Supergigantes rojas burbujean y hacen tanta espuma que posición en el cielo parece bailar


Hacer un mapa 3D de nuestra galaxia sería más fácil si algunas estrellas se comportaban lo suficiente como para que podamos calcular las distancias a ellos. Sin embargo, los supergindes rojos son los niños jugadores en el bloque cuando se trata de fijar sus ubicaciones exactas. Eso es porque parecen bailar, lo que dificulta el punto de identificar su lugar en el espacio. Ese wobble es una característica, no un error, de estas estrellas antiguas masivas, y los científicos quieren entender por qué.

Entonces, al igual que con otros objetos desafiantes en la galaxia, los astrónomos se han convertido en modelos de computadora para averiguar por qué. Además, están utilizando mediciones de posición de misión de Gaia para que se encargue de por qué aparecen las supergindes rojas para bailar. Entendiendo a los superginates rojos.

La población de supergentales rojos tiene varias características comunes. Estas son estrellas al menos ocho veces la masa del sol, son enormes. Un típico es de al menos 700 a 1,000 veces el diámetro solar. A 3500 K, son mucho más frescos que nuestra estrella de ~ 6000 k, aunque medir esas temperaturas es complicadas. Son súper brillantes en luz infrarroja, pero se atenúa en luz visible que otras estrellas. También varían en su brillo, que (para algunos de ellos) pueden estar relacionados con ese movimiento de baile. Más sobre eso en un momento. Si el sol era un supergigante rojo, la Tierra no estaría cerca. Esto se debe a que la atmósfera de la estrella habría llegado a Marte y se tragó nuestro planeta. Los ejemplos más conocidos de estos gigantes estelares son Betelgeuse y Antares.

Existen superginantes rojos en toda la galaxia. Hay una población de ellos que puedes ver en la noche en un grupo cercano llamado Chi Persei. Es parte del conocido doble clúster. La estructura de los superginantes rojos, por lo que tenemos esta población de estrellas que no se comportan como se esperaba y no se prestan a las mediciones fáciles. ¿Por qué es eso? Se han expandido tanto que terminan con una gravedad superficial muy baja. Debido a eso, sus células convectivas (las estructuras que llevan calor desde adentro a la superficie) se vuelven bastante grandes. Una celda cubre hasta el 20-30% del radio de la estrella. Eso en realidad «interrumpe» el brillo de la estrella.

Impresión artística de la estrella supergigante roja Betelgeuse tal como fue revelada con el Very Large Telescope de ESO. Muestra una superficie en ebullición y material arrojado por la estrella a medida que envejece. Crédito: ESO/L.Calçada

La convección no solo mueve el calor desde adentro hacia afuera, sino que también ayuda al material de expulsión de la estrella al espacio cercano. Y, tampoco estamos hablando de pequeños poofs de gas y plasma. Un supergigante rojo puede enviar mil millones de veces más masa al espacio que el sol. Toda esa acción hace que la estrella parezca espumosa y, como si su superficie está hirviendo locamente. En esencia, hace que la posición de la estrella parezca bailar en el cielo.

Los supergigantes rojos en el gran esquema de cosas, el material supergigante rojo se convierte en parte del «inventario» químico de las galaxias. Los elementos que estas estrellas crean continúan con nuevas estrellas y mundos. Entonces, ayuda a comprender una buena idea de cómo estas estrellas pierden su misa durante sus vidas. Todo es parte de entender la evolución estelar en la Vía Láctea y su impacto en el entorno cósmico. Es por eso que los astrónomos quieren rastrear la masa total que estas estrellas envejecen se apagan al espacio. También miden la velocidad del viento estelar y calculan la geometría de la nube de «Star Stuff» que envuelve un supergigante rojo. Ahora, ¿qué tiene esto que ver con la acción de baile? Bueno, la ebullición de las células de convección y la acumulación de una cáscara de material alrededor de la estrella se suma a su variabilidad. Es decir, afecta su brillo a lo largo del tiempo.

Una forma de que los astrónomos usan para determinar la posición exacta de una estrella es utilizando su «centro de fotos». Ese es el centro de la luz de la estrella. Si la estrella varía en el brillo (por cualquier motivo), ese centro de fotos cambia. No coincidirá con el Barycenter. (Ese es el centro de gravedad común entre la estrella y el resto de su sistema. Es un componente en mediciones a distancia). En esencia, el centro de fotos varía a medida que cambia el brillo de la estrella. Combinado con la acción de las enormes células de convección, la estrella parece bailar en el espacio.

El baile cambia la distancia estimada El «problema de posición» supergigante rojo atrajo a Andrea Chiavassa (Laboratoire Lagrange, los orígenes de Exzellenzcluster y el Instituto Max Planck para Astrofísica). Ella y el astrónomo Rolf Kudritzki (Universidad de Observatorio de Munich y el Instituto de Hawai) y un equipo de ciencia crearon simulaciones de las superficies de ebullición y la variabilidad del brillo rojo supergigoso. «Los mapas sintéticos muestran superficies extremadamente irregulares, donde las estructuras más grandes evolucionan en las escalas de tiempo de meses o incluso años, mientras que las estructuras más pequeñas evolucionan a lo largo de varias semanas», dijo Chiavassa. «Esto significa que se espera que la posición de la estrella cambie en función del tiempo».

En su estudio de astronomía y astrophísica, el equipo comparó su modelo a estrellas en Chi Persei. Ese cluster se midió por el satélite Gaia, por lo que las posiciones de la mayoría de sus estrellas son muy precisas. Bueno, todos menos los supergindes rojos. «Encontramos que las incertidumbres de la posición de los supergentales rojos son mucho más grandes que para otras estrellas. Esto confirma que sus estructuras de superficie cambian dramáticamente con el tiempo según lo previsto por nuestros cálculos», explicó Kudritzki. Este cambio en la posición observable proporciona una solución para comprender las posiciones de cambio de supergantas rojas. Eso, a su vez, presenta dificultades para medir distancias exactas a muchas de estas estrellas. El modelo actual también da pistas a la evolución de estos objetos.

Pero, sabiendo lo que está causando que las estrellas bailen ofrecen un camino a una solución al calcular sus distancias. Los modelos futuros ayudarán a los astrónomos a refinar esas distancias y brindarán más información sobre lo que está sucediendo a estas estrellas a medida que envejecen.

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