Descubrimiento de una nebulosa planetaria estructuralmente 'vuelta del revés'

Nebulosa planetaria HuBi 1 (izquierda) y otra nebulosa planetaria Abell39 (derecha, a 6800 años luz de distancia de nuestro sistema solar). Abell39 es un caso de libro de texto arquetípico de una nebulosa esférica que rodea una estrella central brillante (una enana blanca), su nebulosa se compone de gas ionizado rico en hidrógeno. HuBi 1, su estrella central sufrió un evento "nacido de nuevo" que expulsa material rico en metales a la antigua nebulosa rica en hidrógeno, tiene una estructura de doble capa: una capa externa rica en hidrógeno y una capa interna rica en nitrógeno. (Imagen HuBi 1 adoptada de Guerrero, Fang, Miller Bertolami, y otros, 2018, Nature Astronomy , tmp, 112. Crédito de imagen para Abell39: Telescopio WIYN de 3.5m, Observatorio Astronómico Óptico Nacional, NSF. URL: https: // www.noao.edu).

El Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) en España, el Laboratorio de Investigación Espacial (LSR) de la Universidad de Hong Kong (HKU) y un equipo internacional integrado por científicos de Argentina, México y Alemania han descubierto la evolución inusual de la estrella central de una nebulosa planetaria en nuestra Vía Láctea. Este descubrimiento extraordinario arroja luz sobre la evolución futura y, lo que es más importante, el destino final del sol. 

El descubrimiento de una nebulosa planetaria estructuralmente "de adentro hacia afuera" — el material ionizado que rodea a una enana blanca — se sido publicado en línea en Nature Astronomy . Este es también el octavo trabajo de investigación producido por HKU LSR con sus colaboradores internacionales en las revistas Nature desde 2017. 

El equipo de investigación cree que esta estructura de ionización invertida de la nebulosa es el resultado de la estrella central que experimenta un evento 'de renacimiento, expulsando material de su superficie y creando un choque que excita el material nebular. 

Izquierda: imagen compuesta de color de la nebulosa planetaria (PN) HuBi 1 obtenida en el telescopio óptico nórdico de 2,5 metros; el color rojo es la emisión de la línea [N II] l6583 y el verde es Ha l6563.  Derecha: secuencia evolutiva de un progenitor PN (con una masa inicial de 1.1 masas solares) que experimenta un pulso térmico muy tardío (VLTP). El panel superior derecho muestra la pista evolutiva en el diagrama de Hertzsprung-Russell (HR); el símbolo rojo marca la ubicación actual de la estrella central de HuBi 1. El panel inferior derecho muestra la evolución en el tiempo de la rama gigante asintótica (post-AGB) de la temperatura central de la estrella ( T eff); el origen del tiempo se establece en el momento del evento VLTP; las líneas de puntos rojos marcan la incertidumbre en TEf. Las imágenes fueron adoptadas de Guerrero, Fang, Miller Bertolami, et al. (2018, Nature Astronomy , tmp, 112).

Las nebulosas planetarias son nubes de gas ionizadas formadas por las envolturas ricas en hidrógeno de estrellas de masa baja e intermedia expulsadas en etapas evolutivas tardías. A medida que estas estrellas envejecen, generalmente se despojan de sus capas externas, formando un "viento". A medida que la estrella pasa de su fase gigante roja a convertirse en una enana blanca, se vuelve más caliente y comienza a ionizar el material en el viento circundante. Esto hace que el material gaseoso más cercano a la estrella se ionice altamente, mientras que el material de gas que está más alejado es menos. 

Estudiando la nebulosa planetaria HuBi 1 (a 17.000 años luz de distancia y casi 5 billones de años por delante de nuestro sistema solar en evolución), sin embargo, el Dr. Martín Guerrero et al. encontró lo contrario: las regiones internas de HuBi 1 están menos ionizadas, mientras que las regiones externas estan más. Analizando la estrella central, con la participación de los mejores astrofísicos teóricos, los autores descubrieron que es sorprendentemente fría y rica en metales, y se desarrolló a partir de una estrella progenitora de baja masa que tiene una masa de 1,1 veces la del Sol. 

Los autores sugieren que la nebulosa interna fue excitada por el paso de una onda de choque causada por la materia de eyección de estrellas inusualmente tarde en su evolución. El material estelar se enfrió para formar polvo circunestelar, oscureciendo la estrella; esto explica bien por qué el brillo óptico de la estrella central ha disminuido rápidamente en los últimos 50 años. En ausencia de fotones ionizantes de la estrella central, la nebulosa externa ha comenzado a recombinarse, volviéndose neutral. Los autores concluyen que, como HuBi 1 tenía aproximadamente la misma masa que el Sol, este hallazgo proporciona una idea de un futuro potencial para nuestro sistema solar. 

El Dr. Xuan Fang, coautor del artículo y becario postdoctoral en HKU LSR y el Departamento de Física, dijo que el extraordinario descubrimiento resuelve una cuestión de larga duración sobre el camino evolutivo de las estrellas centrales ricas en metales de las nebulosas planetarias. El Dr. Fang ha estado observando la evolución de HuBi 1 desde principios de 2014 utilizando en España el telescopio opctico insignia nórdico y fue uno de los primeros astrofísicos en descubrir su estructura de ionización invertida. 

Desde 2014, el Dr. Xuan Fang ha estado observando la evolución de HuBi 1 utilizando el telescopio insignia nórdico del telescopio español.

Quien dijo: "Después de observar la estructura de ionización invertida de HuBi 1 y la naturaleza inusual de su estrella central, buscamos con más cuidado los motivos en colaboración con los mejores astrofísicos teóricos del mundo. Luego nos dimos cuenta de que habíamos capturado HuBi 1 en el momento exacto en que su estrella central sufrió un breve proceso de "renacimiento" para convertirse en una estrella pobre en hidrógeno [WC] y rica en metales, que es muy rara en evolución de las estrellas enanas blancas". 

El Dr. Fang, sin embargo, dijo que el descubrimiento no alteraría el destino de la Tierra. Comentando: "Nuestros hallazgos sugieren que el Sol también puede experimentar un proceso de 'renacimiento' mientras se está extinguiendo en unos 5 mil millones de años a partir de ahora; pero mucho antes de ese evento, nuestra Tierra se verá envuelta por el Sol cuando se convierta en una super gigante roja y no sobrevivirá nada que este vivo ". 

La nebulosa planetaria HuBi 1 muestra una estructura de doble capa: una capa externa rica en hidrógeno y una capa interna rica en nitrógeno, después de que su estrella central experimentó un evento "nacido de nuevo". (Imagen adoptada de Guerrero, Fang, Miller Bertolami, et al., 2018, Nature Astronomy , tmp, 112).

HKU LSR Director interino El profesor Quentin Parker está excepcionalmente satisfecho con los resultados de esta colaboración internacional. Quien dijo: "Estoy encantado con esta última contribución importante del Dr. Xuan Fang, quien jugó un papel clave en este descubrimiento muy inusual del proyecto internacional. Este emocionante resultado en el área de las estrellas evolucionadas se suma a otros hallazgos impresionantes que los miembros de la LSR han estado produciendo en los últimos dos años en astrofísica e investigación de la ciencia planetaria. Demuestra una vez más que el universo todavía tiene sorpresas para nosotros. El LSR tiene una excelente y creciente reputación en la evolución estelar en etapa tardía, la astrofísica de alta energía y las ciencias planetarias, y espero que esto continúe ". 

Fuentes: Universidad de Hong Kong,