Cómo las estrellas masivas en sistemas binarios se convierten en fábricas de carbono

La próxima vez que agradezca a su estrella de la suerte, es posible que desee bendecir los binarios. Nuevos cálculos indican que una estrella masiva cuya capa exterior es arrancada por una estrella compañera termina arrojando mucho más carbono que si la estrella hubiera nacido solitaria.

“Esa estrella produce aproximadamente el doble de carbono de lo que produciría una sola estrella”, dice Rob Farmer, astrofísico del Instituto Max Planck de Astrofísica en Garching, Alemania.

Toda la vida en la Tierra se basa en el carbono, el cuarto elemento más abundante del cosmos, después del hidrógeno, el helio y el oxígeno. Como casi todos los elementos químicos más pesados ​​que el helio, el carbono se forma en las estrellas (SN: 12/2/21). Para muchos elementos, los astrónomos han podido precisar la fuente principal. Por ejemplo, el oxígeno proviene casi en su totalidad de estrellas masivas, la mayoría de las cuales explotan, mientras que el nitrógeno se produce principalmente en estrellas de menor masa, que no explotan. Por el contrario, el carbono surge tanto en estrellas masivas como en estrellas de menor masa. A los astrónomos les gustaría saber exactamente qué tipos de estrellas forjaron la mayor parte de este elemento vital.

Farmer y sus colegas observaron específicamente estrellas masivas, que son al menos ocho veces más pesadas que el sol, y calcularon cómo se comportan con y sin socios. Las reacciones nucleares en el núcleo de una estrella masiva primero convierten el hidrógeno en helio. Cuando el núcleo se queda sin hidrógeno, la estrella se expande y pronto el núcleo comienza a convertir helio en carbono.

Pero las estrellas masivas generalmente tienen estrellas compañeras, lo que agrega un giro a la historia: cuando la estrella se expande, la gravedad de la compañera puede arrancar la envoltura exterior de la estrella más grande, exponiendo el núcleo de helio. Eso permite que el carbono recién acuñado fluya hacia el espacio a través de un flujo de partículas.

“En estas estrellas muy masivas, estos vientos son bastante fuertes”, dice Farmer. Por ejemplo, los cálculos de su equipo indican que el viento de una estrella nacida 40 veces más masiva que el sol con un compañero cercano expulsa 1,1 masas solares de carbono antes de morir. En comparación, una sola estrella nacida con la misma masa expulsa solo 0,2 masas solares de carbono, informan los investigadores en un artículo enviado a arXiv.org el 8 de octubre y en prensa en el Diario astrofísico.

Si la estrella masiva explota, también puede superar a una supernova de una estrella masiva en solitario. Eso es porque, cuando la estrella compañera quita la envoltura de la estrella masiva, el núcleo de helio se encoge. Esta contracción deja algo de carbono fuera del núcleo. Como resultado, las reacciones nucleares no pueden convertir ese carbono en elementos más pesados ​​como el oxígeno, dejando más carbono para ser arrojado al espacio por la explosión. Si la estrella hubiera sido única, el núcleo habría destruido gran parte de ese carbono.

Al analizar la salida de estrellas masivas de diferentes masas, el equipo de Farmer concluye que la estrella masiva promedio en un binario expulsa de 1,4 a 2,6 veces más carbono a través de vientos y explosiones de supernovas que la estrella masiva promedio que es única.

Dada la cantidad de estrellas masivas en binarias, el astrónomo Stan Woosley dice que enfatizar la evolución de las estrellas binarias, como lo han hecho los investigadores, es útil para precisar el origen de un elemento crucial. Pero “creo que están haciendo una afirmación demasiado fuerte basada en modelos que pueden ser sensibles a la física incierta”, dice Woosley, de la Universidad de California, Santa Cruz. En particular, dice, las tasas de pérdida de masa de las estrellas masivas no se conocen lo suficientemente bien como para afirmar una diferencia específica en la producción de carbono entre estrellas simples y binarias.

Farmer reconoce la incertidumbre, pero “el panorama general es sólido”, dice. “Los binarios están generando más [carbon]. “


Source: Science News by www.sciencenews.org.

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