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Científicos observan misteriosa muerte de una estrella que emitió seis anillos

Los astrofísicos que estudian con un detalle sin precedentes una estrella gigante roja llamada V Hydrae, abreviada como V Hya, han sido testigos de la misteriosa agonía de la estrella.

Los investigadores de la UCLA y el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA descubrieron que la estrella rica en carbono ha expulsado seis anillos moleculares que se expanden lentamente y una estructura en forma de reloj de arena que expulsa materia al espacio a altas velocidades, lo que indica que la estrella está experimentando una rápida evolución a medida que termina su vida en un resplandor de gloria antes de cerrar su producción de energía.


«Esta es la primera y única vez que se ha visto una serie de anillos en expansión alrededor de una estrella que está en su agonía, una serie de ‘anillos de humo’ en expansión que, según hemos calculado, están siendo expulsados cada pocos cientos de años», dijo. Mark Morris, profesor de física y astronomía de UCLA y coautor del estudio.

Los resultados del estudio, que se llevó a cabo utilizando el Atacama Millimeter Submillimeter Array, conocido como ALMA, y datos del Telescopio Espacial Hubble, se publican el 28 de marzo en el Astrophysical Journal.

Más del 90% de las estrellas con una masa igual o mayor que la masa del sol evolucionan hacia lo que los científicos llaman estrellas de rama gigante asintóticas, o estrellas AGB (del inglés Asymptotic Giant Branch; RAG: Rama Asintótica Gigante en español), de las cuales V Hya es un ejemplo. La estrella se encuentra aproximadamente a 1.300 años luz de la Tierra en la constelación de Hidra.

Entre estos millones de estrellas, V Hya ha sido de particular interés para los astrónomos debido a sus comportamientos y características únicos, incluidas las erupciones de plasma extremadamente grandes que ocurren aproximadamente cada ocho años y la presencia de una estrella compañera casi invisible que contribuye a la explosiva conducta de V Hya.

«Hemos capturado a esta estrella moribunda en el proceso de deshacerse de su atmósfera, en última instancia, la mayor parte de su masa, que es algo que hacen la mayoría de las estrellas gigantes rojas en etapa tardía», dijo Morris. «Pero para nuestra sorpresa, hemos encontrado que la materia en este caso está siendo expulsada como una serie de anillos».

Morris dijo que el equipo también observó explosiones de gas de alta velocidad, perpendiculares a esos anillos, que fueron expulsadas en dos direcciones opuestas. Agregó que se desconoce el mecanismo que produce los anillos y requerirá más investigación.

«Sospechamos que podría estar relacionado con la presencia de estrellas compañeras en órbita, pero es difícil de explicar dado el intervalo de unos cientos de años entre las eyecciones de anillos», dijo Morris. «Esta estrella está proporcionando una nueva y fascinante duda a nuestra comprensión de cómo las estrellas terminan sus vidas».

Raghvendra Sahai, astrónomo del JPL y autor principal del estudio, dijo que la investigación indica que las suposiciones anteriores sobre la muerte de estrellas pueden estar equivocadas.

«Nuestro estudio revela dramáticamente que el modelo tradicional de cómo mueren las estrellas AGB, por medio de la eyección masiva de combustible a través de un viento esférico lento y relativamente constante durante 100.000 años o más, es en el mejor de los casos incompleto o, en el peor, incorrecto», dijo.

Los seis anillos que se han expandido hacia el exterior desde V Hya en el transcurso de aproximadamente 2100 años han formado una estructura deformada similar a un disco, creando una región rica en polvo alrededor de la estrella, informan los investigadores. El equipo denominó a la estructura DUDE (Disk Undergoing Dynamical Expansion), por Disco en Expansión Dinámica.

«V Hya se encuentra en la breve pero crítica fase de transición por la que pasan las estrellas moribundas al final de sus vidas», dijo Sahai. «Es la fase en la que pierden la mayor parte de su masa. Es probable que esta fase no dure mucho, por lo que es difícil atraparla en el acto. Tuvimos suerte con V Hya y pudimos obtener imágenes de todos los diferentes actividades que se llevan a cabo dentro y alrededor de esta estrella para comprender mejor cómo las estrellas moribundas pierden masa al final de sus vidas».

El acto final de V Hya también produjo una estructura con forma de reloj de arena centrada en la estrella y orientada perpendicularmente al disco. Los dos lóbulos del reloj de arena han sido formados por un viento rápido y dirigido que sopla en dos direcciones opuestas a velocidades de hasta 800.000 km por hora.

Debido a las grandes cantidades de polvo que rodean a la estrella, estudiar V Hya requería un instrumento único, con el poder de ver claramente materia fría que es imposible de detectar con telescopios ópticos. Los receptores de ALMA son excepcionalmente sensibles a longitudes de onda de radio muy cortas de aproximadamente 1 milímetro, lo que reveló los múltiples anillos de la estrella y las salidas de gas molecular con una claridad absoluta.

Los investigadores utilizaron datos infrarrojos, ópticos y ultravioleta adicionales para producir una imagen notable de un espectáculo impresionante en nuestra galaxia, gran parte del cual fue inesperado, dijo Morris.

Cada vez que observamos a V Hya, se vuelve más y más como una pista de circo, con cada nueva etapa evolutiva caracterizada por una variedad aún mayor de hazañas impresionantes», dijo Sahai. V Hydrae nos ha impresionado con sus múltiples anillos y ranuras; y debido a que nuestro propio sol algún día puede experimentar un destino similar, nos tiene absortos».

La investigación fue financiada en parte por la Fundación Nacional de Ciencias de EEUU (en inglés, National Science Foundation) y la NASA.
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Fuente de la historia:
Materiales proporcionados por la Universidad de California-Los Ángeles

Referencia de la publicación:
1. R. Sahai, PS. Huang, S. Scibelli, MR Morris, K. Hinkle, CF. Sotavento. The Rapidly Evolving AGB Star, V Hya: ALMA finds a Multi-Ring Circus with High-Velocity Outflows. arXiv.org (Aceptado para ApJ) , 2022; DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2202.09335
Fuente:
Universidad de California, Los Angeles. ScienceDaily, 28 de marzo de 2022. [ www.sciencedaily.com ]

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Los meteoritos que contribuyeron a la formación de la Tierra pueden haberse formado en el exterior del Sistema Solar

Artículo sobre Sol asteroides cometas meteoritos disco protoplanetario planetas Tierra extrasolares astronomía Astrofísica

Se cree que nuestro Sistema Solar se formó a partir de una nube de gas y polvo, la llamada nebulosa solar, que comenzó a condensarse sobre sí misma por la gravedad hace unos 4.600 millones de años. Al mismo tiempo que esta nube se contraía, comenzó a girar y tomó la forma de un disco girando alrededor de la masa de mayor gravedad en su centro, que se convertiría en nuestro Sol. Nuestro sistema solar heredó toda su composición química de una estrella o estrellas anteriores que explotaron como supernovas. Nuestro Sol recogió una muestra general de este material a medida que se formaba, pero el material residual en el disco comenzó a migrar en función de su propensión a congelarse a una temperatura determinada.

Cuando el Sol se volvió lo suficientemente denso como para iniciar reacciones de fusión nuclear y convertirse en una estrella, recolectó una muestra general de este material mientras se formaba, pero los restos del disco unieron materiales sólidos para formar cuerpos planetarios en función de su propensión a congelarse a determinadas temperaturas.

A medida que el Sol irradiaba su energía hacia el disco circundante, creaba un gradiente de calor en el sistema solar primitivo. Por este motivo, los planetas interiores, Mercurio, Venus, la Tierra y Marte, son en su mayoría de roca (compuestos en su mayoría por elementos más pesados, como hierro, magnesio y silicio), mientras que los planetas exteriores están compuestos en gran parte por elementos menos densos, en especial hidrógeno, helio, carbono, nitrógeno y oxígeno.

Se cree que parte de la Tierra se formó a partir de meteoritos carbonosos, que se pensó que provienen de asteroides del cinturón principal exterior. Las observaciones con telescopio de los asteroides del cinturón principal exterior revelan una característica de reflectividad común de 3,1 µm, que sugiere que sus capas exteriores contienen hielos de agua o arcillas amoniacales -o ambos-, solo estables a temperaturas muy bajas.

Curiosamente, aunque varias líneas de evidencia indican que los meteoritos carbonáceos se derivan de esos asteroides, los meteoritos recuperados en la Tierra por lo general carecen de esta característica. El cinturón de asteroides plantea muchas preguntas a los astrónomos y científicos planetarios.

Un nuevo estudio dirigido por investigadores del Earth-Life Science Institute (ELSI) en el Instituto Tecnológico de Tokio indica que estos materiales asteroidales pueden haberse formado muy lejos en el Sistema Solar primitivo, y luego haber sido transportados al Sistema Solar interior por procesos de mezcla caóticos. En este estudio, una combinación de observaciones de asteroides utilizando el telescopio espacial japonés AKARI y el modelado teórico de las reacciones químicas en los asteroides indica que los minerales de la superficie presentes en los asteroides del cinturón principal externo, especialmente las arcillas que contienen amoníaco (NH3), se forman a partir de materiales iniciales que contienen NH3 e hielo de CO2, que son estables solo a muy baja temperatura y en condiciones ricas en agua. Con base en estos resultados, este nuevo estudio propone que los asteroides del cinturón principal exterior se formaron en órbitas distantes y se diferenciaron para formar una variedad de minerales en mantos ricos en agua y núcleos dominados por rocas.

Para comprender el origen de las discrepancias en los espectros medidos de meteoritos y asteroides carbonosos, utilizando simulaciones por computadora el equipo modeló la evolución química de varias mezclas primitivas plausibles, diseñadas para simular materiales asteroidales primitivos. Luego usaron estos modelos de computadora para producir espectros de reflectividad simulados para compararlos con los obtenidos con telescopios.

Sus modelos indicaron que para coincidir con los espectros de asteroides, el material de origen tenía que contener una cantidad significativa de agua y amoníaco, una cantidad relativamente baja de CO2, y reaccionar a temperaturas por debajo de los 70°C, lo que indica que los asteroides se formaron mucho más lejos que sus ubicaciones actuales en el sistema solar primitivo. Por el contrario, la falta de la característica de 3,1 µm en los meteoritos se puede atribuir a una reacción posiblemente más profunda dentro de los asteroides, donde las temperaturas alcanzaron valores más altos, por lo que los meteoritos recuperados pueden tomar muestras de porciones más profundas de los asteroides.

De ser cierto, este estudio sugiere que la formación de la Tierra y sus propiedades únicas resultan de aspectos peculiares de la formación del Sistema Solar. Habrá varias oportunidades para probar este modelo. Por ejemplo, este estudio proporciona predicciones sobre lo que encontrará el análisis de las muestras traídas por la sonda Hayabusa 2. Este origen distante de los asteroides, si es correcto, predice que habrá sales y minerales amoniacales en las muestras de Hayabusa 2. Los análisis de los materiales devueltos por la misión OSIRIS-Rex de la NASA proporcionarán una verificación adicional de este modelo. Este estudio también examinó si las condiciones físicas y químicas en los asteroides del cinturón principal exterior podrían formar los minerales observados. El origen frío y distante de los asteroides propuesto sugiere que debería haber una similitud significativa entre los asteroides y los cometas, y plantea preguntas sobre cómo se formó cada uno de estos tipos de cuerpos.

El estudio indica que los materiales que formaron la Tierra pueden haberse formado muy lejos en el Sistema Solar primitivo, y luego fueron atraídos durante la historia temprana especialmente turbulenta del sistema solar. Observaciones recientes de discos protoplanetarios que realizó el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) han encontrado muchas estructuras anilladas, que se cree que son observaciones directas de formación planetesimal. Como el autor principal, Hiroyuki Kurokawa, resume el trabajo: «Queda por determinar si la formación de nuestro sistema solar es un resultado típico, pero numerosas mediciones sugieren que pronto podremos ubicar nuestra historia cósmica en contexto».

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Contenido: Materiales proporcionados por el Instituto de Tecnología de Tokio.
Referencia del original: H. Kurokawa, T. Shibuya, Y. Sekine, BL Ehlmann, F. Usui, S. Kikuchi, M. Yoda. Formación a distancia y diferenciación de asteroides del cinturón principal exterior y cuerpos parentales de condritas carbonáceas. AGU Advances, 2022; 3 DOI: 10.1029/2021AV000568
Fuente: Instituto de Tecnología de Tokio. «Los meteoritos que ayudaron a formar la Tierra pueden haberse formado en el sistema solar exterior». Science Daily, marzo de 2022.

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Indicios de un nuevo tipo de energía oscura aparecen en un experimento

Estos indicios de una forma primordial previamente desconocida de la sustancia podrían explicar por qué el cosmos ahora parece expandirse más rápido de lo que predice la teoría

Dos trabajos han encontrado indicios preliminares de un nuevo tipo de energía oscura (el misterioso agente responsable de la expansión acelerada del universo) que habría existido durante los primeros 300.000 años de vida del cosmos. Ambos estudios, aparecidos hace unos días en el repositorio de prepublicaciones arXiv, afirman haber identificado un posible rastro de esta «energía oscura temprana» en los datos recopilados entre 2013 y 2016 por ACT, Telescopio Cosmológico de Atacama, Chile. Si se confirman los hallazgos, podrían ayudar a resolver un enigma de larga data en torno a los datos sobre el Universo primitivo, que parecen ser incompatibles con la tasa de expansión cósmica medida hoy. Pero los datos son preliminares y no muestran definitivamente si esta forma de energía oscura realmente existió.

Los autores de ambos preprints, uno publicado por el equipo de ACT y el otro por un grupo independiente, admiten que los datos aún no son lo suficientemente sólidos como para detectar la energía oscura temprana con alta confianza. Pero dicen que más observaciones del ACT y otro observatorio, el Telescopio del Polo Sur en la Antártida, podrían proporcionar una prueba más estricta pronto.

«Si esto realmente es cierto, si el Universo primitivo realmente presentaba energía oscura temprana, entonces deberíamos ver una señal fuerte», dice Colin Hill, coautor del artículo 1 del equipo de ACT y cosmólogo de la Universidad de Columbia en Nueva York.