La misteriosa muerte de una estrella de carbón


Los científicos que estudian V Hydrae (V Hya) han sido testigos de la misteriosa agonía de la estrella con un detalle sin precedentes. Usando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y datos del Telescopio Espacial Hubble (HST), el equipo descubrió seis anillos de expansión lenta y dos estructuras en forma de reloj de arena causadas por la eyección de materia a alta velocidad hacia el espacio. Los resultados del estudio se publican en The Astrophysical Journal.

V Hya es una estrella de rama gigante asintótica (AGB) rica en carbono ubicada aproximadamente a 1300 años luz de la Tierra en la constelación de Hidra. Más del 90 por ciento de las estrellas con una masa igual o mayor que la del Sol evolucionan a estrellas AGB a medida que se elimina el combustible necesario para impulsar los procesos nucleares. Entre estos millones de estrellas, V Hya ha sido de particular interés para los científicos debido a sus comportamientos y características únicos hasta ahora, incluidas las erupciones de plasma de escala extrema que ocurren aproximadamente cada 8,5 años y la presencia de una estrella compañera casi invisible que contribuye a Comportamiento explosivo de V Hya.

“Nuestro estudio confirma dramáticamente que el modelo tradicional de cómo mueren las estrellas AGB, a través de la eyección masiva de combustible a través de un viento esférico lento, relativamente constante durante 100,000 años o más, es, en el mejor de los casos, incompleto o, en el peor, incorrecto”, dijo. Raghvendra Sahai, astrónomo del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA y principal investigador del estudio. “Es muy probable que un compañero estelar o subestelar cercano desempeñe un papel importante en sus muertes, y comprender la física de las interacciones binarias es importante en la astrofísica y uno de sus mayores desafíos. En el caso de V Hya, la combinación de una estrella compañera cercana e hipotéticamente distante es responsable, al menos hasta cierto punto, de la presencia de sus seis anillos y de los flujos de salida de alta velocidad que están causando la muerte milagrosa de la estrella”.

Mark Morris, astrónomo de la UCLA y coautor de la investigación, agregó: “V Hydra se ha visto atrapada en el proceso de desprendimiento de su atmósfera, en última instancia, la mayor parte de su masa, que es algo que hacen la mayoría de las estrellas gigantes rojas en etapa tardía. Para nuestra sorpresa, hemos encontrado que la materia, en este caso, está siendo expulsada como una serie de anillos salientes. Esta es la primera y única vez que alguien ha visto que el gas expulsado de una estrella AGB puede fluir en forma de una serie de ‘anillos de humo’ en expansión».

Los seis anillos se han expandido hacia afuera desde V Hya en el transcurso de aproximadamente 2100 años, agregando materia e impulsando el crecimiento de una estructura similar a un disco deformado y acampanado de alta densidad alrededor de la estrella. El equipo ha denominado a esta estructura DUDE, o disco en expansión dinámica.

“El estado final de la evolución estelar, cuando las estrellas experimentan la transición de gigantes rojas a remanentes estelares de enanas blancas, es un proceso complejo que no se comprende bien”, dijo Morris. «El descubrimiento de que este proceso puede implicar la eyección de anillos de gas, simultáneamente con la producción de chorros intermitentes de material a alta velocidad, aporta una nueva y fascinante arruga a nuestra exploración de cómo mueren las estrellas».

Sahai agregó: “V Hya se encuentra en una breve pero crítica fase de transición que no dura mucho, y es difícil encontrar estrellas en esta fase, o más bien ‘atraparlos en el acto’. Tuvimos suerte y pudimos visualizar todos los diferentes fenómenos de pérdida de masa en V Hya para comprender mejor cómo las estrellas moribundas pierden masa al final de sus vidas”.

Además de un conjunto completo de anillos en expansión y un disco alabeado, el acto final de V Hya presenta dos estructuras en forma de reloj de arena, y una estructura similar a un chorro adicional, que se expanden a altas velocidades de más de medio millón de millas por hora (240 km/s). Grandes estructuras de reloj de arena se han observado previamente en nebulosas planetarias, incluida MyCn 18, también conocida como la Nebulosa del Reloj de Arena Grabada, una nebulosa de emisión joven ubicada aproximadamente a 8,000 años luz de la Tierra en la constelación austral de Musca, y el Cangrejo del Sur más conocido. Nebulosa, una nebulosa de emisión ubicada aproximadamente a 7.000 años luz de la Tierra en la constelación austral de Centauro.

Sahai dijo: “Observamos por primera vez la presencia de flujos de salida muy rápidos en 1981. Luego, en 2022, encontramos un flujo similar a un chorro que consiste en gotas de plasma compactas expulsadas a altas velocidades desde V Hya. Y ahora, nuestro descubrimiento de flujos de salida de gran angular en V Hya conecta los puntos, revelando cómo se pueden crear todas estas estructuras durante la fase evolutiva en la que se encuentra ahora esta estrella gigante roja extraluminosa”.

Debido tanto a la distancia como a la densidad del polvo que rodea a la estrella, estudiar V Hya requería un instrumento único con el poder de ver claramente la materia que está muy lejos y también es difícil o imposible de detectar con la mayoría de los telescopios ópticos. El equipo reclutó los receptores de Banda 6 (1,23 mm) y Banda 7 (0,85 mm) de ALMA, que revelaron los múltiples anillos y flujos de salida de la estrella con total claridad.

“Los procesos que tienen lugar en las etapas finales de las estrellas de baja masa, y durante la fase AGB en particular, han fascinado a los astrónomos durante mucho tiempo y han sido difíciles de entender”, dijo Joe Pesce, astrónomo y oficial de programas de la NSF para NRAO/ALMA. “Las capacidades y la resolución de ALMA finalmente nos permiten presenciar estos eventos con el extraordinario detalle necesario para brindar algunas respuestas y mejorar nuestra comprensión de un evento que le sucede a la mayoría de las estrellas del Universo”.

Sahai agregó que la incorporación de datos infrarrojos, ópticos y ultravioleta en el estudio creó una imagen completa de múltiples longitudes de onda de lo que podría ser uno de los mejores espectáculos de la Vía Láctea, al menos para los astrónomos. “Cada vez que observamos a V Hya con nuevas capacidades de observación, se vuelve más y más como un circo, caracterizado por una variedad aún mayor de hazañas impresionantes. V Hydrae nos ha impresionado con sus múltiples anillos y actos, y debido a que nuestro propio Sol algún día puede experimentar un destino similar, nos tiene absortos”.

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