Observando la muerte de una rara estrella gigante
Un equipo de astrónomos dirigido por la Universidad de Arizona ha creado una imagen tridimensional detallada de una estrella hipergigante moribunda.
El equipo, dirigido por los investigadores de UArizona Ambesh Singh y Lucy Ziurys, rastreó la distribución, direcciones y velocidades de una variedad de moléculas que rodean una estrella hipergigante roja conocida como VY Canis Majoris.
Sus hallazgos, que presentaron en la 240ª Reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense en Pasadena, California, ofrecen información, a una escala sin precedentes, sobre los procesos que acompañan a la muerte de estrellas gigantes.
Las estrellas supergigantes extremas conocidas como hipergigantes son muy raras, y solo se sabe que existen unas pocas en la Vía Láctea. Los ejemplos incluyen a Betelgeuse, la segunda estrella más brillante de la constelación de Orión, y NML Cygni, también conocida como V1489 Cygni, en la constelación de Cygnus. A diferencia de las estrellas con masas más bajas, que tienen más probabilidades de hincharse una vez que entran en la fase de gigante roja pero que generalmente conservan una forma esférica, las hipergigantes tienden a experimentar eventos de pérdida de masa sustanciales y esporádicos que forman estructuras complejas muy irregulares compuestas de arcos, cúmulos y nudos
Ubicada a unos 3.009 años luz de la Tierra, VY Canis Majoris, o VY CMa, para abreviar, es una estrella variable pulsante en la constelación ligeramente austral de Canis Major. Abarcando entre 10.000 y 15.000 unidades astronómicas (siendo 1 AU la distancia media entre la Tierra y el sol), VY CMa es posiblemente la estrella más masiva de la Vía Láctea, según Ziurys.
"Piense en ello como Betelgeuse con esteroides", dijo en un comunicado Ziurys, profesor de Regents con nombramientos conjuntos en el Departamento de Química y Bioquímica de UArizona y el Observatorio Steward, ambos parte de la Facultad de Ciencias. "Es mucho más grande, mucho más masivo y sufre violentas erupciones masivas cada 200 años más o menos".
El equipo eligió estudiar VY CMa porque es uno de los mejores ejemplos de este tipo de estrellas. "Estamos particularmente interesados en lo que hacen las estrellas hipergigantes al final de sus vidas", dijo Singh, estudiante de doctorado de cuarto año en el laboratorio de Ziurys. "La gente solía pensar que estas estrellas masivas simplemente evolucionan en explosiones de supernovas, pero ya no estamos seguros de eso".
"Si ese fuera el caso, deberíamos ver muchas más explosiones de supernovas en el cielo", agregó Ziurys. "Ahora pensamos que podrían colapsar silenciosamente en agujeros negros, pero no sabemos cuáles terminan así con sus vidas, o por qué sucede eso y cómo".
Las imágenes anteriores de VY CMa con el telescopio espacial Hubble de la NASA y la espectroscopia mostraron la presencia de distintos arcos y otros grupos y nudos, muchos de los cuales se extienden a miles de AU desde la estrella central. Para descubrir más detalles de los procesos por los cuales las estrellas hipergigantes terminan sus vidas, el equipo se dispuso a rastrear ciertas moléculas alrededor del hipergigante y mapearlas en imágenes preexistentes del polvo, tomadas por el Telescopio Espacial Hubble.
"Nadie ha podido hacer una imagen completa de esta estrella", dijo Ziurys, explicando que su equipo se propuso comprender los mecanismos por los cuales la estrella arroja masa, que parecen ser diferentes a los de las estrellas más pequeñas que entran en su fase de gigante roja al final de sus vidas.
"No ves esta agradable pérdida de masa simétrica, sino células de convección que atraviesan la fotosfera de la estrella como balas gigantes y expulsan masa en diferentes direcciones", dijo Ziurys. "Estos son análogos a los arcos coronales que se ven en el sol, pero mil millones de veces más grandes".
El equipo utilizó el Atacama Large Millimeter Array, o ALMA, en Chile para rastrear una variedad de moléculas en el material expulsado de la superficie estelar. Si bien aún se están realizando algunas observaciones, se obtuvieron mapas preliminares de óxido de azufre, dióxido de azufre, óxido de silicio, óxido de fósforo y cloruro de sodio. A partir de estos datos, el grupo construyó una imagen de la estructura de salida molecular global de VY CMa en escalas que abarcaban todo el material expulsado de la estrella.
"Las moléculas trazan los arcos en la envoltura, lo que nos dice que las moléculas y el polvo están bien mezclados", dijo Singh. "Lo bueno de las emisiones de moléculas en longitudes de onda de radio es que nos brindan información sobre la velocidad, a diferencia de la emisión de polvo, que es estática".
Al mover las 48 antenas de radio de ALMA en diferentes configuraciones, los investigadores pudieron obtener información sobre las direcciones y velocidades de las moléculas y mapearlas en las diferentes regiones de la envoltura de la hipergigante con considerable detalle, e incluso correlacionarlas con diferentes eventos de eyección de masa a lo largo del tiempo. .
Procesar los datos requirió un trabajo pesado en términos de poder de cómputo, dijo Singh.
"Hasta ahora, hemos procesado casi un terabyte de ALMA y todavía recibimos datos que tenemos que analizar para obtener la mejor resolución posible", dijo. "Simplemente calibrar y limpiar los datos requiere hasta 20 000 iteraciones, lo que lleva uno o dos días para cada molécula".
"Con estas observaciones, ahora podemos ponerlas en mapas en el cielo", dijo Ziurys. "Hasta ahora, solo se habían estudiado pequeñas porciones de esta enorme estructura, pero no puedes entender la pérdida de masa y cómo mueren estas grandes estrellas a menos que mires la región completa. Por eso queríamos crear una imagen completa".
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