La trayectoria evolutiva del Sol se ha descrito con cierto detalle y, aparte de las sutiles diferencias, se ha descrito como tal durante décadas: la etapa gigante roja que envuelve la Tierra, el destello de helio, etc. Parece que el conocimiento necesario para Hacer tal predicción ha existido desde los años 60, si no antes.

¿Cómo sabemos que sucederá y en los plazos descritos? Si hacemos algunas mediciones / estimaciones de la masa y la composición del Sol, y usamos nuestra comprensión de la física nuclear: energía de fusión, etc., y una comprensión de la física newtoniana (¿o tenemos que invocar a Einstein?) predicciones inevitablemente se caen?

¿Podrían estar equivocadas las predicciones? ¿Existe alguna medida significativa de incertidumbre, quizás debido a la sensibilidad de ciertos cálculos a las condiciones iniciales, etc.?

¿Es el futuro gigante rojo de nuestro Sol una conclusión firme, o simplemente una posibilidad probable entre una variedad de otros y comúnmente se habla simplemente porque parece ser el más probable?

Lo que no está teniendo en cuenta es que nuestras predicciones para la evolución futura del Sol no se basan únicamente en nuestra comprensión y observaciones del Sol. Se basan en nuestra comprensión y observaciones de todas las estrellas que hemos visto. La cuestión es que las estrellas de la misma masa y composición deben evolucionar necesariamente de la misma manera. Así que podemos mirar otras estrellas y encontrar algunas que sean más o menos iguales a las nuestras, pero que podrían estar más lejos en el camino evolutivo. Podemos estudiar estas estrellas y ver qué les está sucediendo. Al conglomerar una gran cantidad de datos sobre muchas estrellas en muchos puntos diferentes de su ciclo de vida evolutivo, podemos armar una imagen coherente para nuestro propio Sol.

Los científicos han dedicado mucho esfuerzo a crear modelos evolutivos estelares. Para hacer esto, reunieron la información multitudinaria obtenida de las decenas de millones de estrellas que hemos observado, agregan muchas matemáticas y física que representan los procesos físicos que ocurren en estas estrellas y lo que se encuentra es que las "predicciones inevitablemente caer". Hay muchas bases de códigos evolutivos estelares que puedes encontrar. Por ejemplo, Pols et al. 1998aplicó el código evolutivo estelar a los cúmulos de estrellas. Una figura extraída de su papel se muestra a continuación. Muestra un diagrama de Color-Magnitud del cúmulo abierto de estrellas M67, junto con predicciones de la trayectoria evolutiva de esas estrellas. Por supuesto, hay alguna variación ya que cada estrella no es exactamente la misma, pero en general, se puede ver que las estrellas siguen bastante bien la trayectoria evolutiva predicha.

Una vez que tenga un programa evolutivo estelar bien calibrado, no es demasiado difícil aplicar ese programa a nuestro Sol. Habrá algunas incógnitas y algunas variaciones, por ejemplo, es posible que no conozcamos el alcance físico de la expansión de las fases del gigante rojo, pero sabemos que sucederá.

De la teoría

Es posible integrar numéricamente las ecuaciones de la estructura estelar a lo largo del tiempo para descubrir cómo evolucionará una estrella. Es necesario hacer algunas "conjeturas" informadas básicas sobre las propiedades centrales y superficiales de la estrella modelo, pero a medida que se crea el modelo, las iteraciones futuras pueden usar diferentes valores para ellas, haciendo que el modelo sea más y más preciso hasta que sea autoconsistente .

Las ecuaciones se basan en varios supuestos clave (para los cuales hay una buena cantidad de evidencia). Aquí hay algunos:

• Las estrellas están en equilibrio hidrostático aproximado.
• La energía se genera (en su mayor parte) a través de vías de fusión nuclear bien exploradas
• La energía se conserva
• Existe una relación, una ecuación de estado , que describe la relación matemática a través de muchas de las cantidades clave (por ejemplo, presión, densidad, temperatura, etc.)

Del experimento

Hay cientos de miles de millones de estrellas solo en la Vía Láctea. Claramente, no los conocemos a todos, y la nave espacial Gaia solo observará (aún asombrosamente, muchos) mil millones de ellos , pero tenemos observaciones para varias estrellas como el Sol y las estrellas que están en algún lugar a lo largo de pistas evolutivas muy similar al que se predice que tomará el Sol. Los datos de estas estrellas confirman muchos modelos (al tiempo que muestran que otros necesitan modificaciones).

Gracias a las reiteradas comparaciones de la teoría y la simulación con la vida real, los modelos se han perfeccionado con el tiempo, y cada vez se han obtenido más pruebas a su favor. Siempre hay una fuerte interacción entre la teoría y el experimento, y las predicciones del modelo coinciden con lo que vemos en el cielo, mientras que las cosas que vemos en el cielo nos dan datos mejores y mejores para hacer modelos más nuevos, incluso más precisos.

En pocas palabras. . .

. . . Tenemos buenas teorías sobre los procesos que hacen posible las estrellas, una de las cuales es la fusión nuclear. Sabemos muy bien cómo la fusión nuclear debería cambiar los elementos con el tiempo y, por lo tanto, cómo debería cambiar la composición de cualquier muestra de material. También sabemos que la fusión es el proceso que los poderes protagonizan; por lo tanto, podemos crear modelos que muestren cómo la fusión en una estrella debería hacer que cambie y evolucione con el tiempo. Esos modelos luego coinciden con los datos empíricos.

¿Es el futuro gigante rojo de nuestro Sol una conclusión firme, o simplemente una posibilidad probable entre una variedad de otros y comúnmente se habla simplemente porque parece ser el más probable?

Ignorando la posibilidad diminuta de que algo así como una estrella de neutrones colisionen con nuestro Sol en algún momento durante los próximos miles de millones de años, sí, es inevitable. Existe cierto debate sobre casos límite como las estrellas de baja metalicidad ("metal" para un astrónomo significa cualquier cosa menos hidrógeno o helio) y estrellas de baja o alta masa. Nuestro Sol no cae en estos casos límite.