Encuentran abundante vapor de agua en una vieja estrella

CW LeonisUn equipo de investigadores europeos y de Canadá ha detectado vapor de agua muy caliente y abundante en el espectro de una vieja estrella rica en carbono. El sorprendente descubrimiento, que hoy publica Nature, confirma la presencia de agua en el interior de su envoltura gaseosa, y pone de relieve las lagunas que todavía existen sobre la química de las estrellas evolucionadas. En el estudio han participado científicos del Centro de Astrobiología (CSIC-INTA).

El espectro de la vieja estrella rica en carbono denominada CW Leonis o IRC 10216 ha revelado la presencia de vapor de agua a una temperatura de unos 700 ºC en la ardiente región interior de su envoltura gaseosa. Así lo confirma esta semana en Nature un equipo internacional de científicos europeos y canadienses, liderado por Leen Decin de la Universidad Católica de Leuven (Bélgica) y en el que han participado investigadores del Centro de Astrobiología (CAB, centro mixto CSIC-INTA).

CW Leonis es una estrella gigante roja, rica en carbono y vapor de agua en su atmósfera, situada en la constelación de Leo, a 500 años luz de la Tierra. Con un radio de 500 soles, es el objeto extrasolar más brillante del cielo en el infrarrojo. El descubrimiento ha sido posible gracias a los datos recogidos con el Observatorio Espacial Herschel de la Agencia Espacial Europea (ESA).

“Hasta ahora ya sabíamos que estas atmósferas contenían moléculas de agua o moléculas de carbono, y se pensó que estos dos tipos de moléculas no podían coexistir. Gracias a las mediciones del satélite Herschel hemos echado por tierra esa teoría tan asentada hasta ahora, ya que una estrella como CW Leonis, muy rica en carbono y caracterizada por la presencia de grandes cadenas carbonadas como C8H, es capaz de tener abundante vapor de agua en zonas muy internas de su atmósfera”, destaca el investigador del CSIC José Cernicharo.

Los elementos principales de la vida en la Tierra son el agua y carbono, y estrellas como el sol los sintetizan en grandes cantidades cuando llegan al final de sus vidas. Cuando envejecen, estas estrellas se convierten en gigantes rojas, como CW Leonis, y eliminan sus atmósferas.

CW Leonis emite en la actualidad 10 000 veces más energía que el Sol y en su interior se producen reacciones de fusión nuclear que convierten helio en carbono. Buena parte de ese carbono termina en las capas exteriores de su atmósfera en forma de viento estelar (rico en moléculas y partículas de polvo con base de carbono), similar al viento solar terrestre, pero en ese caso se libera un billón de veces más materia cada hora. Dentro de miles de años, CW Leonis se convertirá en una enana blanca rodeada por una nebulosa planetaria, una nube de gas y polvo formada por el material presente en su atmósfera actual.

Replantear las teorías

Con tanto carbono en su atmósfera, casi todo el oxígeno debería estar encerrado en monóxido de carbono, e implicaría una ausencia de agua. Sin embargo, los investigadores detectaron en 2001 que la estrella producía emisiones en una determinada longitud de onda, lo que demostraba la existencia de vapor de agua. Un posible origen propuesto era que el viento estelar liberaba moléculas de agua de una nube de cometas helados ubicados alrededor de la estrella.

“Herschel ha detectado sin lugar a dudas la presencia de agua a muchas longitudes de onda, y ahora es posible establecer que la temperatura del vapor de agua es de entre 700 y 1000 grados centígrados, lo que implica que el vapor de agua se forma en las capas más internas de la atmósfera y se distribuye a través del viento estelar”, explica Cernicharo.

El modelo del viento estelar interactuando con la nube de un cometa helado distante debe ser reemplazado por uno en el que se señale que el vapor de agua se crea por procesos químicos con reacciones que se desencadenan por la radiación ultravioleta. La luz ultravioleta rompe el monóxido de carbono, liberando átomos de oxígeno que pueden reaccionar con el hidrógeno para formar moléculas de agua.

“La única fuente posible de luz ultravioleta es el espacio interestelar, pero normalmente sería bloqueada por el material que fluye desde la estrella. Las observaciones con el satélite Herschel ha demostrado que algunas regiones alrededor de CW Leonis deben estar casi vacías, lo que permite que la luz ultravioleta llegue a las capas más profundas de la atmósfera de la estrella e inicie las reacciones químicas que producen agua”, apunta Cernicharo.

Los resultados de Herschel implican que se producen procesos similares alrededor de estrellas gigantes rojas como la del estudio, que siguen suministrando material para las nuevas generaciones de estrellas y planetas en galaxias como la Vía Láctea. Los modelos químicos desarrollados por los investigadores del CAB Marcelino Agúndez y José Cernicharo se comenzaron a plantear hace más de 20 años y predicen la presencia de grandes cantidades de vapor de agua en cualquier tipo de estrella gigante roja.

Enlace a Video


Referencia bibliográfica:
L. Decin, M. Agúndez, M. J. Barlow, F. Daniel, J. Cernicharo, R. Lombaert, E. De Beck, P. Royer, B. Vandenbussche, R. Wesson, E. T. Polehampton, J. A. D. L. Blommaert, W. De Meester, K. Exter, H. Feuchtgruber, W. K. Gear, H. L. Gomez, M. A. T. Groenewegen, M. Guélin, P. C. Hargrave, R. Huygen, P. Imhof, R. J. Ivison, C. Jean, C. Kahane, F. Kerschbaum, S. J. Leeks, T. Lim, M. Matsuura, G. Olofsson, T. Posch, S. Regibo, G. Savini, B. Sibthorpe, B. M. Swinyard, J. A. Yates & C. Waelkens. Warm water vapour in the sooty outflow from a luminous carbon star. Nature 467, 2 de septiembre de 2010. Doi:10.1038/nature09344.

Fecha Original:
2 de septiembre de 2010
Enlace Original

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Comments (10)

  1. extraordinario descubrimiento!!!! de primera plana la verdad.

    solo una duda.
    sobre la luz ultravioleta ¿por que la tiene que recibir de afuera. acaso la estrella no produce su propia radiacion ultravioleta?

    saludos y como siempre gracias por estas bonitas noticias.

    • jurl

      Es una estrella tipo espectral C, “familia” gigantes rojas, emiten poca luz UV (o ninguna), precisamente porque absorbe toda, incluso la parte azul del espectro visible (en parte por los compuestos de carbono que contiene). Por tanto, todo lo que esté “externo” a la estrella debe recibir luz UV de otra fuente, porque la estrella le dará poca (o ninguna). Y como dice el artículo, la luz UV de origen interestelar debería ser igualmente bloqueada por el viento solar de la estrella. Bonito problema xD.

      Por cierto, durante mucho tiempo se pensó que la luz UV era bloqueada por el medio interestelar, tuvo que ser una “falsa” luna de Mercurio la que descubriese que esto no es así xD:
      http://en.wikipedia.org/wiki/Mercury%27s_moon

      ¡Qué cosas tiene la ciencia! :D

      • kike

        Que la luz UV pueda alcanzar capas internas de la atmósfera de una estrella es bastante raro; pero creo que es aún más rara la explicación dada de que deben existir zonas “vacias” en las que la radiación o viento estelar no se produzca.

        Pese a mis limitados conocimientos me parece muy difícil que la radiación de una estrella no se reparta por igual en todas direcciones, ya que se supone que las reacciones nucleares deben producirse uniformemente en el núcleo y esparcirse por igual en todas direcciones.

        ¿Supondrá eso que la mencionada estrella posea una zona que se encuentre mucho menos activa?; creo que eso derivaría en otras muchas incógnitas;parece más fácil que el viento solar no interfiriera tanto con la luz UV, o que esta existe en tanta cantidad que no pueda ser anulada completamente.

        • jurl

          No, a ver, la luz (el espectro electromagnético próximo al que percibe nuestro sentido de la vista) se produce principalmente en la superficie de la estrella, o por decirlo mal y groseramente, allí es donde sale el espectro característico, entendiendo este no como el completo, sino como el Visible y zonas adyacentes (IR, UV). Lo que pasa en algunas estrellas (tipo M e “inferiores”) es que casi toda la radiación UV se absorbe en esas capas (debido a la composición característica de éstas) y se reemite en otra frecuencia, por lo que prácticamente no emiten UV. En el caso de la estrella del artículo, entiendo que dicen que la poca radiación UV que la estrella pueda tener no explica el fenómeno, y que la radiación UV interestelar tampoco alcanza porque es bloqueada por el viento de ésta (a fin de cuentas, el viento estelar se forma de las mismas sustancias que están en la superficie estelar, básicamente).

          • kike

            Bien, pero según lo que dice el artículo:

            ““La única fuente posible de luz ultravioleta es el espacio interestelar, pero normalmente sería bloqueada por el material que fluye desde la estrella. Las observaciones con el satélite Herschel ha demostrado que algunas regiones alrededor de CW Leonis deben estar casi vacías, lo que permite que la luz ultravioleta llegue a las capas más profundas de la atmósfera de la estrella e inicie las reacciones químicas que producen agua”, apunta Cernicharo.”

            Creo que este párrafo da a entender que las reacciones que hacen aparecer agua son causadas por la luz UV, que pertenece al espacio interestelar, y que por algún ignorado motivo debe existir una zona “casi vacia” en las cercanias de la superficie de la estrella, ya que el viento solar no impide (como sería lo normal) a la luz UV efectuar la rotura del monoxido de carbono que da origen al vapor de agua; y eso se produce según el artículo en capas interiores de la atmósfera, ya que ese vapor, por su temperatura, indica su ubicación interna.

            Vamos, que si no me he hecho un lio, lo que ocurre es que la luz UV, procedente del exterior, y por algún fallo del viento estelar en la superficie exterior del sol, consigue entrar en capas más internas de su atmósfera, rompiendo el carbono, con lo que disocia el oxígeno, que al mezclarse con el hidrógeno forma el vapor de agua.

            A ver Jurl si me lo dejas más claro.

  2. jurl

    Sí, no creo que pueda entenderse de otra manera, pero eso es una suposición, es decir, está lisa y llanamente explicitando su ignorancia. Como no conocemos otro mecanismo para producir agua desde el CO (por cierto, bastante corriente y es una reacción muy típica), pues se supone que tiene que ser así. Como para eso hace falta que llegue luz UV, y la estrella no tiene, pues tiene que venir de fuera y el viento solar no debe bloquearla. Estos son los hechos pelados, pero lo que está pasando, evidentemente, no podemos saberlo.

  3. Kike, a mi también me parece que el artículo sugiere que la radiación UV procede del exterior. Lo que no explica cómo existe ese vacío alrededor del astro, ni cómo un viento solar cargado de C y bastante más potente que el nuestro, no contribuye a que se interrumpa la formación de moléculas de agua. Eso me deja pensativo. A ver si a tí o a Jurl se os ocurre algo.

    SalU2

    • kike

      Como comprenderás poco puedo aportar al enigma; pero a bote pronto, y sin saber si es posible, se me ocurre que podría ser el mismo vapor de agua el que haga de pantalla al viento solar y favorezca de esa forma la penetración de más rayos UV, que volverían a formar más vapor; así sucesivamente se iría formando una capa cada vez más gruesa de vapor de agua;, lo que también explicaría su extraña abundancia.

      Lo que desconozco es si el vapor puede frenar a los vientos solares, quizás los frene algo.

      Te toca hipótesis…;P

  4. Me toca hipótesis? Pobre de mí, no tengo la menor idea. Pero podemos hacer dos cosas. Una, ordenar los conceptos. Dos, pensar qué haríamos si fueramos un astrofísico. Si ordenamos lo que dice el artículo sacamos las siguientes conclusiones:

    1) La estrella es, comparada con el Sol, enorme. Con un radio de 500 soles, no dicen su masa, pero supongo que al ser una gigante roja está bastante “inflada” y su densidad debería ser baja.
    2) Es el objeto extrasolar observable desde la Tierra con mayor brillo infrarrojo. Emite 10.000 veces más energía que el Sol. Es rica en carbono (C), que emite en forma de moléculas en grandes cantidades como parte del viento solar, con una intesidad de un billón de veces más de materia emitida por hora que el viento estelar de nuestro Sol.
    3) El descubrimiento radica en que se ha encontrado vapor de agua en cantidades por encima de lo esperado, a unos 700 a 1000 grados C, en su atmósfera. Se suponía que la mayor parte del oxígeno (O) debería estar combinado con el C formando compuestos tal como CO.
    4) Ya hace 20 años unos investigadores (Marcelino Agúndez y José Cernicharo) formularon la hipótesis de que las gigantes rojas podrían contener vapor de agua y en cantidades importantes. En el 2001 se detectó y ahora se constata su abundancia.
    5) Se descartó la hipótesis de la interacción entre la estrella y una nube cometaria, pues el agua parece formase en la atmósfera estelar (deducido a partir de la temperatura observada en el vapor, vaya !).
    6) Por tanto, se establece una segunda hipótesis por la cual debe haber otro mecanismo de formación de moléculas de agua y se propone que sea mediante radiación ultravioleta.
    7) La radiación UV debería proceder del espacio intelestelar, dado que la radiación de la propia estrella es absorbida por el C.
    8) Sin embargo esto choca con el hecho de que el propio viento solar debería impedir que la radiación UV penetrara como para producir la reacción generadora de agua. Sin embargo, observaciones del satélite Herschel sugieren que alrededor de la estrella hay regiones casi vacias (rrrarrro rrrarrrro) por lo cual los UV podrían entrar.

    Bien, si yo fuera un astrofísico (que no lo soy :-) ) trataría de observar estrellas gigantes rojas de masa similar o inferior que estuvieran en un radio de distancia inferior a esos 500 a.l. Y trataría de establecer si sus espectros muestran las mismas características que esta estrella, si hay agua y cuál es su abundancia, si existen regiones vacias alrededor de la estrella que permitan penetrar a los UV desde el medio intelestelar, todo para establecer una comparativa. Miraría también si en la vecindad de estas estrellas hay otras jóvenes, azules, muy energéticas, o nubes moleculares excitadas que irradien UV. Hablaría con expertos físicos en física estelar y con físicos de partículas para ver qué otros mecanismos pueden ser generadores de agua en esas circustancias.

    Esto es lo que se me ocurre con los escasos conocimientos que tengo. Se admiten más propuestas.

    SalU2

  5. Creo que en la web de la ESA se entiende un poco mejor… eso sí, en inglés :)

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