U Antliae, una estrella gigante roja envejecida.

Estrella envejecida expulsa burbuja humeante.
Esta imagen de ALMA revela una estructura mucho más fina en la cáscara de U Antliae que había sido posible de observar previamente. Hace 2700 años atrás, U Antliae pasó por un corto período de rápida pérdida de masa. Durante este período de sólo unos pocos cientos de años, el material que forma la cáscara visto en los nuevos datos de ALMA fue expulsado a alta velocidad. El examen de esta cáscara en mayor detalle también muestra alguna evidencia de nubes finas y finas conocidas como subestructuras filamentarias.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/ F. Kerschbaum.


Los astrónomos han empleado ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) para capturar una imagen sorprendentemente hermosa de una frágil burbuja de material expelido en torno a la exótica estrella roja U Antliae. Estas observaciones ayudarán a los astrónomos a entender mejor cómo evolucionan las estrellas en las últimas fases de sus ciclos de vida.

En la débil constelación austral de Antlia (la Máquina Neumática) el atento observador con binoculares detectará una estrella muy roja, cuyo brillo varía ligeramente una semana tras otra. Esta estrella fuera de lo común se llama U Antliae y nuevas observaciones con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) están revelando una envoltura esférica notablemente delgada en torno a esta.

U Antliae [1] es una estrella de carbono, evolucionada, fría y luminosa, de la fase rama asintótica gigante [2]. Hace unos 2.700 años atrás, U Antliae pasó por un corto período de rápida pérdida de masa. Durante este período de unos cientos de años, el material que constituía la envoltura observada con los nuevos datos de ALMA fue expulsado a gran velocidad. Un análisis más detallado de esta envoltura, también muestra evidencias de delgadas y menudas nubes de gas, conocidas como subestructuras filamentosas.

Lograr esta espectacular vista fue posible dada la capacidad única para crear imágenes nítidas a múltiples longitudes de onda que proporciona el radiotelescopio ALMA, ubicado en el llano de Chajnantor, en el desierto de Atacama, Chile. ALMA puede ver una estructura mucho más fina de la envoltura de U Antilae, con respecto a lo que se había podido realizar anteriormente.

Esta imagen fue creada a partir de los datos de ALMA sobre la inusual estrella roja de carbono U Antliae y su envolvente de material. Los colores muestran el movimiento del material brillante en la coraza a lo largo de la línea de visión hacia la Tierra. El material azul se encuentra entre nosotros y la estrella central, y se está moviendo hacia nosotros. El material rojo alrededor del borde se está alejando de la estrella, pero no hacia la Tierra.
Para más claridad esta imagen no incluye el material en el lado lejano de la estrella, que está retorcediendo de nosotros de una manera simétrica.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/ F. Kerschbaum.

Los nuevos datos de ALMA no son solo una imagen; ALMA produce un conjunto de datos tridimensionales (un cubo de datos) y cada parte es observada en una longitud de onda ligeramente diferente. Esto es el efecto Doppler, que significa que distintas porciones del cubo de datos muestran imágenes del gas moviéndose a distintas velocidades acercándose o alejándose del observador. Esta envoltura también es notoria, ya que es simétricamente muy redonda y también marcadamente fina. Al visualizar las distintas velocidades podemos dividir esta burbuja cósmica en partes virtuales, tal como lo hacemos en la tomografía por computador o con el cuerpo humano.

Entender la composición química de las envolturas y atmósferas de estas estrellas, y cómo estas envolturas se forman por la pérdida de masa, es importante para comprender apropiadamente cómo evolucionan las estrellas en el Universo primitivo, y también cómo evolucionaron las galaxias. Las envolturas tales como la que rodea a U Antliae muestran una rica variedad de compuestos químicos en base a carbono y otros elementos. También ayudan a reciclar la materia, y proporcionan hasta el 70% del polvo entre las estrellas.

Notas.
[1] El nombre U Antliae refleja el hecho de que esta es la cuarta estrella que cambia su brillo en la constelación de Antlia (la Máquina Neumática). La denominación de tales estrellas variables siguió una complicada secuencia, a medida que se encontraban más y más.

Nota del autor.
[2] La mayor parte de la vida de una estrella, el 90% aproximadamente, transcurre fusionando hidrógeno en su núcleo, cuando una estrella se encuentra en esta situación se dice que la estrella se encuentra en la secuencia principal. Cuando deja de fusionar hidrógeno esa estrella sale de la secuencia principal llegando a fusionar otros elementos pasando por distintas fases y cambios dependiendo de su masa. Las estrellas de 0,8 a 9 masas solares, caso de U Antliae y el Sol, evolucionan de la secuencia principal en las siguientes fases teóricas:

  1. - Fase de Sub Gigante Roja. La estrella se hincha un poco quemando hidrógeno en capa, el núcleo de helio permanece inerte.
  2. - Fase Gigante Roja. La estrella se hincha aumentando su temperatura de superficie formando una gigante roja, primer dragado de material a la superficie, el núcleo de helio permanece inerte.
  3. - Fase de apelotonamiento al rojo (AR) o rama horizontal (RH) dependiendo de la metalicidad de la estrella. El núcleo de helio se activa mediante el proceso triple-alfa, el helio se fusiona para formar carbono, nitrógeno, oxígeno y en las más masivas neón, magnesio y en algunos casos silicio. El AR se produce en estrellas de metalicidad alta, el RH en estrellas de metalicidad baja.
  4. - Rama asintótica de las gigantes. Se agota el combustible de helio hinchándose más y reduciendo la temperatura de superficie, en este momento el núcleo inerte está formado por carbono, nitrógeno y oxígeno, el hidrógeno y el helio restante se queman en capas distintas produciendo una inestabilidad y finalmente una perdida de masa de la estrella, U Altliae se encuentra en esta fase intermedia. Seguidamente el núcleo de la estrella ionizará las capas exteriores formando una nebulosa planetaria, todo lo que quedará de la estrella será una enana blanca como remanente estelar, un cadáver estelar.
Antenas del ALMA.
Crédito: ESO.

Información adicional.
Esta investigación fue presentada en un informe llamado “Rings and filaments. The remarkable detached CO shell of U Antliae”, escrito por F. Kerschbaum et al., y aparece en la revista Astronomy & Astrophysics, articulo en línea.

El equipo está formado por F. Kerschbaum (Universidad de Viena, Austria), M. Maercker (Universidad Tecnológica de Chalmers, Observatorio Espacial de Onsala, Suecia), M. Brunner (Universidad de Viena, Austria), M. Lindqvist (Universidad Tecnológica de Chalmers, Observatorio Espacial de Onsala, Suecia), H. Olofsson (Universidad Tecnológica de Chalmers, Observatorio Espacial de Onsala, Suecia), M. Mecina (Universidad de Viena, Austria), E. De Beck (Universidad Tecnológica de Chalmers, Observatorio Espacial de Onsala, Suecia), M. A. T. Groenewegen (Koninklijke Sterrenwacht van België, Bélgica), E. Lagadec (Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Francia), S. Mohamed (Universidad de Ciudad del Cabo, Sudáfrica), C. Paladini (Université Libre de Bruxelles, Bélgica), S. Ramstedt (Universidad de Uppsala, Suecia), W. H. T. Vlemmings (Universidad Tecnológica de Chalmers, Observatorio Espacial de Onsala, Suecia), y M. Wittkowski (ESO)

Publicado en ESO el 20 de septiembre del 2.017.

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