Astrónomos impactados por la histórica explosión estelar de Eta Carinae

Las observaciones del Gémini Sur y otros telescopios en Chile desempeñaron un papel fundamental en la comprensión de los ecos de luz de una erupción estelar que ocurrió hace casi 200 años. La espectroscopía de Gemini muestra que el material expulsado de la explosión es el más rápido que se haya visto en una estrella que permaneció intacta. 

¡Imagina viajar a la Luna en solo 20 segundos! Así es como el material rápido de una erupción estelar de 170 años de edad se alejó de la estrella inestable, eruptiva y extremadamente masiva Eta Carinae. 

Los astrónomos concluyen que este es el gas más rápido que se haya expulsado mediante un estallido estelar y que no resultó en la aniquilación completa de la estrella. 

El estallido, de la estrella más luminosa conocida en nuestra galaxia, liberó casi tanta energía como una típica explosión de supernova que hubiera dejado un cadáver estelar. Sin embargo, en este caso, se mantuvo el sistema doble estelar jugando un papel crítico en las circunstancias que llevaron a la explosión colosal. 

Esta secuencia de imágenes muestra la concepción de un artista de la onda expansiva en expansión de la erupción de 1843 de Eta Carinae. La primera imagen muestra a la estrella tal como pudo haber aparecido antes de la erupción, como una estrella supergigante azul caliente rodeada por un caparazón de gas más antiguo que fue expulsado en un estallido previo hace aproximadamente 1,000 años. Luego, en 1843, Eta Carinae sufrió su explosivo estallido gigante, que creó la bien conocida nebulosa "Homúnculo" de dos lóbulos, más una onda de choque rápida que se propagaba por delante del Homúnculo. Nueva evidencia para este material rápido se informa aquí. A medida que pasa el tiempo, tanto la onda de choque más rápida como la nebulosa de Homúnculo más densa se expanden y llenan el interior de la vieja caparazón. Eventualmente, vemos que la onda expansiva más rápida comienza a alcanzar y superar partes del caparazón anterior, produciendo una brillante exhibición de fuegos artificiales que calienta el caparazón más antiguo. Crédito: Gemini Observatory/AURA/NSF/Artwork por Lynette Cook.

En los últimos siete años, un equipo de astrónomos liderados por Nathan Smith, de la Universidad de Arizona, y Armin Rest, del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, determinaron el alcance de este estallido estelar extremo al observar los ecos de luz de Eta Carinae y sus alrededores. 

Los ecos de luz ocurren cuando la luz de eventos brillantes y efímeros se refleja en las nubes de polvo, que actúan como espejos distantes que redirigen la luz en nuestra dirección. Como un eco de audio, la señal que llega de la luz reflejada tiene un retraso de tiempo después del evento original debido a la velocidad finita de la luz. En el caso de Eta Carinae, el evento brillante fue una gran erupción de la estrella que expulsó una gran cantidad de masa a mediados del siglo XIX en lo que se conoce como la "Gran Erupción". La señal retrasada de estos ecos de luz permitió a los astrónomos decodificar la luz de la erupción con los modernos telescopios e instrumentos astronómicos, a pesar de que la erupción original se vio desde la Tierra a mediados del siglo XIX. Esa época fue antes de que se inventaran las herramientas modernas como el espectrógrafo astronómico. 

"Un eco de luz es la segunda mejor opción para viajar en el tiempo", dijo Smith. "Es por eso que los ecos de luz son tan hermosos. Nos dan la oportunidad de descifrar los misterios de una rara erupción estelar que fue presenciada hace 170 años, pero utilizando nuestros modernos telescopios y cámaras. También podemos comparar esa información sobre el evento en sí con la nebulosa remanente de 170 años que fue expulsada. Esta fue una gigantesca explosión estelar de una estrella monstruo muy rara, como no había sucedido antes en nuestra Vía Láctea ". 

La Gran Erupción hizo que temporalmente Eta Carinae fuese la segunda estrella más brillante visible en nuestro cielo nocturno, superando ampliamente la producción de energía de cada otra estrella en la Vía Láctea, tras lo cual la estrella se desvaneció de la visibilidad a simple vista. El estallido expulsó material (aproximadamente 10 veces más que la masa de nuestro Sol) formando también la brillante nube de gas conocida como el Homúnculo. Este remanente con forma de pesa es visible rodeando a la estrella desde dentro de una vasta región de formación estelar. El remanente en erupción puede verse incluso en telescopios pequeños de aficionados del Hemisferio Sur de la Tierra y las regiones ecuatoriales, pero se ve mejor en las imágenes obtenidas con el Telescopio Espacial Hubble. 

Imagen en color tomada con la cámara WFPC2 del telescopio espacial Hubble, que muestra la nube de gas y polvo en forma de mancuerna alrededor de la estrella. Esta nebulosa contiene más de 10 veces la masa de nuestro Sol, que fue expulsado por Eta Carinae en la Gran Erupción del siglo XIX. Crédito de la imagen: N. Smith (Arizona) y la NASA.

El equipo utilizó instrumentos en el telescopio Gemini Sur de 8 metros, el telescopio Blanco de 4 metros del Observatorio Interamericano Cerro Tololo y el Telescopio Magellan en el Observatorio Las Campanas para decodificar la luz de estos ecos de luz y comprender las velocidades de expansión de la histórica explosión. "La espectroscopía de Gemini ayudó a precisar las velocidades sin precedentes que observamos en este gas, que registró entre 10.000 y 20.000 kilómetros por segundo", según Rest. El equipo de investigación, el Observatorio Gemini y el telescopio Blanco cuentan con el respaldo de la National Science Foundation (NSF) de EE. UU. 

"Vemos estas velocidades realmente altas todo el tiempo en explosiones de supernova donde la estrella se borra", señala Smith. Sin embargo, en este caso, la estrella sobrevivió, y explicar eso llevó a los investigadores a un nuevo territorio. "Algo debe haber arrojado mucha energía a la estrella en un corto período de tiempo", dijo Smith. El material expulsado por Eta Carinae viaja hasta 20 veces más rápido de lo esperado para los vientos típicos de una estrella masiva, por lo que, según Smith y sus colaboradores, obtener la ayuda de dos estrellas compañeras podría explicar la tremenda expulsión de flujo. 

Los investigadores sugieren que la manera más directa de explicar simultáneamente una amplia gama de hechos observados que rodean la erupción y el sistema estelar remanente es con una interacción de tres estrellas, incluyendo un evento dramático donde dos de las tres estrellas se fusionaron en una estrella monstruo. Si ese es el caso, entonces el sistema binario actual debe haber comenzado como sistema triple, siendo una de esas dos estrellas la que se tragó a su hermana. 

"Comprender la dinámica y el entorno de las estrellas más grandes de nuestra galaxia es una de las áreas más difíciles de la astronomía", dijo Richard Green, Director de la División de Ciencias Astronómicas de NSF, la principal agencia de financiación de Gemini. "Las estrellas muy masivas viven vidas cortas en comparación con estrellas como nuestro Sol, pero sin embargo atrapar a uno en el acto de un gran paso evolutivo es estadísticamente improbable. Es por eso que un caso como Eta Carinae es tan crítico, y por qué NSF apoya este tipo de investigación ". 

Chris Smith, Jefe de Misión en el Observatorio AURA en Chile y también parte del equipo de investigación agrega una perspectiva histórica. "Estoy encantado de que podamos ver ecos de luz provenientes de un evento que John Herschel observó a mediados del siglo XIX desde Sudáfrica", dijo. "Ahora, más de 150 años después, podemos mirar hacia atrás en el tiempo, gracias a estos ecos de luz, y descubrir los secretos de esta aspirante a supernova usando la moderna instrumentación de Gemini para analizar la luz de maneras que Hershel ni siquiera podría haber imaginado". 

Eta Carinae es un tipo inestable de estrella conocida como variables luminosas azules (VLA), que se encuentra a unos 7,500 años luz de la Tierra en una joven estrella que forma una nebulosa en la constelación sur de Carinae. La estrella es una de las intrínsecamente más brillantes de nuestra galaxia y brilla unos cinco millones de veces más que nuestro Sol con una masa cerca de cien veces mayor. Estrellas como Eta Carinae tienen las mayores tasas de pérdida de masa antes de explotar como supernova, pero la cantidad de masa expulsada en la Gran Erupción del siglo XIX de Eta Carinae supera a cualquier otra conocida. 

Es probable que Eta Carinae sufra una verdadera explosión de supernova en un plazo dentro del próximo medio millón de años como máximo, pero posiblemente suceda mucho antes. Se ha visto que algunos tipos de supernovas experimentan explosiones eruptivas como la de Eta Carinae en los pocos años o décadas anteriores a su explosión final, por lo que algunos astrónomos especulan que Eta Carinae podría explotar más temprano que tarde. 

Las observaciones de Gemini utilizaron el espectrógrafo Gemini Multi-Object en el telescopio Gemini Sur en Chile, usando una poderosa técnica llamada Nod and Shuffle que permite mediciones espectroscópicas muy mejoradas de fuentes extremadamente débiles al reducir los efectos contaminantes del cielo nocturno. Los nuevos resultados se presentan en dos documentos aceptados para su publicación en los Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society. 

Fuentes: Gemini, Wikipedia,