El destino final de las estrellas Wolf-Rayet

Hace tiempo que no hablo por aquí de las estrellas que dan nombre a este blog. Así que voy a aprovechar un nuevo estudio sobre la muerte de las estrellas Wolf-Rayet para hacerles un poco de caso.

Dediqué un artículo completo en el Suplemento El Zoco del periódico Diario Córdoba a las estrellas Wolf-Rayet. Se publicó el domingo 4 de octubre de 2009. La imagen es una espectacular toma de la Nebulosa del Cuarto Creciente (NGC 6888), formada por una estrella Wolf-Rayet, conseguida con el telescopio 2.5m Isaac Newton del Osbervatorio del Roque de los Muchachos (La Palma). Crédito de la imagen: Daniel López.
¿Qué es una estrella de tipo Wolf-Rayet? Se trata de una estrella muy masiva (al menos 25 veces la masa del Sol), muy caliente (la temperatura superficial puede alcanzar los 200 mil grados) y muy luminosa (una estrella Wolf-Rayet puede brillar como lo harían cien mil o un millón de soles) que está cerca de su final. Como consecuencia de las extremas condiciones que tiene en su núcleo, las estrellas masivas entran en fase Wolf-Rayet cuando comienzan a "pelar" sus atmósferas. Así, la estrella genera unos intensos vientos de material que pueden alcanzar velocidades de 2000 kilómetros por segundo. En realidad, estos fuertes vientos son las capas externas de la atmósfera de la estrella en expansión. El material en expansión es rico en hidrógeno (material que no se ha fusionado dentro de la estrella), mientras que en su centro queda el núcleo desnudo y caliente. Las estrellas Wolf-Rayet pueden perder entre 0.00001 y 0.00010 veces la masa del Sol en sólo UN AÑO (el Sol sólo pierde alrededor del 0.000 000 000 001 % de su masa al año). Vamos, en alrededor de cien mil años (un lapso irrisorio para la evolución estelar) una estrella Wolf-Rayet ha podido perder 10 masas solares por causa del intenso viento estelar.
En cierta manera (pero ojo con sobre-interpretar) podríamos decir que las estrellas Wolf-Rayet son un caso extremo de nebulosa planetaria (una envoltura de gas liberado por la estrella que rodea al núcleo desnudo) pero que ocurre no en estrellas de masa baja o intermedia, sino en estrellas masivas, además de que los vientos estelares de las estrellas Wolf-Rayet son muchísimo más intensos que los que generan poco a poco la envoltura difusa de las nebulosas planetarias. Además, las estrellas Wolf-Rayet son raras, pues sólo viven unos pocos centenares de miles de años (la fase de Wolf_Rayet suele durar alrededor del 10% del tiempo de vida de una estrella masiva). Así sólo se conocen alrededor de medio millar en la Vía Láctea, más otro centener en la Gran Nube de Magallanes (galaxia satélite de la Vía Láctea). Pero como las estrellas Wolf-Rayet brillan tan intensamente y poseen unos rasgos muy concretos en su espectro, se pueden identificar en galaxias lejanas. Así se llega a la definición de de galaxia Wolf-Rayet: aquella en la que en su espectro aparecen los rasgos de las estrellas Wolf-Rayet.
Ahora bien, ¿cómo mueren las estrellas Wolf-Rayet? Bueno, son estrellas masivas, siempre he leído en artículos científicos y escuchado decir a los expertos trabajando en ellas que mueren como todas las estrellas masivas: en una explosión de supernova. Lo único diferente es que las características del espectro de una supernova producto de una estrella Wolf-Rayet son distintas a las características del espectro de una supernova de una estrella masiva. Durante mucho tiempo se ha asociado con las explosiones de estrellas Wolf-Rayet a a las supernovas de tipo Ib, Ic (ojo, también producto de estrellas masivas, las únicas supernovas que NO provienen del colapso de las estrellas masivas son las supernovas de tipo Ia) o incluso de tipo IIb. Todas ellas son explosiones de supernova donde apenas se encuentran rasgos de hidrógeno (el hidrógeno de la estrella ha sido expulsado al espacio en los fuertes vientos estelares). Incluso hay indicios de que algunas de las explosiones de rayos gama que nos llegan hoy día desde distancias cosmológicas son el producto de estrellas muy masivas y de muy bajo contenido en metales que explotan en "hipernovas".

Imagen en Hα de la estrella Wolf-Rayet WR 124 (de tipo espectral WN8) mostrando una envoltura circumestelar joven que ha sido expulsada a velocidades mayores de 300 km/s. La estructura caótica y filamentosa creada forma la nebulosa M 1-67. La estrella se localiza a unos 15 000 años luz del Sol. (Izquierda) Imagen obtenida por el autor usando el telescopio IAC-80, combinando los fitros Hα (rojo), continuo de Hα (verde) y [O III] (azul). (Derecha) Imagen en Hα obtenida con la cámara WFPC2 del Telescopio Espacial Hubble, HST (Grosdidier et al. 1998). Se observa que los largos arcos de nebulosidad se extienden alrededor de las estrella central, pero aún no se ha desarrollado una estructura global. Además, pueden observarse numerosos nudos brillantes en la parte interior de la nebulosa, a veces rodeados por lo que parecen ser burbujas locales difusas consecuencia del viento. El cuadrado discontinuo en la imagen del IAC-80 indica el tamaño de la imagen del HST. Esta imagen corresponde a la Figura 2.1 de mi Tesis Doctoral. Creo que la imagen de la izquierda fue la primera que combiné en colores usando mis propios datos, allá en 2003 cuando comenzaba la tesis... Ya ha llovido, y ahora consigo mejores imágenes. Crédito: Á.R. L-S (izquierda) y Grosdidier et al. 1998 (derecha).
Bueno, ¿y todo este rollo que nos sueltas hoy a qué viene? Ah, sí, comencé el post con eso. Hoy he conocido que la prestigiosa revista científica Nature ha publicado esta semana un artículo científicoel progenitor de la supernova SN 2013cu fue una estrella Wolf-Rayet. ¿Dónde está la noticia entonces? ¿No decía arriba que las estrellas Wolf-Rayet explotan como supernova? Bueno, pues sí, eso dice la teoría y es lo que los astrofísicos llevamos suponiendo mucho tiempo, pero hasta este nuevo estudio no hemos confirmado observacionalmente que las estrellas Wolf-Rayet explotan como supernova. Hay una explicación lógica: como dije arriba, las estrellas Wolf-Rayet son muy raras, por eso hay muy pocas posibilidades de observar que una explote. Aún así, en los últimos tiempos estaba surgiendo la hipótesis de que quizá las estrellas Wolf-Rayet al final no llegaran a explotar como supernova: pierden tanta masa en sus vientos estelares que llega un momento en el que el núcleo de la estrella no reúne las condiciones para que ocurra la explosión.
En concreto, el estudio publicado en Nature y liderado por el astrofísico israelí Avishay Gal-Yam usa observaciones espectroscópicas conseguidas sólo 15.5 horas después de la explosión de la SN 2013cu que muestran cómo la onda de choque de la explosión rompía la burbuja de material liberado por la estrella masiva. Así han podido identificar los rasgos inequívocos de una estrella Wolf-Rayet, siendo incluso capaces de sugerir de que se trataba de una estrella Wolf-Rayet rica en nitrógeno que ha perdido gran parte de su material gracias a la acción de los fuertes vientos estelares poco antes de la explosión. Además, los autores encuentran buena correspondencia al comparar modelos teóricos de explosiones de supernova con las observaciones.
Lo que me llama la atención es que he leído varias historias respecto a este tema en blogs y páginas de divulgación científica (todas en inglés) y en muchos me parece extraer la información de que este artículo de Nature es el primero que dice que las estrellas Wolf-Rayet tienen tal destino final. Precisamente es lo que me ha animado a escribir esta historia. Y es que siempre hay que ser un poco escéptico sobre lo que se lee. Personalmente, cada vez estoy encontrando que las notas de prensa tienden a ser un poco más sensacionalistas, alejando a veces al lector del interesante y sin duda laborioso estudio que los científicos muestran en sus artículos científicos. Como digo, la noticia es la confirmación observacional de que el destino final de las estrellas Wolf-Rayet es explotar como supernova, como la teoría y las observaciones de otro tipo de estrellas masivas predecían.
- Artículo en Nature: A Wolf–Rayet-like progenitor of SN 2013cu from spectral observations of a stellar wind (Avishay Gal-Yam et al. 2014, Nature, 509, 471).
- Editorial de Nature: Out with a bang (21 de mayo de 2014).