Un remanente estelar revela pistas sobre el polvo cósmico perdido

La Nebulosa de la Mariposa, también conocida como la Nebulosa del Jet Doble, es un ejemplo de la llamada nebulosa planetaria bipolar. El objeto de este estudio, K4-47, es mucho menos conocido, pero puede ser similar en apariencia. Al no tener nada que ver con planetas, una nebulosa planetaria es una cáscara de gas y polvo brillante, a menudo colorida, arrojada al espacio por una estrella moribunda a gran velocidad. (Imagen: ESA / Hubble y NASA / Judy Schmidt)

El origen del polvo estelar, que constituye la mayor parte de la materia en nuestro sistema solar, incluyéndonos a nosotros, es más complicado de lo que se pensaba, según nuevas observaciones de un objeto misterioso a 15.000 años luz de la Tierra. 

Todo lo que te rodea, tu escritorio, tu ordenador portátil, tu taza de café, de hecho, incluso tú, está hecho de polvo de estrella, el material forjado en los hornos de estrellas de fuego que murieron antes de que naciera nuestro sol. Investigando el espacio que rodea a un misterioso cadáver estelar, los científicos de la Universidad de Arizona han hecho un descubrimiento que podría ayudar a resolver un misterio de larga duración: ¿de dónde viene el polvo de estrellas? 

Partícula de polvo interplanetario de condrita porosa. Wikipedia.

Cuando las estrellas mueren, siembran el cosmos a su alrededor con los elementos que se unen para formar nuevas estrellas, planetas, asteroides y cometas. Casi todo lo que compone la Tierra, incluso la vida misma, consiste en elementos hechos por estrellas anteriores, incluyendo silicio, carbono, nitrógeno y oxígeno. Pero esta no es toda la historia. Los meteoritos comúnmente contienen vestigios de un tipo de polvo estelar que, hasta ahora, se creía que se formaba solo en eventos excepcionalmente violentos y explosivos de muerte estelar conocidos como novas o supernovas, demasiado raros para explicar la abundancia preservada en los meteoritos. 

Investigadores de la UA utilizaron radiotelescopios en Arizona y España para observar nubes de gas en la joven nebulosa planetaria K4-47, un objeto enigmático a aproximadamente 15,000 años luz de la Tierra. Clasificada como una nebulosa, K4-47 es un remanente estelar, que los astrónomos creen que se creó cuando una estrella, a diferencia de nuestro sol, arroja parte de su material en una capa de gas que sale antes de terminar su vida como una enana blanca. 

A 15.000 años luz, el objeto K4-47 está aproximadamente siete veces más lejos que la nebulosa Twin Jet, lo que dificulta mucho la imagen. Según lo que los científicos han aprendido sobre K4-47 hasta el momento, puede tener una estructura similar de dos lóbulos que se extienden desde la enana blanca en el centro. (Imagen: Sloan Digital Sky Survey)

Para su sorpresa, los investigadores descubrieron que algunos de los elementos que forman la nebulosa, carbono, nitrógeno y oxígeno, están altamente enriquecidos con ciertas variantes que coinciden con las abundancias observadas en algunas partículas de meteoritos, pero son raras en nuestro sistema solar: llamados isótopos pesados ​​de carbono, nitrógeno y oxígeno, o ¹³C,  ¹⁵N y ¹⁷O, respectivamente. Estos isótopos difieren de sus formas más comunes al contener un neutrón extra dentro de su núcleo. 

La fusión de un neutrón adicional en un núcleo atómico requiere temperaturas extremas de más de 200 millones de grados Fahrenheit, lo que lleva a los científicos a concluir que esos isótopos solo podrían formarse en las novas (arrebatos violentos de energía en los sistemas estelares binarios envejecidos) y supernovas, en las que sopla una estrella y se separa en una cataclísmica explosión. 

"Los modelos que invocan solo novas y supernovas nunca podrían explicar las cantidades de ¹⁵N y ¹⁷O que observamos en muestras de meteoritos", dijo Lucy Ziurys, autora principal del artículo, que aparece en la edición del 20 de diciembre de la revista Nature. "El hecho de que estemos encontrando estos isótopos en K4-47 nos dice que no necesitamos extrañas estrellas exóticas para explicar su origen. Resulta que las estrellas de variedad de tipo común también son capaces de producirlos". 

En lugar de cataclísmicos eventos explosivos que forjan isótopos pesados, el equipo sugiere que podrían producirse cuando una estrella de tamaño medio como nuestro sol se vuelve inestable hacia el final de su vida y se somete a un llamado "flash de helio", en el que el helio super caliente desde el núcleo de la estrella se perfora a través de la cubierta de hidrógeno superpuesta. 

"Este proceso, durante el cual el material debe ser expulsada y enfriada rápidamente, produce ¹³C,  ¹⁵N y ¹⁷O explicó Ziurys, un profesor con citas duales en el Observatorio Steward y en el Departamento de Química y Bioquímica de la UA. "Un destello de helio no destroza la estrella como lo hace una supernova. Es más como una erupción estelar". 

Los hallazgos tienen implicaciones para la identificación del polvo estelar y la comprensión de cómo las estrellas comunes crean elementos como el oxígeno, el nitrógeno y el carbono, dijeron los autores. 

El descubrimiento fue posible gracias a una colaboración entre disciplinas que tradicionalmente se han mantenido relativamente separadas: astronomía y cosmoquímica. El equipo utilizó radiotelescopios en el Radio Observatory de Arizona y en el Instituto de Radioastronomía Militar (IRAM) para observar los espectros de rotación emitidos por las moléculas en la nebulosa K4-47, que revelan pistas sobre su distribución de masa y su identidad. 

"Cuando Lucy y yo empezamos a colaborar en este proyecto, nos dimos cuenta de que podíamos conciliar lo que hemos encontrado en los meteoritos y lo que observamos en el espacio", dijo el co-autor Tom Zega, profesor asociado de cosmoquímica, materiales planetarios y la astrobiología en el laboratorio planetario y Lunar de la UA. 

Los investigadores están esperando ansiosamente los descubrimientos que se avecinan para la misión de retorno de muestras de asteroides OSIRIS-REx de la NASA, que está liderada por la UA. Hace solo dos semanas, la nave espacial llegó a su asteroide objetivo, Bennu, del cual recolectará una muestra de material prístino en 2020. Uno de los objetivos principales de la misión es comprender la evolución de Bennu y los orígenes del sistema solar. 

"Se puede pensar en los granos que encontramos en los meteoritos como cenizas estelares, dejadas por las estrellas que murieron cuando se formó nuestro sistema solar", dijo Zega. "Esperamos encontrar esos granos pre-solares en Bennu; son parte del enigma de la historia de este asteroide, y esta investigación ayudará a definir de dónde proviene el material de Bennu". 

"Ahora podemos rastrear de dónde provienen esas cenizas", agregó Ziurys. "Es como una arqueología del polvo de estrellas". 

"El estudio del helio explosivo que se quema dentro de las estrellas iniciará un nuevo capítulo en la historia del origen de los elementos químicos", dijo Neville "Nick" Woolf, profesor emérito del Observatorio Steward y el cuarto coautor. 

La primera autora del artículo es Deborah Schmidt , una estudiante de doctorado en el Observatorio Steward. 

Esta investigación fue financiada por la Fundación Nacional de Ciencia (Grant No. AST-1515568) y la NASA (Acuerdo No. NNX15AD94G). 

Fuente: Daniel Stolte University of Arizona, Wikipedia,