Astrofísica - Un vals estelar con final dramático

La nebulosa infrarroja de J005311.
(c) Vasilii Gvaramadse / Universidad de Moscú

Investigadores de la Universidad de Bonn identifican una fusión extremadamente rara de dos enanas blancas

Los astrónomos de la Universidad de Bonn y sus colegas de Moscú han identificado un objeto celeste inusual. Es muy probable que sea el producto de la fusión de dos estrellas que murieron hace mucho tiempo. Después de miles de millones de años dando vueltas entre sí, las llamadas enanas blancas se fusionaron y se levantaron de entre los muertos. En un futuro cercano, sus vidas podrían finalmente terminar, con una gran explosión. Los investigadores ahora están presentando sus hallazgos en la revista Nature.

El producto de fusión extremadamente raro fue descubierto por científicos de la Universidad de Moscú. En las imágenes realizadas por el satélite WISE (campo de exploración de infrarrojos de campo amplio) encontraron una nebulosa de gas con una estrella brillante en el centro. Sorprendentemente, sin embargo, la nebulosa emitió casi exclusivamente radiación infrarroja y ninguna luz visible. "Nuestros colegas en Moscú se dieron cuenta de que esto ya argumentaba un origen inusual", explica el Dr. Götz Gräfener, del Instituto Argelander de Astronomía (AIfA) de la Universidad de Bonn.

En Bonn, se analizó el espectro de la radiación emitida por la nebulosa y su estrella central. De esta manera, los investigadores de AIfA pudieron demostrar que el enigmático objeto celeste no contenía hidrógeno ni helio, una característica típica de los interiores de las enanas blancas. Las estrellas como nuestro Sol generan su energía a través de la quema de hidrógeno, la fusión nuclear del hidrógeno. Cuando se consume el hidrógeno, continúan quemando helio. Sin embargo, no pueden fusionar elementos más pesados: su masa es insuficiente para producir las altas temperaturas necesarias. Una vez que se ha consumido todo el helio, dejan de quemarse y enfriarse y se convierten en las llamadas enanas blancas.

Por lo general, su vida ha terminado en este punto. Pero no para J005311: así es como los científicos nombraron su nuevo hallazgo en la constelación de Casiopea, a 10.000 años luz de la Tierra. "Suponemos que dos enanas blancas se formaron allí cerca muchos miles de millones de años", explica el Dr. Norbert Langer, de AIfA. "Se giraron en círculos, creando distorsiones exóticas del espacio-tiempo, llamadas ondas gravitacionales". En el proceso, gradualmente perdieron energía. A cambio, la distancia entre ellos se redujo cada vez más hasta que finalmente se fusionaron.

La nebulosa infrarroja de J005311:
WISE Imágenes de infrarrojos de 22 micrones a diferentes escalas de intensidad (paneles a y b) en comparación con una imagen alfa IPHAS H óptica donde la nebulosa no es visible (panel c). (c) Vasilii Gvaramadse / Universidad de Moscú

Sólo cinco de estos objetos en la Vía Láctea.

Ahora su masa total era suficiente para fusionar elementos más pesados ​​que el hidrógeno o el helio. El horno estelar comenzó a arder de nuevo. "Tal evento es extremadamente raro", subraya Gräfener. "Probablemente no haya ni media docena de objetos de este tipo en la Vía Láctea, y hemos descubierto uno de ellos".

Un golpe de suerte extremo. Sin embargo, los investigadores están convencidos de que tienen razón con su interpretación. Por un lado, la estrella en el centro de la nebulosa brilla 40,000 veces más brillante que el sol, mucho más brillante que una sola enana blanca. Además, los espectros indican que J005311 tiene un viento estelar extremadamente fuerte; esta es la corriente de material que emana de la superficie estelar. Su motor es la radiación generada durante el proceso de combustión. Solo que, a una velocidad de 16,000 kilómetros por segundo, el viento de J005311 es tan rápido que este factor por sí solo no es suficiente para explicarlo. Sin embargo, se espera que las enanas blancas fusionadas tengan un campo magnético giratorio muy fuerte. "Nuestras simulaciones muestran que este campo actúa como una turbina, que además acelera el viento estelar", dice Gräfener.

Lamentablemente, el resurgimiento de J005311 no durará mucho. En solo unos pocos miles de años, la estrella habrá transformado todos los elementos en hierro y se desvanecerá nuevamente. Debido a que su masa ha aumentado a más de 1,4 veces la masa del Sol en el proceso de fusión, sufrirá un destino excepcional. La estrella colapsará bajo la influencia de su propia gravedad. Al mismo tiempo, los electrones y protones que acumulan su materia se fusionarán en neutrones. La estrella de neutrones resultante tiene solo una fracción de su tamaño anterior, midiendo solo unos pocos kilómetros de diámetro, mientras que pesa más que todo el sistema solar.

J005311, sin embargo, no se irá sin un saludo final. Su colapso será acompañado por una gran explosión, llamada explosión de supernova.

Publicación: Vasilii V. Gvaramadze, Götz Gräfener, Norbert Langer, Olga V. Maryeva, Alexei Y. Kniazev, Alexander S. Moskvitin y Olga I. Spiridonova: un producto masivo de fusión de enanas blancas antes del colapso final; Naturaleza

Fuentes: Universidad de bonn

Una enana blanca azota a una enana roja con un rayo misterioso heic1616

Reproducción simulada del exótico sistema estelar binario AR Scorpii. Créditos: M. Garlick/University of Warwick, ESA/Hubble

Gracias al telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA y a otros telescopios tanto en tierra como en el espacio, los astrónomos han descubierto un nuevo y extraño tipo de estrella binaria: el sistema AR Scorpii alberga una enana blanca que gira a toda velocidad, energizando electrones hasta casi la velocidad de la luz. Estas partículas liberan fuertes haces de radiación que azotan a una enana roja cercana, haciendo que todo el sistema pulse cada 1,97 minutos, con radiaciones que van de la banda ultravioleta a la de radio.


En mayo de 2015, un grupo de astrónomos aficionados de Alemania, Bélgica y Reino Unido descubrió un sistema estelar con un comportamiento nunca antes visto. Gracias a un gran número de telescopios terrestres y espaciales, incluyendo el telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA [1], y a observaciones dirigidas por la Universidad de Warwick (Reino Unido), estos científicos han podido desvelar la verdadera naturaleza de este sistema, que había sido mal identificado previamente.

El sistema estelar AR Scorpii se halla en la constelación de Escorpio, a 380 años luz de la Tierra. Comprende una enana blanca [2] del mismo tamaño que nuestra Tierra pero con una masa 200.000 veces mayor, que rota a gran velocidad, y su compañera: una enana roja fría con un tercio de la masa del Sol [3]. Ambas se orbitan mutuamente cada 3,6 horas, en una danza cósmica precisa como un reloj.

Este sistema binario muestra un comportamiento singular, ya que el fuerte magnetismo y la rápida rotación de la enana blanca hace que los electrones se aceleren hasta casi la velocidad de la luz. Al ser expulsadas al espacio, estas partículas altamente energizadas liberan haces de radiación (parecidos a los que emitiría un faro) que azotan la cara de la fría enana roja, haciendo que el sistema entero se ilumine y se oscurezca cada 1,97 minutos. Estos potentes pulsos incluyen radiación a frecuencias de radio, nunca antes detectadas en un sistema formado por enanas blancas.

Tom Marsh, del Grupo de astrofísica de la Universidad de Warwick e investigador responsable del proyecto, explica: “El sistema AR Scorpii fue descubierto hace más de 40 años, pero su verdadera naturaleza no se desveló hasta que comenzamos a observarlo en junio de 2015. A medida que avanzábamos, nos dimos cuenta de que estábamos ante algo extraordinario”.

Las propiedades observadas en AR Scorpii son únicas y enigmáticas. La radiación en un amplio rango de frecuencias indica la existencia de emisiones de electrones aceleradas en campos magnéticos, algo que puede explicar la rápida rotación de la enana blanca. En cambio, el origen de los electrones en sí es todo un misterio, ya que no sabemos a ciencia cierta si tienen que ver con la enana blanca o con su fría compañera.

AR Scorpii se observó por primera vez a principios de los años setenta y la fluctuación regular en su brillo, cada 3,6 horas, hizo que se clasificase erróneamente como una única estrella variable [4]. Ahora, gracias al esfuerzo conjunto de profesionales y aficionados a la astronomía, se ha desvelado la verdadera causa de la luminosidad periódica de AR Scorpii. Aunque ya se había observado un comportamiento pulsante similar en estrellas de neutrones (unos de los objetos más densos del Universo), nunca se había detectado en enanas blancas.

Boris Gänsicke, de la misma universidad y coautor del nuevo estudio, concluye: “Sabemos de las estrellas de neutrones pulsantes desde hace casi cincuenta años, y ciertas teorías predecían que las enanas blancas podrían tener un comportamiento similar. Es realmente emocionante haber descubierto este sistema y ha sido un fantástico ejemplo de colaboración entre astrónomos aficionados y académicos”.

Notas

[1] Las observaciones sobre las que se basa el estudio fueron realizadas con el telescopio VLT del Observatorio Europeo Austral (ESO) en Chile; los telescopios William Herschel e Isaac Newton del Grupo de Telescopios Isaac Newton, situados en la isla de La Palma, en España; el conjunto Australia Telescope Compact Array del Observatorio Paul Wild en Narrabri, Australia; el telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA; y el satélite Swift de la NASA.

[2] Las enanas blancas se forman al final del ciclo vital de estrellas con masas hasta ocho veces mayores que la del Sol. Una vez agotada la fusión del hidrógeno en el núcleo de una estrella, los cambios internos provocan una fuerte expansión, que da lugar a una gigante roja, seguida de una contracción y de la expulsión de las capas externas de la estrella en forma de grandes nubes de polvo y gas. Lo que queda es una enana blanca, del tamaño de la Tierra pero 200.000 veces más densa. Una cucharada de la materia que forma una enana blanca pesaría lo mismo que un elefante aquí, en la Tierra.

[3] Esta enana roja es una estrella de tipo M. Estas estrellas son las más comunes en el sistema de clasificación de Harvard, que utiliza letras para agrupar las estrellas según sus características espectrales.

[4] Una estrella variable es aquella cuyo brillo fluctúa visto desde la Tierra. Estas fluctuaciones pueden deberse a cambios en las propiedades intrínsecas de la estrella. Por ejemplo, hay estrellas que se expanden y contraen de forma evidente. También pueden deberse a que otro objeto eclipse la estrella periódicamente. Como las fluctuaciones regulares observadas en el brillo de AR Scorpii se producían cuando las dos estrellas se orbitaban mutuamente y una bloqueaba parte de la luz de la otra, este sistema se confundió con una sola estrella variable.

Fuentes: ESA

AR Scorpii: un singular sistema binario de comportamiento salvaje

Esta ilustración muestra el extraño objeto AR Scorpii. En esta singular estrella doble, una estrella enana blanca, que gira sobre sí misma a una gran velocidad, impulsa electrones hasta casi la velocidad de la luz. M. Garlick/University of Warwick/ESO.

El sistema estelar AR Scorpii se compone de una enana blanca y de una compañera enana roja, y fue descubierto hace más de 40 años, pero su verdadera naturaleza no ha sido desvelada hasta que los astrónomos empezaron a observarlo en 2015.

“Nos dimos cuenta de que estábamos viendo algo extraordinario pocos minutos después de comenzar las observaciones”, asegura Tom Marsh, del Grupo de Astrofísica de la Universidad de Warwick (Reino Unido), quien ahora firma, junto a otros investigadores, un artículo en Nature.

En mayo de 2015, un equipo de astrónomos aficionados procedentes de Alemania, Bélgica y Reino Unido, se fijó en un sistema estelar que presentaba comportamientos diferentes a todo lo que habían visto hasta entonces.

La verdadera naturaleza

Gracias a una serie de observaciones de seguimiento dirigidas por la Universidad de Warwick y a la utilización de multitud de telescopios en tierra y en el espacio, se ha descubierto la verdadera naturaleza de este sistema que, previamente, había sido mal identificado.

Y es que AR Scorpii fue observado por primera vez a principios de la década de 1970 y las fluctuaciones regulares en el brillo, que se dan cada 3,6 horas, llevaron a clasificarlo incorrectamente como una solitaria estrella variable (es una cuyo brillo fluctúa vista desde la Tierra).

El sistema estelar AR Scorpii (AR Sco para abreviar) se encuentra en la constelación de Escorpio, a 380 años luz de la Tierra.

Se compone de una enana blanca de rápido giro, del tamaño de la Tierra, pero con 200.000 veces más masa, y de una compañera enana roja fría con un tercio de la masa del Sol, y ambas se orbitan mutuamente cada 3,6 horas en una danza cósmica tan regular como un reloj.

Este singular sistema estelar binario muestra un comportamiento salvaje: altamente magnética, y con una rápida rotación, la enana blanca de AR Sco acelera electrones hasta casi la velocidad de la luz.

En su camino a través del espacio, estas partículas de alta energía liberan radiación en forma de haz (parecido al de los faros) que azota la cara de la fría estrella enana roja, causando que el sistema entero brille y se atenúe dramáticamente cada 1,97 minutos.

Variedad de telescopios

Estos potentes pulsos incluyen radiación en frecuencias de radio, algo que nunca antes se había detectado en un sistema estelar con una enana blanca.

Las observaciones de esta investigación se llevaron a cabo con el VLT (Very Large Telescope) de ESO, ubicado en Cerro Paranal (Chile); los telescopios William Herschel e Isaac Newton del Grupo Isaac Newton de Telescopios, situados en la isla de La Palma, en Canarias; el conjunto Australia Telescope Compact Array, en el Observatorio de Paul Wild, en Narrabri (Australia); el Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA; y el satélite Swift de la NASA.


Fuentes: EFEfuturo

Las supernovas tipo ‘la’ proceden de la explosión de una enana blanca con una gemela

Evolución de una supernova tipo Ia. (Foto: CSIC)

La muerte explosiva de una enana blanca (una de las etapas más avanzadas de estrella) cuando, alimentada por otra estrella compañera, alcanza la masa crítica de 1,4 veces nuestro Sol es lo que se conoce tradicionalmente como supernova tipo Ia ('i' mayúscula y 'a').

Ahora, un estudio liderado por investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en España concluye que el escenario más plausible para este fenómeno es el de un sistema binario en el que la estrella compañera también es una enana blanca.

Estas conclusiones, publicadas en la revista The Astrophysical Journal, ponen en entredicho los conceptos tradicionales sobre estos escenarios, ya que implican que la explosión podría producirse a masas distintas de la masa crítica. Esta novedad obligaría a replantear el uso de las supernovas tipo Ia como unidades de medida cósmicas.

“Las supernovas de tipo Ia juegan un papel fundamental en la química de las galaxias y del universo, ya que al explotar eyectan todo tipo de metales al exterior, incluyendo muchos que no se forman en estrellas normales", explica el investigador Miguel Ángel Pérez Torres, del Instituto de Astrofísica de Andalucía (CSIC).

"Son consideradas candelas estándar dado que su constitución es muy homogénea y prácticamente todas ellas alcanzan la misma luminosidad en el máximo de luz. Sin embargo, la pregunta básica sobre qué sistemas estelares dan lugar a una supernova de tipo Ia todavía no está claro”, reconoce Pérez Torres.
Supernova 2014J

Los resultados del estudio derivan de la observación este mismo año de la supernova 2014J, situada a 11,4 millones de años luz de la Tierra, mediante la red europea de radiotelescopios.

“Se trata de un fenómeno que se produce con muy poca frecuencia en el universo local. 2014J es la supernova tipo Ia más cercana a nosotros desde 1986, cuando los telescopios a todas las longitudes de onda eran mucho menos sensibles, y puede que la única que podamos observar a una distancia tan cercana a nosotros en los próximos 150 años”, añade el investigador. 

Fuente: CSIC