Una colaboración internacional, en la que participa el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), consigue determinar con un nivel de precisión sin precedentes la masa, la edad y el perfil de rotación del núcleo de una estrella masiva pulsante. Denominada HD 192575, ha sido observada por el satélite TESS de NASA de forma continua durante más de un año. Los resultados arrojan nueva luz sobre cómo se estructuran internamente este tipo de estrellas y cómo evolucionan hasta su muerte, cuando explosionan como supernovas y forman estrellas de neutrones y agujeros negros. El equipo científico ha utilizado también observaciones realizadas con el telescopio Mercator ubicado en el Observatorio del Roque de los Muchachos en La Palma. El estudio se publica en la revista Nature Astronomy.

Las estrellas masivas son extremadamente efímeras en el Universo; tienen núcleos muy densos y calientes, queman rápido su combustible y mueren jóvenes. Cuando este tipo de estrellas colapsan, generan una violenta explosión de supernova y, dependiendo de su masa y de la estructura de su núcleo, acaban formando una estrella de neutrones o un agujero negro. Por ello, las estrellas masivas son clave, no sólo para comprender los procesos físicos responsables de su evolución, sino también para resolver otras cuestiones fundamentales sobre el Universo.

Un estudio internacional, liderado por la KU Leuven (Bélgica), ha aplicado la técnica de la astrosismología para estudiar la variabilidad de la estrella pulsante HD 192575 que el satélite TESS de NASA ha estado observando de manera continuada durante más de un año. La astrosismología es el estudio de las ondas en el interior de las estrellas. Estas ondas se ven afectadas por las propiedades internas de las mismas y, en particular, por la rotación de su núcleo, lo que permite acceder a información sobre los procesos físicos que ocurren en interior de las estrellas a partir de sus cambios de brillo. En la actualidad, estos mecanismos siguen sin calibrarse, pero es necesario comprenderlos para predecir el destino final de las estrellas.

El estudio de las estrellas masivas requiere de datos de alta precisión y larga duración para su análisis avanzado. Gracias a la misión TESS, el estudio de HD 192575 ha alcanzado un nivel de detalle sin precedentes. "Los telescopios espaciales como TESS, y antes Kepler, son capaces de observar estrellas casi ininterrumpidamente durante largos periodos de tiempo, lo que los convierte en herramientas excelentes para los astrosismólogos", afirma Siemen Burssens, investigador de KU Leuven que la dirigido el estudio. "TESS es especialmente importante para la astrosismología de estrellas masivas, ya que los telescopios espaciales anteriores generalmente evitaban las estrellas masivas brillantes", añade.

Las novedosas herramientas de modelización desarrolladas en este trabajo han permitido determinar que la masa de HD 192575 es unas 12 veces la del Sol y que tiene una edad de aproximadamente 15 millones de años. Esto convierte a HD 192575 en una de las estrellas más raras y masivas que se han modelizado mediante astrosismología. Además, se ha descubierto que su núcleo gira aproximadamente 1,5 veces más rápido que sus capas superficiales, algo que los modelos actuales no predicen.

"Como un bailarín de ballet que gira más rápido acercando los brazos extendidos al cuerpo, el núcleo de HD 192575 debería rotar más aprisa a medida que envejece y se encoge ­–explica Dominic Bowman investigador de KU Leuven y coautor del estudio–. Sin embargo, la velocidad de rotación del núcleo que hemos medido no es tan rápida en relación con sus capas exteriores como predicen los modelos no magnéticos de rotación".

Patrón de referencia único

Los datos de TESS combinados con los del telescopio Mercator, ubicado en el Observatorio del Roque de los Muchachos en La Palma, y la misión espacial Gaia de la ESA, permitieron al equipo inferir también con precisión la cantidad de elementos químicos en el interior de HD 192575 y la masa de su núcleo, que son clave para predecir la evolución futura de la estrella y su explosión como supernova.

La determinación precisa de la masa del núcleo, la edad y el perfil de rotación de HD 192575 convierten a esta estrella masiva en un punto de calibración único para ajustar los modelos de evolución estelar que, en última instancia, son claves para entender el impacto de las estrellas masivas en la evolución de las galaxias y la infancia del Universo.

"Esto es solo el inicio de un camino muy prometedor que pasa por hacer un estudio similar al realizado en HD 192575 sobre una muestra mucho más grande de estrellas masivas en nuestra galaxia", comenta Sergio Simón-Díaz, investigador del IAC, coautor del artículo e Investigador Principal (IP) del proyecto IACOB, una colaboración internacional liderada por el IAC que lleva más de 15 años haciendo uso de varios telescopios de los Observatorios de Canarias para crear la base de espectros de estrellas masivas de la Vía Láctea más grande jamás construida. "Los esfuerzos continuados realizados por el proyecto IACOB serán decisivos para exprimir al máximo los datos del satélite TESS y saltar del estudio pionero sobre HD 192575 a varios cientos de estrellas decenas de veces más masivas que nuestro Sol", concluye Simón-Díaz.

Artículo: Siemen Burssens et al. “A calibration point for stellar evolution from massive star asteroseismology”. Nature Astronomy, 2023. DOI: 10.1038/s41550-023-01978-y

Contacto en el IAC:
Sergio Simón Díaz, sergio.simon.diaz [at] iac.es (sergio[dot]simon[dot]diaz[at]iac[dot]es)