Nuestro planeta gira alrededor de una estrella que, en comparación con otras, deambula solitaria por esta zona de la Vía Láctea. Esa “soledad” no suele ser habitual, de hecho, la mayoría de las estrellas que existen en la galaxia forman sistemas dobles, triples, incluso en conjuntos de mayor tamaño. La relación entre las estrellas con sus compañeras es muy interesante porque dependiendo de su tamaño, de la edad o de la distancia que las separan, su evolución puede seguir derroteros muy diferentes. Algunas estrellas binarias, incluso, son tan cercanas entre sí que intercambian materia y pueden llegar a fusionarse generando en unos instantes una enorme emisión de energía que ilumina toda la galaxia. Observar uno de esos acontecimientos es difícil, porque, como nos cuenta Carmen Sánchez Contreras, investigadora del CSIC en el Centro de Astrobiología, duran muy poco tiempo. No obstante, los remanentes que quedan después un acontecimiento tan dramático sí son observables.

Carmen Sánchez ha participado en una investigación que ha permitido estudiar quince estrellas inusuales que han pasado recientemente por un episodio de ese tipo y son conocidas como “fuentes de agua”. El resultado del estudio ha sido publicado en la revista científica Nature Astronomy está firmado por un grupo internacional de investigadores entre los que se encuentran científicos de la Chalmers University of Technology en Onsala, Suecia, el Instituto de Astrofísica de Andalucía y del Centro de Astrobiología (CAB, CSIC).

El estudio ayuda a comprender uno de los caminos evolutivos estelares en el que están involucrados los sistemas binarios en los que ambas estrellas se encuentran tan cerca que, en un momento de su evolución, orbitan dentro de una envoltura común de gas y polvo. Esa envoltura se crea cuando la estrella más grande y masiva, siguiendo caminos evolutivos semejantes al que seguirá el Sol en un futuro lejano, al acabar el hidrógeno que se fusiona en el interior de su núcleo, expande su atmósfera convirtiéndose en una gigante roja. Cuando eso sucede en un sistema doble muy próximo, la envoltura de gas y polvo expelida por la estrella más masiva acaba engullendo a la estrella compañera. El choque con los gases frena la velocidad de la estrella más pequeña y ésta comienza a caer poco a poco en espiral hacia la más masiva. El final de este proceso puede llevar a dos situaciones: La más dramática termina con la fusión de ambas estrellas en un proceso altamente energético que podría dar lugar a un tipo de supernova. Sin embargo, si la envoltura de la estrella gigante roja expulsada sobrepasa a la compañera antes de que ambas lleguen a fusionarse, se creará un sistema binario compacto.

El equipo de investigadores ha estudiado los 15 objetos con el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA). ALMA es un complejo de 66 antenas situadas en el Llano de Chajnantor, situado a 5.000 metros sobre el nivel del mar, en el desierto chileno de Atacama. Esas antenas, cincuenta de las cuales tienen diámetros de 12 metros, son capaces de observar el firmamento al unísono generando una imagen en radio que equivale a la de un único radiotelescopio de 16 kilómetros de diámetro. Como las emisiones electromagnéticas tienen su origen en los átomos y moléculas de las estrellas, la señal recogida se estudia en sus distintas frecuencias y con ello se consigue identificar los elementos químicos y moléculas que las generaron.

A medida que una estrella se va expandiendo en la fase de gigante roja, en la nube van cambiando las condiciones físicas de presión y temperatura de los átomos y moléculas que contiene. Esas variaciones permiten la existencia de determinadas moléculas que en otras condiciones no podrían existir. Así se detectan, a determinadas distancias de estrella principal, moléculas como SiO (monóxido de silicio), H2O (agua), OH, CO, etc. Las emisiones de radio creadas viajan hasta nosotros, son captadas con ALMA y sy estudio permite detectar, no solamente las moléculas que las originaron, sino también las velocidades a las que se expande el gas del que forman parte. Normalmente, las señales que proceden de las moléculas de agua suelen proceder de regiones que tienen una determinada velocidad de expansión y son habituales en muchos objetos astronómicos. Sin embargo, en los 15 objetos astronómicos que han formado parte de este estudio, los investigadores han podido comprobar que esas emisiones eran mucho más veloces de lo que se esperaba, dicho de otra manera, el agua emanaba a más velocidad, razón por las que se identificó a estos objetos como “fuentes de agua”.

El acontecimiento de envoltura común que se origina en las fuentes de agua tiene una duración muy corta, apenas unas decenas o centenares de años, pero con el paso del tiempo puede dar lugar a una nebulosas planetarias que, debido a la interacción de las dos estrellas, adquieren formas irregulares. El estudio en el que participa Carmen Sánchez revela, además, que las fuentes de agua se pensaban que tenían su origen en estrellas más masivas, del orden de entre 4 y 8 veces la masa del Sol, pero este estudio demuestra que no es así, que parten de estrellas menos masivas, semejantes al Sol en tamaño o menores de 4 masas solares.

Os invito a escuchar a Carmen Sánchez Contreras, investigadora del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en el departamento de astrofísica del Centro de Astrobiología .

Referencia:

Khouri, T., Vlemmings, W.H.T., Tafoya, D. et al. Observational identification of a sample of likely recent common-envelope events. Nat Astron (2021). https://doi.org/10.1038/s41550-021-01528-4