En el ojo de un feroz ciclón estelar: extraños secretos de una estrella de bomba de tiempo que hace tictac

Mientras estaba en el encierro de COVID, un estudiante de pregrado con honores de la Universidad de Sydney escribió un artículo de investigación sobre un sistema estelar llamado uno de los “pavos reales exóticos del mundo estelar”.

Solo una de cada cien millones de estrellas hace el corte para ser clasificada como Wolf-Rayet: estrellas ferozmente brillantes y calientes condenadas a un colapso inminente en una explosión de supernova que deja solo un remanente oscuro, como un agujero negro .

Lo más raro de todo, incluso entre los Wolf-Rayets, son los elegantes pares binarios que, si las condiciones son las adecuadas, son capaces de bombear enormes cantidades de polvo de carbono impulsado por sus vientos estelares extremos. A medida que las dos estrellas se orbitan entre sí, el polvo se envuelve en una hermosa y brillante cola hollín. Solo se ha descubierto un puñado de estas plumas espirales esculpidas.

El objeto de este estudio es la estrella más reciente en unirse a este club de élite, pero se ha descubierto que rompe todas las reglas.

“Aparte de la impresionante imagen, lo más notable de este sistema estelar es la forma en que la expansión de su hermosa espiral de polvo nos dejó totalmente perplejos”, dijo Yinuo Han, quien completó la investigación durante su año de honores en la Escuela de Física.

“El polvo parece tener mente propia, flotando mucho más lento que los vientos estelares extremos que deberían conducirlo”.

Los astrónomos se encontraron con este acertijo cuando el sistema fue descubierto hace dos años por un equipo dirigido por el profesor Peter Tuthill de la Universidad de Sydney. Este sistema estelar, a 8000 años luz de la Tierra, recibió el nombre de Apep en honor al serpentino dios egipcio del caos.

Ahora, la investigación del Sr. Han, publicada en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society , confirma esos hallazgos y revela la extraña física de Apep con un detalle sin precedentes.

Aplicando técnicas de imágenes de alta resolución en el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral en Paranal en Chile, el equipo pudo sondear los procesos subyacentes que crean la espiral que observamos.

“El aumento requerido para producir las imágenes fue como ver un garbanzo en una mesa a 50 kilómetros de distancia”, dijo Han.

Modelo preciso

El equipo fue más allá de confirmar el descubrimiento anterior, produciendo un modelo que coincide con la intrincada estructura en espiral por primera vez, mejorando la capacidad de los científicos para comprender la naturaleza extrema de estas estrellas.

“El hecho de que este modelo relativamente simple pueda reproducir la geometría en espiral a este nivel de detalle es simplemente hermoso”, dijo el profesor Tuthill.

Sin embargo, no toda la física es sencilla. El equipo de Han confirmó que la espiral de polvo se expande cuatro veces más lento que los vientos estelares medidos, algo inaudito en otros sistemas.

La teoría principal para explicar este comportamiento extraño convierte a Apep en un fuerte competidor para producir un estallido de rayos gamma cuando finalmente explota, algo nunca antes visto en la Vía Láctea .

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El Dr. Joe Callingham, coautor del estudio de la Universidad de Leiden en los Países Bajos, dijo: “Ha habido una gran cantidad de investigaciones sobre los sistemas estelares Wolf-Rayet: estos son realmente los pavos reales del mundo estelar. Los descubrimientos sobre estos objetos elegantemente hermosos, pero potencialmente peligrosos, están causando un verdadero revuelo en la astronomía “.

Dijo que este documento era uno de los tres que se publicarán este año solo en el sistema Apep. Recientemente, el equipo demostró que Apep no solo estaba compuesto por una estrella Wolf-Rayet, sino por dos. Y los colegas del Instituto de Ciencia Espacial y Astronáutica de Japón pronto publicarán un artículo sobre otro sistema, Wolf-Rayet 112. El autor principal de ese artículo, Ryan Lau, fue coautor de este artículo con el Sr. Han.

Bombas de tiempo

Las estrellas Wolf-Rayet son estrellas masivas que han alcanzado su fase estable final antes de convertirse en supernova y colapsar para formar remanentes compactos como agujeros negros o estrellas de neutrones.

“Están haciendo tic-tac bombas de tiempo”, dijo el profesor Tuthill.

“Además de exhibir todo el comportamiento extremo habitual de Wolf-Rayets, la estrella principal de Apep parece estar girando rápidamente. Esto significa que podría tener todos los ingredientes para detonar una larga explosión de rayos gamma cuando se convierte en supernova “.

Las explosiones de rayos gamma se encuentran entre los eventos más energéticos del Universo. Y son potencialmente mortales. Si una explosión de rayos gamma impactara la Tierra, podría despojar al planeta de su preciosa capa de ozono, exponiéndonos a todos a la radiación ultravioleta del Sol. Afortunadamente, el eje de rotación de Apep significa que no representa ninguna amenaza para la Tierra.

“Alucinante”

Los números revelan la naturaleza extrema de Apep. Las dos estrellas son cada una de 10 a 15 veces más masivas que el Sol y más de 100.000 veces más brillantes. Donde la superficie de nuestra estrella de origen es de unos 5500 grados, las estrellas Wolf-Rayet suelen tener 25.000 grados o más.

Según los hallazgos más recientes del equipo, las estrellas masivas en el binario Apep se orbitan entre sí cada 125 años a una distancia comparable al tamaño de nuestro Sistema Solar.

“Las velocidades de los vientos estelares producidos son simplemente alucinantes”, dijo Han. “Están haciendo girar las estrellas a unos 12 millones de kilómetros por hora; eso es el 1 por ciento de la velocidad de la luz.

“Sin embargo, el polvo que produce este sistema se expande mucho más lentamente, aproximadamente a una cuarta parte de la velocidad del viento estelar”.

El Sr. Han dijo que la mejor explicación para esto apunta a la naturaleza de rotación rápida de las estrellas.

“Probablemente signifique que los vientos estelares se lanzan en diferentes direcciones a diferentes velocidades. La expansión del polvo que estamos midiendo es impulsada por vientos más lentos lanzados cerca del ecuador de la estrella ”, dijo.

“Nuestro modelo ahora se ajusta bastante bien a los datos observados, pero todavía no hemos explicado la física de la rotación estelar”.

El Sr. Han continuará sus estudios astronómicos en la Universidad de Cambridge cuando comience su doctorado a finales de este año. Fuente



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