Una estrella masiva moribunda tiene burbujas que ‘se elevan’ 75 veces el tamaño del Sol

Las capas exteriores de la mayoría de las estrellas son como una olla de agua hirviendo, con burbujas gigantes conocidas como células de convección que transportan energía y gases calientes desde el interior de la estrella hasta la superficie. Las burbujas del Sol son tan grandes como Texas y suben y bajan nuevamente en un período de unos pocos minutos.

Los astrónomos han medido por primera vez tanto el tamaño como la cadencia de las burbujas en una estrella distinta del Sol. La estrella, R Doradus, es una gigante roja de aproximadamente 350 veces el diámetro del Sol. Sus células de convección son decenas de veces más grandes que el propio Sol y suben y bajan en un período de unas pocas semanas. Estos datos deberían ayudar a los teóricos a revisar los modelos de las etapas finales de la vida del Sol y estrellas similares.

«Este resultado no es una gran sorpresa, pero sí muy satisfactorio», afirmó Christopher Sneden, astrónomo de la Universidad de Texas en Austin, que no participó en el estudio. «Es especialmente interesante porque capturaron una estrella común y corriente», que comenzó su vida con una masa similar a la del Sol. «No es nada exótico», Betelgeuse explotará cada minuto amigos, ¡corran por sus vidas! una especie de estrella. Y eso es lo que hace que este estudio sea especialmente bienvenido».

Gran objetivo poderoso

Los investigadores estaban estudiando cómo las estrellas moribundas emiten al medio interestelar elementos creados a través de reacciones nucleares en sus núcleos. «Todos estamos hechos de ‘polvo de estrellas’ y la mayor parte del material que nos rodea está formado por estrellas», dijo Wouter Vlemmings, astrónomo de la Universidad Tecnológica de Chalmers en Suecia y autor principal del estudio. «Aún no está del todo claro cómo se expulsa este material de las estrellas viejas para incorporarlo a nuevas estrellas y planetas».

R Doradus era un objetivo principal porque está relativamente cerca (a unos 180 años luz de distancia) y es bastante grande. Abarca alrededor de 3,3 unidades astronómicas (1 unidad astronómica es la distancia promedio entre la Tierra y el Sol), por lo que si reemplazamos al Sol en nuestro propio sistema solar, se tragaría los cuatro planetas más internos, incluido d-World. La combinación convierte a R Doradus en una de las estrellas más grandes del cielo.

R Doradus es tan grande porque evolucionó hasta convertirse en una estrella rama gigante asintótica (la fase final y más impresionante de una gigante roja) mientras se detenía la fusión nuclear en su núcleo. Hoy, R Doradus está fusionando hidrógeno y helio en finas capas alrededor del núcleo. La radiación de estas reacciones empuja las capas de gas circundantes, hinchando la estrella.

A pesar de su gran extensión, R Doradus es sólo un poco menos masivo que el Sol. Probablemente comenzó su vida con no más de 1,25 veces la masa del Sol, por lo que nos da una idea de cómo se verá el Sol cuando entre en su propia fase de gigante roja dentro de unos 5 mil millones de años.

Los astrónomos observaron R Doradus con ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), un telescopio en lo alto de la Cordillera de los Andes de Chile, durante cinco sesiones espaciadas aproximadamente con una semana de diferencia en julio y agosto de 2023. «cara» milimétrica de la estrella. (Las longitudes de onda ópticas y más cortas pueden ver algo más profundamente en la atmósfera de una estrella, por lo que «no hay una sola superficie definible», dijo Vlemmings).

Las observaciones revelaron características de convección de hasta 0,72 unidades astronómicas de diámetro, más de 75 veces el diámetro del Sol. «El tamaño corresponde bien a las células de convección esperadas en este tipo de estrellas, así que esto es lo que creemos que estamos viendo», dijo Vlemmings.

Burbujeando más rápido de lo esperado

Aunque estudios anteriores han obtenido imágenes de células de convección en algunas estrellas grandes (principalmente supergigantes rojas como Antares, que son mucho más masivas), el estudio de R Doradus fue el primero en medir su velocidad. Mostró que las células se movían más rápido de lo esperado, burbujeando y cayendo en escalas de tiempo de 3 semanas a un mes.

«Esta es la primera vez que se pueden medir las escalas de convección [anywhere] excepto el Sol», afirmó Vlemmings. «Pero basándonos en extrapolaciones teóricas del Sol, esperaríamos que las escalas de tiempo fueran de 3 a 4 veces más largas».

Hasta el momento los astrónomos no tienen explicación para esta discrepancia. Sin embargo, esperan aprender más mediante el análisis continuo de las observaciones de R Doradus y las ya realizadas de otras dos estrellas, junto con futuras observaciones de algunas otras estrellas objetivo.

«Me gustaría ver este tipo de observación en otra estrella», dijo Sneden. «Si ves este comportamiento en la segunda estrella, entonces sabrás que estás en el camino correcto, sabes lo que estás haciendo y puedes obligar a los modeladores a abordar este problema».

La modelización adicional puede aportar información sobre la siguiente etapa de R Doradus y estrellas similares: una nebulosa planetaria. En esta fase, la estrella se desprenderá de sus capas exteriores y se encerrará brevemente en una colorida capa de gas y polvo en expansión. Esto dejará atrás sólo un núcleo ahora muerto, una enana blanca: el destino que le espera al Sol después de quizás mil millones de años como gigante roja.

«Una parte de mí tiene que preguntarse si este es el comienzo de una nebulosa planetaria», dijo Sneden. «Una de las formas habituales en que la gente se acerca a las nebulosas planetarias es que hay ciertos grandes ‘eructos’ desde el interior, que eventualmente se hinchan aún más». «Eventualmente» podrían ser millones de años en el futuro, dijo Sneden, «pero millones de años son pocos para una estrella».

Este artículo apareció originalmente en la revista Eos.