Determinación de edades estelares en la era de Gaia

La edad es una de las propiedades de una estrella más difíciles de determinar. El teorema Vogt-Russell afirma que la estructura de una estrella está determinada únicamente por su masa y composición. La nucleosíntesis en el interior de una estrella provoca cambios en su composición, lo que implica que al menos alguna(s) propiedad(es) medible(s) de una estrella deben variar con la edad. Desafortunadamente, estos cambios son sutiles y difíciles de medir. Es irónico que la edad del Universo (13.7 ± 0.2 Gyr) se conozca con mejor precisión que la edad de cualquier estrella a parte del Sol. Los métodos actuales de estimación de edades estelares son raramente consistentes dentro de un 50% (Soderblom 2010).

En general, la degeneración entre la edad, la metalicidad y la extinción de las estrellas, combinado con los errores observacionales y la incertidumbre en las distancias estelares, hacen que las aproximaciones actuales sean mejorables.. Los datos astrometricos, fotométricos y espectroscópicos que producirá Gaia, junto con herramientas especificamente desarrolladas, ayudarán a resolver esta ambiguedad y hacer accesible la historia evolutiva completa de nuestra Galaxia. Sin duda, la contribución más importante será en la determinación de distancias, reduciendose enormemente el error en distancía (por ejemplo,.en un factor 10 a 10 kpc). Por todo ello, esperaríamos que las edades absolutas se puedan conocer con una precisión de ∼ 5% o mejor.

Métodos para la determinación de la edad:

Ajuste de Isocronas: Uno de los métodos ‘semifundamentales’ de determinación de edades estelares es el ajuste de isocronas según la posición de una estrella en el diagrama Hertzsprung-Russell (HRD). Sin embargo, debido a la degeneración de las isocronas teóricas, esta técnica no funciona bien para la gran mayoría de las estrellas -aquellas situadas en la baja secuencia principal (MS), donde pequeños errores en luminosidad o metalicidad se traducen en grandes errores en edad.

Abundancia de Litio: Junto a la emisión cromosférica, la abundancia del Litio se usa ampliamente para inferir las edades de las estrellas como el Sol. Pero ¿cuales son los límites de validez de esta aproximación?

Asteroseismología puede usarse también para medir la edad precisa de una estrella. Normalmente, cuando una estrella envejece distintos elementos experimentan fusión estelar en distintos momentos. Esto altera la estructura interior de la estrella y por consiguiente, altera las caracteristicas vibracionales de la estrella. Esto se puede detectar con el satélite CoRoT, ayudando a los astrónomos a deducir la edad precisa de una estrella determinada.

Actividad Cromosférica: Los primeros trabajos de Wilson (1963; 1968) y Vaughan & Preston (1980) establecieron que la emisión CaII H&K es un marcador útil de la actividad cromosférica en estrellas de la baja secuencia principal. En estrellas F a M tempranas, Skumanich (1972) encontró que la emisión CaII H&K, la intensidad de campo magnético y la rotación decaen según el inverso de la raiz cuadrada de la edad estelar.

• Girocronología: relación velocidad rotacional - edad: El origen de la actividad cromosférica en las estrellas de la secuencia principal de tipos espectrales F, G, K y M tempranas, se cree que es una dinamo magnética autosostenida impulsada por la rotación y la convección. De acuerdo con este paradigma, debido a la desaceleración magnética, la velocidad rotacional decrece con la edad, lo que resulta también en una disminución de la actividad cromosférica, a menos que el momento angular esté sostenido por interacción de marea, como ocurre en el caso de binarias de periodo corto, o mantenido por convección como en el caso de las enanas tardías de tipo M.
• Relación luminosidad en rayos X - edad: La relación entre luminosidad en rayos X ( L _x) y luminosidad bolométrica ( L _bol) correlaciona bien con la edad en variaciones de varios ordenes de magnitud. Pero, ¿cuales son los límites de validez de este enfoque?
• Relación actividad cromosférica - edad en cúmulos abiertos: Mamajek & Hillenbrand (2008) y otros han demostrado que la relación entre la actividad cromosférica y la edad es mucho más compleja que la imaginada por Skumanich; factores como la metalicidad, la contaminación fotosférica de los índices de actividad cromosférica y la variación en actividad cromosférica debe tenerse en cuenta. Sin embargo, los cúmulos sólo proveén un rango limitado de edades y metalicidades para investigar estos efectos.
• Relación actividad cromosférica - edad en sistemas binarios: Entre las binarias separadas enana blanca (WD)+dM es posible utilizar el tiempo de enfriamiento de las componentes WD, más una estimación promedio de la vida en la secuencia principal, para explorar la relación entre actividad y edad entre las estrellas de la baja secuencia principal.

Referencias:

Garces, A., Catalán, S., Ribas, I., 2011, astro-ph arXiv:1105.0287v1

García, Rafael, 2011, arXiv1101.0236

López-Santiago, J., Montes, D. et al., arXiv:1002.1663

Zhao et al., 2011, arXiv:1101.3257v1