo.

Por supuesto, estas vibraciones no pueden viajar por vacío del espacio y llegar hasta nosotros. Esta música la percibimos como cambios en el brillo de su superficie. Sin embargo, hay formas de poder escucharla de verdad, si transformamos estas vibraciones de brillo en sonido, como en el siguiente video:

Los astrónomos escuchan los latidos del Sol, las vibraciones de su superficie, y así aprenden cómo es por dentro, de la misma manera que los seismólogos aprenden la composición de la Tierra escuchando los terremotos. Pero estudiar los terremotos de la Tierra es mucho más fácil que estudiar el Sol. El trabajo se podría comparar a adivinar cómo está hecho un piano oyéndolo caerse por las escaleras.

Todos podemos distinguir entre si los sonidos de un tambor, un piano o una campana. Para estudiar el Sol, los instrumentos de los heliosismólogos tienen que ser todavía más precisos, tanto que serían capaces de distinguir el equivalente a la diferencia entre un violín Stradivarius y uno normal: pueden detectar variaciones de brillo de una parte entre 10 millones.

Contrariamente a la intuición, el Sol es prácticamente opaco a la radiación electromagnética. Para que un rayo de luz nos llegue, primero tiene que llegar a su superficie, y no es tarea fácil. Un fotón puede tardar sobre 170,000 años en llegar desde el centro del Sol a la superficie.

Por otro lado, el astro rey es transparente a los neutrinos. Hay varios experimentos que detectan los neutrinos que emanan del Sol, pero su detección es tremendamente complicada, por lo que estudiar la estructura interna de esta manera es poco práctico.

Afortunadamente, sí se pueden detectar fácilmente las ondas de la superficie del Sol, como si fueran las olas de un estanque. Usando estas ondas sonoras, estas vibraciones, podemos ver dentro del Sol, de la misma manera que podemos ver el interior del cuerpo humano con los ultrasonidos.

    Simulacion de las oscilaciones acusticas (modos p) en el Sol.

Simulacion de las oscilaciones acústicas (modos p) en el Sol.

La idea de estudiar las oscilaciones de las estrellas data del siglo XVIII, pero no fue hasta 1960 que los primeros patrones de oscilacion solar fueron medidos por Robert Leighton, Robert Noyes y George Simon.

El Sol está vibrando constantemente, en una sinfonía de modos acústicos superpuestos, como las cuerdas de una guitarra sonando a la vez. El periodo de la oscilación es de unos cuantos minutos y una onda tarda unas pocas horas en atravesar el Sol, a la velocidad de 1 centímetro por segundo.

Dependiendo del modo de oscilación, de la frecuencia a la que resuene el Sol, podremos mirar más o menos dentro del Sol. Los astrónomos están interesados en tres tipos de ondas: las acústicas, las gravitatorias y las ondas de gravedad superficiales. Estas tres ondas generan los llamados modos p, modos g y modos f, respectivamente. Cada modo nos da información de una parte del interior del Sol.

Dependiendo del tipo de oscilación podemos ver a diferente profundidad del Sol, lo que nos da información de su estructura interna.

Dependiendo del tipo de oscilación podemos ver a diferente profundidad del Sol, lo que nos da información de su estructura interna.

El movimiento asociado a los modos f y p se restringen esencialmente a la región exterior del núcleo solar, es decir, las ondas bordean el núcleo de la estrella, por lo que estos modos contienen poca información de las partes más profundas del Sol. Para ver el núcleo necesitamos los modos g, que surgen de la lucha entre la fuerza de la gravedad, que tiende a colapsar la estrella bajo su propio peso, y la presión de radiación, debida a las reacciones de fusión. Estos modos nos muestran el nucleo, pero son muy difíciles de detectar porque, al ser ondas tan profundas, la vibración en la superficie es muy tenue.

Dado el éxito a la hora de entender la dinámica del plasma en el Sol, los astrónomos se plantearon si podrían repetir el procedimiento para otras estrellas. Esto, por supuesto, plantea muchos más problemas, porque las estrellas están infinitamente más lejos que el Sol. Pero esto no es excusa, y en la última década se ha avanzado mucho en esta dirección, en la llamada astrosismología.

El satélite Kepler, el satélite de la NASA lanzado en 2009, famoso por descubrir cientos de planetas extrasolares, ha conseguido captar el sonido de miles de estrellas, lo que nos da información de primera mano sobre su composición. El descubrimiento de nuevos planetas extrasolares se basa en la variación del brillo de la estrella cuando el planeta pasa por delante. Así, conocer la sinfonía de la estrella es crucial para poder detectar planetas.

Detección de planetas extrasolares por el método del tránsito

Detección de planetas extrasolares por el método del tránsito

Gracias a Kepler sabemos que las estrellas grandes vibran en tonos bajos, mientras que las pequeñas lo hacen en tonos altos. Como ejemplo, una de las estrellas mejor estudiadas por Kepler es la gigante roja denominada KIC 11026764. Pocas estrellas en el Universo se conocen con tanta precisión como esta gigante roja. Por cómo oscila sabemos que la estrella tiene 5.94 mil millones de años de edad y que utiliza la fusión del hidrógeno como combustible, además de tener un núcleo rico en helio.

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Variación del brillo de las estrellas medido por el satelite Kepler

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