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El Telescopio Espacial Chandra nos ayuda a ver una relación estelar volátil


En biología, "simbiosis" se refiere a dos organismos que viven cerca e interactúan entre sí. Los astrónomos han estudiado durante mucho tiempo una clase de estrellas – llamadas estrellas simbióticas – que coexisten de manera similar. Usando datos del Observatorio Chandra x-ray de la NASA y otros telescopios, los astrónomos están ganando una mejor comprensión de lo volátil que puede ser esta relación estelar cercana.

R Aquarii (r AQR, para abreviar) es una de las más conocidas de las estrellas simbióticas. Situado a una distancia de unos 710 años luz de la Tierra, sus cambios en el brillo se notaron por primera vez con el ojo desnudo hace casi mil años. Desde entonces, los astrónomos han estudiado este objeto y determinado que r AQR no es una estrella, sino dos: una enana blanca pequeña y densa y una estrella gigante, roja y fría.

La estrella gigante roja tiene sus propias propiedades interesantes. En miles de millones de años, nuestro Sol se convertirá en un gigante rojo una vez que agota el combustible nuclear de hidrógeno en su núcleo y comienza a expandirse y enfriarse. La mayoría de los gigantes rojos son plácidos y tranquilos, pero algunos pulsan con períodos entre 80 y 1.000 días como la estrella mira y experimentan grandes cambios en el brillo. Este subconjunto de gigantes rojos se llama "mira variables".

El gigante rojo en r AQR es una variable mira y sufre cambios constantes en el brillo por un factor de 250 a medida que pulsa, a diferencia de su compañero enano blanco que no pulsa. Hay otras diferencias sorprendentes entre las dos estrellas. El enano blanco es cerca de 10000 veces más brillante que el gigante rojo. El enano blanco tiene una temperatura superficial de unos 20.000 k mientras que la variable mira tiene una temperatura de aproximadamente 3.000 k. Además, el enano blanco es un poco menos masivo que su compañero, pero debido a que es mucho más compacto, su campo gravitacional es más fuerte. La fuerza gravitacional del enano blanco tira de las capas externas que se desprenden de la variable mira hacia la enana blanca y sobre su superficie.

Ocasionalmente, se acumula material suficiente en la superficie del enano blanco para desencadenar la fusión termonuclear del hidrógeno.  La liberación de energía de este proceso puede producir una Nova, una explosión asimétrica que expulsa las capas externas de la estrella a velocidades de 10.000.000 millas por hora o más, bombeando energía y material al espacio. Un anillo externo de material proporciona pistas a esta historia de erupciones.  Los científicos creen que una explosión Nova en el año 1073 produjo este anillo. La evidencia para esta explosión viene de los datos ópticos del telescopio, de los expedientes coreanos de una estrella del "huésped" en la posición de r AQR en 1073 e información de los corazones de hielo antárticos. Un anillo interno fue generado por una erupción en el 1770s temprano. Los datos ópticos (rojos) en una nueva imagen compuesta de r AQR muestran el aro interior. El anillo exterior es casi el doble de ancho que el aro interior, pero es demasiado débil para ser visible en esta imagen.

Desde poco después de Chandra lanzado en 1999, los astrónomos comenzaron a utilizar el telescopio de rayos x para monitorear el comportamiento de r AQR, dándoles una mejor comprensión del comportamiento de r AQR en los últimos años. Los datos de Chandra (azul) en este compuesto revelan un chorro de emisión de rayos x que se extiende a la parte superior izquierda. Las radiografías se han generado probablemente por ondas expansivas, similares a los auges sónicos alrededor de los planos supersónicos, causados por el material circundante del jet de la llama.

Como los astrónomos han hecho observaciones de r AQR con Chandra a lo largo de los años, en 2000, 2003, y 2005, han visto cambios en este jet. Específicamente, las gotas de emisión de rayos x se están alejando del par estelar a velocidades de aproximadamente 1.400.000 y 1.900.000 millas por hora. A pesar de viajar a una velocidad más lenta que el material expulsado por la Nova, los jets encuentran poco material y no se ralentizan mucho. Por otra parte, la materia de la Nova barre mucho más material y se ralentiza significativamente, explicando por qué los anillos no son mucho más grandes que los jets.

Usando las distancias de los blobs del binario, y asumiendo que las velocidades se han mantenido constantes, un equipo de científicos del centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica (CFA) en Cambridge, Massachusetts, estimó que las erupciones en los años 1950 y 1980 producían los BLOBs. Estas erupciones fueron menos enérgicas y no tan brillantes como la explosión Nova en 1073.

En 2007 un equipo dirigido por Joy Nichols de CFA informó de la posible detección de un nuevo jet en r AQR usando los datos de Chandra. Esto implica que otra erupción ocurrió en los años 2000 tempranos. Si estos eventos menos poderosos y mal entendidos se repiten cada pocas décadas, la próxima se vencerá dentro de los próximos 10 años.

Algunos sistemas estelares binarios que contienen enanas blancas han sido observados para producir explosiones Nova a intervalos regulares. Si r AQR es una de estas Novas recurrentes, y el espaciamiento entre los eventos 1073 y 1773 se repite, la próxima explosión Nova no debe volver a ocurrir hasta el 2470s. Durante tal acontecimiento el sistema puede llegar a ser varios cientos de veces más brillante, haciéndolo fácilmente visible a simple vista, y colocándolo entre las varias docenas de estrellas más brillantes.

El monitoreo cercano de esta pareja estelar será importante para tratar de entender la naturaleza de su relación volátil.

Rodolfo ("Rudy") Montez del Harvard-Smithsonian Center for Astrofísica (CFA) en Cambridge, Massachusetts, presentó estos resultados en la 230Th reunión de la sociedad astronómica americana en Austin, TX.  Sus coautores son Margarita Karovska, Joy Nichols, y Vinay Kashyap, todas de CFA.

El centro Marshall de vuelos espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama, administra el programa Chandra para la dirección de la misión científica de la NASA en Washington. El Observatorio Astrofísico del Smithsonian en Cambridge, Massachusetts, controla la ciencia y las operaciones de vuelo de Chandra.

Image credit: X-ray: NASA/CXC/SAO/R. Montez et al.; Optical: Adam Block/Mt. Lemmon SkyCenter/U. Arizona

Last Updated: June 6, 2017
Editor: Lee Mohon

Traducción: El Quelonio Volador

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