Redacción

Con casi dos décadas de imágenes en el infrarrojo medio (IR) obtenidas mediante los mayores observatorios del mundo, incluyendo el Telescopio Subaru, un equipo de astrónomos fue capaz de capturar el movimiento en espiral del polvo estelarrecién formado que se desprende del masivo y evolucionado sistema estelar binario Wolf-Rayet (WR) 112.

Los sistemas estelares binarios masivos, así como las explosiones de supernovas, están considerados fuentes de polvo en el Universo desde sus inicios, pero el proceso de producción y la cantidad de polvo expulsado son todavía cuestiones abiertas. WR 112 es un sistema binario compuesto por una estrella masiva en la última etapa de la evolución estelar que pierde una gran cantidad de masa y otra estrella masiva en la secuencia principal. Se espera que se forme polvo en la región donde los vientos estelares de estas dos estrellas están interactuando. El estudio revela el movimiento de la salida del polvo del sistema e identifica a WR 112 como una fábrica de polvo altamente eficiente que produce toda una masa terrestre de polvo cada año.

La formación de polvo, que se aprecia habitualmente en los suaves flujos de salida de las estrellas frías con masa similar a la del Sol, es algo inusual en el ambiente extremo que rodea a las estrellas masivas y sus violentos vientos. Sin embargo, ocurren cosas interesantes cuando interactúan los rápidos vientos de dos estrellas masivas en una binaria.

“Cuando los dos vientos chocan, se desata el infierno, incluyendo la liberación de copiosos rayos X, pero también la (a primera vista sorprendente) creación de cuantiosas cantidades de partículas de polvo basadas en el carbono en aquellos sistemas binarios en los que una de las estrellas ha evolucionado hasta la combustión del helio, lo que produce un 40% de carbono en sus vientos”, dice el coautor Anthony Moffat (Universidad de Montreal). Este proceso de formación de polvo es exactamente lo que está ocurriendo en el WR 112.

Secuencia de 7 imágenes en el infrarrojo medio (~10 micrómetros) de WR 112 tomadas entre 2001 y 2019 por los telescopios Géminis Norte, Géminis Sur, Keck, el Very Large Telescope (VLT), y el Telescopio Subaru. La longitud de la línea blanca de cada imagen corresponde a unas 6800 unidades astronómicas. (Foto: Lau et al.)

Este fenómeno de formación de polvo en sistemas binarios ha sido contemplado en otros sistemas, como el WR 104, por el coautor Peter Tuthill (Universidad de Sydney). WR 104, en particular, revela un elegante rastro de polvo parecido a un “remolino” que traza el movimiento orbital del sistema estelar binario central.

Sin embargo, la nebulosa polvorienta alrededor de WR 112 es mucho más compleja que un simple patrón de remolino. Décadas de observaciones en múltiples longitudes de onda presentaron interpretaciones conflictivas del polvoriento flujo de salida y el movimiento orbital de WR 112. Después de casi 20 años de incertidumbre respecto a WR 112, las imágenes del instrumento COMICS en el telescopio Subaru tomadas en octubre de 2019, proporcionaron la última – e inesperada – pieza del rompecabezas.

“Publicamos un estudio en 2017 sobre WR 112 que sugería que la nebulosa polvorienta no se movía en absoluto, así que pensé que nuestra observación con el COMICS lo confirmaría”, explicó el autor principal Ryan Lau (ISAS/JAXA). “Para mi sorpresa, la imagen del COMICS reveló que la envoltura de polvo se había movido desde la última imagen que tomamos con el VLT en 2016. Me confundió tanto que no pude dormir después de la observación. Seguí hojeando las imágenes hasta que finalmente registré en mi cabeza que la espiral parecía estar cayendo hacia nosotros”.

Lau colaboró con investigadores de la Universidad de Sydney, incluyendo al Prof. Peter Tuthill y al estudiante Yinuo Han, quienes son expertos en modelar e interpretar el movimiento de espirales polvorientas de sistemas binarios como WR 112. “Compartí las imágenes de WR 112 con Peter y Yinuo, y ellos fueron capaces de producir un asombroso modelo preliminar que confirmó que la polvorienta corriente en espiral está girando en nuestra dirección a lo largo de nuestra línea de visión”, dijo Lau.

El aspecto de las imágenes del modelo muestra un notable acuerdo con las imágenes reales de WR 112. Los modelos y la serie de observaciones de imágenes revelaron que el período de rotación de esta polvorienta espiral (y el período orbital del sistema binario central) es de 20 años.

Con la imagen revisada de WR 112, el equipo de investigación pudo deducir cuánto polvo está formando este sistema binario. “Las espirales son patrones repetitivos, así que dado que entendemos cuánto tiempo lleva formar una vuelta completa de espiral (~20 años), podemos realmente rastrear la edad del polvo producido por las estrellas binarias en el centro de la espiral”, dice Lau. Señala que “hay polvo recién formado en el núcleo central de la espiral, mientras que el polvo que vemos que está a 4 vueltas tiene unos 80 años”.

Para su sorpresa, el equipo encontró que WR 112 es una fábrica de polvo altamente eficiente que lo produce polvo a una tasa de 3×10^-6 masas solares por año, lo que equivale a producir una masa terrestre entera de polvo cada año. Esto era inusual dado el período orbital de 20 años de WR 112 (los productores de polvo más eficientes en este tipo de sistema estelar binario, WR, tienden a tener períodos orbitales más cortos. de menos de un año. como WR 104. con su período de 220 días). Por lo tanto, WR 112 demuestra la diversidad de los sistemas binarios WR que son capaces de formar polvo de manera eficiente y destaca su potencial papel como importantes fuentes de polvo no solo en nuestra Galaxia sino en otras galaxias más allá de la nuestra. 

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