Una mariposa celeste emerge de su polvorienta crisálida.

El instrumento SPHERE revela una de las etapas más tempranas de formación de las nebulosas planetarias.

Por primera vez, algunas de las imágenes más nítidas jamás obtenidas por el Very Large Telescope de ESO revelan lo que parece ser una estrella envejecida en las primeras etapas de creación de una nebulosa planetaria en forma de mariposa. Estas observaciones de la estrella gigante roja L2 Puppis, obtenidas con el modo ZIMPOL del instrumento SPHERE, recién instalado, también muestran claramente la existencia de una compañera cercana. Las etapas finales de las vidas de las estrellas siguen planteando muchos enigmas a los astrónomos. Crédito: ESO/P. Kervella

Por primera vez, algunas de las imágenes más nítidas jamás obtenidas por el Very Large Telescope de ESO revelan lo que parece ser una estrella envejecida dando a luz a una nebulosa planetaria en forma de mariposa. Estas observaciones de la estrella gigante roja L2 Puppis, obtenidas con el modo ZIMPOL del instrumento SPHERE, recién instalado, también mostraron claramente la existencia de una compañera cercana. Si las etapas de la muerte de las estrellas siguen planteando a los astrónomos muchos enigmas, el origen de nebulosas bipolares de este tipo, con sus complejas y atractivas formas de reloj de arena, resulta doblemente enigmático.

L2 Puppis, que se encuentra a unos 200 años luz de distancia, es una de las estrellas gigantes rojas más cercanas a la Tierra de la que sabemos que está entrando en las fases finales de su vida. Las nuevas observaciones con el modo ZIMPOL del instrumento SPHERE fueron hechas en luz visible utilizando óptica adaptativa extrema, una técnica que corrige las imágenes en un grado mucho más alto que la óptica adaptativa estándar, permitiendo ver con gran detalle estructuras y objetos débiles cerca de fuentes luminosas de luz. Son los primeros resultados publicados de este modo y los más detallados sobre esta estrella.

Por primera vez, algunas de las imágenes más nítidas jamás obtenidas por el
Very Large Telescope de ESO revelan lo que parece ser una estrella envejecida
en las primeras etapas de creación de una nebulosa planetaria en forma de mariposa.
En esta imagen, se combinan observaciones de la estrella gigante roja L2 Puppis
obtenidas con el modo ZIMPOL del instrumento SPHERE, recién instalado,
junto con datos infrarrojos obtenidos por el instrumento NACO, también en el VLT,
los cuales muestran un bucle de polvo desplegado en el lado lejano de la parte
superior de la nebulosa. Las etapas finales de las vidas de las estrellas siguen
planteando muchos enigmas a los astrónomos. Crédito: ESO/P. Kervella

ZIMPOL puede producir imágenes tres veces más nítidas que las del telescopio espacial Hubble de NASA/ESA, y las nuevas observaciones muestran, con muchísimo detalle, el polvo que rodea a L2 Puppis [1]. Esto confirma hallazgos previos, llevados a cabo con NACO, relacionados con cómo se ordena el polvo en un disco (el cual, desde la Tierra, se ve casi totalmente de canto), proporcionando una visión mucho más detallada. La información de la polarización obtenida con ZIMPOL también permitió al equipo construir un modelo tridimensional de las estructuras del polvo [2].

La combinación de una gran cantidad de polvo alrededor de una estrella que muere lentamente, junto con la presencia de una estrella compañera, nos dice que este es exactamente el tipo de sistema que se espera dé lugar a una nebulosa planetaria bipolar. Parece que son necesarios estos tres elementos, pero también es necesaria una cantidad considerable de buena suerte para que finalmente emerja una mariposa celeste de esta polvorienta crisálida.

El autor principal del artículo, Pierre Kervella, explica: "el origen de las nebulosas planetarias bipolares es uno de los grandes problemas clásicos de la astrofísica moderna, especialmente la cuestión de cómo, exactamente, las estrellas devuelven su valiosa carga de metales al espacio, un proceso muy importante, ya que este será el material utilizado posteriormente para producir las siguientes generaciones de sistemas planetarios."

Además del disco llameante de L2 Puppis, el equipo encontró dos conos de material, que emergen en perpendicular al disco. Lo importante es que, dentro de estos conos, encontraron dos largos penachos de material ligeramente curvados. De los puntos de origen de estos penachos, el equipo deduce que, probablemente, uno puede ser el producto de la interacción entre el material de L2 Puppis y los vientos y la presión de radiación de la estrella compañera, mientras que es probable que el otro haya surgido de una colisión entre los vientos estelares de las dos estrellas, o sea el resultado de un disco de acreción alrededor de la estrella compañera.

El instrumento SPHERE instalado en el VLT UT3. Crédito: ESO.

Aunque aún hay muchas cosas que debemos entender, hay dos teorías principales sobre las nebulosas planetarias bipolares, ambas basadas en la existencia de un sistema binario de estrellas [3]. Las nuevas observaciones indican que ambos procesos están teniendo lugar alrededor de L2 Puppis, haciendo que parezca muy probable que el par de estrellas acabe dando a luz, con el tiempo, a una mariposa.

Pierre Kervella concluye: "Dado que la estrella compañera que orbita a L2 Puppis lo hace cada pocos años, esperamos ver cómo la estrella acompañante da forma al disco de la gigante roja. Podremos seguir la evolución de las características del polvo que rodea a la estrella en tiempo real, una posibilidad única y extremadamente emocionante".

Notas.

[1] La combinación SPHERE/ZIMPOL utiliza óptica adaptativa extrema para crear imágenes de difracción limitada, que se acercan mucho más que los instrumentos anteriores de óptica adaptativa al límite teórico del telescopio si no hubiera atmósfera. La óptica adaptativa extrema también permite ver objetos mucho más tenues muy cercanos a una estrella brillante. Estas imágenes también se toman en luz visible, longitudes de onda más cortas que el infrarrojo cercano, rango en el que se realizaron la mayor parte de las imágenes con óptica adaptativa hechas anteriormente. Estos dos factores dan como resultado imágenes mucho más nítidas que las anteriores hechas con el VLT. Incluso se ha logrado mayor resolución espacial con el VLTI, pero el interferómetro no crea imágenes directamente.

[2] El polvo del disco es muy eficiente dispersando la luz de las estrellas que vemos desde la Tierra y la polariza, una característica que el equipo podría utilizar para crear un mapa tridimensional de la envoltura utilizando datos de ZIMPOL y NACO y un modelo de disco basado en RADMC-3D, una herramienta de modelado de transferencia radiativa que utiliza un conjunto dado de parámetros para el polvo con el fin de simular fotones propagándose a través de él.

[3] La primera teoría es que el polvo producido por los vientos estelares de la estrella moribunda primaria queda confinado en una órbita en forma de anillo sobre la estrella, hecho que estaría producido por la influencia de los vientos estelares y la presión de radiación producidos por la estrella compañera. Entonces, cualquier pérdida adicional de masa de la estrella principal se canaliza, o colima, por este disco, forzando al material a moverse hacia el exterior en dos columnas opuestas perpendiculares al disco.

La segunda teoría sostiene que la mayoría del material expulsado por la estrella moribunda es acretado por su compañera cercana, que comienza a formar un disco de acreción y un par de potentes chorros. Cualquier material remanente es empujado lejos por los vientos estelares de las estrellas moribundas, formando una nube envolvente de gas y polvo, tal y como ocurriría normalmente en un sistema de una sola estrella. Al moverse con mucha más fuerza que los vientos estelares de la estrella moribunda, los chorros bipolares recién creados de la estrella compañera horadarán dos cavidades a través del polvo circundante, dando como resultado el aspecto característico de una nebulosa planetaria bipolar.

Información adicional.

Imagen del VLT de ESO. Crédito: ESO.

Este trabajo de investigación se presenta en un artículo científico titulado “The dust disk and companion of the nearby AGB star L2 Puppis”, por P. Kervella, et al., que aparece en la revista Astronomy & Astrophysics el 10 de junio de 2015, enlace a la publicación.

El equipo está compuesto por P. Kervella (Unidad Mixta Internacional Franco-Chilena de Astronomía, CNRS/INSU, Francia; Departamento de Astronomía, Universidad de Chile, Santiago, Chile; LESIA Observatorio de París, CNRS, UPMC; Universidad Paris-Diderot, Meudon, Francia); M. Montargès (LESIA, Francia;  Instituto de Radioastronomía Milimétrica, St Martin d’Hères, Francia); E. Lagadec (Laboratorio Lagrange, Universidad de Niza-Sophia Antipolis, CNRS, Observatorio de la Costa Azul, Niza, Francia); S. T. Ridgway (Observatorios Nacionales de Astronomía Óptica, Tucson, Arizona, EE.UU.); X. Haubois (ESO, Santiago, Chile); J. H. Girard (ESO, Chile); K. Ohnaka (Instituto de Astronomía, Universidad Católica del Norte, Antofagasta, Chile); G. Perrin (LESIA, Francia) y A. Gallenne (Universidad de Concepción, Departamento de Astronomía, Concepción, Chile).

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 E-ELT (European 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”.

• Artículo científico, PDF.
• ESOcast sobre ZIMPOL/SPHERE y la polarimetría.
• Más información sobre SPHERE.
• Publicado en ESO el 10 de junio del 2.015.

Contactos.
J. Miguel Mas Hesse
Centro de Astrobiología (CSIC-INTA)
Madrid, España
Tlf.: (+34) 918131196
Correo electrónico: mm@cab.inta-csic.es

Pierre Kervella
Departamento de Astronomía, Universidad de Chile
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