Siglo de observaciones de aficionados arrojan luz sobre la evolución de Star

Los observadores aficionados de la AAVSO monitorearon a la estrella T Ursae Minoris durante un siglo. Ahora, los astrónomos creen que pueden explicar el reciente cambio de comportamiento de la estrella.

U Camelopardalis, la estrella capturada en esta imagen del telescopio espacial Hubble, se encuentra en una etapa de evolución similar a la de T Ursae Minoris. Recientemente ha sufrido un destello de helio, tosiendo una capa esférica de gas en el proceso. Mientras Hubble capturó la pérdida de masa en esta imagen de U Cam, las observaciones de los cambios en el brillo de T UMi permiten un estudio más profundo de su interior.
ESA / Hubble / NASA / H. Olofsson (Observatorio Espacial Onsala)

La vida útil de una estrella similar al Sol es 100 millones de veces más larga que la de un humano típico. No es de extrañar que las estrellas parezcan eternas.La mayoría de los cambios evolutivos ocurren en escalas de tiempo demasiado largas para que podamos observarlas directamente.

Pero una fase rara de la evolución estelar se produce tan rápidamente, durante décadas en lugar de milenios o más, que los simples humanos pueden ver que suceda. Y en el caso de la estrella gigante roja designada T Ursae Minoris (T UMi para abreviar), la mayoría de los humanos que vigilaban eran astrónomos aficionados.

Una estrella para las edades

La Asociación Americana de Observadores de Estrellas Variables (AAVSO) ha estado observando T UMi desde que se descubrieron las variaciones de brillo de la estrella en 1912. Finalmente, acumularon más de 100 años de observaciones. Cuando se ven juntos en un solo gráfico, esas observaciones revelan un patrón intrigante.

Durante las primeras décadas, el brillo de la estrella varió de forma semi-regular, cambiando en 4 a 5½ magnitudes en el transcurso de 300 a 330 días. Pero en los últimos 20 años, este patrón ha cambiado a un ciclo más rápido. La estrella ahora se ilumina y se desvanece en solo 1, 5 a 2 magnitudes en un período de aproximadamente 200 días. Los astrónomos que notan este cambio han propuesto que la estrella está experimentando un cambio de estructura raro y, desde una perspectiva estelar, de corta duración.

Los cambios en el patrón general de las pulsaciones de brillo de T UMi son visibles en el panel más bajo de esta curva de luz desde el AAVSO.

Ahora, László Molnár (Observatorio Konkoly, Hungría) y sus colegas han tomado las observaciones de un siglo recogidas por astrónomos aficionados (lo que los investigadores llaman "ciencia lenta") y aplicaron simulaciones por computadora de última generación para comprender la estructura interna de la estrella. . Los resultados aparecen en el Astrophysical Journal . (El texto completo está disponible aquí).

T UMi es una estrella gigante roja cuyo centro está lleno de carbono y oxígeno. Debido a que la estrella no es lo suficientemente masiva, su núcleo es inerte; nunca se fusionará nuevamente. En cambio, la estrella se sostiene contra la gravedad al fusionar hidrógeno en helio en un caparazón alrededor del núcleo. La reserva de helio se acumula hasta que se enciende. Este destello expande brevemente las regiones internas de la estrella tanto que extingue temporalmente el caparazón que quema hidrógeno y reduce las capas externas. La estrella en su conjunto se atenúa y se contrae. El radio más pequeño de la estrella significa que sus pulsaciones también se reducen.

Cuando la estrella se contrajo, apareció un segundo modo de pulsación en la estrella. Si bien el período fundamental de los cambios de brillo de la estrella ahora es de aproximadamente 200 días, hay un "sobretono" de cambios que ocurren en una escala de tiempo de 111 días. Las observaciones de AAVSO fueron cruciales para ver este sobretono, y el sobretono es crucial para comprender el interior de la estrella.

Explicando el pasado, prediciendo el futuro

Molnár y sus colegas usan su modelo de la estructura de la estrella para deducir sus características: T UMi es 2 veces la masa del Sol pero alrededor de 300 veces el diámetro del Sol, y parece tener unos 1.200 millones de años.

Además de explicar las últimas décadas del comportamiento de esta estrella, el modelo también predice las próximas décadas. Los investigadores predicen que la contracción de la estrella, y por lo tanto la disminución de su período de pulsación, durará otros 50 años, antes de que la estrella comience a expandirse y volver a brillar. ¡Los observadores de AAVSO tienen su trabajo hecho para ellos!

El modelo en sí está diseñado para comprender la evolución estelar durante miles de millones de años, por lo que es bastante increíble que pueda predecir el comportamiento en escalas de tiempo de una década. El modelo permite a los investigadores mirar más allá también. "Predecimos que T UMi sufrirá entre 5 y 10 pulsos más antes de comenzar su descenso a la fase de enana blanca", dice el coautor Meridith Joyce (Universidad Nacional de Australia). "Cada ciclo de pulso dura de unos cientos a miles de años, con fases 'silenciosas' en el medio".

El destello de helio actual está acompañado por vientos masivos que se llevan una gran parte de las capas externas de la estrella. Los investigadores estiman que T UMi ya ha perdido un sexto de su masa total de esta manera, aunque la pérdida de masa no fue un foco del estudio actual. En última instancia, estas capas de gas y polvo rodearán a T UMi en una nebulosa planetaria. Joyce agrega que T UMi permanecerá en la fase gigante roja durante al menos varios cientos de miles de años más, antes de pasar a una enana blanca.

"Es un pensamiento aleccionador que incluso los eventos 'rápidos', como el inicio del pulso térmico en una estrella, todavía se miden en décadas", dice Molnár. “Podría tomar toda la carrera científica de uno para finalmente probar, o refutar, este tipo de predicción. Sin embargo, planeamos vigilar a T UMi en el futuro previsible ".