Astrónomos capturan vientos estelares con inédito detalle

18 septiembre, 2020

Artículo Científico

Astrónomos utilizaron el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para observar un conjunto de vientos estelares alrededor de estrellas envejecidas y presentar una explicación de las fascinantes formas de las nebulosas planetarias. Contrariamente al consenso común, el equipo descubrió que los vientos estelares no son esféricos sino que tienen una forma similar a la de las nebulosas planetarias. El equipo concluye que la interacción con una estrella o exoplaneta acompañante da forma tanto a los vientos estelares como a las nebulosas planetarias. Los hallazgos fueron publicados en la revista Science.

Las estrellas moribundas se hinchan y enfrían para convertirse eventualmente en gigantes rojas. Producen vientos estelares, flujos de partículas expulsadas de la estrella, lo que hace que pierdan masa. Debido a que faltaban observaciones detalladas, los astrónomos siempre han asumido que estos vientos eran esféricos, como las estrellas que rodean. A medida que la estrella sigue evolucionando, se calienta de nuevo y la radiación estelar hace que las capas de material estelar expulsado en expansión brillen, formando una nebulosa planetaria.

Durante siglos, los astrónomos ignoraron la extraordinaria variedad de formas coloridas observadas en las nebulosas planetarias. Todas las nebulosas parecen tener una cierta simetría, pero rara vez son redondas. «El Sol, que finalmente se convertirá en unagigante roja, es tan redondo como una bola de billar, así que nos preguntamos: ¿Cómo puede una estrella así producir todas estas formas diferentes?» dice el autor correspondiente Leen Decin (KU Leuven).

Su equipo observó vientos estelares alrededor de estrellas gigantes rojas frías con el Observatorio ALMA en Chile, el radiotelescopio más grande del mundo. Por primera vez, reunieron una colección extensa y detallada de observaciones. Cada uno de ellos realizó utilizando el mismo método, crucial para comparar los datos y excluir sesgos directamente.

Lo que vieron los astrónomos los sorprendió. «Notamos que estos vientos son cualquier cosa menos simétricos o redondos», dice el profesor Decin. «Algunos de ellos son bastante similares en forma a las nebulosas planetarias».

Los investigadores incluso pudieron identificar diferentes categorías de formas. «Algunos vientos estelares tenían forma de disco, otros contenían espirales e identificamos conos en un tercer grupo». Esta es una clara indicación de que las formas no se crearon al azar. El equipo se dio cuenta de que otras estrellas de baja masa o incluso planetas pesados ​​en las cercanías de la estrella moribunda estaban causando los diferentes patrones. Estos compañeros son demasiado pequeños y tenues para detectarlos directamente. «Al igual que una cuchara que mezcla en una taza café con un poco de leche puede crear un patrón en espiral, el compañero succiona material hacia él mientras gira alrededor de la estrella y da forma al viento estelar», explica Decin.

El equipo puso a prueba esta teoría en modelos y, en efecto, los compañeros que rodeanlas estrellas pueden explicar la forma de los vientos estelares. Un parámetro importante es la velocidad a la que la estrella fría evolucionada está perdiendo su masa debido al viento estelar.

Hasta ahora, los cálculos sobre la evolución de las estrellas se basaban en la suposición de que las estrellas envejecidas similares al Sol tienen vientos estelares esféricos. «Nuestros hallazgos cambian mucho. Dado que la complejidad de los vientos estelares no se tuvo en cuenta en el pasado, cualquier estimación previa de la tasa de pérdida de masa de las estrellas antiguas podría estar equivocada hasta en un factor de 10». El equipo ahora está haciendo más investigaciones para ver cómo esto podría afectar los cálculos de otras características cruciales de la evolución estelar y galáctica.

El estudio también ayuda a imaginar cómo se verá el Sol cuando muera en 7.000 millones de años. «Júpiter o incluso Saturno, debido a que tienen una masa tan grande, van a influir en si el Sol pasa sus últimos milenios en el corazón de una espiral, una mariposa o cualquiera de las otras formas fascinantes que vemos en las nebulosas planetarias hoy» señala Decin. «Nuestros cálculos ahora indican que se formará una espiral débil en el viento estelar del futuro Sol moribundo».

«Estábamos muy emocionados cuando exploramos las primeras imágenes», dice el coautor Miguel Montargès (KU Leuven). «Cada estrella, que antes era solo un número, se convirtió en un individuo por sí misma. Ahora, para nosotros, tienen su propia identidad. Esta es la magia de tener observaciones de alta precisión: las estrellas ya no son solo puntos».

El estudio es parte del proyecto ATOMIUM, que tiene como objetivo aprender más sobre la física y la química de las estrellas antiguas. «Las estrellas frías y envejecidas se consideran aburridas, viejas y simples, pero ahora demostramos que no lo son: cuentan la historia de lo que viene después. Nos tomó un tiempo darnos cuenta de que los vientos estelares pueden tener la forma de pétalos de rosa (ver, por ejemplo, el viento estelar de R Aquilae). Pero, como dijo Antoine de Saint-Exupéry en su libro Le Petit Prince: ‘C’est le temps que tu as perdu pour ta rose, qui fait ta rose si importante’, es decir que ‘es el tiempo que dedicaste a tu rosa lo que hace que tu rosa sea tan importante'», concluye Decin.

Información adicional

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 miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST), 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, Inc. (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.

Imágenes

Esta galería de imágenes de vientos estelares alrededor de estrellas frías y envejecidas muestra una variedad de morfologías, incluidos discos, conos y espirales. El color azul representa material que viene hacia ti; el rojo es material que se aleja de ti.
Crédito: L. Decin, ESO / ALMA

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