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Experimentos estelares en tiempo real

Fuente: Aurora Sicilia Aguilar - UAM Gazette | Publicado: 03-03-2017
Aurora Sicilia Aguilar - En 2008 una estrella joven y variable a 500 años luz sufrió un dramático incremento de brillo. Tras seguir este fenómeno en tiemo real, un equipo internacional logró conocer cómo se formaron los cristales de silicato que hoy se observan en los cometas de nuestro Sistema Solar.
Derechos: La imagen representa una estrella joven similar al Sol rodeada por su disco de formación planetaria. Al fundirse el polvo en la parte más cercana a la estrella se forman cristales de silicato. / NASA-JPL-Caltech.
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Una diferencia fundamental entre Astrofísica y otras ramas de la Física es la imposibilidad de hacer experimentos en el sentido clásico. Los procesos astrofísicos tienen escalas de tiempo demasiado largas desde el punto de vista humano, y los sistemas estudiados no se pueden reproducir en el laboratorio de manera experimental sino que hemos de basarnos en observaciones y en simulaciones por ordenador.



Sin embargo, algunos de los objetos del Universo hacen estos experimentos por nosotros y es posible obtener información muy valiosa simplemente observándolos. Por ejemplo, las estrellas variables nos permiten ver cómo reacciona una estrella cuando cambia alguno de sus parámetros, igual que haríamos en un laboratorio.


Los experimentos son uno de los pilares fundamentales de la Física y, en general, de la ciencia. El ¿qué pasaría si...? nos lleva a construir sistemas controlados en el laboratorio haciendo pequeños ajustes para ver qué sucede. Pero si nos centramos en la Astrofísica, nos tenemos que conformar con observar lo que sucede, sin poder comprobar qué pasaría si cambiáramos alguno de los parámetros.


¿Qué pasaría si, por ejemplo, aumentamos la tasa de caída de material de una estrella joven en formación? Aunque no podemos actuar sobre la estrella, por suerte el Universo contiene algunos sistemas que realizan el experimento para nosotros.


Ex Lupi


La estrella EX Lupi es el prototipo de las estrellas variables jóvenes conocidas como EXORs. Estas estrellas están rodeadas de un disco protoplanetario, parte del cual va cayendo sobre la estrella, mientras que la parte restante es el ingrediente básico para la formación de un sistema planetario como nuestro Sistema Solar.



La cantidad de material que cae sobre la estrella no es constante, sino que varía con el tiempo, y así EX Lupi sufre pequeñas erupciones cada pocos años.
También sabemos que en la década de 1950 sufrió una erupción mucho mayor, aunque entonces las posibilidades de observar lo que ocurría eran muy limitadas.


En enero de 2008 un astrónomo aficionado neozelandés dio la voz de alarma: el brillo de EX Lupi se había incrementado unas 5 magnitudes (un factor 100), como ya lo había hecho en los años 50. Inmediatamente astrónomos de todo el mundo comenzaron un seguimiento de la estrella durante todo el año, utilizando distintos telescopios, desde el Telescopio Espacial Spitzer que opera en el infrarrojo hasta telescopios ópticos en tierra.

Un grupo internacional, con astrónomos de la Universidad Autónoma de Madrid, el Instituto Max-Planck de Astronomía (Alemania), el Observatorio de Leiden (Holanda) y el Observatorio de Konkoly (Hungría), llevó a cabo observaciones de EX Lupi durante 2008 con el espectrógrafo de alta resolución FEROS, en el Observatorio de La Silla, en Chile.


Erupciones estelares


Todo comienza cuando la caída de material sobre la estrella se incrementa de manera repentina, aumentando en un factor de cien. La estrella reacciona con un aumento de luminosidad, y a la vez se genera un fuerte viento en el disco interno de la estrella. El aumento de la cantidad de material que cae sobre la estrella es tal, que puede distinguirse el movimiento de grumos de material moviéndose en espiral hasta la estrella a través del efecto Doppler en las líneas espectrales de emisión.



A lo largo de 2008 se observó cómo la cantidad de materia en caída disminuía a partir del máximo inicial y la estrella iba perdiendo brillo y acercándose a su estado inicial estable mientras el viento se hacía cada vez más débil.


La detección de un fuerte viento en el disco asociado a la erupción nos permite explicar varias cosas, entre ellas, el transporte de silicatos cristalinos en el disco de la estrella, el cual había sido observado por medio del Telescopio Espacial Spitzer y el interferómetro VLTI en Chile.


Los silicatos cristalinos se formaron al fundirse y cristalizarse el polvo en la parte del disco más cercana a la estrella, gracias al aumento de la temperatura del disco durante la erupción. Estos cristales de silicatos son muy similares a los que se han observado en el polvo en los cometas del Sistema Solar.



Los silicatos cristalinos necesitan temperaturas muy altas para formarse: prácticamente sólo se forman en las cercanías de la estrella. Esto los convierte en un excelente contraste estelar. Al igual que un geólogo añade un contraste a una corriente de agua subterránea para observar cómo discurre, los silicatos cristalinos actúan como contraste en el disco de la estrella, y el hecho de que aparezcan en zonas frías nos indica que algo ha debido transportarlos hasta allí. En el caso de EX Lupi, este algo es el viento que aparece durante la erupción.


No es fácil entender el contenido cristalino de los cometas, que se formaron a mucha distancia del Sol en lugares fríos y ricos en hielos. Sin embargo, la aparición de fuertes vientos durante las fases altamente eruptivas de una estrella podría explicar cómo llegaron estos cristales hasta los lugares de formación de los cometas.


 

Comentarios:
Aurora Sicilia Aguilar

Aurora Sicilia Aguilar

I work on star formation and protoplanetary disk evolution from an observational point of view. I use multiwavelength observations (from optical to millimetre, from ground-based telescopes to space-borne observations) to study the way protoplanetary disk evolve and disperse with time, trying to understand the physical mechanisms behind disk dispersal and what makes that different systems evolve along different paths. I am also interested in the connections between disk structure and evolution and cluster environment, and how initial conditions in the star-forming cloud may affect disks and their final outcome (maybe a planetary system?), and on making real-time stellar experiments using observations of variable, young stars.

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