Un equipo de astrónomos dirigido por la Universidad de Arizona ha creado una imagen tridimensional detallada de una estrella gigante moribunda. El equipo, dirigido por los investigadores de UArizona Ambesh Singh y Lucy Ziurys, rastreó la distribución, las direcciones y las velocidades de una variedad de partículas que rodean una estrella hipergigante roja conocida como VY Canis Majoris.
Sus hallazgos, que presentaron el 13 de junio en la reunión número 240 de la Sociedad Astronómica Estadounidense en Pasadena, California, ofrecen información, en una escala sin precedentes, sobre los procesos que acompañan a la muerte de estrellas gigantes. Robert Humphreys de la Universidad de Minnesota y Anita Richards de la Universidad de Manchester en el Reino Unido trabajaron con colaboradores.
Las estrellas gigantes extremas conocidas como hipergigantes son muy raras, y solo se conocen 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 de menor masa, que tienen más probabilidades de abultarse una vez que entran en la fase de gigante roja, pero que generalmente conservan una forma esférica, los planetas gigantes tienden a experimentar grandes eventos de pérdida de masa dispersa que forman estructuras complejas y muy irregulares que consisten en arcos, grumos y nudos.
VY Canis Majoris, ubicada a unos 3.009 años luz de la Tierra, 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 probablemente la estrella más masiva de la Vía Láctea, según Zeuris.
“Piense en ello como Géminis con esteroides”, dijo Zuriris, profesor de Regent con nombramientos conjuntos en el Departamento de Química y Bioquímica de Arizona y el Observatorio Steward, ambos parte de la Facultad de Ciencias. «Es mucho, mucho más grande y mucho más masivo y sufre violentas erupciones volcánicas 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 gigantes al final de sus vidas», dijo Singh, estudiante de doctorado de cuarto año en el laboratorio de Zeuris. «La gente solía pensar que estas estrellas masivas simplemente evolucionan en explosiones de supernova, pero ya no estamos tan seguros».
«Si ese es el caso, veremos más explosiones de supernovas en el cielo», agregó Zuris. «Ahora pensamos que podrían colapsar silenciosamente en agujeros negros, pero no sabemos cuáles terminan sus vidas de esta manera, o por qué y cómo».
Las imágenes anteriores de VY CMa utilizando el telescopio espacial Hubble y la espectroscopia de la NASA mostraron distintos arcos, grupos y otros nodos, muchos de los cuales se extienden miles de AU desde la estrella central. Para revelar más detalles sobre los procesos por los cuales las estrellas gigantes terminan con sus vidas, el equipo se dispuso a rastrear y mapear partículas específicas alrededor del gigante masivo en imágenes preexistentes de polvo, capturadas por el Telescopio Espacial Hubble.
«Nadie ha podido obtener una imagen completa de esta estrella», dijo Zyoris, y explicó que su equipo se propuso comprender los mecanismos por los cuales la estrella cede su masa, que parece ser diferente de la de las estrellas más pequeñas que ingresan a la Tierra. fase de gigante roja. al final de sus vidas.
«No se ve esta agradable y constante pérdida de masa, sino las células convectivas que atraviesan la fotosfera de la estrella como plomo gigante y arrojan masa en diferentes direcciones», dijo Zuris. «Son similares a los arcos coronales visibles en el Sol, pero son 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 han obtenido mapas sin procesar 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 flujo molecular global de VY CMa a escalas que incluían todo el material expulsado de la estrella.
«Las partículas siguen los arcos en el caparazón, lo que nos dice que las partículas y el polvo están bien mezclados», dijo Singh. «Lo bueno de las emisiones de partículas en longitudes de onda de radio es que nos brindan información sobre la velocidad, a diferencia de la emisión de polvo, que es constante».
Al mover 48 antenas de radio ALMA en diferentes configuraciones, los investigadores pudieron obtener y mapear información sobre las direcciones y velocidades de las moléculas en diferentes regiones de la envoltura de la hipergigante con gran detalle, e incluso correlacionarlas con diferentes eventos de eyección de masa a lo largo del tiempo.
Singh dijo que el procesamiento de datos requiere una gran carga de trabajo en términos de potencia informática.
«Hasta ahora, hemos procesado casi un terabyte de ALMA y todavía estamos obteniendo los 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 Zuriris. «Hasta ahora, solo se han estudiado pequeñas partes de esta estructura masiva, pero no puedes entender la pérdida de masa y cómo mueren estas grandes estrellas a menos que observes la región completa. Es por eso que queríamos crear una imagen completa».
Con fondos de la Fundación Nacional de Ciencias, el equipo planea publicar sus hallazgos en una serie de artículos.
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