Astrónomos descubren isótopos de carbono raros en el disco de la estrella 49 Ceti


Utilizando el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), los astrónomos han detectado emisiones de radio de dos isótopos de carbono (C-12 y C-13) en un enorme disco de escombros rico en gas alrededor de 49 Ceti, una estrella con una antigüedad de 40 millones de años ubicada a 186 años luz de distancia en la constelación de Cetus.

49 Ceti es una estrella solitaria en la constelación ecuatorial de Cetus. Es visible a simple vista como una estrella tenue y de color blanco con una magnitud visual aparente de 5.607. La estrella se encuentra a 57 parsecs del Sistema Solar y se está alejando de nosotros a una velocidad radial de +10 km / s.

Esta es una estrella joven de secuencia principal de tipo A con una clasificación estelar de A1V. Tiene aproximadamente 40 millones de años con una alta velocidad de rotación, mostrando una velocidad de rotación proyectada de 196 km / s. La estrella tiene el doble de la masa del sol. Está irradiando 19 veces la luminosidad del Sol desde su fotosfera a una temperatura efectiva de 8,790 K.

Cetus, también conocida como la Ballena o el Monstruo Marino, es una constelación del hemisferio sur, en una región conocida como Agua, cerca de otras constelaciones como Aquarius, Piscis y Eridanus.

Carbono
El carbono-12 es el más abundante de los dos isótopos estables de carbono (siendo el carbono-13 el otro), que representa el 98,93% del elemento carbono; su abundancia se debe al «proceso triple alfa» por el cual se crea en las estrellas. El carbono-12 es de particular importancia en su uso como el estándar a partir del cual se miden las masas atómicas de todos los nucleidos, por lo tanto, su masa atómica es exactamente 12 «u» por definición, es decir, 12 unidades de masa atómica unificada. El carbono-12 está compuesto de 6 protones, 6 neutrones y 6 electrones.

Por otra parte, el carbono-13 es un isótopo natural y estable de carbono con un núcleo que contiene seis protones y siete neutrones. Como uno de los isótopos ambientales, constituye aproximadamente el 1.1% de todo el carbono natural en la Tierra.

"Encontramos gas de carbono atómico en el disco de escombros alrededor de 49 Ceti utilizando más de 100 horas de observaciones con ASTE, un radiotelescopio de 10 m de diámetro en Chile", explicó la Dra. Aya Higuchi, astrónoma del Observatorio Astronómico Nacional de Japón.

"Como una extensión natural, utilizamos a ALMA para obtener una imagen más detallada, y eso nos dio la segunda sorpresa".

"El gas de carbono alrededor de 49 Ceti resultó ser 10 veces más abundante que nuestra estimación anterior".

Imagen compuesta de ALMA del disco de escombros rico en gas alrededor de la joven estrella 49 Ceti. La distribución del polvo se muestra en rojo; la distribución de monóxido de carbono se muestra en verde; y la distribución de los átomos de carbono se muestra en azul.


Esta imagen compuesta de ALMA muestra el disco de escombros rico en gas alrededor de la joven estrella 49 Ceti. La distribución del polvo se muestra en rojo; la distribución de monóxido de carbono se muestra en verde; y la distribución de los átomos de carbono se muestra en azul.

La cantidad de gas de carbono atómico fue tan alta que la Dra. Higuchi y sus colegas detectaron una señal de radio no solo de carbono-12 normal, sino también de la forma mucho más rara de isotopo; carbono-13.

"Esta es la primera detección de una emisión de carbono-13 a 492 GHz en cualquier objeto astronómico, que generalmente se oculta detrás de la emisión de carbono-12 normal", dijeron los investigadores.

"La cantidad de carbono-13 es solo el 1% del carbono-12, por lo tanto, la detección de carbono-13 en el disco de escombros fue algo totalmente inesperado", dijo la Dra. Higuchi.

"Es una clara evidencia de que 49 Ceti tiene una cantidad sorprendentemente grande de gas".

Los astrónomos ofrecieron dos posibles explicaciones para el origen de este gas de carbono.

"Una posibilidad es que el gas remanente sobrevivió al proceso de disipación en la fase final de la formación planetaria", dijeron los investigadores.

"Sin embargo, la cantidad de gas alrededor de 49 Ceti es comparable al de las estrellas mucho más jóvenes, que se encuentra en la fase de formación de planetas activos".

Es decir, estas cantidades de gas solo se encuentran en los sistemas estelares donde aún se están formando planetas. Sin embargo, 49 Ceti no es el caso.

"No hay modelos teóricos para explicar cómo pudo haber persistido tanto gas durante tanto tiempo".

"La otra posibilidad es que el gas fue liberado por colisiones de pequeños cuerpos astronómicos, como los cometas. Pero el número de colisiones necesarias para explicar la gran cantidad de gas alrededor de 49 Ceti es demasiado grande para que encaje en las teorías actuales".

Crédito de la imagen de portada: NAOJ.

Referencia del documento científico:
Aya E. Higuchi et al. 2019. Primera detección de emisión de onda submilimétrica [13C i]3P13Pen un disco de escombros gaseosos de 49 Ceti con ALMA. The Astrophysical Journal Letters, Volumen 885, Número 2, L39; doi: 10.3847 / 2041-8213 / ab518d

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