El observatorio espacial Herschel detecta vapor de agua en una estrella

Al usar el observatorio espacial Herschel, un equipo internacional, incluyendo a astrónomos del Observatoire de Paris, Institut de Radio Astronomie Millimetrique y el Observatoire de Grenoble en Francia observó vapor de agua caliente formado en algún lugar que anteriormente se creía impensable: en lo profundo de la atmósfera de una estrella pulsante gigante roja de carbono, CW Leonis.

Izquierda: Imagen infrarroja de CW Leonis (IRC+10216) tomada por el observatorio espacial Herschel de la ESA. Crédito: SA/PACS/SPIRE/MESS Consortia.

Este resultado, publicado en la edición del 2 de septiembre de la revista Nature, debería ayudar a comprender cómo este tipo de estrella evolucionada produce y expulsa los ingredientes clave para todas las formas de vida.

Los principales bloques esenciales de la vida en la Tierra son el agua y las moléculas basadas en carbono, sintetizadas en grandes cantidades por estrellas como el Sol hacia el final de sus vidas. Cuando envejecen, estas estrellas se transforman en gigantes rojas y se despojan de sus atmósferas. A éstas se les ha visto previamente contener agua o moléculas basadas en carbono y se creía que estos dos tipos de clases no podían coexistir.

Los nuevos resultados del Dispositivo de la Cámara del Espectrómetro Fotodetector (PACS) y la Cámara Fotométrica Receptora (SPIRE) a bordo del observatorio Herschel de la ESA, lanzado en mayo de 2009, han cambiado este concepto al detectar una abundante cantidad de vapor de agua caliente en la atmósfera de una gigante roja muy rica en carbono.

CW Leo (catalogada IRC+10216) es una estrella pulsante gigante roja en la constelación de Leo. Con una masa similar a la de nuestro Sol, se ha expandido a cientos de veces el tamaño de nuestra estrella -si estuviera en nuestro Sistema Solar, se extendería hasta más allá de la órbita de Marte.

Apenas detectable en el espectro visible, incluso con los telescopios más grandes, es la estrella más brillante en el cielo dentro del infrarrojo, a longitudes de onda 10 veces más largas de las que aprecia el ojo del hombre. Esto sugiere que se ha condensado gran cantidad de partículas de polvo alrededor de la estrella. Este polvo absorve la mayor parte de la radiación visible y la re-emite en infrarrojo.

La estrella está clasificada como estrella de carbono y, a una distancia de cerca de 500 años luz, es el objeto de este tipo más cercano a la Tierra. Las reacciones de fusión nuclear en sus profundidades convierten el helio en carbono. La estrella actualmente emite 10 mil veces la energía del Sol. Y sus capas externas se desprenden en un viento estelar que es mil millones de veces más intenso que el viento solar.

Esta materia es rica en muchas moléculas basadas en carbono y partículas de polvo. CW Leonis pronto terminará su vida al convertirse en una enana blanca caliente rodeada por una nebulosa planetaria difusa -una nube de gas y polvo extendida formada del material que actualmente se encuentra en su atmósfera y que será más tarde expulsado.

Con tanto carbono en su atmófera, casi todo el oxígeno debería estar empleado en monóxido de carbono (CO), dicen los científicos. No debería haber vapor de agua (H₂O).

Sin embargo, en 2001 el Satélite de Astronomía de Onda Submilimétrica (SWAS) detectó la emisión de CW Leonis a una longitud de onda del vapor de agua. Un origen posible que ha sido propuesto es que el viento estaba expulsando moléculas de agua desde una nube de cometas de hielo en evaporación alrededor de la estrella.

Sin embargo, ahora, Herschel ha detectado la marca definitiva de agua en muchas más longitudes de onda. El vapor aparece a temperaturas superiores a los 1.000 grados, implicando que está distribuido en todas partes y en lo profundo del viento.

El modelo del viento estelar interactuando con una nube de cometas de hielo distante ahora debe ser reemplazado por otro en el cual el vapor de agua es creado por reacciones químicas previamente insospechadas que se desencadenaron con la ayuda de la radiación ultravioleta interestelar. La luz ultravioleta rompe con el monóxido de carbono, expulsando átomos de oxígeno que entonces pueden reaccionar con hidrógeno para formar moléculas de agua.

La única fuente posible de la luz ultravioleta es el espacio interestelar. Ya se sabía que el viento estelar tiene "bultos", y los resultados de Herschel han mostrado que algunas regiones alrededor de la estrella deben al menos estar vacíos. Éstas permiten que la luz ultravioleta llege a las capas más profundas de la atmósfera e inice las reacciones químicas para producir agua.

En la Tierra primitiva, la radiación ultravioleta del Sol pudo haber jugado un papel crucial en iniciar los procesos prebióticos que finalmente crearon los bloques esenciales de la vida. Los nuevos resultados de Herschel implican que procesos análogos operan alrededor de estrellas gigantes rojas que abastecen nuevas generaciones de estrellas y planetas en galaxias como nuestra Vía Láctea.

Más información:
Artículo en el sitio de Herschel

Fuente: ESA.

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La sonda Cassini descubre una sorprendente variación de temperatura sobre la superficie de Mimas

Las imágenes y mapa de temperatura de mayor resolución de la luna de hielo Mimas, de Saturno, obtenidas por la sonda espacial Cassini de la NASA revelan sorprendentes patrones en la superficie de la pequeña luna, incluyendo regiones calientes inesperadas y bandas de luz y oscuridad en las paredes de los cráteres.

Izquierda: Variaaciones de temperatura halladas en Mimas. En la izquierda se ve una imagen en el espectro visible. Crédito: NASA/JPL/GSFC/SWRI/SSI.

"Otras lunas generalmente toman la luz del sol, pero resulta que Mimas es más extraña de lo que creíamos," dijo Linda Spilker, científica del proyecto Cassini en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California. "Ciertamente nos ha dado nuevos misterios."

Cassini recogió los datos el 13 de febrero, durante su sobrevuelo más cercano a la luna, la cual está marcada por un enorme cráter denominado Herschel.

Los científicos trabajando con el espectrómetro infrarrojo compuesto, que mapeó las temperaturas de Mimas, esperaban temperaturas de variación suave, llegando a los máximos valores en las tardes cerca del ecuador. En cambio, la región más cálida estaba en las mañanas, a lo largo del borde del disco de la luna, con temperaturas cercanas a los 77 Kelvin (-196ºC). Un punto cálido más pequeño, apareció alrededor de Herschel, con una temperatura de unos 84 Kelvin (-189ºC).

El punto cálido alrededor de Herschel tiene sentido porque las altas paredes del cráter (de unos 5 kilómetros de altura) pueden atrapar el calor dentro del cráter. Pero los científicos quedaron sorprendidos por el nítido patrón en forma de V.

"Sospechamos que las temperaturas están revelando diferencias en textura sobre la superficie," dijo John Spencer, miembro del equipo del espectrómetro de infrarrojos compuesto de Cassini, del Southwest Research Institute, en Boulder, Colorado. "Tal vez es la diferencia entre algo como nieve vieja y densa y polvo recién caído."

El hielo más denso rápidamente transporta el calor del Sol lejos de la superficie, manteniéndolo frío durante el día. El hielo en polvo es más aislante y atrapa el calor del Sol en la superfice, haciendo que ésta se caliente.

Incluso si las variaciones de la textura de la superficie son las responsables, los científicos aún están tratando de averiguar por qué hay límites tan nítidos entre las regiones, dijo Spencer. Es posible que el impacto que creó el Cráter Herschel derritió la superficie de hielo y distribuyó el agua a lo ancho de la luna. Ese líquido puede haberse congelado inmediatamente en una superficie dura. Pero es difícil entender por qué esta capa superior densa permanecería intacta cuando los mteoritos y otros escombos espaciales la habrían dejado pulverizada para este momento, dijo Spencer.

El material esparcido por el anillo E, uno de los anillos externos de Saturno, debería también mantener a Mimas con un color relativamente claro, pero las nuevas imágenes en luz visible del sobrevuelo de Cassini muestran una luna de sorprendentes contrastes. El equipo de imágenes de la sonda no esperaba encontrar rayas oscuras bajando desde las paredes brillantes de cráteres o una montaña continua y angosta de escombros oscuros concentrados en el fondo de cada pared.

Arriba: Durante el sobrevuelo más cercano a Mimas, Cassini pasó a 9.500 kilómetros sobre la superficie de la luna. La imagen está enfocada en la parte norte del hemisferio de Mimas que enfrenta su órbita alrededor de Saturno. Crédito: NASA/JPL/Space Science Institute.

Con el paso del tiempo, la superficie de la luna parece acumular un delgado velo de minerales de silicatos o partículas ricas en carbono, posiblemente debido al polvo de meteoros cayendo en la luna, o impurezas que ya estaban en la superficie de hielo.

Cuando los rayos calientes del Sol y el vacío del espacio evaporan el hielo más brillante, el material más oscuro es concentrado y dejado detrás. La gravedad empuja el material oscuro hacia las paredes del cráter, exponiendo el hielo fresco debajo.

Aunque se ven efectos similares en otras lunas de Saturno, la visibilidad de estos contrastes en una luna con su superficie continuamente modificada por pequeñas partículas del anillo E ayuda a los científicos estimar la tasa de cambio en otros satélites.

Más información:
Artículo en el sitio de la Misión Cassini

Fuente: NASA/JPL.

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