¿Cómo se usa el límite de agotamiento del litio para determinar la edad de un cúmulo estelar?

Cuando las estrellas de baja masa son muy jóvenes, se denominan estrellas presecuencia principal (PMS). Estas estrellas PMS tienen radios más grandes que las estrellas de secuencia principal de la misma masa, y el transporte de energía en su interior se produce principalmente por convección. La convección asegura que la estrella esté completamente mezclada y químicamente uniforme.

A medida que la estrella PMS irradia su energía potencial gravitatoria, se contrae. El teorema del virial nos dice que a medida que lo hace, su interior se vuelve más caliente. En términos generales, la temperatura central es proporcional a$M/R$, donde$M$es la masa y$R$el radio

La fusión nuclear de hidrógeno no comenzará hasta que la temperatura del núcleo alcance más de 10 millones K, sin embargo, hay otras reacciones de fusión que son posibles a temperaturas más bajas, a saber, la quema de deuterio a alrededor de 1 millón K y luego la quema de litio a alrededor de 3 millones K. La última reacción no es energéticamente importante en la vida de la estrella porque, para empezar, no hay mucho litio en la estrella (alrededor de 1 parte en mil millones), sin embargo, este litio se puede observar en la fotosfera de la estrella PMS (a través del Li de 670,8 nm). I línea de absorción resonante) y la mezcla convectiva significa que todo lo que vemos en la fotosfera también representa la abundancia en el núcleo.

La reacción de combustión de Li es extremadamente dependiente de la temperatura (como$T^{20}$más o menos), por lo que se enciende como un interruptor una vez que el núcleo alcanza la temperatura adecuada (por ejemplo, consulte Bildsten et al. 1997 ). El tiempo que tarda una estrella PMS en alcanzar esta temperatura central depende básicamente de su masa. Las estrellas más masivas y, por lo tanto, más luminosas se contraen más rápido y alcanzan la temperatura de combustión de Li más rápido. Una vez que lo hacen, el Li en la estrella se consume rápida y completamente por fusión. La relación entre la edad en la destrucción de Li y la luminosidad de la estrella PMS en ese momento es la relación edad-luminosidad LDB a la que te refieres.

El resultado es que si observa un grupo de estrellas en un cúmulo (suponiendo que todas tengan la misma edad), entonces las estrellas PMS más masivas y luminosas habrán destruido su Li, mientras que las estrellas de menor masa y menor luminosidad aún lo harán. contienen su contenido de Li original. La luminosidad en la transición razonablemente aguda entre estos dos regímenes se conoce como LDB.

Podría decirse que las edades LDB son la forma más precisa de encontrar las edades de las estrellas en los cúmulos. Todas las determinaciones de edad dependen hasta cierto punto de qué ingredientes físicos hay en los modelos de evolución estelar, pero la sensibilidad de la relación edad-luminosidad LDB a diversas incertidumbres es bastante débil (p. ej ., Burke et al. 2004 ): básicamente entendemos la física de un contracción, bola de gas completamente convectiva bastante bien. Las edades LDB también pueden ser precisas, porque el encendido muy agudo de la quema de Li y su rapidez deberían conducir a una transición brusca entre estrellas con luminosidades bajas que tienen Li y estrellas con luminosidades ligeramente más altas que no lo tienen.

Curiosamente, en los últimos años se ha hecho evidente para nosotros (y para otros) que hay algunos ingredientes modelo que no se entienden completamente, a saber, los efectos de los campos magnéticos generados por dínamo y las manchas estelares oscuras. Ambos pueden conducir a la supresión del transporte de calor, ya sea a lo largo de la estrella o solo en la superficie, lo que ralentiza la contracción del PMS para que, a una edad determinada, la estrella del PMS tenga una temperatura central más fría. Esto podría retrasar el inicio de la quema de Li y significar que las edades LDB actualmente determinadas están subestimadas en un 10-20% más o menos (por ejemplo , Jackson & Jeffries 2014 ; Somers & Pinsonneault 2015 ).