Un par de estrellas al comienzo de una fase envolvente común. En la impresión de este artista, obtenemos una vista desde muy cerca de un sistema binario en el que dos estrellas recién comienzan a compartir la misma atmósfera. La estrella más grande, una estrella gigante roja, ha proporcionado una atmósfera enorme y fresca que solo se mantiene unida. La estrella más pequeña orbita cada vez más rápido alrededor del centro de masa de las estrellas, girando sobre su propio eje e interactuando de manera espectacular con su nuevo entorno. la interacción crea chorros de gran alcance que arrojan gas desde sus polos y un anillo de material de movimiento más lento en su ecuador. Crédito: Danielle Futselaar, artsource.nl
A diferencia de nuestro Sol, la mayoría de las estrellas viven con un compañero. A veces, dos se acercan tanto que uno engulle al otro, con consecuencias de gran alcance. Cuando un equipo de astrónomos dirigido por Chalmers utilizó el telescopio ALMA Para estudiar 15 estrellas inusuales, se sorprendieron al descubrir que todas habían pasado recientemente por esta fase. El descubrimiento promete una nueva perspectiva sobre los fenómenos más dramáticos del cielo, y sobre la vida, la muerte y el renacimiento entre las estrellas.
Usando el gigantesco telescopio ALMA en Chile, un equipo de científicos dirigido por Chalmers estudió 15 estrellas inusuales en nuestra galaxia, la Vía Láctea, los 5000 años luz más cercanos a la Tierra. Sus mediciones muestran que todas las estrellas son dobles, y todas han experimentado recientemente una fase rara que no se comprende bien, pero que se cree que conduce a muchos otros fenómenos astronómicos. Sus resultados se publican esta semana en la revista científica Nature Astronomy.
Al dirigir las antenas de ALMA hacia cada estrella y medir la luz de diferentes moléculas cerca de cada estrella, los investigadores esperaban encontrar pistas sobre sus historias de fondo. Apodadas "fuentes de agua", estas estrellas eran conocidas por los astrónomos debido a la intensa luz de las moléculas de agua, producida por un gas inusualmente denso y de rápido movimiento.
Ubicado a 5000 m sobre el nivel del mar en Chile, el ALMA es sensible a la luz con longitudes de onda alrededor de un milímetro, invisible a los ojos humanos, pero ideal para mirar a través de las capas de polvorientas nubes interestelares de la Vía Láctea hacia estrellas cubiertas de polvo.
“Teníamos mucha curiosidad por estas estrellas porque parecen estar expulsando cantidades de polvo y gas al espacio, algunas en forma de chorros con velocidades de hasta 1.8 millones de kilómetros por hora. Pensamos que podríamos encontrar pistas sobre cómo se estaban creando los chorros, pero en cambio encontramos mucho más que eso ”, dice Theo Khouri, primer autor del nuevo estudio.
Imagen de ALMA del sistema estelar fuente de agua W43A, que se encuentra a unos 7000 años luz de la Tierra en la constelación de Aquila, el Águila. La estrella doble en su centro es demasiado pequeña para ser resuelta en esta imagen. Sin embargo, las mediciones de ALMA muestran que la interacción de las estrellas ha cambiado su entorno inmediato. Los dos chorros expulsados de las estrellas centrales se ven en azul (acercándose) y rojo (alejándose). Las nubes polvorientas arrastradas por los chorros se muestran en rosa. Crédito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), D. Tafoya et al.
Estrellas perdiendo hasta la mitad de su masa total
Los científicos utilizaron el telescopio para medir firmas de moléculas de monóxido de carbono, CO, en la luz de las estrellas, y compararon señales de diferentes átomos (isótopos) de carbono y oxígeno. A diferencia de su molécula hermana, el dióxido de carbono, el CO2, el monóxido de carbono es relativamente fácil de descubrir en el espacio y es una de las herramientas favoritas de los astrónomos.
“Gracias a la exquisita sensibilidad de ALMA, pudimos detectar las señales muy débiles de varias moléculas diferentes en el gas expulsado por estas estrellas. Cuando miramos de cerca los datos, vimos detalles que realmente no esperábamos ver ”, dice Theo Khouri.
Las observaciones confirmaron que las estrellas volaban todas sus capas externas. Pero las proporciones de los diferentes átomos de oxígeno en las moléculas indicaron que las estrellas, en otro aspecto, no eran tan extremas como parecían, explica el miembro del equipo Wouter Vlemmings, astrónomo de Chalmers.
“Nos dimos cuenta de que estas estrellas comenzaron su vida con la misma masa que el Sol, o solo unas pocas veces más. Ahora nuestras mediciones mostraron que han expulsado hasta el 50% de su masa total, solo en los últimos cientos de años. Les debe haber pasado algo realmente dramático ”, dice.
¿Por qué estrellas tan pequeñas estaban perdiendo tanta masa tan rápidamente? Todas las pruebas apuntaban a una explicación, concluyeron los científicos. Todas eran estrellas dobles, y todas acababan de pasar por una fase en la que las dos estrellas compartían la misma atmósfera: una estrella completamente abrazada por la otra.
“En esta fase, las dos estrellas orbitan juntas en una especie de capullo. Esta fase, la llamamos fase de “envoltura común”, es realmente breve y solo dura unos pocos cientos de años. En términos astronómicos, se acaba en un abrir y cerrar de ojos ”, dice el miembro del equipo Daniel Tafoya.
La mayoría de las estrellas en sistemas binarios simplemente orbitan alrededor de un centro de masa común. Sin embargo, estas estrellas comparten la misma atmósfera. Puede ser una experiencia que cambie la vida de una estrella e incluso puede llevar a que las estrellas se fusionen por completo.
Pistas para el futuro
Los científicos creen que este tipo de episodio íntimo puede conducir a algunos de los fenómenos más espectaculares del cielo. Comprender cómo sucede podría ayudar a responder algunas de las preguntas más importantes de los astrónomos sobre cómo viven y mueren las estrellas, explica Theo Khouri.
“¿Qué sucede para causar una explosión de supernova? ¿Cómo se acercan los agujeros negros lo suficiente como para colisionar? ¿Qué hace que los objetos hermosos y simétricos que llamamos nebulosas planetarias? Los astrónomos han sospechado durante muchos años que los sobres comunes son parte de las respuestas a preguntas como estas. Ahora tenemos una nueva forma de estudiar esta fase trascendental pero misteriosa ”, dice.
Comprender la fase de la envoltura común también ayudará a los científicos a estudiar lo que sucederá en un futuro muy lejano, cuando el Sol también se convierta en una estrella más grande y fría, una gigante roja, y engulle los planetas más internos.
“Nuestra investigación nos ayudará a comprender cómo podría suceder eso, pero me da otra perspectiva más esperanzadora. Cuando estas estrellas se abrazan, envían polvo y gas al espacio que pueden convertirse en los ingredientes de las próximas generaciones de estrellas y planetas, y con ellos el potencial para una nueva vida ”, dice Daniel Tafoya.
Dado que las 15 estrellas parecen estar evolucionando en una escala de tiempo humana, el equipo planea seguir monitoreándolas con ALMA y con otros radiotelescopios. Con los futuros telescopios del Observatorio SKA, esperan estudiar cómo las estrellas forman sus chorros y cambian su entorno. También esperan encontrar más, si es que hay alguno.
“En realidad, creemos que las conocidas“ fuentes de agua ”podrían ser casi todos los sistemas de su tipo en toda nuestra galaxia. Si eso es cierto, entonces estas estrellas son realmente la clave para comprender el proceso más extraño, maravilloso e importante que dos estrellas pueden experimentar en sus vidas juntas ”, concluye Theo Khouri.
Referencia: “Identificación observacional de una muestra de probables eventos recientes de envoltura común” por Theo Khouri, Wouter HT Vlemmings, Daniel Tafoya, Andrés F. Pérez-Sánchez, Carmen Sánchez Contreras, José F. Gómez, Hiroshi Imai y Raghvendra Sahai, 16 Diciembre de 2021, Naturaleza Astronomía.
DOI: 10.1038/s41550-021-01528-4
La investigación se publica en el artículo "Identificación observacional de una muestra de probables eventos recientes de envolvente común" en Astronomía de la naturaleza, por Theo Khouri (Chalmers), Wouter HT Vlemmings (Chalmers), Daniel Tafoya (Chalmers), Andrés F. Pérez-Sánchez (Universidad de Leiden, Países Bajos), Carmen Sánchez Contreras (Centro de Astrobiología (CSIC-INTA), España), José F. Gómez (Instituto de Astrofísica de Andalucía, CSIC, España), Hiroshi Imai (Universidad de Kagoshima, Japón) y Raghvendra Sahai (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, EE. UU.).
ALMA (Atacama Large Millimeter / submillimeter Array) es una instalación de astronomía internacional es una asociación de ESO, la Fundación Nacional de Ciencias de los Estados Unidos (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales (NINS) de Japón en cooperación con la República de Chile. ALMA está financiado por ESO en nombre de sus Estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología (MOST) y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) en Taiwán. y el Instituto Coreano de Astronomía y Ciencias Espaciales (KASI).
Chalmers y el Observatorio Espacial Onsala han estado involucrados en ALMA desde sus inicios; Los receptores para el telescopio son una de las muchas contribuciones. El Observatorio Espacial Onsala alberga el Centro Regional Nórdico ALMA, que proporciona experiencia técnica al proyecto ALMA y apoya a los astrónomos de los países nórdicos en el uso de ALMA.
