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Revelan producción de oxígeno en estrellas poco masivas

Por Tania María Robles Hernández

México, DF. 15 de mayo de 2015 (Agencia Informativa Conacyt).- La mayoría de los elementos químicos que hoy conocemos han sido formados –a lo largo de millones de años en el universo– mediante reacciones nucleares que se generan en el interior de las estrellas y que son expulsadas después al medio interestelar para que, a su vez, se formen más estrellas. Anteriormente se creía que la cantidad de oxígeno (O) que una estrella poco masiva produce era insignificante, pero el estudio de la joven investigadora Gloria Delgado Inglada y su equipo muestra lo contrario.

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Las estrellas son esferas de gas caliente cuya emisión de energía, y por ende luz, es generada por reacciones nucleares que logran crear elementos cada vez más pesados. Durante la fase de secuencia principal –como en la que se encuentra el Sol en estos momentos–, la luminosidad de las estrellas es proporcional a su masa.

Los primeros elementos químicos que se formaron después de la Gran Explosión o Big Bang son el hidrógeno (H), helio (He), litio (Li) y berilio (Be), con número atómico uno, dos, tres y cuatro, respectivamente; además, un isótopo del hidrógeno: el deuterio.

En la década de los 60, Manuel Peimbert, reconocido investigador del Departamento de Estrellas y Medio Interestelar del Instituto de Astronomía (IA) de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), trabajó en la determinación de la abundancia primordial del helio en el universo, al estudiar nebulosas gaseosas en galaxias relativamente jóvenes.

dra Gloria delgado“Cuando el universo se creó, lo que se formó fue mayoritariamente hidrógeno y helio. El resto de los elementos como el carbono, oxígeno, etc., se fueron formando en las estrellas mediante cadenas sucesivas de reacciones nucleares. A los elementos en el universo que no son hidrógeno y helio les llamamos metales”, explicó en entrevista la doctora Gloria Delgado Inglada, quien lidera un estudio en química estelar, cuyos resultados han sido plasmados en el artículo “Oxygen enrichment in carbon-rich planetary nebulae” del Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Un fenómeno recién descubierto

Durante su tesis de doctorado en el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) –que pertenece al Sistema de Centros Públicos de Investigación del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt)–, Delgado Inglada estudió la abundancia de hierro en diversas nebulosas planetarias de nuestra galaxia. Fue cuando junto con su asesora Mónica Rodríguez, identificaron un resultado curioso en la abundancia de oxígeno en algunas nebulosas planetarias: era mayor de lo que la teoría hubiera dictado.

Tiempo después, cuando realizaba sus estudios de posdoctorado, al trabajar durante los “tiempos muertos” de una temporada de observación en el Observatorio Astronómico Nacional de San Pedro Mártir, la astrónoma comenzó a profundizar en la sobreabundancia de oxígeno encontrada en las nebulosas planetarias, investigando el tipo de granos de polvo que estas tenían.

Para ello, usó los datos espectrales obtenidos por el telescopio espacial Spitzer. “Básicamente, las nebulosas planetarias se dividieron en dos tipos: las que tienen silicatos y las que tienen compuestos carbonáceos, como el carburo de silicio. Ya divididas, empezamos a buscar relaciones y fue cuando encontramos evidencia de que las estrellas progenitoras de algunas de las nebulosas planetarias habían producido oxígeno”, detalló la especialista.

El estudio fue realizado en nuestra galaxia la cual, afirmó la entrevistada, es bastante metálica y según los modelos teóricos, no se esperaría este resultado que su equipo ha logrado identificar.

Las nebulosas planetarias, agregó, son nubes de gases y polvo alrededor de una estrella que se encuentra al final de su vida. Estas nebulosas están formadas por el material interno que la estrella ha ido expulsando mediante vientos. La estrella mantiene altas temperaturas, suficientes para calentar el gas a su alrededor, de forma que podemos verlo. Cuando la estrella ya no puede generar energía por medio de las reacciones nucleares, deja de emitir luz, ya no puede iluminar el material gaseoso que fue parte de ella, y se va apagando poco a poco.

“Los elementos que una estrella puede crear dependen de la temperatura que puede alcanzar en su interior, y esta última de la masa de las estrellas. Las estrellas de menor masa ya no queman carbono u oxígeno. Se encuentran en el núcleo, pero su temperatura no es suficiente para la fusión nuclear, y por tanto la creación de elementos más pesados, esos se producen solamente en las estrellas más masivas. Hasta la formación del hierro, este proceso de fusión nuclear se realiza de forma exotérmica, generando energía”, afirmó la investigadora, quien realizó su licenciatura en Ciencias Físicas en la Universidad Complutense de Madrid (UCM).

“Una cosa es que se produzca un elemento y otra cosa es que se transporte hacia fuera de la estrella y logre ser expulsado a la hora de su muerte como nebulosa planetaria o supernova. Lo que se pensaba es que en las estrellas de baja masa no se producía casi oxígeno y que no se transporta hacia fuera de alguna manera”, agregó.

“En las estrellas con muchos metales, estos transportes de material son más ineficientes, por lo que al final de su vida no consigue salir hacia las capas exteriores para su expulsión, y por tanto resulta inobservable”, sostuvo Delgado Inglada, también editora del boletín mensual divulgativo El Búho Azul, de la Sociedad Astronómica de México.

A ciencia cierta, dijo, no se sabe aún cuáles son los mecanismos involucrados en el transporte de material desde el interior de las estrellas poco masivas hacia su exterior; lo que sí se sabe es que dependen de la masa inicial de la estrella y de la “metalicidad” de la región galáctica en la que se forma. “La rotación y los campos magnéticos de las estrellas podrían ayudar a que ocurra de forma más eficiente este transporte de material”, reiteró.

Papel del oxígeno en el estudio del universo

dra Gloria delgado02Al ser el oxígeno uno de los elementos más abundantes en el universo, después del hidrógeno y del helio, sus líneas son mucho más intensas que las de otros elementos y por tanto se pueden observar fácilmente en los espectros. “En las nebulosas planetarias o en las regiones HII, las líneas de emisión del oxígeno son generalmente muy intensas, lo que permite estudiar su abundancia”, declaró la investigadora en el área de medio interestelar.

Las regiones HII son nubes de gas alrededor de estrellas recién formadas –hace pocos millones de años–, en las cuales, de la misma manera que en las nebulosas planetarias, el gas es ionizado y calentado, otorgándole la capacidad de emitir luz.

La diferencia entre las regiones HII y las nebulosos planetarias es que las primeras están alrededor de estrellas jóvenes y masivas, mientras que las segundas rodean a estrellas moribundas. “Hay dos formas de tener información sobre una estrella: observándola directamente y estudiando los restos de la misma”, manifestó Delgado Inglada.

“También se utiliza la abundancia de oxígeno para estudiar el gradiente de abundancia química en galaxias; se puede calcular la cantidad de oxígeno en el centro de la galaxia, en zonas medias y en las orillas de la misma. Esta cantidad va cambiando respecto a la distancia, y la forma en que lo hace nos da información sobre cómo fue la formación de las galaxias”, comentó.

Comprobar los resultados a nivel extragaláctico

La investigadora del IA aseguró a la Agencia informativa Conacyt que su estudio posdoctoral podría ayudar a afinar los modelos de producción de elementos en las estrellas.

Se plantea continuar con esta investigación pero ahora en otra galaxia, en las Nubes de Magallanes, esto para observar el comportamiento en otro ambiente menos metálico que en la Vía Láctea. 

El equipo de Delgado Inglada, formado por Manuel Peimbert y Christophe Morisset del IA; Mónica  Rodríguez del INAOE; y Grazyna Stasinska del Observatorio de París, Francia, ha solicitado recientemente tiempo de observación en el Very Large Telescope (VLT), instrumento con un espejo de 8.2 metros que, de ser concedida la petición de los investigadores, les permitirá obtener nuevos resultados.

 

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Este obra cuyo autor es Agencia Informativa Conacyt está bajo una licencia de Reconocimiento 4.0 Internacional de Creative Commons.

 



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