Los científicos han observado la misteriosa muerte de una estrella rica en carbono marcada por la eyección masiva de materia al espacio.

Los científicos han sido testigos de los misteriosos espasmos de muerte de una estrella de carbono con un detalle sin precedentes. Usando los datos del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y el Telescopio Espacial Hubble, el equipo descubrió seis anillos que se expandían lentamente y dos estructuras en forma de reloj de arena causadas por la eyección de materia a alta velocidad hacia el espacio.

V Hya es una estrella de rama gigante asintótica rica en carbono (AGB) ubicada a unos 1.300 años luz de la Tierra en la constelación de Hidra. Más del 90% de las estrellas con una masa igual o superior a la del Sol evolucionarán a estrellas AGB a medida que se elimine el combustible necesario para los procesos nucleares.

Entre esos millones de estrellas, V Hya ha sido de particular interés para los científicos debido a su comportamiento y propiedades únicas hasta ahora, incluidos los estallidos de plasma de escala extrema que ocurren aproximadamente cada 8,5 años y la presencia de una estrella compañera casi invisible que contribuye a V Hyas. comportamiento explosivo.

«Nuestro estudio confirma dramáticamente que el modelo tradicional de cómo mueren las estrellas AGB, a partir de la eyección masiva de combustible por un viento esférico lento y relativamente constante durante 100.000 años o más, es, en el mejor de los casos, incompleto o, en el peor, incorrecto», dijo Raghvendra Sahai, un astrónomo del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA y el investigador principal del estudio.

«Es muy probable que un compañero estelar o subestelar cercano haya jugado un papel importante en su desaparición, y comprender la física de las interacciones binarias es importante para la astrofísica y uno de sus mayores desafíos». En el caso de V Hya, la combinación de un compañero cercano e hipotético distante es responsable, al menos hasta cierto punto, de la presencia de sus seis anillos y las salidas de alta velocidad que causan la muerte milagrosa de la estrella”.

Mark Morris, astrónomo de la UCLA y coautor de la investigación, agregó: «V Hydra fue sorprendida desprendiendo 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 gran sorpresa, encontramos que la materia en este caso es 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 emanar en una serie de «anillos de humo» en expansión.

Contribuir a nuestra comprensión de la evolución estelar.

Los seis anillos se han expandido hacia el exterior desde V Hya en el transcurso de unos 2.100 años, agregando materia y alimentando el crecimiento de una estructura similar a un disco distorsionado, acampanado y de alta densidad alrededor de la estrella. El equipo denominó a esta estructura DUDE, o Disco en Expansión Dinámica.

carbon based star
La estrella rica en carbono V Hydrae está en su acto final y hasta ahora su desaparición ha resultado grandiosa y violenta. Los científicos que estudian la estrella han descubierto seis anillos salientes (imagen compuesta que se muestra aquí) y otras estructuras formadas por la eyección de masa explosiva de materia al espacio. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/pág. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)

«La etapa final de la evolución estelar, cuando las estrellas hacen la transición de gigantes rojas a estrellas enanas blancas, es un proceso complejo que no se comprende bien», dijo Morris. «El descubrimiento de que este proceso puede involucrar la eyección de anillos de gas simultáneamente con la producción de chorros de material intermitentes de alta velocidad trae un nuevo e intrigante pliegue a nuestro estudio de cómo mueren las estrellas».

Sahai agregó: «V Hya está en una fase de transición corta pero crítica que no dura mucho y es difícil encontrar estrellas, o más bien atraparlas en el acto, durante esta fase. 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”.

Estructuras inusuales

Además de un conjunto completo de anillos en expansión y un disco distorsionado, el acto final de V Hya incluye dos estructuras en forma de reloj de arena, y una estructura similar a una tobera adicional, que se expanden a altas velocidades superiores a 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 a unos 8.000 años luz de la Tierra en la constelación austral de Musca, y la más conocida Nebulosa del Cangrejo del Sur, una nebulosa de emisión ubicada en Situado 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 compuesto por burbujas compactas de plasma expulsadas de V Hya a alta velocidad. Y ahora, nuestro descubrimiento de flujos de salida de gran angular en V Hya conecta los puntos y revela cómo se pueden crear todas estas estructuras durante la fase evolutiva en la que se encuentra ahora esta estrella gigante roja extraluminosa”.

Debido a la distancia y la densidad del polvo que rodea a la estrella, el estudio de V Hya requería un instrumento único con la capacidad de ver claramente la materia que es a la vez muy distante y difícil o imposible de ver con la mayoría de los telescopios ópticos. El equipo utilizó los receptores de Banda 6 (1,23 mm) y Banda 7 (0,85 mm) de ALMA, que mostraron los numerosos anillos y salidas de la estrella con absoluta claridad.

«Los procesos que tienen lugar en las etapas finales de las estrellas de baja masa, y particularmente durante la fase AGB, han fascinado a los astrónomos durante mucho tiempo y son 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 observar 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 inclusión de datos infrarrojos, ópticos y ultravioleta en el estudio ha creado una imagen completa de múltiples longitudes de onda de uno de los espectáculos más grandes de la Vía Láctea, al menos para los astrónomos. «Cada vez que observamos a V Hya con nuevas oportunidades de observación, se vuelve más y más un circo, caracterizado por una variedad aún mayor de hazañas impresionantes. V Hydrae nos ha impresionado con sus numerosos anillos y acciones, y debido a que nuestro propio sol algún día puede sufrir un destino similar, atrae nuestra atención embelesada”.

Referencia: Estrella de AGB en rápido desarrollo V Hya: ALMA encuentra un circo de varias pistas con flujo de salida de alta velocidad, The Astrophysical Journal (2022). Preimpresión arXiv:2202.09335; Comunicado de prensa del Observatorio Nacional de Radioastronomía

Crédito por contribuciones de imágenes: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/p. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)

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