Las observaciones de nebulosas planetarias han revelado un contenido molecular inusual y enriquecimientos sorprendentes de isótopos raros. desafiando ambos modelos químicos, así como nuestra comprensión actual de la nucleosíntesis estelar.

Utilizando los telescopios Arizona Radio Observatory de 12 my submilimétricos y el telescopio IRAM de 30 m cerca de Granada, España, Los astrónomos de la Universidad de Arizona descubrieron un inventario químico inesperado en nebulosas planetarias. Estos resultados, presentado en la 236a reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense por Deborah Schmidt (ahora en Swarthmore College), sugieren que las nebulosas planetarias juegan un papel vital en el suministro de material rico en moléculas al espacio interestelar, no solo átomos.

Más lejos, los datos moleculares han revelado enriquecimientos inusuales de isótopos raros de elementos comunes como el carbono, oxígeno, y nitrógeno, incluyendo 13C, 15N, y 17O. La gran abundancia de estos isótopos inusuales en las nebulosas planetarias no se puede explicar por nuestro conocimiento actual de cómo mueren la mayoría de las estrellas. sugiriendo procesos adicionales, incluso explosiones violentas, puede estar ocurriendo.

Las nebulosas planetarias representan los últimos jadeos de estrellas moribundas parecidas al Sol. Al final de sus vidas, estas estrellas expulsan sus capas externas, formando una envoltura brillantemente fluorescente que se expande alejándose del núcleo remanente. Este material eyectado se mezcla con la materia de baja densidad que existe entre las estrellas, conocido como el medio interestelar, donde más tarde puede incorporarse en sistemas estelares de nueva formación.

El núcleo vestigial, llamada enana blanca, emite copiosas cantidades de radiación de alta energía a medida que aumenta su temperatura en la fase de nebulosa planetaria. Como resultado, Durante mucho tiempo se pensó que el material nebular debía tener una composición elemental, con cualquier molécula remanente de etapas anteriores en la vida de la estrella siendo destruida por los fotones energéticos de la enana blanca.

En total desacuerdo con estas predicciones del modelo, Las observaciones realizadas por Schmidt como parte de su trabajo de tesis en la Universidad de Arizona desenterraron una gran cantidad de especies moleculares inusuales en más de 25 nebulosas planetarias.

Estos resultados demuestran sin ambigüedad que las moléculas son componentes importantes de la composición de las nebulosas planetarias, y posteriormente pueden estar "contaminando" el medio interestelar difuso. Históricamente, Los astrónomos han luchado por explicar la abundancia de moléculas poliatómicas observadas en gas difuso, ya que no hay suficiente material denso para crearlos en una escala de tiempo realista. Los descubrimientos de Schmidt et al. sugiere una solución novedosa para este dilema en curso.

Las observaciones moleculares de estas nebulosas planetarias también ofrecen una visión única de las reacciones nucleares que ocurrieron en la estrella progenitora. y los elementos y sus diferentes núcleos que se produjeron. Esto se debe a que las observaciones en longitudes de onda de radio y milimétricas se realizan con la resolución espectral más alta, permitiendo distinguir claramente moléculas con diferentes elementos e isótopos.

Schmidt y sus colegas descubrieron que las moléculas que han encontrado indican si la estrella progenitora era rica en carbono, por ejemplo. Es más, han podido medir las proporciones de abundancia entre el elemento principal y sus formas más raras, como 12C / 13C o 14N / 15N. Se sabe que tales proporciones son sondas sensibles de los procesos que ocurrieron en las profundidades de la estrella antes de que muriera. y se han utilizado como uno de los pocos "puntos de referencia" para probar modelos estelares. Ahora, por primera vez, se pueden medir con precisión en nebulosas planetarias, dando una "instantánea" de las etapas finales de la estrella.

¿Qué revelaron las observaciones en las nebulosas planetarias? Mucho carbono en primer lugar, junto con altas abundancias de 13C, y en una nebulosa, K4-47, Cantidades enormemente elevadas de 15N y 17O, más altas que las observadas en cualquier otro lugar del universo (Schmidt et al. 2018). Las altas concentraciones de 13C, 15N, y el 17O observado en nebulosas planetarias no ha sido predicho por modelos de estrellas moribundas.

Específicamente, Schmidt y colaboradores sugieren que las estrellas progenitoras de estas nebulosas planetarias pueden haber sufrido un evento inesperado cuando hicieron sus últimos "jadeos":un destello de una capa de helio, en el que el carbón caliente de las profundidades de la estrella se expulsa a la superficie estelar. En la violenta explosión que se produce, 13C, 15N, y 17O se crean y expulsan de la estrella. Un proceso tan energético también puede explicar las inusuales geometrías bipolares y multipolares que suelen exhibir las nebulosas planetarias. dándoles sus formas de "reloj de arena" y "hoja de trébol".

Las estrellas moribundas también producen granos de polvo. Algunos de estos granos han llegado a nuestro sistema solar, donde investigadores como el colaborador Thomas Zega los extraen de meteoritos prístinos. Los isótopos elementales se pueden medir en estos granos llamados "presolares", proporcionando una piedra de Rosetta de su historia. Se ha encontrado que algunos de estos granos exhiben consistentemente bajo 12C / 13C, 14N / 15N, y proporciones 16O / 17O:un rompecabezas para los cosmoquímicos, ya que estas relaciones no se pueden explicar con modelos normales.

A falta de una mejor explicación, se ha especulado que estos granos atípicos se originaron en novas, un tipo de explosión termonuclear que ocurre en la superficie de los remanentes estelares de baja masa en sistemas binarios. Sus proporciones inusuales, sin embargo, coincidir con los encontrados en K4-47, sugiriendo que las nebulosas planetarias son sus verdaderos lugares de nacimiento.

Las nebulosas planetarias suministran la mayor parte de la materia que se encuentra en el espacio interestelar, lo que posteriormente conduce a sistemas estelares como el nuestro. El trabajo de Schmidt y sus colegas ha demostrado que estos objetos contienen moléculas ocultas e isótopos elementales, invisible en las coloridas imágenes que los retratan. Explorando estos nuevos Las facetas inesperadas de las nebulosas planetarias son cruciales para nuestra comprensión de la historia de las estrellas y la evolución de la materia que formó nuestro sistema solar.