El misterio de la pérdida de masa en CW Leonis

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Imagen1: Distribución de la materia en torno a la estrella IRC+10216. Más información.

Analizando datos del telescopio IRAM 30m, un equipo de astrofísicos, con miembros de ASTROMOL, revela la posible existencia de una estrella compañera que, al pasar cerca de CW Leonis, “devoraría” parte de su masa, acelerando así su muerte estelar

La masa y composición química de la materia que expulsan las estrellas, son clave para nuestra comprensión de la evolución química galáctica. La principal fuente de material eyectado son las explosiones de supernova y los vientos de estrellas AGB.

La fase AGB (siglas en inglés de asymptotic giant branch, rama asintótica de las gigantes) es un periodo en la fase final de la vida de una estrella de masa intermedia. Tras agotar el hidrógeno del núcleo, comienza a utilizar el helio como “combustible”, expandiéndose y enfriándose, lanzando al entorno el material que la compone en forma de capas. Dentro de la fase AGB hay una etapa denominada de “AGB térmicamente pulsante” (TP-AGB), y se sabe que en esta etapa las estrellas proporcionan hasta tres cuartas partes de la materia que vuelve al medio interestelar.

Durante su fase de alta pérdida de masa, las envolturas se vuelven opacas en longitudes de onda ópticas y del infrarrojo cercano; en estas circunstancias, sus partes internas más calientes se estudian mejor en el rango del infrarrojo medio y lejano, y las partes exteriores, más frías, se estudian en el rango de las ondas milimétricas. De ahí que, para observar esta estrella rica en carbono, se haya utilizado el telescopio IRAM 30m [1], con el que se han logrado una sensibilidad, resolución angular y calibración mucho mejores que los proporcionados por estudios anteriores.

La envoltura de CW Leonis [2], una de las estrellas con elevada pérdida de masa más cercana al Sol, es casi esférica y se expande radialmente a una velocidad de 14,5 km/s. En este trabajo, se han realizado una serie de mapas de la emisión de la molécula de monóxido de carbono (CO) [3], los cuales muestran la historia de la pérdida de masa de CW Leonis en los últimos 8.000 años (ir a sección de vídeos).

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Imagen2: Evolución de la estructura de la envoltura de la estrella IRC+10216. Más información.

Qué nos dicen los datos

CW Leonis es un objeto de estudio interesante por varias razones. Su envoltura posee una gran masa (alrededor de dos masas solares) y tamaño aparente, una forma casi esférica, una velocidad de expansión constante (excepto cerca de la estrella) y, por último, aunque no menos importante, una increíble riqueza de especies moleculares: la mitad de las especies interestelares conocidas se observan en su envoltura exterior. En este ambiente rico en carbono, la presencia de moléculas con oxígeno, como el vapor de agua, constituye aún uno de los más apasionantes enigmas por resolver [4].

Los datos han revelado múltiples estructuras, en forma de capas muy densas, que parecen reflejar los episodios recurrentes de alta pérdida de masa con escalas de tiempo de entre 800 y 1.000 años. El contraste de brillo entre las capas y las regiones situadas entre ellas, nos habla de la variación en la pérdida de masa a lo largo del tiempo.

Las observaciones muestran cómo las capas aparecen parcheadas y rotas en pedazos, aunque cerca de la estrella son bastante esféricas. Sorprendentemente, no están centradas exactamente en CW Leonis, sino que están desplazadas del centro. Una forma de explicar esta “rotura” en las capas es que CW Leonis puede estar dejando la fase AGB y está desarrollando un chorro bipolar que barre y expulsa parte de la envoltura esférica, que se desgasta lentamente.

Pero todas esas características clave que se dan en esta estrella pueden explicarse con la presencia de una estrella compañera, que pasaría cerca de CW Leonis cada 800 años, aumentando la velocidad de pérdida de masa cuando se acerca al periastro [5]. Por tanto, las estructuras que no son esféricas, pueden estar indicándonos, de forma indirecta, que se trata de un sistema binario. Las estrellas binarias son muy comunes en el universo, pero al ser CW Leonis una estrella rodeada de nubes de polvo y gas, resulta más complicado extraer este tipo de información.

Esta posible explicación abre una puerta hacia la comprensión del mecanismo por el cual las estrellas evolucionadas inician el proceso de expulsión de material al medio interestelar.

Para obtener más respuestas, actualmente se están llevando a cabo observaciones con mayor resolución angular con SMA, PdBI y ALMA, con el fin de resolver por completo las capas densas y medir el contraste de densidad, que juega un papel esencial para nuestra comprensión de la química de la envoltura.

Notas

[1] El telescopio IRAM 30m es una colaboración de INSU/CNRS (Francia), MPG (Alemania) e IGN (España).

[2] CW Leonis, en la constelación de Leo, también es conocida como IRC+10216 y como CGCS 2619.

[3] Para obtener la distribución de gas molecular en zonas extensas, lo suficientemente alejadas de la estrella (1/4 de año luz), e investigar la historia de la pérdida de masa de CW Leonis desde hace 10.000 años, se han observado con una alta sensibilidad las líneas de emisión de 12CO y 13CO J=(2-1) a lo largo de la envoltura, utilizando el instrumento HERA en el telescopio IRAM-30m.

[4] La presencia de H2O en CW Leonis, una estrella rica en carbono todavía en la fase AGB, es particularmente difícil de explicar. Una posible explicación es que, si la estructura espacial del gas en la envoltura circunestelar es lo suficientemente grumosa, podría permitir que la radiación ultravioleta interestelar penetrara en las zonas interiores de la envoltura circunestelar, desencadenando una química fuera del equilibrio termodinámico.

[5] Otro mecanismo de pérdida de masa propuesto es una posible actividad magnética cíclica en la superficie estelar, similar a la del Sol.

Más información:

Este trabajo se ha presentado en el artículo científico “Molecular shells in IRC+10216: tracing the mass loss history”, publicado en la revista Astronomy & Astrophysics. Sus autores son José Cernicharo (Grupo de Astrofísica Molecular del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, ICMM-CSIC, España); N. Marcelino (National Radio Astronomy Observatory, Charlottesville, EE.UU.); M. Agúndez (Grupo de Astrofísica Molecular del ICMM-CSIC, España); y M. Guélin (Instituto de Radioastronomía Milimétrica/LERMA, Observatorio de París, Francia).

Enlaces:

– Nota de prensa del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC):
– Artículo científico: “Molecular shells in IRC+10216: tracing the mass loss history”.
– Más información y vídeos adicionales: “Molecular shells in IRC+10216: tracing the mass loss history”.
Página web del Consolider Ingenio 2010 ASTROMOL

Imágenes:

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Imagen 1: Esta imagen, extraída del vídeo 1, muestra la sección central de una serie de imágenes que, al igual que en un escaneado, nos permiten distinguir la distribución de la materia en torno a la estrella IRC+10216. Los datos para componer esta imagen han sido obtenidos por el telescopio IRAM 30m.

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Imagen 2: Esta imagen, extraída del vídeo 2, corresponde a un instante de una simulación en la que la gigante roja central va expulsando materia al tiempo que gira alrededor de una estrella compañera, en lo que se conoce como un sistema binario. Los recuadros de la izquierda corresponden a una vista con el plano orbital del sistema binario visto de canto, mientras que en los recuadros de la derecha es como si viésemos el sistema desde arriba. En los recuadros superiores se muestra la distribución de la materia integrada a lo largo de la línea de visión (esto es, a lo largo de las diferentes secciones) mientras que los recuadros inferiores muestran la distribución de la materia en la sección central, al igual que ocurría en la Imagen 1.

Vídeos:

Vídeo 1: En esta simulación se muestra cómo evoluciona con el tiempo la estructura de la envoltura mientras la estrella moribunda va expulsando materia al tiempo que gira alrededor de su estrella compañera. Los diferentes recuadros muestran la cantidad de material a lo largo de la línea de mirada y en la sección central según se verían desde posiciones distintas (ver pie de Imagen 2).


Vídeo 2: En este vídeo, compuesto por observaciones astronómicas reales, podemos distinguir claramente la distribución de la materia en torno a la estrella IRC+10216. Analizando la línea de emisión del 12CO a diferentes velocidades, obtenemos una especie de escáner que nos permite viajar a través de las diferentes secciones que componen la envoltura que rodea a esta estrella moribunda. Las imágenes han sido obtenidas por el telescopio IRAM 30m.

 

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