Investigadores del IAC explican el “exceso” de rubidio observado en estrellas moribundas

En la imagen se muestra el espectro de una estrella AGB masiva (puntos blancos) junto con las predicciones de los nuevos modelos de atmósfera (línea amarilla) y de los modelos anteriores sin envoltura (línea azul). El Rubidio es detectado como una línea d

Fecha de publicación

10/04/2014 - 14:30

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Las estrellas de masa intermedia, en sus últimas fases de evolución, producen una gran cantidad de elementos pesados (ricos en neutrones) – algunos de ellos isótopos radiactivos -, como el rubidio, el tecnecio, el circonio, el ytrio, el lantano o el neodimio. Estos elementos son expulsados hacia la superficie de la estrella y, posteriormente, liberados al medio interestelar. Tras varios estudios sobre la composición química de estas estrellas moribundas, denominadas “estrellas AGB”, un equipo internacional de astrónomos, liderado por investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), acaba de publicar un nuevo modelo teórico que explica la sobreabundancia de rubidio observada en las más masivas de este tipo. El nuevo modelo incluye los efectos de la envoltura de gas y polvo que rodea a estas estrellas viejas y que no habían sido considerados en modelos teóricos anteriores.

Firman este trabajo, publicado en la revista Astronomy & Astrophysics Letters, los astrofísicos Olga Zamora y Domingo Aníbal García Hernández, investigadores del IAC y de la Universidad de La Laguna, Arturo Manchado Torres, del IAC y del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), y Bertrand Plez, de la Universidad de Montpellier (Francia).

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Las gigantes AGB

Las estrellas de hasta ocho veces la masa del Sol, hacia el final de sus días, pasan por una fase que se denomina “rama asintótica de gigantes” o AGB (por sus siglas en inglés, Asymptotic Giant Branch), antes de producir nebulosas planetarias y morir como enanas blancas. En esta fase, la estrella se expande hasta miles de veces la distancia Tierra-Sol - engullendo cualquier sistema planetario a su alrededor -, se enfría y su luminosidad aumenta hasta unas mil veces la luminosidad del Sol. A medida que estas estrellas evolucionan en la fase AGB, van perdiendo masa en forma de viento estelar, dando lugar a la formación de una envoltura fría de gas y polvo alrededor de la estrella.

Dentro de este tipo de estrellas, las menos estudiadas son las más masivas (entre 4 y 8 veces la masa del Sol), que fueron identificadas por vez primera en nuestra galaxia en 2006, en un estudio pionero con participación de varios investigadores del estudio actual. La identificación fue posible gracias a la detección de rubidio en el espectro de estas estrellas, en concreto del isótopo radioactivo Rb-87, lo que supuso la primera evidencia observacional de que producían enormes cantidades de ese isótopo, tal y como predecían los modelos teóricos de nucleosíntesis estelar – modelos de producción de elementos químicos e isótopos en el interior de las estrellas - desde hacía más de 40 años. Posteriormente, en 2009, las estrellas AGB masivas se detectaron también en otras galaxias cercanas, como las Nubes de Magallanes, utilizando el mismo método.

Sin embargo, las altas abundancias de rubidio observadas en estas estrellas suponían un reto para los modelos teóricos, que estimaban abundancias considerablemente más bajas del isótopo Rb-87.

El efecto de la envoltura

Como posible causa para ese desacuerdo entre teoría y observación se apuntaba que los modelos de atmósfera utilizados hasta la fecha para derivar las abundancias químicas no eran suficientemente “realistas” para las estrellas AGB, ya que no tenían en cuenta las enormes envolturas de gas y polvo que rodean a la estrella central. Estas envolturas circunestelares, que llegan a alcanzar tamaños descomunales de hasta varios años-luz, pueden ocultar la luz procedente de la estrella central en el rango visible, donde se encuentra la información necesaria para calcular la cantidad de rubidio presente.

“En nuestro nuevo trabajo - explica Olga Zamora - hemos determinado por primera vez la abundancia de rubidio teniendo en cuenta el efecto de esa envoltura en una muestra de estrellas AGB masivas de nuestra galaxia y de la Gran Nube de Magallanes. De esta forma, encontramos que las abundancias de rubidio obtenidas con los nuevos modelos de atmósfera reproducen mucho mejor las observaciones, indicando que nuestra comprensión teórica actual de la nucleosíntesis en las estrellas AGB masivas es la correcta”.

Dado que las estrellas AGB pueden explicar el origen de más del 50% de todos los elementos más pesados que el hierro en el Universo, su estudio tiene importantes consecuencias en otros campos de la Astrofísica, como la evolución estelar, la evolución química de galaxias, el origen de los cúmulos globulares o la composición del Sistema Solar. “En particular –señala Domingo Aníbal García Hernández-, las estrellas AGB más masivas podrían explicar las anomalías químicas observadas en cúmulos globulares y en los materiales más antiguos encontrados en los meteoritos procedentes de la nube que dio lugar al Sistema Solar".

Referencia del estudio:

“Circumstellar effects on the Rb abundances in O-rich AGB stars”. Aceptado para publicación en la revista Astronomy & Astrophysics Letters, en el número de abril de 2014. (DOI: http://dx.doi.org/10.1051/0004-6361/201423626).

VÍDEO: Simulación de la evolución de una estrella hasta la fase AGB