Contemplando una corriente espiral de polvo estelar en un sistema binario

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 estelar recién formado que se desprende del masivo y evolucionado sistema estelar binario Wolf-Rayet (WR) 112.

Los sistemas estelares binarios masivos, as√≠ como las explosiones de supernovas, est√°n considerados fuentes de polvo en el Universo desde sus inicios, pero el proceso de producci√≥n y la cantidad de polvo expulsado son todav√≠a cuestiones abiertas. WR 112 es un sistema binario compuesto por una estrella masiva en la √ļltima etapa de la evoluci√≥n estelar que pierde una gran cantidad de masa y otra estrella masiva en la secuencia principal. Se espera que se forme polvo en la regi√≥n donde los vientos estelares de estas dos estrellas est√°n interactuando. El estudio revela el movimiento de la salida del polvo del sistema e identifica a WR 112 como una f√°brica de polvo altamente eficiente que produce toda una masa terrestre de polvo cada a√Īo.

La formaci√≥n de polvo, que se aprecia habitualmente en los suaves flujos de salida de las estrellas fr√≠as 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 interact√ļan los r√°pidos vientos de dos estrellas masivas en una binaria.

“Cuando los dos vientos chocan, se desata el infierno, incluyendo la liberaci√≥n de copiosos rayos X, pero tambi√©n la (a primera vista sorprendente) creaci√≥n de cuantiosas cantidades de part√≠culas de polvo basadas en el carbono en aquellos sistemas binarios en los que una de las estrellas ha evolucionado hasta la combusti√≥n del helio, lo que produce un 40% de carbono en sus vientos”, dice el coautor Anthony Moffat (Universidad de Montreal). Este proceso de formaci√≥n de polvo es exactamente lo que est√° ocurriendo en el WR 112.

Este fen√≥meno de formaci√≥n 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 m√°s compleja que un simple patr√≥n de remolino. D√©cadas de observaciones en m√ļltiples longitudes de onda presentaron interpretaciones conflictivas del polvoriento flujo de salida y el movimiento orbital de WR 112. Despu√©s de casi 20 a√Īos de incertidumbre respecto a WR 112, las im√°genes del instrumento COMICS en el telescopio Subaru tomadas en octubre de 2019, proporcionaron la √ļltima – e inesperada – pieza del rompecabezas.

“Publicamos un estudio en 2017 sobre WR 112 que suger√≠a que la nebulosa polvorienta no se mov√≠a en absoluto, as√≠ que pens√© que nuestra observaci√≥n con el COMICS lo confirmar√≠a”, explic√≥ el autor principal Ryan Lau (ISAS/JAXA). “Para mi sorpresa, la imagen del COMICS revel√≥ que la envoltura de polvo se hab√≠a movido desde la √ļltima imagen que tomamos con el VLT en 2016. Me confundi√≥ tanto que no pude dormir despu√©s de la observaci√≥n. Segu√≠ hojeando las im√°genes hasta que finalmente registr√© en mi cabeza que la espiral parec√≠a estar cayendo hacia nosotros”.

Lau colabor√≥ 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. “Compart√≠ las im√°genes de WR 112 con Peter y Yinuo, y ellos fueron capaces de producir un asombroso modelo preliminar que confirm√≥ que la polvorienta corriente en espiral est√° girando en nuestra direcci√≥n a lo largo de nuestra l√≠nea de visi√≥n”, dijo Lau.

El aspecto de las im√°genes del modelo muestra un notable acuerdo con las im√°genes reales de WR 112. Los modelos y la serie de observaciones de im√°genes revelaron que el per√≠odo de rotaci√≥n de esta polvorienta espiral (y el per√≠odo orbital del sistema binario central) es de 20 a√Īos.

Con la imagen revisada de WR 112, el equipo de investigaci√≥n pudo deducir cu√°nto polvo est√° formando este sistema binario. “Las espirales son patrones repetitivos, as√≠ que dado que entendemos cu√°nto tiempo lleva formar una vuelta completa de espiral (~20 a√Īos), podemos realmente rastrear la edad del polvo producido por las estrellas binarias en el centro de la espiral”, dice Lau. Se√Īala que “hay polvo reci√©n formado en el n√ļcleo central de la espiral, mientras que el polvo que vemos que est√° a 4 vueltas tiene unos 80 a√Īos”.

Para su sorpresa, el equipo encontr√≥ que WR 112 es una f√°brica de polvo altamente eficiente que lo produce polvo a una tasa de 3×10-6 masas solares por a√Īo, lo que equivale a producir una masa terrestre entera de polvo cada a√Īo. Esto era inusual dado el per√≠odo orbital de 20 a√Īos de WR 112 (los productores de polvo m√°s eficientes en este tipo de sistema estelar binario, WR, tienden a tener per√≠odos orbitales m√°s cortos. de menos de un a√Īo. como WR 104. con su per√≠odo de 220 d√≠as). 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 m√°s all√° de la nuestra. (Fuente: NCYT Amazings)