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Histórica explosión estelar impacta a los astrónomos

Esta secuencia de imágenes muestra la interpretación artísticas de la onda expansiva de la erupción de 1843 de Eta Carinae. La primera imagen muestra a la estrella tal como pudo haber aparecido antes de la erupción, como una estrella supergigante azul caliente rodeada por una caparazón de gas que fue expulsado en un estallido previo hace aproximadamente mil años. Luego, en 1843, Eta Carinae sufrió la explosión que creó la bien conocida nebulosa "Homúnculo" de dos lóbulos, más una onda de choque rápida que se propagaba por delante del Homúnculo. En este artículo se presentan evidencias nuevas de este material expulsado a gran velocidad. A medida que pasa el tiempo, tanto la onda de choque como la nebulosa del Homúnculo se expanden y llenan el interior de la vieja caparazón. Eventualmente, vemos que la onda expansiva más rápida comienza a alcanzar y superar partes del caparazón anterior, produciendo una brillante exhibición de fuegos artificiales que calienta el caparazón más antiguo. Crédito: Observatorio Gemini / AURA / NSF / Dibujos por Lynette Cook.
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Imagen a color tomada con la cámara WFPC2 del telescopio espacial Hubble, que muestra la nube de gas y polvo en forma de mancuerna alrededor de la estrella. Esta nebulosa contiene más de diez veces la masa de nuestro Sol, y fue expulsada por Eta Carinae en la Gran Erupción del siglo XIX. Crédito de la imagen: N. Smith (Arizona) y la NASA.
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Observaciones realizadas con el telescopio Gemini Sur y otros telescopios en Chile desempeñaron un papel fundamental en la comprensión de los ecos de luz provenientes de una erupción estelar que ocurrió hace casi 200 años. Los datos obtenidos con Gemini mostraron que el material expulsado de la explosión es el más rápido que se haya visto en este tipo de eventos.

¡Imagina viajar a la Luna en sólo 20 segundos! Así de rápido viajó por el espacio todo el material que la inestable y extremadamente masiva estrella Eta Carinae expulsó durante esta erupción estelar, hace más de 170 años.

El estallido de la estrella más luminosa conocida en nuestra galaxia, liberó tanta energía como una típica explosión de supernova, la cual normalmente hubiera dejado apenas un remanente estelar. Sin embargo, en este caso, el sistema estelar doble se mantuvo intacto y jugó un papel fundamental en las circunstancias que llevaron a la colosal explosión.

Durante los últimos siete años, un equipo de astrónomos liderados por Nathan Smith, de la Universidad de Arizona, y Armin Rest, del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, determinaron el alcance de este gran estallido estelar al observar los ecos de luz de Eta Carinae y sus alrededores, concluyendo que esta es la eyección de gas más rápida en un estallido estelar que finalmente no aniquiló completamente la estrella.

Los ecos de luz ocurren cuando la luz proveniente de eventos muy brillantes y efímeros se refleja en las nubes de polvo, que actúan como espejos distantes que redirigen la luz en nuestra dirección. Como un eco de audio, la luz reflejada llega con un retraso de tiempo desde el evento original debido a que la luz posee una velocidad finita. En el caso de Eta Carinae, el evento brillante fue una gran erupción de la estrella que expulsó una gran cantidad de masa a mediados del siglo XIX durante lo que se conoce como la "Gran Erupción".

Ahora, en nuestra época, la detección de estos ecos permitió a los astrónomos decodificar la luz de la erupción, a pesar de que la explosión original se vio desde la Tierra a mediados del Siglo XIX poco antes que se inventaran herramientas modernas como el espectrógrafo astronómico.

"Un eco de luz es la segunda mejor opción para viajar en el tiempo", explicó Smith. "Es por eso que los ecos de luz son tan hermosos. Utilizando nuestros modernos telescopios y cámaras, los ecos dan la oportunidad de descifrar los misterios de una rara erupción estelar que fue presenciada hace 170 años. También podemos comparar esta información con la nebulosa remanente creada por el material expulsado por la estrella hace 170 años. Esta fue una gigantesca explosión estelar de una extraña y monstruosa estrella, evento que no ha sucedido nuevamente en nuestra Vía Láctea".

La Gran Erupción situó temporalmente a Eta Carinae como la segunda estrella más brillante visible en nuestro cielo nocturno, superando ampliamente la producción de energía de cada una de las otras estrella en la Vía Láctea, después de lo cual la estrella se desvaneció lentamente, hasta ya no ser más visible a simple vista. El estallido expulsó una cantidad de material de aproximadamente 10 veces más que la masa de nuestro Sol, lo que finalmente formó la brillante nube de gas conocida como el Homúnculo. Este remanente con forma de mancuerna rodea la estrella en una vasta región de formación estelar. El remanente de la erupción se puede ver incluso utilizando pequeños telescopios de aficionados desde el Hemisferio Sur y las regiones ecuatoriales.

El equipo de astrónomos utilizó los telescopios Gemini Sur de 8 metros, el telescopio Blanco de 4 metros del Observatorio Interamericano Cerro Tololo (CTIO) y el Telescopio Gran Magallanes en el Observatorio Las Campanas, para decodificar la luz de estos ecos y estimar la velocidades de expansión de la histórica explosión.

"En particular, la espectroscopía de Gemini ayudó a precisar las velocidades sin precedentes que observamos en este gas, el cual registró velocidades entre 10.000 y 20.000 kilómetros por segundo", comenta Rest. Cabe mencionar que el equipo de investigación, el Observatorio Gemini y el telescopio Blanco cuentan con el respaldo de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF).

"Vemos estas velocidades realmente altas todo el tiempo en explosiones de supernova donde la estrella es desintegrada", señala Smith. Sin embargo, en este caso, la estrella sobrevivió, y explicar eso llevó a los investigadores a un nuevo territorio. "Algo debe haber arrojado mucha energía a la estrella en un corto período de tiempo", dijo Smith. El material expulsado por Eta Carinae viaja hasta 20 veces más rápido de lo esperado para los vientos típicos de una estrella masiva, por lo que, según Smith y sus colaboradores, el hecho de tener dos estrellas compañeras podría explicar la eyección.

Los investigadores sugieren que la manera más directa de explicar la amplia gama de hechos observados que rodean la erupción y el sistema estelar remanente es con una interacción de tres estrellas, incluyendo un evento dramático donde dos de las tres estrellas se fusionaron en una estrella monstruo . Si ese es el caso, entonces el sistema binario actual debe haber comenzado como sistema triple, siendo una de esas dos estrellas la que se tragó a su hermana.

"Comprender la dinámica y el entorno de las estrellas gigantes de nuestra galaxia es una de las áreas más difíciles de la astronomía", dijo Richard Green, Director de la División de Ciencias Astronómicas de NSF, la principal agencia de financiación de Gemini. "Las estrellas muy masivas viven vidas cortas en comparación con estrellas como nuestro Sol, ahora atrapar a una en el momento de un gran paso evolutivo es estadísticamente improbable. Es por esto que estudiar los ecos de luz de la gran explosión de Eta Carinae es tan importante, investigaciones que la NSF apoya a un cien por ciento".

Chris Smith, Jefe de Misión del Observatorio AURA en Chile y también parte del equipo de investigación agrega una perspectiva histórica: "Estoy fascinado de que podamos ver ecos de luz provenientes de un evento que John Herschel observó a mediados del siglo XIX desde Sudáfrica", dijo. "Ahora, más de 150 años después, podemos mirar hacia atrás en el tiempo, gracias a estos ecos de luz, y descubrir los secretos de este aspirante a supernova usando la última generación de instrumentos del observatorio Gemini para analizar la luz de maneras que Hershel ni siquiera podría haber imaginado".

Eta Carinae es un tipo inestable de estrella conocida como Variable Luminosa Azul (LBV, por sus sigas en inglés), que se encuentra a unos 7.500 años luz de la Tierra.Es una estrella joven rodeada por una nebulosa en la constelación sur de Carina. Esta estrella es intrínsecamente la más brillantes de nuestra galaxia y brilla cinco millones de veces más que nuestro Sol, además de tener una masa cien veces mayor. Estrellas como Eta Carinae tienen las mayores tasas de pérdida de masa antes de explotar como supernova, pero la cantidad de masa expulsada en la Gran Erupción del siglo XIX supera a cualquier otra conocida.

Es probable que Eta Carinae sufra una verdadera explosión de supernova en el plazo del siguiente medio millón de años como máximo, pero posiblemente mucho antes. Se ha visto que algunos tipos de supernovas experimentan explosiones eruptivas como la de Eta Carinae en los pocos años o décadas anteriores a su explosión final, por lo que algunos astrónomos especulan que Eta Carinae podría explotar más temprano que tarde.

Para este trabajo se usó el Espectrógrafo Multi Objetos GMOS instalado en el telescopio Gemini Sur en Chile y utilizaron una poderosa técnica llamada Nod and Shuffle que permite mediciones espectroscópicas muy mejoradas de fuentes extremadamente débiles al reducir los efectos contaminantes del cielo nocturno. Los nuevos resultados se presentan en dos documentos aceptados para su publicación en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.


Gemini Observatory Participants