Así será la muerte del Sol

A unos 500 años luz de la Tierra, una estrella como nuestro Sol agoniza. Chi Cygni se ha expandido hasta convertirse en una gigante roja de un tamaño capaz de tragarse cualquier planeta a una distancia como la que separa el Sol de Marte en nuestro sistema. Además, ha empezado a emitir pulsaciones, latiendo como si se tratase de un corazón gigante. Algo 'aterrador'.

Los científicos han conseguido las primeras imágenes de este turbador proceso, obtenidas con el telescopio del Observatorio Astrofísico Smithsoniano, situado en Mount Hopkins, Arizona. Estas nuevas fotos en detalle de la superficie de esta lejana estrella muestran sus movimientos vibratorios con un detalle sin precedentes.

"Este trabajo abre una ventana al futuro de nuestro Sol en 5.000 millones de años, cuando esté cerca del final de su existencia", explicó Sylvestre Lacour, del Observatorio de París. Algo parecido a lo que ahora vive Chi Cygni le sucederá al Sol cuando desfallezca.

La envejecida Chi Cygni ha comenzado a echar en falta el combustible de hidrógeno en su núcleo. Igual que un coche que se queda sin gasolina, su 'motor' ha empezado a renquear. Esos 'tirones' se traducen en fases de brillo y oscurecimiento, causadas por la contracción y la expansión de la estrella. Curiosamente, las estrellas que atraviesan esta etapa se conocen como "variables Mira", en honor de la primera conocida, Mira "la maravillosa", descubierta por David Fabricius en 1596.

Chi Cygni pulsa una vez cada 408 días. En su diámetro más pequeño de 300 millones de millas, se torna moteada con puntos brillantes como llamas masivas de plasma caliente enturbiando su superficie. Esos puntos son como los gránulos de la superficie de nuestro Sol, pero mucho más grandes. A medida que se expande, Cygni se hace más fría y oscura, creciendo en diámetro hasta los 480 millones de millas, suficente como para engullir y asar hasta el cinturón de asteroides de nuestro sistema si se tratase del Sol.

Por primera vez, los astrónomos han fotografiado esos dramáticos cambios en detalle. Informan de sus hallazgos en el número del 10 de diciembre de The Astrophysical Journal.


"Hemos creado esencialmente una animación del pulso de una estrella a partir de imágenes reales," señaló Latour. "Nuestras observaciones muestran que la pulsación no sólo es radial", añadió. Tomar imáganes de estas estrellas variables es extremadamente difícil por dos razones. Por un lado, están ocultas por una compacta y densa capa de polvo y moléculas, y por otra, porque se encuentran muy alejadas y se muestran muy pequeñas, por lo que es preciso recurrir a técnicas de interferometría.

Contemplar estrellas como ésta es extremadamente difícil por dos razones. La primera es que suelen esconderse tras una compacta capa de polvo. La segunda, que están terriblemente lejos. A pesar de que son enormes en comparación con nuestro Sol, la distancia hace que no parezcan más grandes que una pequeña casa en la Luna... ¿La solución? Luz infrarroja para el primer problema y, para el segundo, una técnica llamada interferometría, consistente en combinar la luz proveniente de varios telescopios. De esta forma, los científicos han podido obtener las imágenes de este monstruo espacial.



Imagen superior: Chi Cygni, una estrella gigante roja, es muy parecida a Betelgeuse -recreada en la imagen-, estrella que se acerca al final de su vida.

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Variaciones de brillo en estrellas similares al Sol: el misterio se profundiza

Un exhaustivo estudio realizado con el Very Large Telescope profundiza un antiguo misterio relativo al estudio de estrellas de tipo solar. Siguen sin explicación las inusuales variaciones de brillo que ocurren anualmente en alrededor de un tercio de las estrellas similares al Sol cuando están en el final de sus vidas. Durante las últimas décadas los astrónomos han entregado muchas explicaciones posibles, pero las nuevas y meticulosas observaciones las contradicen, profundizando aún más el misterio. La búsqueda de una interpretación apropiada continúa.


"Los astrónomos están en la oscuridad y, por esta vez, no lo celebramos", dice Christine Nicholls del Observatorio Mount Stromlo de Australia, autora principal de un artículo que informa sobre el estudio. "Hemos obtenido el conjunto más exhaustivo de observaciones existente a la fecha para esta clase de estrellas similares al Sol y claramente muestra que fallaron todas las explicaciones posibles sobre su inusual comportamiento".

El misterio investigado por el equipo data desde los años 30 y afecta a alrededor de un tercio de las estrellas de tipo solar en nuestra Vía Láctea y otras galaxias. Hacia el fin de sus vidas, todas las estrellas con masas similares a nuestro Sol se tornan rojas, frías y sumamente grandes, justo antes de retirarse como enanas blancas. También conocidas como gigantes rojas, estas ancianas estrellas muestran fuertes y periódicas variaciones en su luminosidad con períodos de hasta un par de años.

"Se piensa que tales variaciones son causadas por lo que llamamos pulsaciones estelares", dice Nicholls. "Hablando en forma aproximada, la estrella gigante se hincha y encoge, haciéndose más brillante y oscura de acuerdo a patrones regulares. Sin embargo, un tercio de estas estrellas muestra una inexplicable variación periódica adicional, en escalas de tiempo aún más largas: de hasta cinco años".

Para descubrir el origen de esta característica secundaria, los astrónomos monitorearon 58 estrellas en nuestro vecino galáctico, la Gran Nube de Magallanes, durante dos años y medio. Obtuvieron espectros empleando el espectrógrafo de alta resolución FLAMES/GIRAFFE en el Very Large Telescope de ESO y los combinaron con imágenes de otros telescopios^[1], logrando una impresionante colección de propiedades de estas estrellas variables.

Sobresalientes conjuntos de datos como el conseguido por Nicholls y sus colegas, a menudo aportan orientación respecto de cómo solucionar un puzzle cósmico al estrechar la plétora de explicaciones posibles propuestas por los teóricos. En este caso, las observaciones son incompatibles con todos los modelos previamente concebidos y reabren un asunto que ha sido rigurosamente debatido. Gracias a este estudio, los astrónomos ahora están conscientes de su propia 'ignorancia', un genuino conductor en el proceso de búsqueda del conocimiento, tal como dicen que enseñaba el antiguo filósofo griego Sócrates.

"Las informaciones reunidas recientemente muestran que las pulsaciones son una explicación extremadamente improbable para la variación adicional", señala el líder del equipo Peter Wood. "Otro mecanismo posible para producir variaciones de luminosidad en una estrella es que la propia estrella se mueva en un sistema binario. Sin embargo, nuestras observaciones también son fuertemente incompatibles con esta hipótesis".

A partir de análisis posteriores, el equipo determinó que cualquiera sea la causa de estas variaciones inexplicadas, éstas también provocan que las estrellas gigantes eyecten masa, ya sea en bloques o como un disco en expansión. "Se necesita un Sherlock Holmes para resolver este misterio tan frustrante", concluye Nicholls.

Nota:
[1] Colaboraciones de MACHO y OGLE, ocupando telescopios en Australia y Chile respectivamente, realizaron mediciones precisas de brillo. Las observaciones de OGLE fueron hechas al mismo tiempo que las observaciones del VLT.

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Las Novas

Las novas son fenómenos explosivos que ocurren en sistemas estelares dobles, y que pueden repetirse más de una vez sin destruir la estrella.


Seguro que todos han oído hablar de las supernovas, y puede que incluso de las hipernovas, pero, ¿conocen a su pariente más modesto, las novas? Se trata de un fenómeno explosivo muy poderoso que, aunque no puede competir en intensidad con las versiones "súper" e "híper", presenta características sorprendentes e incluso ventajosas con respecto a éstas.

El nombre "nova" procede de un pequeño libro titulado De stella nova (1573), escrito por el astrónomo danés Tycho Brahe a partir de su descubrimiento de la supernova SN 1572. Aunque se trataba de una supernova y no de una nova, los términos fueron intercambiables durante siglos y hasta los años treinta del siglo pasado no se establecieron las diferencias entre ambos fenómenos: supernova es el nombre que recibe la última fase en la evolución de las estrellas muy masivas (diez veces mayores que el Sol) cuando, una vez agotado su combustible, se derrumban sobre sí mismas y producen una explosión que puede superar la luminosidad de la galaxia que las alberga.

Enanas blancas

Existe, no obstante, otro tipo de supernovas que se crea a partir de la explosión de una enana blanca en un sistema de dos estrellas. Estas últimas sí que muestran similitud con las novas, que también se producen en un sistema binario en el que una de las componentes es una enana blanca, y el proceso es el siguiente: las enanas blancas son los restos de una estrella como el Sol que, incapaz de generar energía, ha expulsado su atmósfera y conserva un núcleo muy compacto. En condiciones normales se enfriará y perderá de vista, pero si tiene una compañera cercana puede atraer el gas de su atmósfera, que se va acumulando en un disco. Cuando el material robado alcanza determinado volumen (más o menos una cienmilésima parte de la masa de nuestro Sol), la presión en la base del disco se eleva tanto que se desata una explosión nuclear que expulsa las capas externas y produce un aumento de brillo tan intenso que algunas hasta pueden verse a simple vista. Tras unos pocos días el brillo comienza a descender y en unos meses vuelve a su nivel antes de la explosión. Entonces, la enana blanca, de nuevo hambrienta, retoma su dieta anterior (siempre que su compañera pueda proveerle materia) y vuelve a formar un disco.

Novas recurrentes

Se cree que, visto el proceso, todas las novas experimentarán a lo largo de su vida varias explosiones, quizá con intervalos de varios miles de años. Sin embargo, existe un reducido grupo -tan reducido que sus integrantes pueden contarse con los dedos de las manos-, las denominadas novas recurrentes, que sufren explosiones mucho más a menudo. En 2006, astrónomos aficionados informaron de que una estrella débil, RS Ophiuchi (RS Oph), se había vuelto visible en el cielo sin la ayuda de telescopios. RS Oph es una vieja conocida que, a lo largo de poco más de un siglo de observaciones, ha experimentado varias explosiones con una frecuencia bastante irregular: 1898, 1933, 1958, 1967, 1985 y 2006. Se trata de un sistema estelar binario formado por una enana blanca y una gigante roja que giran muy próximas una alrededor de la otra. Tiene, además, otra particularidad: la gigante roja está perdiendo gran cantidad de materia en forma de viento estelar que envuelve todo el sistema. Como resultado, la explosión de la enana blanca se produce dentro de esta atmósfera de la gigante roja, y el gas expulsado choca contra ella a gran velocidad (se han calculado temperaturas de unos cien millones de grados -diez veces mayores que las del núcleo del Sol- para un fenómeno semejante).

Expulsión de materia

Otra curiosa integrante del exclusivo grupo de novas, T Pyxidis, tuvo su último momento de gloria en 1967. Con una frecuencia de estallidos bastante regular (más o menos cada veinte años), ha desmentido lo que las novas parecían tener en común: la expulsión de materia en forma de "cascarón". Aunque los telescopios terrestres mostraban una burbuja de gas alrededor de la estrella como producto de su última explosión, el Telescopio Espacial Hubble la examinó más detenidamente y vio que en realidad se trataba de un conjunto de más de dos mil burbujas gaseosas, algunas del tamaño de nuestro Sistema Solar, que podrían deberse a las colisiones entre el material recién expulsado (que se mueve muy rápido) y los restos fósiles (más lentos) de explosiones anteriores. Además, T Pyxidis mostraba un par de chorros de material que emanaban de las regiones centrales del disco alrededor de la enana blanca, algo tan inesperado como inusual.

Los datos de que disponemos de las pocas novas recurrentes conocidas apenas permiten generalizaciones, pero parece que sobresalen ciertas características: la enana blanca debe estar cerca del límite máximo de masa para estos objetos (situado en 1,4 masas solares) y tiene que ser capaz de robar materia a su compañera a buen ritmo. Así, aunque los estallidos no puedan competir en violencia con los de las supernovas o hipernovas, las novas guardan cierta ventaja: al contrario de sus parientes, no se destruyen con la explosión, lo que les permite volver a sorprendernos cada cierto tiempo.

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Nítidas vistas de Betelgeuse revelan cómo pierden masa las estrellas Súper Gigantes

Empleando diferentes técnicas de vanguardia en el Very Large Telescope de ESO, dos equipos independientes de astrónomos obtuvieron las vistas más nítidas jamás logradas de la estrella súper gigante Betelgeuse. Éstas muestran que la estrella tiene un amplio penacho de gas casi tan grande como nuestro Sistema Solar y una gigantesca burbuja hirviendo en su superficie. Estos descubrimientos entregan importantes pistas que ayudan a explicar cómo estos titanes se despojan de material a una tremenda velocidad.

Betelgeuse, la segunda estrella más brillante en la constelación de Orión (el Cazador), es un súper gigante rojo, una de las estrellas más grandes que se conocen, y casi mil veces más grande que nuestro Sol. Es también una de las estrellas más luminosas conocida, emitiendo más luz que 100.000 Soles. Tan extremas propiedades predicen el deceso de un monarca estelar de corta vida. Con una edad de sólo unos pocos millones de años, Betelgeuse ya se acerca al fin de su vida y está condenada a explotar pronto como una supernova. Cuando lo haga, la supernova debiera verse fácilmente desde la Tierra, incluso en pleno día.

Los súper gigantes rojos aún presentan varios misterios no resueltos. Uno de éstos es cómo estos gigantes se desprenden de cantidades tan enormes de material –alrededor de la masa del Sol– en sólo 10.000 años. Dos equipos de astrónomos emplearon el Very Large Telescope (VLT) de ESO y las tecnologías más avanzadas para mirar más de cerca a esta estrella gigantesca. Su trabajo combinado sugiere que pudiera estar a la mano una respuesta a la pregunta largamente pendiente respecto de la pérdida de masa.

El primer equipo usó el instrumento de óptica adaptativa, NACO, combinado con la técnica llamada de “lucky imaging” o “fotografía afortunada”, para obtener la imagen más nítida jamás lograda de Betelgeuse, incluso con una atmósfera de la Tierra turbulenta y distorsionadora de imágenes en su contra. Con esta técnica sólo se escogen las exposiciones más nítidas y luego se combinan para formar una fotografía mucho más nítida que lo que se lograría con una única y más extensa exposición.

Las fotografías obtenidas con NACO llegan casi al límite teórico de nitidez alcanzable para un telescopio de 8 metros. La resolución es tan fina como 37 milésimas de arcosegundo, lo que es aproximadamente el tamaño de una pelota de tenis en la Estación Espacial Internacional (ISS, en su sigla en inglés), vista desde la Tierra.

“Gracias a estas extraordinarias fotografías, hemos detectado un gran penacho de gas que se extiende por el espacio desde la superficie de Betelgeuse,” dice Pierre Kervella del Observatorio de Paris, quien dirigió el equipo. El penacho se extiende hasta al menos seis veces el diámetro de la estrella, correspondiente a la distancia entre el Sol y Neptuno.

“Esto es una indicación clara de que toda la capa externa de la estrella no se está despojando uniformemente de materia en todas las direcciones”, añade Kervella. Dos mecanismos podrían explicar esta asimetría. Uno asume que la pérdida de masa ocurre sobre las capas polares de la estrella gigante, posiblemente debido a su rotación. La otra posibilidad es que tal penacho se genere sobre movimientos de gas a gran escala dentro de la estrella, conocidos como convección, similar a la circulación del agua calentada en una olla.

Para llegar a una solución, los astrónomos necesitaban investigar al gigante con mayor detalle. Para este efecto, Keiichi Ohnaka del Instituto Max Planck para Radio Astronomía en Bonn, Alemania, y sus colegas usaron interferometría. Con el instrumento AMBER en el Interferómetro del Very Large Telescope de ESO, que combina la luz de tres de los Telescopios Auxiliares del VLT de 1,8 metros, los astrónomos lograron observaciones tan nítidas como las de un telescopio virtual gigante de 48 metros. Con tan soberbia resolución los astrónomos fueron capaces de detectar indirectamente detalles cuatro veces aún más precisos que las ya asombrosas fotografías obtenidas con NACO (en otras palabras, el tamaño de una bolita en el ISS, vistas desde la Tierra).


“Nuestras observaciones con AMBER son las más nítidas de Betelgeuse, obtenidas de cualquier forma. Más aún, detectamos cómo se mueve el gas en diferentes áreas de la superficie de Betelgeuse, la primera vez que se ha hecho algo así en una estrella distinta al Sol”, dice Ohnaka.

Las observaciones con AMBER revelaron que el gas en la atmósfera de Betelgeuse se mueve vigorosamente hacia arriba y abajo, y que estas burbujas son tan grandes como la misma estrella súper gigante. Sus inigualables observaciones han llevado a los astrónomos a pensar que estos movimientos a gran escala del gas agitándose bajo la roja superficie de Betelgeuse son los causantes de la expulsión del masivo penacho hacia el espacio.

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El misterioso encogimiento de la estrella Betelgeuse

La estrella supergigante roja Betelgeuse, la brillante estrella rojiza en la constelación de Orión, se ha contraído de manera constante en los últimos 15 años, según los resultados de un análisis hecho por investigadores de la Universidad de California en Berkeley.

Los tres telescopios del Infrared Spatial Interferometer. (Foto: David Hale 2006)

El seguimiento realizado a la estrella con el Interferómetro Espacial Infrarrojo (ISI por sus siglas en inglés), que la universidad posee sobre el Monte Wilson, en el sur de California, indica que Betelgeuse, que es tan grande que si en nuestro sistema solar ocupase el lugar del Sol se extendería hasta la órbita de Júpiter, ha sufrido una reducción de más del 15 por ciento de su diámetro desde 1993.

Como el radio de Betelgeuse es de cerca de cinco unidades astronómicas, o cinco veces el radio de la órbita de la Tierra en torno al Sol, eso significa que el radio de la estrella se ha contraído tanto como la distancia entre el planeta Venus y el Sol.

"Observar este cambio resulta muy impactante", recalca el profesor emérito de física de la universidad Charles Townes, quien ganó en 1964 el Premio Nobel de física por la invención del láser y del máser (un láser de microondas). Townes y su colega, Edward Wishnow, un físico del Laboratorio de Ciencias del Espacio de la universidad, planean observar la estrella cuidadosamente durante los próximos años para ver si sigue contrayéndose o retorna a un tamaño mayor.

Aunque la estrella se está encogiendo, su brillo visible, o magnitud, que se monitoriza regularmente, no ha disminuido de manera significativa durante los últimos 15 años.

Los astrónomos no saben por qué la estrella se encoge. "Considerando todo lo que sabemos acerca de las galaxias y el universo distante, aún ignoramos muchas cosas sobre las estrellas, incluyendo lo que ocurre cuando las gigantes rojas se acercan al final de su vida", declara Wishnow.

Betelgeuse fue la primera estrella de la que se midió su tamaño, y aún hoy es una de las pocas que aparece como un disco y no como un punto de luz a través del Telescopio Espacial Hubble.

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