Abrazos secretos de las estrellas, con consecuencias de largo alcance, revelados por el telescopio gigante

Un par de estrellas al comienzo de la fase de co-revestimiento. En la impresión de este artista, obtenemos una visión muy cercana de un sistema binario en el que dos estrellas apenas comienzan a compartir la misma atmósfera. La estrella más grande, la estrella gigante roja, proporcionó una atmósfera maravillosa y fría que solo se mantiene unida. La estrella más pequeña orbita más rápido alrededor del centro de masa de la estrella, gira sobre su eje e interactúa de una manera emocionante con su nuevo entorno. La interacción crea chorros de gran alcance que liberan gas de sus polos y un anillo de material que se mueve lentamente en el ecuador. Crédito: Danielle Futselaer, artource.nl

A diferencia de nuestro Sol, la mayoría de las estrellas viven con un compañero. A veces, dos se acercan tanto que uno se traga 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 de que todas hubieran pasado por esta etapa recientemente. Este descubrimiento promete una nueva visión de los fenómenos más dramáticos del cielo y de la vida, la muerte y el renacimiento entre las estrellas.

Usando el telescopio gigante ALMA en Chile, un equipo de científicos dirigido por Chalmers ha estudiado 15 estrellas inusuales en nuestra galaxia, vía Láctea, los 5.000 años luz más cercanos de la Tierra. Sus medidas muestran que todas las estrellas son dobles, y todas han pasado recientemente por una fase poco común y poco conocida, pero que se cree que da lugar a muchos otros fenómenos astronómicos. Sus hallazgos fueron publicados esta semana en la revista científica Nature Astronomy.

Al apuntar las antenas de ALMA hacia cada estrella y medir la luz de diferentes partículas cerca de cada estrella, los investigadores esperaban encontrar evidencia de sus antecedentes. Estas estrellas, apodadas “fuentes de agua”, eran conocidas por los astrónomos debido a la intensa luz de las moléculas de agua, que resultan de su inusual densidad y movimiento rápido.

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Ubicada a 5.000 metros sobre el nivel del mar en Chile, ALMA es sensible a la luz en longitudes de onda cercanas a un milímetro, invisible para el ojo humano, pero ideal para mirar a través de las capas de polvorientas nubes interestelares de la Vía Láctea hacia estrellas cubiertas de polvo.

“Teníamos más curiosidad por estas estrellas porque parecen arrojar cantidades de polvo y gas al espacio, algunas en forma de chorros a velocidades de hasta 1,8 millones de kilómetros por hora. Pensamos que podríamos encontrar pistas sobre cómo se crean los aviones”. ”, Dice Theo Khoury, primer autor del nuevo estudio. Pero encontramos mucho más”.

Sistema de fuente de agua estrella W43A

Imagen de ALMA del sistema de fuente de agua W43A, ubicado a unos 7.000 años luz de la Tierra en la constelación de Aquila, el Águila. La estrella doble en su centro es demasiado pequeña para caber en esta foto. Sin embargo, las mediciones de ALMA muestran que la interacción de las estrellas ha alterado su entorno inmediato. Los dos chorros que emanan de las estrellas centrales se ven en azul (acercándose a nosotros) y rojo (alejándose). Las nubes polvorientas dibujadas por aviones se muestran en rosa. Crédito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), D. Tafoya et al.

Las estrellas pierden hasta la mitad de su masa total.

Los científicos utilizaron el telescopio para medir las huellas dactilares de las moléculas de monóxido de carbono, CO, a la luz de las estrellas, y para comparar señales de diferentes átomos (isótopos) de carbono y oxígeno. A diferencia de su molécula hermana, el dióxido de carbono, el dióxido de carbono, el monóxido de carbono es relativamente fácil de detectar en el espacio y es una de las herramientas favoritas de los astrónomos.

“Gracias a la notable sensibilidad de ALMA, pudimos detectar señales muy débiles de varias moléculas diferentes en el gas emitido por estas estrellas. Cuando miramos de cerca los datos, vimos detalles que realmente no esperábamos ver”, dice Theo. Khoury.

Las observaciones confirmaron que todas las estrellas estaban explotando desde sus capas externas. Pero las diferentes proporciones de átomos de oxígeno en las moléculas indicaron que, por otro lado, las estrellas no eran tan extremas como parecían, explicó el miembro del equipo Wouter Flemings, astrónomo de Chalmers.

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“Nos dimos cuenta de que estas estrellas comenzaron su vida con la misma masa que el Sol, o solo unas pocas veces. Nuestras mediciones ahora muestran que han expulsado hasta el 50% de su masa total, solo en los últimos cientos de años. Algo les debe haber pasado algo emocionante “, dice.

¿Por qué estas pequeñas estrellas perdieron su masa tan rápidamente? Los científicos concluyeron que todas las pruebas apuntan a una explicación. Estas estrellas eran todas estrellas dobles, y todas habían pasado por una fase en la que las dos estrellas compartían la misma atmósfera, una completamente abrazada por la otra.

“En este punto, las dos estrellas están girando juntas en una especie de capullo. Esta etapa, que llamamos la etapa de ‘envoltura común’, es una etapa realmente breve, que dura solo unos pocos cientos de años. Astrológicamente, se termina en un abrir y cerrar de ojos de un ojo “, dice el miembro del equipo. Daniel Tavoya.

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. Podría ser una experiencia que cambie la vida de una estrella e incluso podría llevar a que las estrellas se fusionen por completo.

Pistas para el futuro

Los científicos creen que este tipo de evento íntimo podría conducir a algunos de los fenómenos más emocionantes del cielo. Theo Khoury explica que comprender cómo sucede esto puede ayudar a responder algunas de las preguntas más importantes de los astrónomos sobre cómo viven y mueren las estrellas.

“¿Qué sucede con una explosión de supernova? ¿Cómo se acercan los agujeros negros lo suficiente para colisionar? ¿Qué hace que los objetos simétricos y hermosos que llamamos nebulosas planetarias? Los astrónomos han sospechado durante muchos años que las envolturas comunes son parte de las respuestas a preguntas como estas. Ahora tenemos una nueva forma de estudiar esta peligrosa pero misteriosa etapa.

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Comprender la fase de la coesfera también ayudará a los científicos a estudiar lo que sucederá en un futuro muy lejano, cuando el Sol también se convierta en una estrella aún más grande y fría, una gigante roja, y se trague los planetas interiores.

“Nuestra investigación nos ayudará a comprender cómo sucede esto, pero me da otra perspectiva más optimista. Cuando se abrazan estas estrellas, envían polvo y gas al espacio que pueden convertirse en ingredientes para las generaciones futuras de estrellas y planetas, y con ello el posibilidad de una nueva vida ”, dice Daniel Tavoya.

Dado que las 15 estrellas parecen estar evolucionando en una escala de tiempo humana, el equipo planea continuar observándolas usando ALMA y otros radiotelescopios. Con los futuros telescopios del Observatorio SKA, esperan estudiar cómo las estrellas forman sus planos y cambian su entorno. También esperan encontrar más, si es que hay alguno.

“De hecho, creemos que los ‘manantiales de agua’ conocidos podrían ser casi todos los sistemas de su tipo en toda nuestra galaxia. Si esto es cierto, entonces estas estrellas son realmente la clave para comprender lo más inusual, lo más sorprendente y lo más importante proceso que pueden atravesar dos estrellas a lo largo de su vida, juntas ”, concluye Theo Khoury.

Referencia: “Identificación observada de una muestra de posibles eventos recientes de cobertura conjunta” por Theo Khoury Water HT Flemings, Daniel Tavoya, Andrés F. Pérez Sánchez, Carmen Sánchez Contreras, José F. Gomez, Hiroshi Imai y Ragvendra Sahai, 16 de diciembre de 2021 , astronomía natural.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01528-4

La investigación se publica en el artículo “Determining a Sample Monitoring of Possible Recent Common Envelope Events” en la naturaleza de la astronomía Escrito por Theo Khoury (Chalmers), Water HT Flemings (Chalmers), Daniel Tavoya (Chalmers), Andrés F.Pérez Sánchez (Universidad de Leiden, Países Bajos), Carmen Sanchez Contreras (Centro de Astrobiología (CSIC-INTA), España), Jose F. Gómez (Instituto de Astrofísica de Andalucía, CSIC, España), Hiroshi Imai (Universidad de Kagoshima, Japón) y Raghvendra Sahai (Laboratorio de Propulsión a Chorro, Caltech, EE. UU.).

ALMA (Atacama Large Millimeter / submillimeter Array) es una instalación astronómica internacional que está asociada con quien – cual, 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 es financiado por ESO en nombre de sus estados miembros, por NSF en colaboración con el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología (MOST) y por NINS en colaboración con Academia Sinica (AS) en Taiwán y el Instituto Coreano de Astronomía y Ciencias Espaciales (KASI).).

El Observatorio Espacial Chalmers y Unsala ha estado involucrado en ALMA desde sus inicios; Los receptores de 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.

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