Antares una supergigante roja.

La mejor imagen de la superficie y la atmósfera de una estrella.

Visión reconstruida de la imagen de Antares.
Crédito: ESO/K. Ohnaka.

Utilizando el interferómetro del VLT (VLTI, Very Large Telescope Interferometer) de ESO, un equipo de astrónomos ha construido la imagen más detallada de una estrella obtenida hasta la fecha, la estrella supergigante roja Antares. También han realizado el primer mapa de las velocidades del material en la atmósfera de una estrella que no es el Sol, revelando inesperadas turbulencias en la enorme y extendida atmósfera de Antares. Los resultados se publican en la revista Nature.

A simple vista, la famosa y brillante estrella Antares refulge en fuertes tonos rojo en el corazón de la constelación de Escorpio (el escorpión). Es una enorme estrella supergigante roja, relativamente fría y en las últimas etapas de su vida, camino de convertirse en una supernova [1].

Ahora, un equipo de astrónomos, dirigido por Keiichi Ohnaka, de la Universidad Católica del Norte (Chile), ha utilizado el VLTI (el interferómetro del VLT, Very Large Telescope de ESO), instalado en el Observatorio Paranal, en Chile, para mapear la superficie de Antares y medir los movimientos del material superficial. Es (sin contar a nuestro Sol) la mejor imagen de la superficie y la atmósfera de una estrella que se haya obtenido hasta ahora.

El VLTI.

El VLTI es una instalación única que puede combinar la luz de hasta cuatro telescopios, ya sean las Unidades de Telescopio de 8,2 metros o los Telescopios Auxiliares, más pequeños, para crear un telescopio virtual, equivalente a un solo espejo de hasta 200 metros. Esto permite resolver detalles finos más allá de lo que puede verse con un único telescopio.

Paranal desde arriba.

Esta fotografía aérea del conjunto Very Large Telescope de ESO en la cima del Cerro Paranal a 2.600 metros de altura en el Desierto de Atacama chileno, muestra bellamente las varias estaciones para los Telescopios Auxiliares. Las estructuras mayores son los recintos para cuatro Unidades de Telescopios del VLT. En el centro está el laboratorio del Interferómetro del VLT (VLTI).

Contrariamente a otros grandes telescopios astronómicos, el VLT fue diseñado desde un principio con el uso de la interferometría como meta principal. El VLTI combina la luz capturada por dos o tres Unidades de Telescopios del VLT de 8,2 metros, aumentando drásticamente la resolución espacial y mostrando detalles finos de una amplia variedad de objetos celestiales. Sin embargo, la mayor parte del tiempo los grandes telescopios son usados para otros propósitos de investigación. Por lo tanto sólo están disponibles para observaciones interferométricas durante una cantidad limitada de noches cada año. Así, para aprovechar el VLTI cada noche y para lograr el potencial total de este complejo único, algunos otros telescopios dedicados (más pequeños: de 1,8 metros de diámetro) fueron incluidos en el concepto general de VLT. Estos telescopios, conocidos como los Telescopios Auxiliares del VLTI (ATs), están montados sobre rieles y pueden ubicarse en posiciones de observación o “estaciones” ubicadas en la plataforma del observatorio, que son visibles en la fotografía a lo largo de las líneas. Desde estas posiciones sus rayos de luz son alimentados al laboratorio VLTI a través de un complejo sistema de espejos reflectantes montados en un sistema subterráneo de túneles.

Esta fotografía tomada en 2005 muestra sólo dos de los cuatro ATs que actualmente están operativos. El recinto en la parte superior derecha de la fotografía pronto albergará al VLT Survey Telescope (VST).

Crédito:

ESO/G.Hüdepohl 

Mapa del movimiento del material en la superficie
de la estrella supergigante roja Antares.

"Durante la última mitad del siglo, ha sido complicado saber cómo pierden su masa de una forma tan rápida estrellas que, como Antares, están en la fase final de su evolución", afirmó Keiichi Ohnaka, quien también es el autor principal del artículo. "El VLTI es la única instalación que podía permitirnos medir directamente los movimientos del gas en la atmósfera de Antares, un paso crucial para aclarar este problema. El próximo desafío es identificar qué es lo que está impulsando los movimientos turbulentos".

Con los nuevos resultados, el equipo ha creado el primer mapa de dos dimensiones de la velocidad de la atmósfera de una estrella que no es el Sol. Lo hicieron utilizando el VLTI con tres de los Telescopios Auxiliares y un instrumento llamado AMBER para hacer imágenes individuales de la superficie de Antares sobre un rango pequeño de longitudes de onda infrarrojas. Luego, el equipo utilizó estos datos para calcular la diferencia entre la velocidad de los gases atmosféricos en diferentes posiciones en la estrella y la velocidad media de toda la estrella [2]. Esto dio lugar a un mapa de la velocidad relativa de los gases atmosféricos a través de todo el disco de Antares: el primero jamás creado para una estrella que no fuera el Sol.

Los astrónomos detectaron gas turbulento y de baja densidad mucho más alejado de la estrella que lo predicho y concluyeron que el movimiento no podría ser resultado de la convección [3], la cual transfiere radiación desde el núcleo hacia la atmósfera exterior de muchas estrellas. Entienden que, para explicar estos movimientos en la atmósfera extendida de supergiantes rojas como Antares, sería necesario un proceso nuevo y actualmente desconocido.

"En el futuro, esta técnica de observación se puede aplicar a diferentes tipos de estrellas para estudiar sus superficies y atmósferas con un detalle sin precedentes. Hasta ahora, esto se había limitado solo al Sol", concluye Ohnaka. “Nuestro trabajo lleva a la astrofísica estelar a una nueva dimensión y abre una ventana completamente nueva para observar estrellas”.

VLTI-AMBER.
Astronomical Multi-BEam CombineR

Notas

[1] Antares es considerada por los astrónomos como una supergigante roja típica. Estas grandes estrellas moribundas se forman con entre nueve y 40 veces la masa del Sol. Cuando una estrella se convierte en una supergigante roja, su atmósfera se extiende hacia fuera, haciéndose grande y luminosa, pero de baja densidad. Antares tiene ahora una masa de 12 veces la del Sol y un diámetro aproximadamente 700 veces más grande que el del Sol. Se cree que se inició con una masa de unas 15 veces la del Sol y ha expulsado tres-masas solares de material durante su vida.

[2] La velocidad del material que se acerca o se aleja de la Tierra se puede medir por el efecto Doppler, que desplaza las líneas espectrales bien hacia el extremo rojo o bien hacia el extremo azul del espectro, dependiendo de si el material de emisión o absorción de luz se aleja o se acerca al observador.

[3] La convección es el proceso mediante el cual el material frío se mueve hacia abajo y material caliente se mueve hacia arriba en un patrón circular. En la Tierra, el proceso ocurre en las corrientes de la atmósfera y del océano, pero también desplaza el gas en el interior de las estrellas.

Información adicional.

Este trabajo de investigación se ha presentado en el artículo científico titulado  “Vigorous atmospheric motions in the red supergiant supernova progenitor Antares”, por K. Ohnaka et al., publicado en la revista Nature, artículo científico.

El equipo está formado por K. Ohnaka (Universidad Católica del Norte, Antofagasta, Chile); G. Weigelt (Instituto Max-Planck de Radioastronomía, Bonn, Alemania) y K. -H. Hofmann (Instituto Max-Planck de Radioastronomía, Bonn, Alemania).

ESO desde 1962 hasta hoy.

ESO es la principal organización astronómica intergubernamental de Europa y el observatorio astronómico más productivo del mundo. Cuenta con el respaldo de dieciséis países: Alemania, Austria, Bélgica, Brasil, Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Italia, Países Bajos, Polonia, Portugal, el Reino Unido, República Checa, Suecia y Suiza, junto con el país anfitrión, Chile. ESO desarrolla un ambicioso programa centrado en el diseño, construcción y operación de poderosas instalaciones de observación terrestres que permiten a los astrónomos hacer importantes descubrimientos científicos. ESO también desarrolla un importante papel al promover y organizar la cooperación en investigación astronómica. ESO opera en Chile tres instalaciones de observación únicas en el mundo: La Silla, Paranal y Chajnantor. En Paranal, ESO opera el Very Large Telescope, el observatorio óptico más avanzado del mundo, y dos telescopios de rastreo. VISTA (siglas en inglés de Telescopio de Rastreo Óptico e Infrarrojo para Astronomía) trabaja en el infrarrojo y es el telescopio de rastreo más grande del mundo, y el VST (VLT Survey Telescope, Telescopio de Rastreo del VLT) es el telescopio más grande diseñado exclusivamente para rastrear el cielo en luz visible. ESO es el socio europeo de un revolucionario telescopio, ALMA, actualmente el mayor proyecto astronómico en funcionamiento del mundo. Además, cerca de Paranal, en Cerro Armazones, ESO está construyendo el ELT (Extremely Large Telescope), el telescopio óptico y de infrarrojo cercano de 39 metros que llegará a ser “el ojo más grande del mundo para mirar el cielo”.

Publicado en ESO el 23 de agosto del 2.017.