ALMA observa metamorfosis de estrella en edad avanzada

5 marzo, 2020

Artículo Científico

Gracias al Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un equipo internacional de astrónomos observó el momento exacto en que una estrella en edad avanzada empezó a alterar su entorno. La estrella produjo chorros de gas bipolares de alta velocidad que ahora están chocando con el material circundante. Se calcula que estos chorros tienen menos de 60 años de edad. Estos fenómenos son claves para entender el origen de las complejas formas de las nebulosas planetarias.

Las estrellas similares al Sol evolucionan hasta convertirse en gigantes rojas al final de su vida. Luego, expulsan gas que forma un remanente conocido como nebulosa planetaria, que puede cobrar muchas formas distintas: desde esferas hasta estructuras bipolares o más complejas. Los astrónomos buscan entender cómo se generan estas formas, pero las espesas nubes de polvo y gas creadas por las estrellas más viejas opacan estos sistemas y dificultan el estudio de estos procesos.

Para sortear este obstáculo, un equipo de astrónomos dirigido por Daniel Tafoya, de la Chalmers University of Technology, en Suecia, apuntó ALMA hacia W43A, un antiguo sistema estelar de la constelación de Aquila, el Águila.

Gracias a la alta resolución de ALMA, los astrónomos pudieron obtener una imagen detallada del espacio alrededor de W43A. “Las estructuras más notorias son sus pequeños chorros bipolares, señala Tafoya, autor principal del artículo publicado en la revista The Astrophysical Journal Letters. Los astrónomos descubrieron que la velocidad de los chorros alcanza los 175 km por segundo: mucho más de lo que se había estimado. Sobre la base de esta velocidad y del tamaño de los chorros, el equipo determinó que su edad actual no sobrepasa la de un ser humano.

“Considerando lo jóvenes que son los chorros en comparación con la vida total de una estrella, se puede decir con seguridad que estamos presenciando “el momento exacto” en que los chorros empezaron a abrirse paso a través del gas circundante”, explica Tafoya. “Cuando los chorros atraviesan el material circundante en un período de unos 60 años, una misma persona puede observar su evolución a lo largo de su vida”.

En efecto, la imagen de ALMA muestra claramente la distribución de las nubes de polvo arrastradas por los chorros, lo cual demuestra el efecto que tienen en su entorno.

Según los científicos, este efecto es la clave del proceso de formación de nebulosas planetarias bipolares, donde la estrella anciana expulsa gas en forma de esfera y el núcleo pierde su capa exterior. Si la estrella tiene una estrella compañera, el gas de esta última fluye hacia el núcleo de la estrella moribunda y parte de este nuevo gas da origen a los chorros. Por consiguiente, la existencia de una estrella compañera es un factor determinante para la estructura de la nebulosa planetaria que se genera.

“W43A es uno de los peculiares objetos conocidos como ‘fuente de agua’”, señala Hiroshi Imai, de la Universidad de Kagoshima, de Japón, quien forma parte del equipo. “En algunas estrellas antiguas se observan características emisiones de radio de moléculas de agua. Suponemos que las manchas de estas emisiones de agua representan la zona de contacto entre los chorros y el material circundante. Los bautizamos como ‘fuentes de agua’, y podrían ser un indicio de que la fuente central es un sistema binario que genera un nuevo chorro”.

“A la fecha solo se han identificado 15 ‘fuentes de agua’, pese a que hay más de 100.000 millones de estrellas en nuestra galaxia, la Vía Láctea”, agrega José Francisco Gómez, del Instituto de Astrofísica de Andalucía, de España. “Esto se debe probablemente a que la vida útil de los chorros es bastante corta, con lo cual somos muy afortunados de ver objetos tan escasos”.

Información adicional

Los resultados de este estudio se consignaron en el artículo de D. Tafoya et al. titulado “Shaping the envelope of the asymptotic giant branch star W43A with a collimated fast jet” (‘Formación del envoltorio de la estrella de rama asintótica gigante W43A con rápido chorro colimado’), publicado en The Astrophysical Journal Letters el 13 de febrero de 2020.

El equipo de investigación estuvo integrado por Daniel Tafoya (Chalmers University of Technology), Hiroshi Imai (Universidad de Kagoshima), José F. Gómez (Instituto de Astrofísica de Andalucía, [CSIC]), Jun-ichi Nakashima (Universidad Sun Yat-sen), Gabor Orosz (Universidad de Tasmania/Observatorio Astronómico de Xinjiang) y Bosco H. K. Yung (Centro Astronómico Nicolaus Copernicus).

La investigación se financió con fondos de MEXT KAKENHI (No. 16H02167), el Programa de Invitación para Investigadores Extranjeros de la Sociedad Japonesa para el Fomento de la Ciencia (fondo JSPS S14128), MINECO (España) AYA2017-84390-C2-R (cofinanciado por FEDER), la Agencia Estatal de Investigación del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades de España a través del premio Centro de Excelencia Severo Ochoa para el Instituto de Astrofísica de Andalucía (SEV-2017-0709), el Proyecto de Descubrimiento del Consejo de Investigación Australiano DP180101061 del Gobierno australiano, CAS LCWR 2018-XBQNXZ-B- 021 y el programa nacional de I+D 2018YFA0404602 de China.

El comunicado de prensa original fue publicado por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ), socio de ALMA en nombre de Asia del Este.

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

Imagen del viejo sistema estelar W43A. Los chorros bipolares eyectados a gran velocidad de la estrella central se ven en azul, mientras que el flujo lento se aprecia en verde y las nubes de polvo arrastradas por los chorros se muestran en naranja. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Tafoya et al.

Representación artística de W43A a partir de los resultados de la observación realizada con ALMA. Gas esférico difuso emitido por la estrella en el pasado. W43A acaba de empezar a expulsar chorros bipolares que arrastran el material circundante. Alrededor de la zona de contacto entre los chorros y el gas difuso se aprecian manchas brillantes correspondientes a emisiones de radio de moléculas de agua. Créditos: NAOJ.

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