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17 jun 2020

Radiotelescopios revelan atmósfera supergigante de Antares

Un equipo internacional de astrónomos generó el mapa más detallado a la fecha de la atmósfera de la estrella supergigante roja Antares. La sensibilidad y capacidad de resolución sin precedentes tanto del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) como del Karl G. Jansky Very Large Array(VLA), de la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos, permitió revelar el tamaño y la temperatura de la atmósfera desde la capa que se encuentra justo encima de la superficie hasta la zona de vientos, pasando por toda su cromosfera.
 

Representación artística de la atmósfera de Antares. (Foto: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), E. O’Gorman; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello)

Las estrellas supergigantes rojas como Antares y su prima más famosa, Betelgeuse, son estrellas enormes y relativamente frías que están llegando al final de su vida. En algún momento se quedarán sin combustible, colapsarán y se convertirán en supernovas. A través de sus fuertes vientos estelares, estas estrellas lanzan elementos pesados al espacio, desempeñando así un importante papel a la hora de esparcir los componentes básicos de la vida por el Universo. Pero la causa de estos fuertes vientos aún es una incógnita. Un estudio detallado de la atmósfera de Antares, la estrella supergigante más cercana a la Tierra, aportó pistas cruciales para resolver el misterio.

El mapa de Antares generado gracias a ALMA y el VLA es el mapa de radio más detallado que se haya obtenido a la fecha de una estrella que no sea el Sol. ALMA observó Antares cerca de su superficie (su fotosfera óptica) en longitudes de onda más cortas, mientras que las longitudes de onda más largas observadas por el VLA revelaron la atmósfera de la estrella, más lejos de la superficie. En la luz visible Antares parece tener un diámetro aproximadamente 700 veces más grande que el Sol. Pero cuando ALMA y el VLA revelaron su atmósfera en ondas de radio, se descubrió que esta estrella supergigante es más grande aún.

“El tamaño de una estrella puede variar drásticamente en función de la longitud de ondas a la que se observa”, explica Eamon O’Gorman, del Instituto de Estudios Avanados de Dublín (Irlanda) y autor principal del estudio, publicado el 16 de junio en la revista Astronomy & Astrophysics. “Las longitudes de onda más largas observadas por el VLA revelaron que la atmósfera de la supergigante tiene cerca de 12 veces su radio”.

Los radiotelescopios midieron la temperatura de la mayor parte del gas y el plasma de la atmósfera de Antares. Lo más notorio fue la temperatura de la cromosfera, la zona que se encuentra sobre la superficie y es calentada por los campos magnéticos y ondas de choque generados por las turbulentas convecciones de la superficie estelar, que recuerdan los movimientos burbujeantes del agua guando hierve. Es poco lo que se sabe sobre las cromosferas, y esta es la primera vez que se observa esta zona en ondas de radio.

Gracias a ALMA y al VLA, los científicos descubrieron que la cromosfera tiene 2,5 veces el radio de la estrella (la cromosfera de nuestro Solo tiene solo 1/200 de su radio). Asimismo, descubrieron que la temperatura de la cromosfera es más baja de lo que se había inferido anteriormente a partir de observaciones ópticas y ultravioletas, y alcanza un valor máximo de 3.500 grados Celsius (6.400 grados Fahrenheit), antes de descender gradualmente. En comparación, la cromosfera del Sol alcanza temperaturas de casi 20.000 grados Celsius.

“No dimos cuenta de que la cromosfera es más bien tibia en términos de temperaturas estelares”, comenta O’Gorman. “La diferencia se debe a que nuestras mediciones de radio son sensibles a la mayor parte del gas y el plasma de la atmósfera de la estrella, mientras que las observaciones ópticas y ultravioletas realizadas anteriormente eran sensibles únicamente al plasma y al gas muy calientes”.

“Creemos que las estrellas supergigantes rojas como Antares y Betelgeuse tienen atmósferas poco homogéneas”, afirma el coautor del artículo Keiichi Ohnaka, de la Universidad Católica del Norte (Chile), quien anteriormente había observado la atmósfera de Antares en luz infrarroja. “Podemos imaginar que sus atmósferas son como una pintura hecha de muchos puntos de colores que representan distintas temperaturas. La mayor parte de la pintura contiene puntos de gas tibio que los radiotelescopios no pueden detectar, pero también hay puntos fríos que solo los telescopios infrarrojos ven y puntos calientes que solo son captados por los telescopios UV. Por el momento no podemos estudiar estos puntos de forma individual, pero queremos intentarlo en el futuro”.

En los datos de ALMA y del VLA, los astrónomos pudieron distinguir claramente por primera vez la cromosfera y la zona donde empiezan a formarse los vientos. En la imagen del VLA se aprecia un enorme viento expulsado por Antares y encendido por su estrella compañera, más pequeña y caliente, Antares B.

“Cuando era estudiante soñaba con tener datos como estos”, cuenta el coautor Graham Harper, de la Universidad de Colorado (Boulder, EE. UU.). “Conocer los tamaños y temperaturas reales de las zonas atmosféricas nos da una pista sobre cómo estos vientos se forman y cuánta masa es expulsada”.“Normalmente vemos las estrellas en el cielo nocturno como simples puntos de luz. El hecho de que podamos mapear las atmósferas de estas estrellas supergigantes pone de manifiesto los avances tecnológicos logrados en interferometría. Estas observaciones pioneras nos acercan el Universo, y nos permite observarlo como si estuviéramos observando nuestro jardín”, celebra Chris Carilli, del Observatorio Radioastronómico Nacional de Estados Unidos, quien participó en las primeras observaciones de Betelgeuse en distintas longitudes de onda de radio con el VLA en 1998.

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