Renacimiento

Hemos llegado al final (con vida diría yo) de la serie dedicada a estas estrellas exóticas que son las post-AGB que no solo hacen referencia a aquellas que están abandonando una fase (la de gigante roja) sino que parece que acabarán, en la mayoría de los casos, como nebulosas planetarias. Se encuentran, por tanto, en la transición; son nebulosas proto-planetarias.

Claro que hablar de transición en tiempo sideral es inimaginable para una terrícola. Hemos visto ocho (solo ocho) estrellas que han empezado a cambiar su estado hacia esa especie de meta que es una nebulosa planetaria. Cada una parece que se encuentra en un momento distinto. En todas ellas hemos visto que su análisis contribuye a la elaboración de un posible modelo común. Ahora veremos algunas contribuciones más que podrán facilitar nuestra idea de este periodo estelar.

A menudo se encuentra bibliografía que aborda la cuestión desde uno de los dos extremos: lo que cambia en una estrella que está abandonando la fase AGB o lo que ha cambiado cuando ya parece haberse convertido en una nebulosa planetaria.

Antes de profundizar, una tentación más en la que caer: cualquier noche de verano, te tumbas mirando a Scorpius y sigues sus rastros por la Vía Láctea. Aquí un mapa con posiciones aproximadas.

Estas son sus localizaciones

¿Y por qué conformarse con un mapa?

Aquí uno de aspecto más realista … ¡lo que ha costado! … un mínimo de dos de mis dioptrías.

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La inestimable ayuda del infrarrojo … y de la radioastronomía

Ya se ha visto a lo largo de la serie que las estrellas post-AGB son difíciles de distinguir de otros objetos como galaxias activas, regiones HII o estrellas T-Tauri así que, se hace necesario recurrir a exámenes complementarios. Habrá que acercarse a las características particulares de cada clase de objetos para que puedan ser distinguidos unos de otros.

Un artículo de 1978 nos resume estas peculiaridades.

Aunque se aceptaba que las gigantes rojas serían las progenitoras de las nebulosas planetarias se desconocía el proceso que lleva de uno a otro objeto. La pérdida de masa de la gigante roja produce una envoltura circunestelar que se hace visible con técnicas infrarrojas y microondas. Por su parte, los vientos generados por el núcleo de las nebulosas planetarias tienen una velocidad mayor que los producidos por las gigantes rojas. Se entiende que ambos vientos han debido interactuar, aunque no se conozcan los detalles de cómo lo hacen. Para los autores, la nebulosa planetaria se produciría por la colisión de ambos vientos, el del núcleo caliente de la gigante roja que, con mayor velocidad, choca con el de la capa desprendida con anterioridad que aún está expendiéndose. La emisión de radio se produciría por la ionización de ese remanente de la gigante roja por parte del nuevo viento procedente del núcleo caliente de la estrella central (Kwok, Purton y Fitzgerald, 1978).

Otro estudio posterior esclarece un poco más.

Cuando aún están en la fase AGB, las estrellas son muy variables debido a la pulsación estelar. Suelen presentar máseres OH así que se catalogan como estrellas OH/IR. Son muy brillantes en el infrarrojo aunque en visual están oscurecidas por la pérdida de masa que se deposita en gruesas envolturas circunestelares. Poco después del final de la fase, la pérdida de la masa se detiene, pero sigue siendo variable mientras que la temperatura de la estrella aumenta y entra en la fase post-AGB. Los máseres OH se siguen detectando, aunque entra en un estado no variable.

La estrella va lanzando su envoltura al medio interestelar, los máseres OH desaparecen y la estrella post-AGB vuelve a observarse en óptico hasta su teórico paso a nebulosa planetaria (Garcia-Lario, 1997).

Está bien recordar la cronología de los instrumentos que han permitido el análisis de infrarrojo. Ya vimos una primera recopilación de fuentes realizada por el CRL-Cambridge Research Laboratory (ver Protoposible) a base de vuelos de cohetes organizados por las fuerzas armadas. No es gratuita esta vinculación a la institución militar ya que se había venido investigando desde finales de la segunda guerra mundial. En el final de ella, se había aplicado para facilitar la visión nocturna en fusiles (Vampir-ZG 1229).

Siempre han tenido grandes presupuestos las aplicaciones militares (¿tema para la sobremesa?).

El catálogo AFGL se publicó 1976. En 1983 se lanzaría el IRAS y más tarde el europeo ISO (1995), el nortemericano Spitzer (2003 y el también europeo Herschel (2009). Todos ellos para cubrir todo el espectro infrarrojo; cercano, medio y lejano.

Pero de la detección a la comprensión de estas post-AGB o nebulosas proto-planetarias hay un largo camino. A partir de aquí se abren paso otras longitudes de onda como las de radio y con ellas la posibilidad de analizar los cambios químicos. Con los telescopios especializados en captar las ondas de radio se pueden estudiar las partes más frías del universo, aún estando ocultas por gas y polvo. Y, entre unas ondas y otras, el infrarrojo y el radio, está la franja de la radiación milimétrica o submilimétrica. Hay que destacar también aquí el grupo de trabajo especializado en estrellas evolucionadas del OAN-IGN cuyas fuentes de datos, entre otros orígenes, provienen principalmente de los telescopios del observatorio de Yebes (radio) y ALMA (submilimétrico).

Precisamente ALMA ha podido mostrarnos, en un reciente trabajo, unas imágenes que se relacionan con algunas de las teorías que hemos ido viendo en esta serie. Se trata de la estrella de carbono V Hya (en Hydra). Las imágenes muestran la forma en que se ha desprendido de sus capas cuando todavía esta gigante roja se encuentra en la fase AGB (Sahai et al., 2022).

Aquí la imagen

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Y del ultravioleta ¿qué?

¿Podría aportar información?

No hay imágenes accesibles en ultravioleta de las zonas en que se localizan cinco de las ocho estrellas de nuestra serie y únicamente RAFGL 618 (Westbrook Nebula) presenta brillo distinguible en los registros del observatorio espacial GALEX (Galaxy Evolution Explorer), lanzado en 2003.

¿Cómo se verían en ultravioleta del GALEX estos objetos moribundos en distintas fases?

Esta radiación sirve para localizar los objetos más calientes del universo pero su detección se ve obstaculizada por la presencia de gas y polvo. Las estrellas post-AGB hemos visto que presentan un toroide de polvo que oscurece la estrella central. Entonces ¿impide la localización de fuentes ultravioleta en estas estrellas?

No he podido encontrar información al respecto … otro tema a la lista de deseos. Pero nadie va a impedir que se juegue con lo que se tiene a mano.

Una secuencia teórica lógica sería la evolución desde una gigante roja a una explosión supernova. Pues aquí un ejemplo (nada serio, solo el producto de un juego).

En una de las primeras referencias sobre estudios de nebulosas planetarias (Osterbrock, 1964), me llamó la atención una frase que dice que «las nebulosas planetarias son, por sí mismas, objetos jóvenes aunque las estrellas que los forman sean antiguas». Y es que, cuanto más leo, más tengo la sensación de que, en lo referente a las estrellas, todo es principio o final de algo, de forma que se van transformando eternamente (?) de un objeto a otro (también esto es puramente personal).

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Los anillos

Hay bastante bibliografía de estudios que tratan de analizar las características de este grupo de estrellas evolucionadas. Destacaré solo algunos que, por distintas razones, han llamado mi atención. Un criterio común, sin embargo, ha sido la actualidad.

Muy reciente es el tercer artículo de una serie iniciada en 2016 a cargo de un equipo encabezado por el astrónomo mexicano Gerardo Ramos-Larios. En ese inicial se estudian las distintas morfologías que se pueden observar en los anillos de objetos como post-AGB o nebulosas planetarias. Ya hemos visto que alguno de estos objetos presenta arcos que siguen estructuras redondas completas, o casi, en forma de concha alrededor de la concha interior. En la imagen siguiente se muestra la correspondiente a OH 35.2-2.6 (ver Otros caminos) en la que se pueden distinguir estos anillos incluso en esta estrella en que es difícil. La imagen de la derecha muestra el resultado de aplicar un algoritmo denominado ‘sda’ (shift, divide and add) que muy resumido es la obtención de imágenes a las que se les ha aplicado unos desplazamientos y que después se unirán para formar una visión conjunta (Ramos-Larios et al., 2016).

Un poco más concreto, el ingenioso algoritmo consiste en producir cuatro imágenes «desplazadas», aplicando al fotograma original un desplazamiento de un número determinado de píxeles hacia la derecha, la izquierda, arriba y abajo. La imagen original se divide por cada una de las imágenes desplazadas, y los cuatro mapas de relación se suman produciendo la final sda (Corradi et al. 2004).

En referencias se cita la serie de artículos completa.

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Más series

Se podrían destacar gran cantidad de estudios que demuestran el interés que despiertan estas estrellas desde muchos puntos de vista.

Ya hemos podido ver, de manera particular con cada una de las ocho estrellas analizadas, todos los aspectos que se consideran importantes.

Para quienes quieran profundizar se enumeran en las referencias dos series que tratan la evolución hacia las nebulosas planetarias desde múltiples puntos de vista. Una de ellas encabezada por el astrónomo estadounidense Bruce Balick más relacionada con el proceso proto-planetaria y la otra por el alemán Detlef Schönberner, más centrada ya en las fases de planetarias.

Enana blanca, ¿fin de trayecto?

¿Qué pasa una vez se alcanza la categoría de nebulosa planetaria?

En ese momento se está expulsando el material de las capas exteriores mientras el núcleo se calienta y contrae, y se forma una enana blanca. Si esta enana blanca forma parte de un sistema binario, puede acretar material suficiente que puede llevarle al colapso y terminar explotando en supernova.

Se especula que podría languidecer enfriándose y convirtiéndose en una enana negra. Esta etapa que predice la teoría ΛCDM (Lambda Cold Dark Matter) no se habría podido alcanzar dada la edad del universo. En un futuro, tal vez, pero no parece posible por el momento dentro del modelo de universo más ampliamente consensuado.

Esto que hace pensar casi en términos de ciencia ficción.

En el caso de las enanas negras parece que se produciría el fenómeno inverso a la explosión de supernova. También explotarían pero no por aumento de masa en acreción por encima del límite de Chandrasekhar, sino por disminución de éste hasta su masa. También explotarían en supernovas.

El caso es que, además, estos objetos teóricos, no es que no dejaran escapar la luz como en el caso de los agujeros negros, es que ‘no emitirían luz’ con lo que serían totalmente invisibles… y esto es demasiado para mí en tiempos de primavera en que estoy rodeada de flores ‘totalmente visibles’, así que mejor lo dejo para otros momentos más invernales.

Bromas aparte, de todas estas cuestiones trata el articulo de Matt Caplan (2020). Recomendable por lo novedoso.

Otra alternativa

Lo esperable es que la mayoría de las estrellas de masa media evolucionen hacia esas enanas blancas en el final de sus vidas. Sin embargo se han encontrado casos en los que esa enana blanca prevista ha sido expulsada de la nebulosa planetaria que debía alojarla sin que, por el momento, se pueda conocer el motivo … todo un misterio (Zhang, 2020).

Así que no solo se expulsan y repulsan en los focos de formación estelar. Parece que también lo hacen al final de sus vidas … ¿quién se aburre con tanto traqueteo?

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Bases de datos

Centre de Données astronomiques de Strasbourg [https://cds.u-strasbg.fr/]

ESA [https://cosmos.esa.int/]

NASA [https://www.nasa.gov/]

Otros recursos

IATE-European Union terminology [https://iate.europa.eu/]

SEA- Sociedad Española de Astronomía [https://www.sea-astronomia.es/glosario]

Wikipedia [https://es.wikipedia.org/]

Referencias

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Balick, B., Frank, A., Liu, B., and Corradi, R., “Models of the Mass-ejection Histories of Pre-planetary Nebulae. II. The Formation of Minkowski’s Butterfly and its Proboscis in M2-9”, The Astrophysical Journal, vol. 853, no. 2, 2018. doi:10.3847/1538-4357/aaa772.

Balick, B., Frank, A., and Liu, B., “Models of the Mass-ejection Histories of Pre-planetary Nebulae. III. The Shaping of Lobes by Post-AGB Winds”, The Astrophysical Journal, vol. 877, no. 1, 2019. doi:10.3847/1538-4357/ab16f5.

Balick, B., Frank, A., and Liu, B., “Models of the Mass-ejection Histories of Pre-planetary Nebulae. IV. Magnetized Winds and the Origins of Jets, Bullets, and FLIERs”, The Astrophysical Journal, vol. 889, no. 1, 2020. doi:10.3847/1538-4357/ab5651.

Caplan, M. E., “Black dwarf supernova in the far future”, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, vol. 497, no. 4, pp. 4357–4362, 2020. doi:10.1093/mnras/staa2262.

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