Astrónomos develan el "corazón" de Eta Carinae

Un grupo internacional de científicos –con la participación de brasileños– obtuvo las imágenes con mayor resolución logradas hasta ahora de esa estrella gigante. Con ellas fue posible observar estructuras inesperadas

Por Elton Alisson  |  Agência FAPESP – Un grupo internacional de astrónomos que cuenta con la participación de brasileños obtuvo las imágenes con la mayor resolución lograda hasta ahora de Eta Carinae, un sistema estelar binario –con dos estrellas masivas que orbitan una alrededor de la otra– situado a casi ocho mil años luz de la Tierra, en la Nebulosa de la Quilla.

A través de estas imágenes, el grupo de astrónomos logró observar estructuras nuevas e inesperadas en esa estrella binaria, incluso una región situada entre ambas estrellas donde los vientos estelares entran en colisión a velocidades extremadamente elevadas.

“Las actuales observaciones permitieron mapear la zona de colisión de esos vientos estelares y cerciorarnos de que efectivamente entendemos los parámetros básicos de ese sistema binario”, declaró Augusto Damineli, docente del Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas de la Universidad de São Paulo (IAG-USP), en Brasil, a Agência FAPESP.

El investigador, quien desde hace más de 20 años se ha dedicado a estudiar –con el apoyo de la FAPESP– fenómenos misteriosos relacionados con Eta Carinae, es uno de los tres autores brasileños del estudio, publicado en la revista Astronomy & Astrophysics.

Los otros dos son Mairan Macedo Teodoro, investigador del Goddard Space Flight Center de la agencia espacial estadounidense (Nasa) –quien realizó un doctorado y un posdoctorado con Beca de la FAPESP–, y José Henrique Groh de Castro Moura, docente del Trinity College Dublin, en Irlanda, quien también realizó un doctorado directo con una Beca FAPESP y, al igual que Macedo Teodoro, fue dirigido por Damineli.

De acuerdo con los investigadores, las dos estrellas de Eta Carinae son tan luminosas que su luz empuja a los átomos de sus superficies formando vientos estelares mucho más rápidos y densos que los del Sol.

Esos vientos entran en colisión violentamente en el turbulento espacio existente entre ambas estrellas, a velocidades que pueden llegar a los 10 millones de kilómetros (km) por hora.

El efecto combinado de los vientos estelares chocándose a velocidades extremas hace que las temperaturas en esa zona aumenten millones de grados Celsius y que ocurran intensos “diluvios” de rayos X.

Sin embargo, la región situada entre las dos estrellas donde los vientos estelares entran en colisión es sumamente pequeña, lo cual impide que telescopios ubicados tanto en el espacio como en suelo obtengan imágenes detalladas.

Mediante técnicas avanzadas de interferometría de base larga en el rango del infrarrojo –que combinan haces de luz que se recolectan a partir de un mismo objeto astronómico desde varios telescopios para poder analizarlos con mayor grado de detalle–, los científicos lograron observar por primera vez esas zonas de colisión de vientos estelares.

Para ello utilizaron un instrumento llamado Amber, instalado en el Very Large Telescope Interferometer (VLTI) del Observatorio Paranal, perteneciente a la European Organization for Astronomical Research in the Southern Hemisphere (ESO), en el desierto de Atacama, en Chile, además de tres de los cuatro telescopios auxiliares del Very Large Telescope (VLT), con un espejo de 1,8 metros de diámetro, que se desplazaban a distintas distancias hasta 130 metros.

De ese modo lograron aumentar 100 veces el poder de resolución que tiene uno de los telescopios principales del VLT, y obtener por primera vez imágenes directas con una agudeza 50 mil veces mayor que la del ojo humano, tanto del viento que circunda a la estrella primaria de Eta Carinae como de la zona de colisión entre los vientos.

Y mediante un efecto denominado Doppler –que los astrónomos utilizan para calcular de manera precisa cuán rápido se alejan o se acercan a la Tierra las estrellas y otros objetos astronómicos–, obtuvieron imágenes de los vientos estelares a distintas velocidades.

De ese modo lograron medir la velocidad y la densidad de esos vientos y compararlas con un modelado computacional de las colisiones.

“Las imágenes que obtuvimos mediante el efecto Doppler muestran la colisión de los vientos estelares a distintas velocidades”, dijo Damineli. “Así fue como pudimos reconstruir la forma de las paredes de la cavidad formada por la colisión desde su ápex [el punto situado entre las dos estrellas donde el choque es más fuerte] hasta zonas mucho más lejanas”, explicó.

 (ESO, Digitized Sky Survey 2, A. Fuji, Nick Risinger (skysurvey.org), ESA/Hubble, T. Preibisch)

La orientación de la órbita

De acuerdo con el investigador, en el momento se en que se registraron las imágenes de Eta Carinae, las dos estrellas aún se estaban acercando una a otra en dirección al periastro –el punto de la órbita donde se encuentran más cerca del astro alrededor del cual gravitan– y la cavidad formada por la colisión de los vientos estelares se encontraba abierta en la dirección de los telescopios.

Con base en esta configuración, los científicos infirieron que, al llegar al periastro, la estrella secundaria pasa por detrás de la primaria y hace que el sistema binario asuma una orientación de órbita que Damieli y sus colaboradores ya preveían en estudios publicados desde 1997, pero de forma indirecta.

“Durante la última década, algunos astrónomos que estudian a Eta Carinae insistían en invertir la orientación de órbita del sistema binario. Ahora no quedan más dudas de que estábamos en lo cierto”, sostuvo.

Los científicos también observaron en las imágenes una inesperada forma en veleta en la región donde el viento de la estrella menor y más cálida de Eta Carinae choca con el viento más denso de la estrella mayor.

El viento de la estrella menor es menos denso, pero mucho más veloz que el de la primaria: llega a los 3.000 km por segundo, según estimaron.

Con base en esas velocidades de los vientos estelares, ahora esperan que sea posible crear modelos computacionales más precisos de la estructura interna de Eta Carinae y comprender de qué modo pierden masa las estrellas extremadamente masivas a medida que evolucionan.

“Como la estrella secundaria de Eta Carinae es entre 200 y 300 veces más débil que la primaria, no podemos verla directamente con la cámara Amber”, afirmó Damineli. “Pero esto sería posible con la cámara Gravity, que entrará en operación en breve en el VLTI”, estimó.

Con su mayor sensibilidad, esa cámara permitirá que los astrónomos obtengan imágenes interferométricas de objetos astronómicos con mayor precisión aún y en un rango de longitudes de onda también mayor.

De este modo, será posible seguir a la estrella secundaria de Eta Carinae punto por punto, en el transcurso de una órbita de 5,5 años, y trazar su elipse, afirmó Damineli.

“Cuando se concrete esto, finalmente podremos saber ‘el peso’ de la estrella secundaria. La masa constituye el parámetro más fundamental de una estrella”, sostuvo.

Puede leerse el artículo intitulado VLTI-Amber velocity-resolved aperture-synthesis imaging of Carinae with a spectral resolution of 12 000. Studies of the primary star wind and innermost wind-wind collision zone (doi: 10.1051/0004-6361/201628832), de Weigelt y otros, en la revista Astronomy & Astrophysics, en: aanda.org/articles/aa/abs/2016/10/aa28832-16/aa28832-16.html.