ALMA revela 57 rostros de una estrella moribunda

Astrónomos exponen complejos flujos y química en W Hydrae

Destacados

• ALMA revela 57 vistas moleculares de alta resolución de la atmósfera de la estrella moribunda W Hydrae.
• La estrella presenta apariencias dramáticamente distintas según la molécula que se observa.
• Imágenes de ALMA y del VLT de ESO, tomadas con tan solo nueve días de diferencia, muestran cómo las moléculas de gas se transforman en polvo.
• Las observaciones exponen una atmósfera dinámica con grumos, penachos, material que cae y material que escapa.
• W Hydrae ofrece un vistazo al futuro del Sol y al origen del polvo cósmico.

Astrónomos que trabajan con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) obtuvieron imágenes de radio de alta resolución de la atmósfera de una estrella moribunda, revelando un entorno sorprendentemente complejo, dinámico y rico en diversidad química. Las nuevas observaciones muestran W Hydrae (W Hya), una gigante roja envejecida ubicada a unos 320 años luz de la Tierra, de forma sin precedentes. Al observar simultáneamente 57 líneas espectrales moleculares distintas, el equipo capturó 57 “rostros” diferentes de la misma estrella, cada uno revelando una capa distinta de su turbulenta atmósfera.

Gracias a la resolución excepcional de ALMA, astrónomos y astrónomas pueden ver ahora la superficie y las capas que rodean a una estrella tipo AGB con un nivel de detalle extraordinario. W Hydrae está envuelta en una mezcla cambiante de grumos, arcos, penachos y estructuras alargadas que varían según la molécula observada. En algunas vistas, la atmósfera se extiende varias veces el tamaño de la propia estrella —tan grande que, si W Hydrae estuviera en el centro de nuestro Sistema Solar, sus capas externas, infladas, envolverían Mercurio, Venus, la Tierra y Marte. Estas regiones extendidas forman nubes modeladas por choques, pulsaciones, convección y química. Cada molécula ofrece una imagen distinta: el monóxido de silicio (SiO) muestra un patrón, el vapor de agua (H₂O) otro, mientras que el dióxido de azufre (SO₂), el monóxido de azufre (SO), el cianuro de hidrógeno (HCN), el monóxido de aluminio (AlO), el hidróxido de aluminio (AlOH), el óxido de titanio (TiO), el dióxido de titanio (TiO₂) y el radical hidroxilo (OH) revelan aún más capas de complejidad.

El autor principal de esta investigación, Keiichi Ohnaka, de la Universidad Andrés Bello (Chile), destaca el importante avance que representan estas observaciones para entender las etapas finales de la evolución estelar: “Con ALMA ahora podemos ver la atmósfera de una estrella moribunda con un nivel de claridad similar al que logramos para el Sol, pero a través de decenas de miradas moleculares distintas. Cada molécula muestra un rostro distinto de W Hydrae, lo que revela un ambiente sorprendentemente dinámico y complejo. La combinación de datos de ALMA y VLT/SPHERE nos permite conectar los movimientos del gas, la química molecular y la formación de polvo casi en tiempo real —algo que antes resultaba muy difícil de lograr.”

Como estas líneas se forman en condiciones físicas distintas, trazan diferentes capas de la atmósfera de la estrella. La altísima resolución de ALMA —de unos 17–20 milisegundos de arco, equivalente a fotografiar con detalle un grano de arroz desde 10 km de distancia— permite ver la absorción contra el disco estelar e identificar capas de material que fluyen hacia afuera o hacia adentro. Los datos revelan una mezcla sorprendente de movimientos: el gas cercano a la estrella es empujado hacia afuera a velocidades de hasta 10 km/s, mientras que el material justo por encima cae hacia adentro a velocidades de hasta 13 km/s, creando un patrón de flujo estratificado y en constante cambio. Estas regiones alternadas de caída y escape concuerdan con predicciones de modelos tridimensionales de última generación, en los que grandes células convectivas y choques impulsados por pulsaciones moldean la atmósfera.

Uno de los aspectos más notables del estudio es la conexión directa entre las moléculas y el polvo recién formado. Las observaciones de ALMA se compararon con imágenes polarimétricas en luz visible obtenidas con el instrumento SPHERE del VLT de ESO, tomadas solo nueve días antes. Esta cercanía temporal permite vincular la química del gas con la formación de polvo casi en tiempo real. Los resultados muestran que moléculas como monóxido de silicio (SiO), vapor de agua (H₂O) y monóxido de aluminio (AlO) se observan exactamente donde se registran nubes de polvo grumosas en los datos del VLT, lo que indica que estas especies participan directamente en la formación de granos de polvo. Otras moléculas —como monóxido de azufre (SO), dióxido de azufre (SO₂), óxido de titanio (TiO) y posiblemente dióxido de titanio (TiO₂)— se superponen al polvo en algunas zonas y podrían contribuir mediante procesos químicos impulsados por choques. En cambio, moléculas como el cianuro de hidrógeno (HCN) se forman cerca de la estrella, pero no participan directamente en la formación de polvo.

Estas observaciones ofrecen un laboratorio excepcional para entender cómo las estrellas moribundas expulsan su material, enriqueciendo el medio interestelar con elementos y compuestos que más tarde forman nuevas estrellas, planetas y, finalmente, los ingredientes químicos para la vida. El proceso de pérdida de masa en estrellas AGB sigue siendo uno de los problemas más antiguos y menos resueltos en la astrofísica estelar, y obtener imágenes de alta resolución de las regiones más internas —donde comienza el flujo de salida y se forma el polvo— es esencial para resolverlo. La proximidad de W Hya y las mayores líneas de base de ALMA ofrecen una de las mejores oportunidades para observar estos procesos en acción. El coautor Ka Tat Wong, de la Universidad de Uppsala, subraya la importancia de estas observaciones: “La pérdida de masa en estrellas AGB es uno de los mayores desafíos sin resolver en la astrofísica estelar. Con ALMA ahora podemos observar directamente las regiones donde comienza este flujo, donde choques, química y formación de polvo interactúan. W Hydrae nos ofrece una oportunidad única para probar y refinar nuestros modelos con datos reales y espacialmente resueltos.”

Estos resultados también ofrecen un anticipo del futuro lejano del Sol. Estrellas como W Hya representan una etapa que el Sol alcanzará en miles de millones de años, cuando se expanda y expulse gran parte de sus capas externas al espacio. Comprender cómo el material de estas estrellas escapa ayuda a explicar el origen del polvo y las moléculas que finalmente pasan a formar planetas, asteroides y cometas, así como la química orgánica necesaria para la vida.

Información adicional

El artículo "High-angular-resolution ALMA imaging of the inhomogeneous dynamical atmosphere of the asymptotic giant branch star W Hya”, de Keiichi Ohnaka et al., ha sido publicado en Astronomy & Astrophysics.

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE.UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembro, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de Taiwán (NSTC), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI).

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.

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