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Resolviendo estrellas: el impacto de la óptica adaptativa

¿Te has preguntado alguna vez cómo distinguir una estrella brillante de un planeta en el cielo nocturno? Los astrónomos tienen un truco: fijarse si la atmósfera terrestre hace centellear su luz. Los planetas no centellean porque, aún con un telescopio pequeño, aparecen como pequeños círculos en el cielo. Pero si se apunta ese mismo telescopio a una estrella, sin importar cuánto aumento se use, la estrella nunca se verá como un disco. Una estrella es una “fuente puntual de luz” en jerga astronómica y los puntos, centellean.

Recientemente, sin embargo, los avances en la óptica adaptativa han implicado que los telescopios más poderosos puedan finalmente tener suficiente resolución para ver las estrellas más grandes y más cercanas como discos. La óptica adaptativa esencialmente cancela los efectos de la turbulencia de la atmósfera que son responsables por el centelleo.

El trabajo que discutimos hoy usa esta técnica para estudiar la estrella Betelgeuse y forma parte de una serie de tres trabajos. Betelgeuse es la estrella roja brillante en el hombro de la constelación de Orión, el cazador. Se supone que esta estrella roja supergigante explotará pronto en forma de una supernova (“pronto” quiere decir dentro de los próximos 100.000 años, quizás). El primer trabajo en esta serie usó imágenes infrarrojas para resolver parte de la fotosfera de Betelgeuse, es decir, su “superficie”, y para comenzar a caracterizar la distribución asimétrica de material alrededor de la estrella.  En un segundo trabajo, los autores descubrieron que Betelgeuse se encuentra rodeada, hasta distancias de decenas de radios estelares, por grumos de material que emiten luz en el infrarrojo, sugiriendo que posiblemente estén compuestos de polvo circunestelar.  (Si las escalas suenan gigantescas, más aún, ten en mente que ¡Betelgeuse es aproximadamente 1000 veces más grande que el Sol!)

El trabajo que resumimos hoy aplica la óptica adaptativa y explota la polarización de la luz visible como métodos para entender mejor los secretos de Betelgeuse. La luz visible tiene mucho que decirnos sobre las interacciones en la superficie de la estrella, sobre los grumos de gas que han sido expulsados recientemente. El polvo que se crea en los alrededores dispersa la luz visible, polarizándola.

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Figura 1. La asimetría de Betelgeuse y sus alrededores en luz visible (arriba) y polarización de la luz visible (abajo). Cada columna corresponde a una longitud de onda (un color) diferente de la luz. El círculo rojo en línea de guiones indica el radio de la fotosfera de Betelgeuse, su “superficie”, tomada como referencia del infrarrojo. El círculo blanco de guiones corresponde a ese radio multiplicado por tres. Figura 2 de Kervella et al. 

Betelgeuse no es esférica

Como se puede ver en la Figura 1, Betelgeuse no es simétrica y el material en sus alrededores tampoco se distribuye en forma simétrica. La fila superior muestra la luz emitida por Betelgeuse a través de distintos filtros (colores) de luz visible, mientras que la fila inferior muestra el grado de polarización de la luz (colores más tenues corresponden a una polarización mayor).

La polarización es más imponente más lejos de la fotosfera de la estrella y probablemente se debe a la presencia de polvo circunestelar. Sin embargo, también hay grumos de polvo muy cerca de la estrella. Es bien sabido que supergigantes rojas como Betelgeuse pierden una cantidad significativa de masa. Los mecanismos de pérdida paracen estar conectados al hecho de que las gigantescas celdas convectivas en el interior de estas no son esféricamente simétricas, pero los científicos continúan investigando por qué. Lo que sí se sabe es que la masa perdida por la estrella forma un envoltorio  alrededor de ella y provee el material del cual se forma el polvo circunestelar. La distribución de polvo alrededor de la estrella puede decirnos algo sobre cómo llegó hasta allí. A distintas distancias con respecto a la superficie estelar, se encuentra cierta cantidad de polvo y gas con distintas temperaturas y densidades.

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Figura 2. Izquierda: Un mapa de la emisión del hidrógeno (rojo) y de su absorción  (azul) en los alrededores de Betelgeuse, con las mismas líneas de guiones que la Figura 1, como referencia. Derecha: Imagen obtenida a través de la combinación de tres de los filtros de la Figura 1 (el filtro angosto de la línea del hidrógeno no se incluye). Figura 6 de Kervella et al. 

Pistas del hidrógeno

Dos de los filtros utilizados para tomar imágenes de Betelgeuse son sensibles a la línea roja Halpha, emitida por los átomos de hidrógeno. Debido a que uno de los filtros es más ancho que el otro, la resta de la imagen obtenida con el filtro ancho y con el filtro angosto resulta en un mapa de la presencia de hidrógeno que está emitiendo o absorbiendo luz. La mayor parte de la emisión de hidrógeno está confinada a una esfera de radio tres veces el tamaño de Betelgeuse (Figura 2). Esa es la distancia a la que se encuentra la mayor cantidad de polvo (Figura 1).

El resultado principal de este trabajo es que las asimetrías de Betelgeuse persisten tanto en el polvo como en el gas y que existe una interfaz aproximada a una distancia de tres veces el radio estelar. Estas asimetrías fueron observadas previamente y sugieren que hay una conexión entre la pérdida de masa de las supergigantes rojas y su vigorosa convección.

La revolución de la óptica adaptativa implica que podríamos llegar a ver a Betelgeuse cambiar de forma. Los autores del trabajo sugieren que se estudie cómo el borde interno del envoltorio que rodea a Betelgeuse cambia con el tiempo.  Por ahora, sólo hay imágenes estáticas disponibles, pero si hay algo que a los astrónomos les gusta más que una imagen, es una película. Además, quién sabe -¡podríamos llegar a ver el nacimiento de una supernova!

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