La rivalidad entre hermanos causó la explosión histórica de Eta Carinae

Leves ecos de luz iluminan lo que realmente sucedió durante la Gran Erupción de la súper estrella Eta Carinae.

El telescopio espacial Hubble capturó la gloria de la Nebulosa del Homúnculo, creada en 1843 durante una agitación por la estrella supermasiva Eta Carinae en su centro.
NASA / ESA / Nathan Smith (Universidad de California, Berkeley)

Un desagradable caso de rivalidad entre hermanos puede haber causado una explosión en el sistema estelar masivo conocido como Eta Carinae. Un nuevo análisis de "ecos de luz" respalda una teoría de que el sistema inicialmente tenía tres estrellas pero en una trama que recuerda a Game of Thrones, solo dos estrellas sobrevivieron.

Eta Carinae experimentó una gran explosión conocida como la Gran Erupción hace 170 años, presenciada en todo el mundo cuando la estrella principal de repente se convirtió en la segunda estrella más brillante en el cielo nocturno. Se parecía a una supernova en ferocidad, pero de alguna manera dejó intacta la estrella primaria, súper masiva. Ahora, un par de estudios que aparecen en los Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society (documento 1, documento 2) ha rastreado los débiles ecos de la luz que se refleja en el polvo interestelar cercano, dando a los astrónomos una vista en tiempo real de lo que sucedió hace mucho tiempo.

Al tomar el espectro de esta luz reflejada, Nathan Smith (Universidad de Arizona) y sus colegas pudieron esencialmente mirar hacia atrás en el tiempo, midiendo la rapidez con que el material avanzó durante la explosión estelar. Debido a que la luz tiene una velocidad finita, el examen de los ecos de luz en diferentes regiones de polvo permitió al equipo rastrear los escombros durante un largo período de tiempo durante la explosión. "Es como regresar e investigar la escena del crimen con instrumentos modernos", dice Smith.

Para sorpresa de los astrónomos, vieron que las propiedades del espectro cambiaron dramáticamente en los ecos de luz que registraron los eventos de las décadas de 1840 y 1850. Los datos mostraron que la explosión alcanzó velocidades de millones de millas por hora.

Examinando un eco ligero

Smith explica que una estrella masiva que envía un fuerte flujo de material a menudo muestra líneas de emisión en su espectro. Si el flujo de salida es lento, esas líneas aparecen estrechas, pero un flujo de salida rápido manchará las líneas y las ampliará. Además, debido a que los ecos de luz nos muestran la luz emitida hace 170 años, los espectros muestran cambios de esa erupción de hace mucho tiempo en tiempo real.

Los espectros mostraron que la velocidad del flujo de salida cambió varias veces durante la década de la Gran Erupción. Al principio, la velocidad de salida era de entre 150 km / sy 200 km / s (340, 000 mph y 450, 000 mph). Luego, la velocidad del material aumentó a la tasa de expansión actual de 600 km / sy superior, con múltiples flujos de partículas que se mueven a velocidades de hasta 1, 000 km / s.

"Pero esa no es la verdadera mentira", continúa Smith. En la segunda fase, su equipo vio que el viento se aceleró a velocidades muy altas, pero de manera desigual. La explosión fue asimétrica. Los vientos que se movían hacia la Tierra alcanzaron la increíble cantidad de 10, 000 km / s (22.3 millones de mph), pero esos vientos que se alejaron de la Tierra fueron aún más rápidos, con una velocidad de 20, 000 km / s.

Estas altas velocidades son indicativas de una onda de choque después de una explosión masiva, dijo Smith. "Esta es una nueva observación extremadamente importante, y cambia fundamentalmente lo que creemos que es la naturaleza de la explosión", agregó.

La rivalidad entre hermanos

¿Cómo pasó esto? El escenario más fuerte del equipo sugiere una interacción violenta entre tres estrellas.

Este gráfico de seis paneles ilustra un posible escenario para la poderosa explosión vista hace 170 años desde el sistema estelar Eta Carinae.
NASA / ESA / y A. Feild (STScI)

La historia de este sistema estelar en sí es complicada, involucra millones de años de evolución en la que algunos de los hermanos intercambiaron gas e incluso cambiaron de órbita. Al principio, dos estrellas llamémoslas A y B estaban orbitando entre sí cerca, mientras que una tercera estrella llamémosla C orbitando más afuera. Cuando A llegó al final de su vida, perdió sus capas externas, transfiriendo masa a B en el proceso y dejando un núcleo rico en helio. Mientras tanto, B, que ya era una estrella fuerte, creció al menos hasta 100 veces la masa del Sol.

Esta transferencia de masa movió el centro de masa del sistema hacia B, empujando a A más lejos, donde comenzó a tirar de C. En la interacción gravitacional, A y C intercambiaron lugares: ahora C y B estaban cerca uno del otro y A más lejos. Su órbita mutua no era estable y C y B se fusionaron, liberando la tremenda cantidad de energía vista en la Gran Erupción. Las estrellas A y B todavía se orbitan entre sí hoy, con un período de 5.5 años.

Según el escenario que propone el equipo de Smith, la fase de flujo de salida "lenta" vista en los ecos de la luz corresponde a cuando C y B estaban girando en espiral el uno hacia el otro, perdiendo masa a medida que avanzaban. Para cuando las dos estrellas se fusionaron, un capullo de material denso y de expansión lenta los rodeó. La fusión desencadenó la explosión, enviando material estelar, acelerando a altas velocidades, chocando contra el capullo circundante y produciendo las múltiples velocidades de escombros que los astrónomos detectaron en la segunda fase más rápida de los ecos de luz.

Edward van den Heuvel (Universidad de Amsterdam), quien coescribió un artículo de 2016 que también sugirió un marco de tres estrellas, dice que los nuevos estudios mejoran su modelo, porque están en sintonía con las características observadas de Eta Carinae. Sin embargo, señala que en su modelo, la estrella compañera inicial (A) es una estrella ordinaria de tipo O, mientras que los cálculos de Smith requieren que esa compañera sea una estrella Wolf-Rayet. Si bien las estrellas O son relativamente comunes, las estrellas Wolf-Rayet son de corta duración y, por lo tanto, rara vez se encuentran.

Smith dice que el equipo planea seguir observando el sistema estelar para obtener ecos de luz adicionales, para ver si pueden encontrar más información sobre la evolución de la explosión.