12 Mar 2020. Granada

Se observa la metamorfosis de una estrella en las fases finales de su vida

El radiotelescopio ALMA ha fotografiado una estrella en su evolución hacia nebulosa planetaria. Se estima que tanto los chorros como el cascarón tienen unos sesenta años, de modo que se crearon simultáneamente y en un breve espacio de tiempo. Este hallazgo forma parte de un nuevo trabajo en el que participan investigadores del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC).

Todas las estrellas con una masa inferior a ocho veces la del Sol terminarán su vida como nebulosas planetarias, formadas por una estrella enana blanca –el núcleo “pelado” de la estrella tras la expulsión de sus capas exteriores– rodeada de una envoltura fluorescente. Estas nebulosas pueden presentar formas esféricas, bipolares o complejas, pero aún se desconoce por qué se desarrolla una forma u otra. Ahora, un grupo internacional de astrónomos ha observado una estrella vieja, la gigante roja W43A, en pleno proceso de metamorfosis hacia nebulosa planetaria, un momento clave en la vida de las estrellas de baja masa.

Imagen de W43A, una estrella envejecida en plena metamorfosis. Se observa el chorro bipolar (en azul) que emerge de la estrella central, un flujo de material a baja velocidad (verde) y las nubes de polvo arrastradas por los chorros (naranja). Fuente: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), Tafoya et al.

El observatorio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) ha mostrado que W43A muestra un chorro bipolar de material a alta velocidad –entre 175 y 130 kilómetros por segundo–, que está colisionando con el material circundante y esculpiendo un cascarón bipolar en él. ALMA ha capturado así el momento en el que se pierde la simetría esférica y se desarrolla una morfología compleja.

“El proceso de formación de una nebulosa bipolar o multipolar es, a día de hoy, un problema candente en los estudios de evolución estelar –apunta José Francisco Gómez, investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) que participa en el trabajo–. Cada vez estamos más convencidos de que, en el origen de estas formas, se hallan las cavidades que los chorros generan en el material de la envoltura expulsado por la estrella en etapas anteriores, más denso y lento que el de los chorros”.

Se estima que tanto los chorros como el cascarón tienen unos sesenta años, de modo que se crearon simultáneamente y en un breve espacio de tiempo. “Considerando la juventud de los chorros en relación con la duración de la vida de una estrella, podemos decir que estamos siendo testigos del `momento exacto´ en el que los chorros han empezado a esculpir el gas circundante -explica Daniel Tafoya, investigador de la Universidad de Chalmers (Suecia) que encabeza el estudio-. Además, y a diferencia de lo que vemos habitualmente en los fenómenos astrofísicos, estamos ante un proceso que un ser humano puede seguir a lo largo de su vida”.

Impresión artística de W43A basada en los resultados obtenidos con ALMA. La burbuja esférica corresponde a la expulsión de materia en una etapa anterior, y la emisión en radio producida por las moléculas de agua señala la región en la que los chorros interaccionan con el gas. Fuente: NAOJ.

De hecho, la imagen de ALMA traza claramente la distribución de las nubes de gas y polvo arrastradas por los chorros. El equipo asume que este arrastre es clave para la formación de una nebulosa planetaria bipolar, y propone el siguiente escenario: la estrella envejecida expulsa, en una primera fase, el gas de sus capas externas esféricamente, de modo que el núcleo queda desnudo. Si la estrella tiene una compañera, el gas de la compañera se vierte sobre el núcleo de la estrella moribunda, y un porcentaje de este nuevo material forma los chorros, que alterarán la morfología del material alrededor de la estrella.

Quince entre cien mil millones

Así, el hecho de que la estrella tenga o no una compañera constituye un factor clave para determinar la estructura de la nebulosa planetaria resultante. Se trata de un escenario propuesto con anterioridad para explicar la ruptura de la simetría esférica en las planetarias, algo que debe producirse en las fases inmediatamente anteriores a su formación.

Sin embargo, ese comienzo es breve, y se halla oscurecido por el gas y polvo expulsado al liberarse el material de la envoltura de la estrella, de modo que su observación resulta muy complicada.

«W43A es un objeto peculiar clasificado como ‘fuente de agua’, una estrella envejecida que muestra la emisión en radio característica de las moléculas de vapor de agua. Esa señal en radio nos revela la región en la que los chorros interaccionan con el material circundante” señala Hiroshi Imai, investigador de la Universidad de Kagoshima (Japón) que participa en el trabajo. El chorro muestra grumos, o regiones más densas, y eso apunta a la existencia de una estrella compañera con una órbita excéntrica: cuando las estrellas se acercan la compañera pierde más material y el chorro cambia de intensidad.

«Entre los cien mil millones de estrellas de la Vía Láctea, hasta la fecha solo hemos identificado quince fuentes de agua. Esto se debe probablemente a que el tiempo de vida de los chorros es bastante corto, de modo que somos muy afortunados de ver objetos tan raros», concluye José Francisco Gómez (IAA-CSIC).

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