Burbujas gigantes en la superficie de una estrella gigante roja.

La superficie de la estrella gigante roja π1 Gruis vista con el instrumento PIONIER del VLT.

π1 Gruis.

Utilizando el Very Large Telescope de ESO, un equipo de astrónomos ha observado, por primera vez de forma directa, los patrones de granulación en la superficie de una estrella fuera del Sistema Solar: la envejecida estrella gigante roja π1 Gruis. Esta nueva imagen, obtenida por el instrumento PIONIER, revela las células convectivas que conforman la superficie de esta enorme estrella, que tiene 350 veces el diámetro del Sol. Cada célula cubre más de un cuarto del diámetro de la estrella y tiene un tamaño de cerca de 120 millones de kilómetros. Estos nuevos resultados se publican esta semana en la revista Nature.

Situada a 530 años luz de la Tierra, en la constelación de Grus (la grulla), π1 Gruis es una gigante roja fría. Tiene aproximadamente la misma masa que nuestro Sol, pero es 350 veces más grande y varios miles de veces más brillante [1]. En unos 5.000 millones de años, nuestro Sol se hinchará para convertirse en una estrella gigante roja similar.

Instrumento PIONIER instalado en el VLT de ESO.

Un equipo internacional de astrónomos, liderado por Claudia Paladini (ESO), ha utilizado el instrumento PIONIER, instalado en el Very Large Telescope de ESO, para observar π1 Gruis con un detalle sin precedentes. Descubrieron que la superficie de esta gigante roja tiene unas pocas células convectivas o gránulos, y que uno de ellos tiene un tamaño de unos 120 millones de kilómetros (alrededor de un cuarto del diámetro de la estrella) [2]. Sólo uno de estos gránulos se extendería desde el Sol hasta más allá de Venus. Cuando observamos las superficies, conocidas como fotosferas, de muchas estrellas gigantes, las vemos oscurecidas por el polvo, lo cual dificulta las observaciones. Sin embargo, en el caso de π1 Gruis, aunque hay polvo lejos de la estrella, su presencia no tiene un efecto significativo en las nuevas observaciones infrarrojas [3].

Cuando, hace mucho tiempo, π1 Gruis se quedó sin hidrógeno para quemar, esta anciana estrella dejó atrás la primera etapa de su programa de fusión nuclear, la denominada secuencia principal. Se contrajo a medida que se quedaba sin combustible, haciendo que la temperatura aumentara más de 100 millones de grados. Estas temperaturas extremas alimentaron la siguiente fase de la estrella, que comenzó a fusionar el helio en átomos más pesados como carbono y oxígeno. Entonces, este núcleo intensamente caliente, expulsó las capas externas de la estrella, haciendo que creciera hasta un tamaño cientos de veces más grande que su tamaño original. La estrella que hoy vemos es una gigante roja variable. Hasta ahora, nunca se habían obtenido imágenes detalladas de la superficie de una de estas estrellas.

Imagen de amplio campo de la zona que rodea a π1 Gruis.

En comparación, la fotosfera del sol contiene aproximadamente dos millones de células convectivas, con diámetros típicos de apenas 1.500 kilómetros. Las enormes diferencias de tamaño en las células convectivas de estas dos estrellas pueden explicarse, en parte, por la distinta intensidad de su campo gravitatorio en superficie. La estrella π1 Gruis sólo tiene 1,5 veces la masa del Sol, pero es mucho más grande en tamaño, dando como resultado una gravedad superficial mucho menor y solo algunos gránulos, extremadamente grandes.

Mientras que estrellas con más de ocho masas solares terminan sus vidas en explosiones dramáticas de supernova, estrellas menos masivas, como esta, expulsan poco a poco sus capas exteriores, dando lugar a hermosas nebulosas planetarias. Estudios previos de π1 Gruis descubrieron una cáscara de materia a 0,9 años luz de la estrella central, una materia que, se cree, pudo ser expulsada hace unos 20.000 años. Este período relativamente corto en la vida de una estrella dura sólo unas pocas decenas de miles de años, en comparación con la duración total la vida de una estrella de este tipo, que es de varios miles de millones, y estas observaciones revelan un nuevo método para estudiar esta fugaz fase de las gigantes rojas.

Notas

[1] El nombre π1 Gruis proviene del sistema de denominación de Bayer. En 1603, el astrónomo alemán Johann Bayer, clasificó 1564 estrellas, nombrándolas con una letra griega seguida por el nombre de la constelación anfitriona. En general, las estrellas fueron bautizadas en orden según su brillo aparente desde la Tierra, con las más brillantes designadas como Alfa (α). Por tanto, la estrella más brillante de la constelación de Grus es Alpha Gruis (conocida como Al Nair en árabe, “la brillante”).

π1 Gruis forma parte de una atractiva pareja de estrellas de llamativos colores que aparecen juntas en el cielo, por lo que, lógicamente, su pareja se llama π2 Gruis. Son lo suficientemente brillantes para ser vistas con binoculares. Thomas Brisbane descubrió, la década de 1830, que la propia π1 Gruis era un sistema binario de estrellas mucho más cercanas entre ellas. Annie Jump Cannon, conocida por la creación del esquema de Clasificación espectral de Harvard, fue la primera en reportar el inusual espectro de π1 Gruis en 1895.

[2] Los gránulos son patrones de corrientes de convección en el plasma de una estrella. Cuando el plasma se calienta en el centro de la estrella, se expande y se eleva hacia la superficie, luego se enfría en los bordes exteriores, haciéndose cada vez más oscuro y denso, y desciende de nuevo hacia el centro. Este proceso continúa durante miles de millones de años y desempeña un papel importante en muchos procesos astrofísicos, como el transporte de energía, la pulsación, los vientos estelares y las nubes de polvo en enanas marrones.

[3] π1 Gruis es uno de los miembros más brillantes de la escasa clase de estrellas S, definida por primera vez por el astrónomo americano Paul W. Merrill que agrupó a estrellas con espectros igualmente inusuales. π1 Gruis, R Andromedae y R Cygni se convirtieron en prototipos de este tipo de estrellas. Ahora se sabe que sus espectros poco comunes son el resultado del “proceso-s” o “proceso de captura de neutrones lenta”, responsable de la creación de la mitad de los elementos más pesados que el hierro.

Información adicional.

Este trabajo de investigación se ha presentado en el artículo científico titulado “Large granulation cells on the surface of the giant star π1 Gruis”, por C. Paladini et al., publicado en la revista Nature el 20 de diciembre de 2017, artículo en Nature. Artículo científico.

El equipo está formado por C. Paladini (Instituto de Astronomía y de Astrofísica, Universidad Libre de Bruselas, Bruselas, Bélgica; ESO, Santiago, Chile); F. Baron (Universidad del Estado de Georgia, Atlanta, Georgia, EE.UU.); A. Jorissen (Instituto de Astronomía y de Astrofísica, Universidad Libre de Bruselas, Bruselas, Bélgica); J.-B. Le Bouquin (Universidad Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, Francia); B. Freytag (Universidad de Upsala, Upsala, Suecia); S. Van Eck (Instituto de Astronomía y de Astrofísica, Universidad Libre de Bruselas, Bruselas, Bélgica); M. Wittkowski (ESO, Garching, Alemania); J. Hron (Universidad de Viena, Viena, Austria); A. Chiavassa (Laboratorio Lagrange, Universidad de Niza Sofía Antípolis, CNRS, Observatorio de la Costa Azul, Niza, Francia); J.-P. Berger (Universidad Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, Francia); C. Siopis (Instituto de Astronomía y de Astrofísica, Universidad Libre de Bruselas, Bruselas, Bélgica); A. Mayer (Universidad de Viena, Viena, Austria); G. Sadowski (Instituto de Astronomía y de Astrofísica, Universidad Libre de Bruselas, Bruselas, Bélgica); K. Kravchenko (Instituto de Astronomía y de Astrofísica, Universidad Libre de Bruselas, Bruselas, Bélgica);  S. Shetye (Instituto de Astronomía y de Astrofísica, Universidad Libre de Bruselas, Bruselas, Bélgica); F. Kerschbaum (Universidad de Viena, Viena, Austria); J. Kluska (Universidad de Exeter, Exeter, Reino Unido) y S. Ramstedt (Universidad de Upsala, Upsala, Suecia).

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 20 de diciembre del 2.017.