Estudio de la evolución dinámica, mecanismos de colimación y estrellas centrales de nebulosas bipolares

Resumen

La formación de flujos y nebulosas bipolares es un fenómeno muy común en el Universo, aunque aún se comprenden bastante mal los mecanismos físicos responsables. Un tipo particularmente interesante de objetos que producen flujos bipolares son las estrellas simbióticas. Estas estrellas son sistemas binarios en interacción, con una gigante roja donando materia a su compañera, una estrella caliente y compacta ---generalmente una enana blanca--- que sufre erupciones ocasionales de tipo nova en su superficie. Alrededor de algunas estrellas simbióticas se han observado nebulosas extensas, presumiblemente originadas al colisionar los vientos rápidos de la enana blanca con los vientos lentos y densos de la gigante roja, moldeándose así una estructura, generalmente bipolar, que la estrella caliente y compacta se encarga de ionizar. Son las denominadas "nebulosas simbióticas'". Las estrellas simbióticas son auténticos laboratorios de física y química y su estudio es clave para entender los procesos físicos que ocurren durante las últimas etapas de la evolución de los sistemas binarios ---al menos la mitad de las estrellas del Universo---, siendo también relevante en muchos campos de la astrofísica moderna, como las gigantes rojas, las novas o las nebulosas planetarias (NPs). La presente tesis doctoral es la primera, que sepamos, que se realiza sobre las nebulosas simbióticas en el ámbito internacional. Lo que sostiene, en esencia, es que es posible obtener información única y muy valiosa analizando cuidadosamente la morfología y cinemática de las nebulosas, sus patrones de expansión y su relación con las estrellas centrales. La razón es clara: el estudio de las nebulosas simbióticas ---posible gracias a la compañera caliente y compacta, que proporciona la mejor "iluminación" posible del gas nebular--- nos permite trazar la historia de la pérdida de masa de la gigante roja en una etapa evolutiva, muy importante y muy desconocida, anterior a la fase de estrella central de NP. De la docena de nebulosas alrededor de estrellas simbióticas conocidas hasta la fecha, hemos elegido las tres que, por su tamaño, brillo superficial y estructura bien definida, podían estudiarse con mayor detalle: Mz 3, Hen 2-147 y Hen 2-104. La calidad de los datos ---provenientes de HST+WFPC2 y VLT+FLAMES, entre otros--- analizados en este trabajo ha permitido identificar los diferentes flujos de material en las nebulosas y modelar la morfología y el campo tridimensional de velocidades que da cuenta de su expansión. Todas las estructuras analizadas ---menos una--- presentan una expansión homóloga tipo "Hubble", donde cada partícula de gas se aleja con una velocidad constante, proporcional a su distancia al núcleo. Todas las estructuras de un mismo objeto son, dentro de los errores, coetáneas, y esto se interpreta como evidencia de que el núcleo las eyectó durante un único evento ---posiblemente una erupción termonuclear---, las moldeó en un breve periodo de tiempo y las expandió balísticamente después. En dos de los objetos, además, hemos obtenido la distancia a las nebulosas por paralaje de expansión, siendo ésta la primera vez que el método se aplica a este tipo de nebulosas, y demostrándose así su robustez. La distancia es la piedra angular que permite determinar parámetros clave como las edades de las eyecciones, la luminosidad total de la fuente o la masa ionizada. Ésta última la hemos calculado para uno de los objetos de la muestra, Hen 2-104, resultando significativamente mayor de lo que se esperaba, lo que refuerza la conexión entre nebulosas simbióticas y NPs y, al mismo tiempo, la dificultad en distinguir unas de otras.