No debe haber nada más apropiado para descansar la mente que sentarse bajo el cielo nocturno y contemplar el brillo nítido y sereno de las estrellas. Esas estrellas que nos parecen eternas, inmutables y perfectas... Aunque, definitivamente, no lo son. La idea de que las estrellas eran inmutables se empezó a dejar de lado hace muchísimo tiempo, por el año 1572. El 11 de noviembre de ese año, el astrónomo danés Tycho Brahe estudió una estrella nueva (lo que hoy conocemos como una explosión de supernova) en la constelación de Casiopea. Ese evento dejó a Tycho deslumbrado: "Quedé tan extrañado que incluso dudé de mis sentidos. Pero cuando vi que otras personas señalaban hacia la nueva estrella, me convencí de que realmente estaba allí." Ese cambio asombroso, esa estrella muy brillante que súbitamente aparecía en la noche, produjo una transformación rotunda en nuestro entendimiento del cielo. Las estrellas no eran eternas. Las estrellas cambiaban, evolucionaban, padecían sus propios dramas. Apenas 28 años después del desconcertante evento de Tycho Brahe, ahora en el año 1600, el astrónomo y cartógrafo holandés Willem Blaeu observó con sorpresa que una estrella aumentaba considerablemente su brillo, en poco tiempo. En sus prolijos mapas, Blaeu registró que su estrella se llamaba P Cygni. La "P" era la letra con que se indicaba a esa estrella en el catálogo del alemán Johann Bayer, y "Cygni" significaba que pertenecía a la constelación Cygnus (el Cisne). Por aquel momento, la estrella P Cygni se había vuelto una de las más brillantes del cielo pero, con el pasar de los días, había comenzado a debilitarse y seis años después, ya no se la podía ver a simple vista.

Hoy sabemos que estos dos ejemplos de estrellas que cambian de brillo son casos muy diferentes. La supernova de Tycho fue una colosal explosión de la que solo queda una bonita nube de gas expandiéndose en el espacio. En cambio, P Cygni siguió siendo una estrella (¡sin desparramar sus entrañas como la supernova!), aunque sufrió otros episodios repentinos menores de cambio de brillo. El análisis cuidadoso de la luz de P Cygni mostró que esa estrella sufre enormes eyecciones de gas muy caliente de partículas cargadas desde su superficie. A su alrededor, ese material expulsado forma un viento supersónico que se dispersa en todas las direcciones.

Los cambios en el viento estelar debidos a las eyecciones esporádicas de gas de la estrella P Cygni, son responsables de las variaciones observadas en su brillo. P Cygni es una estrella que dispersa gas en abundancia. ¡Con la cantidad de materia que expulsa en un solo año, se podrían construir 11 planetas Tierra! Por esa razón, a esta estrella se la considera como el arquetipo de estrellas con viento muy intenso. En esta clase de astros, el material expulsado es intensamente acelerado por la misma luz estelar, en un fenómeno que se conoce como "presión de radiación". Con una aceleración tan poderosa, el viento alcanza una velocidad mayor a 600.000 km/h (para comparar, los aviones más veloces pueden viajar a casi 10.000 km/h). La mayoría de las estrellas más calientes que el Sol, tienen vientos muy intensos con velocidades y cantidades de materia expulsada un poco menores que P Cygni. Sin embargo, aún no sabemos cuál es el mecanismo inicial que hace expulsar la materia de las estrellas, ese "empujón" inicial que saca al gas del pozo gravitatorio enorme de una estrella de gran masa.

De ese tema se trata, justamente, un nuevo trabajo publicado recientemente en la reconocida revista científica Astronomy & Astrophysics. El equipo de investigadores estuvo dirigido por la Dra. Lydia Cidale que pertenece al IALP (CONICET-UNLP) y es profesora de la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas (FCAG, UNLP). Se sumaron Maximiliano Haucke (Facultad de Ingeniería, UNLP), María Laura Arias, Lorena Mercanti y Roberto Venero (todos pertenecientes al IALP y la FCAG), Anahí Granada (Universidad Nacional de Río Negro) y los colaboradores internacionales, Michaela Kraus (Academia de Ciencias de República Checa) y Michel Curé (Universidad de Valparaíso, Chile). El trabajo se realizó en el marco del proyecto internacional POEMS (Physics of Extreme Massive Stars o Física de Estrellas Masivas Extremas), financiado por la Unión Europea.

Esta investigación está dedicada al estudio del viento de una "hermana menor" de la estrella P Cygni, en este caso, se trata de "55 Cygni" (estrella que forma parte de la misma constelación Cygnus, pero que no tiene ninguna relación con la otra estrella). Sin embargo, la llamamos "hermana" porque también es una estrella supergigante azul, lo que significa que su tamaño es muy grande (en este caso, 60 veces mayor que el Sol) y su color azulado se debe a que su temperatura es muy alta (más de tres veces la temperatura en la superficie del Sol). La estrella 55 Cygni presenta variaciones en su luz, las cuales son atribuidas a cambios en el tamaño mismo de la estrella y a fluctuaciones en la intensidad del viento estelar debidas a eyecciones esporádicas de materia. Estos cambios observados resultan ideales para explorar cuál es el mecanismo responsable de expulsar el gas, que luego será empujado y formará el viento tan impetuoso. Entonces, para estudiar estos cambios, los investigadores analizaron un conjunto de observaciones en luz infrarroja de la estrella, usando el telescopio de 8.1 metros del Observatorio Gemini Norte (ubicado en Hawaii). Dado que Argentina es miembro del consorcio de naciones que integran el Observatorio Gemini, sus astrónomos pueden usar sus enormes telescopios. A partir de los excelentes datos obtenidos, el equipo de expertos encontró que las variaciones de luz se repetían, aproximadamente, cada 13 y cada 22 días. Esos ciclos de variaciones estaban en concordancia y presentaban los mismos períodos, que los reportados en un trabajo publicado anteriormente basado en observaciones en la luz visible.

Mediante programas de computadora en los que simularon las propiedades físicas para un gas en movimiento y en interacción con la poderosa luz estelar, pudieron modelar el viento de la estrella. De este modo, obtuvieron algunas características distintivas que se deberían observar en la luz infrarroja y visible de la estrella. Luego cotejaron estas características esperadas con las observaciones. Como resultado de esta comparación, pudieron estimar cómo va cambiando la cantidad de masa que la estrella pierde, en forma de viento, a lo largo del tiempo. Esa información les permitió vincular los cambios observados en la luz con un fenómeno físico muy peculiar de las estrellas más calientes y con más masa: las pulsaciones.

Las pulsaciones son inestabilidades que ocurren en el interior no muy profundo de algunas estrellas, debido a que sus fuerzas internas no están completamente en equilibrio y permanecen "vibrando" por miles de años. Estas inestabilidades se manifiestan de manera que algunas partes de la superficie estelar oscilan, subiendo y bajando como si se tratara del parche de un tambor. Las pulsaciones estelares pueden tener distintas causas y modos naturales de oscilación. Existe un modo especial de pulsación (curiosamente llamado "modo extraño", aunque no es para nada extraño) en el que la oscilación que podría ser suficientemente potente como para empujar el material y producir una eyección. Una vez expulsado el gas, el empuje de la intensa luz completaría la aceleración del viento. Los resultados de este trabajo muestran que las eyecciones de gas son completamente compatibles con las pulsaciones en modo extraño con un ciclo de 22 días y medio, dando un renovado soporte a la idea de que las pulsaciones estelares pueden ser el detonante de las variaciones en el viento estelar, expulsando material con cierta regularidad.

Este trabajo muestra la importancia de realizar series continuadas de observaciones en luz infrarroja, para poder interpretar la variabilidad observada en el brillo de estas estrellas masivas. De hecho, se ha propuesto que las observaciones infrarrojas permiten estimar con mejor precisión la pérdida de masa de estas estrellas, mejorando los valores que pueden obtenerse estudiando la luz visible. También se trata de un estudio innovador que llamará mucho la atención entre los expertos del mundo, ya que puede vincular diferentes partes de la estrella: el interior con sus pulsaciones y el exterior, con el viento cambiante.

Título del artículo: "Variations in the intermediate wind region of the blue supergiant 55 Cygni"

Autores: Lydia S. Cidale (IALP, FCAG), Maximiliano Haucke (FI, UNLP), María Laura Arias (IALP, FCAG), Michaela Kraus (Academia Checa de Ciencias, Rep. Checa, Federico Campuzano Castro (FCAG), Roberto O. J. Venero (IALP, FCAG), Lorena Mercanti (IALP, UNLP), Michel Curé (Universidad de Valparaíso, Chile) y Anahí Granada (Universidad Nacional de Río Negro).

Redacción de la nota: Dr. Roberto O. J. Venero

Foto portada: Recreación imaginaria de la estrella 55 Cygni, expulsando materia desde su superficie, la cual es impulsada por la luz estelar, para formar un poderoso viento. Realizado con IA (https://deepdreamgenerator.com/).

Foto2: (de izq a der) Dra. Lydia Cidale, Dra. María Laura Arias, Dr. Roberto O. J. Venero y Lic. Lorena Mercanti.