lunes, 23 de noviembre de 2015

Descubriendo una estrella muy particular en el campo de Kepler

Imagen del campo estelar de la estrella KIC 9821622, la cual se indica con una cruz (Fuente: Digitized Sky Survey – STScI/NASA, Colored & Healpixed by CDS)


Astrónomos del Observatorio Astronómico de Córdoba reportaron recientemente el descubrimiento de una nueva estrella gigante roja rica en litio utilizando observaciones obtenidas con el instrumento GRACES del observatorio Gemini.

Se trata de la estrella KIC 9821622, ubicada a una distancia aproximada de 5270 años luz, localizada en el campo observado por el telescopio espacial Kepler, (región cercana a las constelaciones de Cygnus y Lyra en el hemisferio norte). En esta estrella se detectaron también anomalías químicas de otros elementos, incluyendo excesos en elementos alfa, elementos del pico de hierro y aquéllos producidos por captura rápida de neutrones.
 Además de este interesante descubrimiento, es importante resaltar que este trabajo constituye el primer artículo científico publicado utilizando observaciones del nuevo instrumento GRACES del Observatorio Gemini.


Gigantes ricas en litio

El litio es un elemento frágil que es destruido al entrar en contacto con material a altas temperaturas. Debido a esta fragilidad, las estrellas en la fase de secuencia principal conservan su litio primordial sólo en las capas más externas y frías, mientras que el interior estelar más caliente está básicamente desprovisto de litio.
A medida que una estrella agota el hidrógeno de su región central transformándolo en helio, deja la secuencia principal y evoluciona hacia fase de gigante roja. Durante esta fase, la estrella se encuentra únicamente quemando hidrógeno en una cáscara delgada alrededor del núcleo inerte de helio. Como resultado de este proceso, la estrella ha expandido su volumen considerablemente y enfriado tomando un color rojizo, de aquí el nombre de gigante roja.
Además, durante esta fase de gigante roja, las capas más externas y frías entran en contacto con material más caliente del interior estelar, causando que el litio remanente de la atmósfera estelar sea casi completamente destruido. Sin embargo, cerca del 2% de todas las gigantes rojas observadas presentan una abundancia de litio por encima de los límites dados por los modelos de evolución estelar. A estas estrellas se las denomina gigantes ricas en litio y hasta el momento sólo se conoce un centenar de ellas.
Si bien la causa real del exceso de litio en estas estrellas permanece desconocida, lo cual representa uno de los problema actuales de la astrofísica estelar, se han esbozado dos escenarios principales para explicar su origen. Por un lado, se ha propuesto que bajo ciertas condiciones, y a través de reacciones nucleares complejas, se podría producir litio fresco en las estrellas gigantes.
Por otro lado, se ha sugerido que el exceso de litio podría ser el resultado de contaminación externa de las capas superficiales de la gigante por la ingestión de una compañera subestelar (planeta o enana marrón), o por los desechos de la explosión de una supernova de tipo II. En el primer caso, sería esperable que la estrella, además del exceso de litio, presente sobreabundancias de otros elementos químicos. Por su parte, la acreción de una compañera subestelar produciría un incremento en el contenido de berilio, como así también un aumento en la velocidad rotacional estelar y eyecciones de masa que podrían ser observables como excesos infrarrojos.

Posibles causas del origen del exceso en litio de KIC 9821622

Para poder realizar este trabajo, los investigadores del OAC utilizaron el nuevo espectrógrafo de alta resolución GRACES del Observatorio Gemini Norte ubicado en Mauna Kea, Hawaii. La luz colectada en el telescopio de 8.1 metros de Gemini Norte es enviada por medio una fibra óptica hacia el espectrógrafo que se ubica en edificio del observatorio Canada-Francia-Hawaii a 150 metros de distancia. Allí, la luz estelar es separada en las distintas longitudes de onda que la constituyen (espectro), lo cual permite estudiar su composición química detallada. A partir los espectros obtenidos con GRACES, el equipo del OAC pudo determinar la temperatura efectiva, gravedad superficial, metalicidad y abundancias químicas de 23 elementos de la estrella KIC 9821622. Más aún, combinando varios de estos parámetros con datos astrosismológicos obtenidos a partir de observaciones realizadas con el telescopio espacial Kepler, los investigadores pudieron determinar los parámetros físicos de la estrella (masa, radio, edad) y su estado evolutivo de manera inequívoca.

Izquierda: Vista aérea del observatorio Gemini Norte (abajo) y el Observatorio Canada-Francia-Hawaii, donde se encuentra ubicado el espectrógrafo GRACES. En amarillo se indica el conducto de fibra óptica que envía la luz colectada por el telescopio de 8.1 metros hacia el espectrógrafo. Derecha: Recinto térmico donde se ubican los componentes ópticos del espectrógrafo.
Sin embargo, curiosamente el análisis químico revela que KIC 9821622 también presenta excesos en otros elementos además del litio, incluyendo elemento alfa (oxígeno, silicio, calcio, magnesio), del pico de hierro (vanadio, cromo, escandio, níquel), y también aquéllos producidos por captura rápida de neutrones (europio y neodimio). Estas anomalías químicas, sugieren fuertemente que la naturaleza rica en litio de esta estrella podría haber sido provocada por la caída de material enriquecido en explosiones de supernova.
Finalmente, puesto que los investigadores detectaron excesos infrarrojos en la estrella no descartan que el exceso de litio estelar haya sido provocado por la ingestión de un planeta con una masa similar a la de Saturno. No obstante, este último escenario requiere de más observaciones de alta calidad para ser confirmado.

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