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Proyectos de investigación astrofísica

Física de las Estrellas, Sistemas Planetarios y Medio Interestelar

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Estrellas Masivas Azules (P/309808)

A HERRERO

M. Cerviño Saavedra, S. Simón-Díaz, G. Gómez Velarde, L. Crivellari, C. Sabin San Julian, I. Camacho Iniesta

Colaboradores del IAC: S.L. Hidalgo Rodríguez, K.S. Rübke Zúñiga, M. Godart, S. Rodríguez Berlanas, G. Holgado Alijo

J. Puls (Univ. de Munich, Alemania); C. Evans (ROE, RU); A. de Koter (Astronomical Institute, Univ. de Utrecht, Holanda); J.S. Vink (Obs. de Armagh, RU); N. Markova (NAO, Bulgaria); D.J. Lennon (ESA, Madrid), N.R. Walborn (STScI, EEUU); R.P. Kudritzki(IoA, Univ. de Hawai, EEUU), M.A. Urbaneja (U. Inssbruck); F. Najarro (CAB, Madrid); I. Negueruela (Univ. de Alicante); J. Maíz Apellániz (IAA, Granada), N. Langer, N. Castro (Univ. Bonn, Alemania), S. Clark (Open University, RU), M. García (CAB, Madrid), G. Meynet (U. Ginebra); C. Sabín (U. La Serena); D. Calzetti (U. Massachussets)

Introducción

En este proyecto pretendemos observar y analizar estrellas masivas en galaxias cercanas para comprender sus propiedades y evolución en diferentes entornos, en especial aquéllos cuyas condiciones se aproximen a las Universo temprano, a fin de que puedan ser utilizadas para comprenderlo mejor.

Las estrellas masivas constituyen el origen de fenómenos tremendamente energéticos y son un agente primario de la evolución química y dinámica de las galaxias y del Universo. Son también uno de los más importantes agentes propuestos para iniciar la deionización del Universo, que lo volvió transparente a la radiación, permitiéndonos hoy en día su observación. Estas estrellas nacen con masas superiores a ocho veces la masa del Sol, lo que las condena a morir como Supernovas al final de su vida, formando estrellas de neutrones y agujeros negros y produciendo Estallidos de Rayos Gamma. Su evolución es muy rápida, y durante la misma liberan gran cantidad de material procesado nuclearmente a través de fuertes vientos estelares (pueden perder hasta el 90% de su masa) emitiendo gran cantidad de radiación en forma de fotones de alta energía. Su alta masa las predispone a formar sistemas binarios, que pueden evolucionar a binarias de rayos X de alta masa y formar objetos compactos.

Estos procesos dependen de las propiedades de las estrellas, como su masa, metalicidad, rotación que cambian en función de la galaxia que aloja a la estrella. Para interpretar la radiación que nos llega de galaxias lejanas debemos comprender como estas propiedades varían con las de la galaxia anfitriona y como determinan los procesos descritos. Es necesario pues estudiarlas en un conjunto de galaxias que cubran una variedad de características.

Afortunadamente, al ser muy luminosas, las estrellas masivas pueden estudiarse individualmente en galaxias cercanas, en donde su física puede acercarse a la del Universo primitivo y pueden así utilizarse como patrones de distancia. También pueden observarse colectivamente en regiones de intensa formación estelar a grandes distancias, incluso poco después de la reionización del Universo, que podrían haber causado.

Los espectros de estas estrellas contienen gran cantidad de información. Presentan un gran número de líneas de diferentes elementos químicos, como por ejemplo H, He, C, N, O, Si, Mg o Fe, y muestran fuertes signos de la pérdida de masa que constituye el viento estelar. Estos vientos posibilitan estudios espectroscópicos en galaxias lejanas permitiéndonos así obtener información esencial sobre las galaxias que las hospedan. Si hay presentes lentes gravitatorias, las líneas de los vientos estelares pueden ser usadas para obtener la composición química (metalicidad) de galaxias del universo temprano con formación estelar activa.

La determinación de sus parámetros estelares y abundancias químicas permite una comparación detallada con las predicciones de la teoría de evolución estelar, pero como contrapartida exige un detallado cálculo del espectro emergente. Este cálculo detallado se complica debido a las fuertes condiciones de NETL, esfericidad y pérdida de masa, cuyo efecto es acoplar las ecuaciones del transporte de radiación, del equilibrio estadístico y de continuidad en una geometría esférica. Además, el problema debe resolverse utilizando una descripción realista del modelo atómico. Sin embargo, si disponemos de dichos parámetros estelares y abundancias, podemos además comparar con las determinaciones de abundancias en el medio interestelar de nuestra galaxia y galaxias vecinas, y con las predicciones de las teorías de evolución química de las galaxias.

Los análisis de estrellas masivas en la Vía Láctea y en galaxias cercanas, tanto dentro como fuera del Grupo Local, nos pueden proporcionar una gran cantidad de información acerca de la estructura y evolución de estrellas y galaxias, bajo diferentes condiciones, extrapolables a regiones más alejadas del Universo. No obstante, ello requiere identificar las estrellas masivas como tales, lo que obliga al uso de diagramas de color-magnitud y a la obtención de espectros de baja resolución. Además, es necesario recurrir a las observaciones en distintas longitudes de onda, para lograr los datos precisos. Aunque muchos parámetros pueden obtenerse a partir de observaciones en diferentes rangos espectrales, el UV es necesario para determinar velocidades terminales del viento; el visible, para temperaturas efectivas, gravedades y pérdidas de masa, lo que puede obtenerse bajo determinadas condiciones también del IR.

Los objetivos del presente Proyecto son los siguientes:

- Identificar las estrellas masivas en galaxias cercanas, en especial aquellas con condiciones cercanas a las del Universo primitivo.

- Observar y analizar las estrellas en esas galaxias.

- Determinar las propiedades de las estrellas masivas en diferentes entornos. Correlacionar las propiedades estelares con las del entorno.

- Estudiar la variación de la evolución de las estrellas con sus propiedades iniciales (determinadas en parte por el entorno)

- Diseñar un tratamiento numérico fiable que reproduzca el comportamiento de los diferentes procesos físicos que tienen lugar en el interior de las atmósferas estelares.

A largo plazo, pretendemos aplicar estos objetivos a estudios del Universo primitivo.

Hitos

Durante 2014 se ha realizado el primer atlas de estrellas OB en Sextans A. Se trata del atlas de estrellas masivas de metalicidad más baja realizado hasta la fecha. Los espectros fueron obtenidos con OSIRIS en el GTC.

También se presentó el primer atlas de espectros UV de estrellas OB masivas en IC1613, otra galaxia de muy baja metalicidad. Se determinaron las velocidades terminales en el viento de estas estrellas, de nuevo extendiendo el rango de metalicidades de este tipo de medidas. Nuestros resultados muestran evidencias de que la razón de O a Fe en IC1613 es anómala.

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