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Astrofísica

Una ruta alternativa

El descubrimiento de un sistema con dos estrellas de alta masa en proceso de fusión indica un camino evolutivo distinto para esos astros

060_061_Astrofisica_236El descubrimiento de un objeto astrofísico de los más raros y poco comunes del Cosmos, a cargo de un grupo internacional de investigadores con participación de brasileños, puede llevar a un entendimiento más refinado de cómo evolucionan las estrellas de alta masa, mucho mayores y más luminosas que el Sol. El objeto es conocido por la sigla VFTS 352 y se ubica en la nebulosa de la Tarántula, también conocida como 30 Doradus, que forma parte de la Gran Nube de Magallanes, una de las galaxias satélites de la Vía Láctea, a unos 160 mil años luz de distancia de la Tierra. Está compuesto por dos estrellas azules del tipo O, con una masa combinada 58 veces mayor que la del Sol, que están en una etapa llamada “sobrecontacto”. Esta expresión significa que una estrella básicamente se encuentra pegada a la otra, y ambas comparten su envoltura, su zona más externa. Según los astrofísicos, esa situación indica que las estrellas estarían fundiéndose.

“Conocemos tan sólo otros tres sistemas con esa configuración”, explica Leonardo Almeida, quien realiza su pasantía de posdoctorado en el Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas de la Universidad de São Paulo (IAG-USP) y es el primer autor del artículo que reporta el descubrimiento, que será publicado este mes en el periódico Astrophysical Journal. “El VFTS 352 es el más interesante e importante, pues es el de masa mayor y el más caliente”. Las estrellas del sistema binario ya están compartiendo alrededor del 30% de su envoltura. Con el paso del tiempo, probablemente se convertirán en una estrella sola. Pero eso no sucederá tan pronto. “Aunque el sistema evolucione muy rápido para el tiempo de las estrellas, no veremos nada radical en los próximos siglos”, afirma el astrofísico Augusto Damineli, también de la USP y coautor del trabajo.

El sistema atrae el interés porque permite realizar un estudio práctico de un camino evolutivo distinto para estrellas de alta masa. Hasta hace poco se imaginaba que éstas se formaban aisladamente, y no también en pares, como parece ser el caso del sistema VFTS 352. “La teoría de evolución estelar se elaboró sobre la base de estrellas menos masivas y aisladas”, dice Cássio Leandro Barbosa, astrónomo experto en estrellas de alta masa que no participó en el estudio. “En ese caso, tenemos una doble violación de esas condiciones, de modo tal que deben ser diferentes a lo que prevé la teoría”. Las primeras mediciones indican que las estrellas del sistema son más calientes que lo que indica el modelo tradicional. Su temperatura supera los previstos 40 mil Kelvin (K). “Descubrimientos recientes como ése muestran que al menos el 70% de las estrellas del tipo O interactúan en sistemas dobles”, dice Damineli. Un aspecto importante indica que estrellas de ese tipo son las principales fuentes de oxígeno existentes en el Universo.

Las estrellas se clasifican de acuerdo con la temperatura. Ésta, a su vez, puede estar asociada a la masa, al menos cuando las estrellas están en la llamada secuencia principal y usan hidrógeno para alimentar las reacciones nucleares que las hacen brillar. Las del tipo O son las mayores de todas, seguidas por las de tipos B, A, F, G, K y M. El Sol, de porte modesto, es del tipo G.

El descubrimiento del sistema binario se concretó en el marco de dos proyectos paralelos: el VLT-Flames Tarantula Survey y el The Tarantula Massive Binary Monitoring. En ambos se utilizó el Very Large Telescope, del Observatorio Europeo Austral (ESO), para realizar las observaciones. Este hallazgo fue considerado tan importante que motivó incluso observaciones realizadas con el disputado Telescopio Espacial Hubble.

Fábrica de elementos
El Big Bang, el evento que marca el inicio del Universo, produjo en cantidades significativas únicamente dos elementos: hidrógeno y helio. Habría sido de esos átomos primordiales que surgieron las primeras estrellas, congregadas a partir de nubes gaseosas por la fuerza gravitacional. A medida que la masa empieza a contraerse debido a la gravedad en el centro de la estrella, la presión y la temperatura internas se vuelven tan grandes que los núcleos de hidrógeno empiezan a fundirse y forman helio. Esa reacción produce la energía del astro. Con todo, cuando el hidrógeno se agota en el centro de la estrella, el proceso recomienza con elementos cada vez más pesados. Primeramente helio, después oxígeno y así cuesta arriba por la tabla periódica hasta llegar al hierro.

Cuanta más masa tiene una estrella, mayores son la presión y la temperatura internas, y mayor es la capacidad de producir elementos pesados. Al final de su vida, cuando la fusión nuclear ya no es posible, las estrellas de tipo O desaparecen en violentas explosiones conocidas como supernovas. Esos eventos producen todos los elementos situados arriba del hierro. Merced a ese ciclo promovido por las estrellas hace más de 13 mil millones de años, surgieron los átomos que componen la Tierra y sus habitantes.

No obstante, los detalles de las proporciones de producción de esos elementos aún están lejos de conocerse. “Los astrónomos suelen hacer la contabilidad de la producción de los elementos químicos admitiendo que las estrellas están aisladas”, afirma Damineli. “Descubrimientos como la VFTS 352 requieren que se rehagan las cuentas teniendo en cuenta la elevada duplicidad de las estrellas de alta masa.”

En su estadio final, el sistema VFTS 352 puede producir lo que los astrónomos conocen como una explosión de rayos gamma de larga duración. “Estos objetos, cuando explotan a 12 mil millones de años luz de nosotros, llegan a interrumpir las telecomunicaciones en caso de que su eje de rotación se ubique en nuestra dirección”, dice Damineli. “De morir así, al estar a menos de 200 mil años luz de nosotros, más que un espectáculo, ese sistema será un potencial problema para posibles planetas habitados que se ubique en la dirección del haz de rayos gamma.”

Apuntados hacia la Tierra, los rayos gamma no llegarían a atravesar la atmósfera, pero podrían destruir la capa de ozono y así exponer la vida a los nocivos rayos solares ultravioleta. Esto muestra de qué modo ciertos eventos astrofísicos pueden ser hostiles para la vida, aun cuando se encuentren a distancias gigantescas. Con todo, Leonardo Almeida recuerda que ese evento sólo ocurrirá a millones de años: “Y la probabilidad de que el haz de rayos gamma se ubique en nuestra dirección es muy pequeña”.

Proyecto
Distancias precisas de conglomerados jóvenes a través de binarias eclipsantes masivas (nº 2012/09716-6); Modalidad Beca de Posdoctorado; Investigador responsable Augusto Damineli (IAG-USP); Beneficiario Leonardo Almeida; Inversión R$ 239.299,28 y US$ 44.400,05.

Artículo científico
ALMEIDA, L. A. et al. Discovery of the massive overcontact binary VFTS 352: Evidence for enhanced internal mixing. Astrophysical Journal. En prensa.

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