Un equipo internacional, liderado por un investigador predoctoral del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) en España, ha descubierto que los elementos químicos más pesados en la superficie de las estrellas masivas más jóvenes proceden de sus compañeras más evolucionadas.

“Las estrellas son las grandes fábricas de elementos químicos del universo: a lo largo de su evolución toman los más ligeros y los fusionan en otros más pesados, cambiando su composición original”, explicó Carlos Martínez-Sebastián, investigador predoctoral del IAC y doctorando de la Universidad de La Laguna (ULL) que ha liderado el estudio.

Pero el problema es que, en el caso de las estrellas masivas, “no entendemos cómo esos elementos llegan a la superficie, donde podemos observarlos”, señaló el investigador en un comunicado del IAC.

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Qué son las estrellas masivas

Las estrellas masivas son aquellas que superan en ocho o más veces la masa del Sol y son capaces de morir en una supernova, dejando atrás una estrella de neutrones o incluso un agujero negro.

«Son objetos de gran interés para la astrofísica; aunque son poco numerosos, tienen vidas muy rápidas y violentas que determinan lo que pasa a su alrededor. Si queremos entender cómo evolucionan las galaxias, cómo nacen otras estrellas o cuál es el origen de las ondas gravitacionales, necesitamos comprender las estrellas masivas», afirmó Roberto Gamen, coautor del estudio y director del Instituto de Astrofísica de La Plata (IALP), en Argentina.

Durante décadas, se ha observado que algunas de estas estrellas masivas presentan en su superficie mucho más helio del esperado —su segundo elemento más abundante—, dando lugar a lo que se conoce como «la discrepancia del helio».

Los modelos clásicos de evolución estelar individual no lograban explicarlo y ahora el equipo liderado desde el IAC aporta la evidencia observacional más sólida hasta la fecha de que la causa principal es la interacción con una estrella compañera en sistemas binarios.

“Las estrellas masivas son como un barraquito”, un café cortado típico de algunas islas, comentó Sergio Simón-Díaz, coautor del estudio y líder del grupo de investigación de estrellas masivas del IAC.

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“Al principio está estructurado por capas, pero nosotros solo podemos analizar el líquido más superficial: la espuma de leche coronada por un poco de canela; no sabemos nada del licor y la leche condensada del fondo”.

Y añadió: “Sin embargo, al mezclarlo, puedes encontrar todos los matices de su composición para entender que no es un simple café con leche. Del mismo modo, aunque en las estrellas masivas solo veamos su superficie, esta es suficiente para entender su historia evolutiva”.

El estudio

En el estudio, publicado en Astronomy and Astrophysics, el equipo analizó una muestra de 45 sistemas binarios espectroscópicos de una sola línea (aquellos en los que solo se detecta la luz de una de las dos estrellas) que contienen una estrella de tipo O, es decir, una masiva joven.

Combinando datos sobre la abundancia de helio en la superficie con parámetros orbitales como el periodo y la excentricidad, identificaron un patrón claro: las estrellas que acumulaban más helio eran precisamente las que giraban muy pegadas a su compañera, completando su órbita en menos de 15 días.

Además, todas ellas presentan el comportamiento característico de las llamadas estrellas ‘fugitivas’, aquellas que se mueven a gran velocidad respecto a su entorno, lo que apunta a que sus sistemas han sido perturbados por una previa explosión de supernova.

El estudio apunta a que el origen de la abundancia anómala está en una interacción previa ya que, en un sistema binario, la estrella más masiva evoluciona más rápido, produciendo mucho más helio en el mismo periodo de tiempo.

Además, también se expande más rápido, lo que puede llevar a una transferencia de material a su compañera y la estrella receptora acumula este material en su superficie, alterando su composición química.

Posteriormente, la estrella más evolucionada puede explotar en una supernova, modificando la órbita del sistema o incluso destruyéndolo.