Obtienen con ALMA el video más detallado logrado hasta ahora del gas burbujeante de la superficie de una estrella

Por primera vez, un equipo científico ha captado imágenes de una estrella que no es el Sol con suficiente detalle como para seguir el movimiento del gas burbujeante de su superficie. Las imágenes de la estrella, R Doradus, se obtuvieron en julio y agosto de 2023 con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Muestran gigantescas burbujas de gas caliente, de 75 veces el tamaño del Sol, que aparecen en la superficie y se hunden de nuevo en el interior de la estrella más rápido de lo esperado.

Ciclo de la estrella R. Doradus

"Es la primera vez que la superficie burbujeante de una estrella real se puede mostrar de este modo", afirma Wouter Vlemmings, profesor de la Universidad Tecnológica de Chalmers (Suecia) y autor principal del estudio publicado en Nature. "Nunca esperamos que los datos fueran de tan alta calidad que nos permitieran ver tantos detalles de la convección en la superficie estelar".

Las estrellas producen energía en sus núcleos a través de la fusión nuclear. Esta energía puede ser transportada hacia la superficie de la estrella en forma de enormes burbujas calientes de gas que luego se enfrían y se hunden (como en una lámpara de lava). Este movimiento de mezcla, conocido como convección, distribuye los elementos pesados formados en el núcleo, como el carbono y el nitrógeno, por toda la estrella. También se cree que es responsable de los vientos estelares que transportan estos elementos al cosmos para fabricar nuevas estrellas y planetas.

Hasta ahora, los movimientos de convección nunca se habían rastreado en detalle en estrellas que no fueran el Sol. Mediante el uso de ALMA, el equipo pudo obtener imágenes de alta resolución de la superficie de R Doradus en el transcurso de un mes. R Doradus es una estrella gigante roja, con un diámetro aproximadamente 350 veces el del Sol, ubicada a unos 180 años luz de distancia de la Tierra, en la constelación de Dorado. Su gran tamaño y proximidad a la Tierra hacen de esta estrella en un objetivo ideal para observaciones detalladas. Además, su masa es similar a la del Sol, lo que significa que R Doradus es probablemente bastante similar a cómo se verá nuestro Sol dentro de cinco mil millones de años, una vez que se convierta en una gigante roja.

Un equipo astronómico ha captado una secuencia de imágenes de una estrella distinta del Sol con suficiente detalle como para seguir el movimiento del gas burbujeante que hay en su superficie. Las imágenes de la estrella, R Doradus, se obtuvieron en julio y agosto de 2023 con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Este panel muestra tres de estas imágenes reales, tomadas con ALMA el 18 de julio, el 27 de julio y el 2 de agosto de 2023. Las burbujas gigantes que se ven en la superficie de la estrella, 75 veces del tamaño del Sol, son el resultado de movimientos de convección dentro de la estrella. El tamaño de la órbita de la Tierra se muestra a escala. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/W. Vlemmings et al

"La convección crea la hermosa estructura granular que se ve en la superficie de nuestro Sol, pero que es difícil de ver en otras estrellas", agrega Theo Khouri, investigador de Chalmers y coautor del estudio. "Con ALMA, ahora no solo hemos podido ver directamente gránulos convectivos (¡con un tamaño 75 veces el de nuestro Sol!) sino que también hemos medido por primera vez su velocidad de movimiento".

Los gránulos de el Doradus parecen moverse en un ciclo de un mes, que es más rápido de lo que los científicos esperaban en relación a cómo funciona la convección en el Sol. "Todavía no sabemos cuál es la razón de la diferencia. Parece que la convección cambia a medida que una estrella envejece de maneras que aún no entendemos", declara Vlemmings. Observaciones como las que se hacen ahora de R Doradus nos están ayudando a entender cómo se comportan las estrellas como el Sol, incluso cuando crecen tan frías, grandes y burbujeantes como lo es R Doradus.

"Es espectacular que ahora podamos obtener imágenes directas de los detalles de la superficie de estrellas tan lejanas y observar una física que hasta ahora solo era observable en nuestro Sol", concluye Behzad Bojnodi Arbab, estudiante de doctorado en Chalmers que también participó en el estudio.

Esta vista de amplio campo, creada a partir de imágenes del sondeo Digitized Sky Survey 2, muestra la región del cielo que hay alrededor de R Doradus, la brillante estrella naranja que se ve en el centro. La superficie de la estrella fue fotografiada recientemente en detalle utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Crédito: ESO/Digitized Sky Survey 2. Acknowledgement: Davide De Martin

Notas

Las burbujas de convección se han observado previamente en detalle en la superficie de las estrellas, incluso con el instrumento PIONIER del Interferómetro del Very Large Telescope de ESO. Pero las nuevas observaciones de ALMA rastrean el movimiento de las burbujas de una manera que antes no era posible.

Información adicional

Esta investigación se ha presentado en el artículo titulado “One month convection timescale on the surface of a giant evolved star” que aparece en la revista Nature (doi:10.1038/s41586-024-07836-9). El equipo está formado por W. Vlemmings (Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia [Chalmers]); T. Khouri (Chalmers); B. Bojnordi (Chalmers); E. De Beck (Chalmers); y M. Maercker (Chalmers).

El comunicado de prensa original fue publicado por el Observatorio Europeo Austral (ESO), un socio de ALMA en representación de Europa.

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE.UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembro, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de Taiwán (NSTC), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI)

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembro; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.

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Publicado en ALMA el 11 de septiembre del 2024, enlace publicación.