NASA Team study a contradicting Age-Defying Star

An age-defying star designated as IRAS 19312+1950 exhibits features characteristic of a very young star and a very old star. Image Credit: NASA/JPL-Caltech

Many years ago a peculiar star caught the attention of astronomers, and for long they have been puzzle with this massive star lodged deep in the Milky Way and showing conflicting signs of being extremely old and extremely young at the same time.

In the beginning the researchers classified the star as elderly, perhaps been a red supergiant. But a new study by a NASA-led team of researchers suggests that instead, the object labelled IRAS 19312+1950, might be something quite different, a protostar, a star still in the making and therefore quite young.

At the centre of this image, captured by ESA's Herschel
space observatory, is a truly peculiar
cosmic object: a star named IRAS 19312+1950.
Copyright: ESA/Herschel/PACS/Hi-GAL Project, KU Leuven

“Astronomers recognized this object as noteworthy around the year 2000 and have been trying ever since to decide how far along its development is,” said Martin Cordiner, an astrochemist working at NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. He is the lead author of a paper in the Astrophysical Journal describing the team’s findings, from observations made using NASA’s Spitzer Space Telescope and ESA’s Herschel Space Observatory.

Located more than 12,000 light-years from Earth, the object first stood out as peculiar when it was observed at particular radio frequencies. Several teams of astronomers studied it using ground-based telescopes and concluded that it is an oxygen-rich star about 10 times as massive as the sun. The question was: What kind of star?

Some researchers favor the idea that the star is evolved – past the peak of its life cycle and on the decline. For most of their lives, stars obtain their energy by fusing hydrogen in their cores, as the sun does now. But older stars have used up most of their hydrogen and must rely on heavier fuels that don't last as long, leading to rapid deterioration.

Two early clues – intense radio sources called masers – suggested the star was old. In astronomy, masers occur when the molecules in certain kinds of gases get revved up and emit a lot of radiation over a very limited range of frequencies. The result is a powerful radio beacon – the microwave equivalent of a laser.

One maser observed with IRAS 19312+1950 is almost exclusively associated with late-stage stars. This is the silicon oxide maser, produced by molecules made of one silicon atom and one oxygen atom. Researchers don’t know why this maser is nearly always restricted to elderly stars, but of thousands of known silicon oxide masers, only a few exceptions to this rule have been noted.

Also spotted with the star was a hydroxyl maser, produced by molecules comprised of one oxygen atom and one hydrogen atom. Hydroxyl masers can occur in various kinds of astronomical objects, but when one occurs with an elderly star, the radio signal has a distinctive pattern – it’s especially strong at a frequency of 1612 megahertz. That’s the pattern researchers found in this case.

An artists conception of the birth of star L1014, a protostar inside
a Bok globule. Credit: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC)

Even so, the object didn’t entirely fit with evolved stars. Especially puzzling was the smorgasbord of chemicals found in the large cloud of material surrounding the star. A chemical-rich cloud like this is typical of the regions where new stars are born, but no such stellar nursery had been identified near this star.

Scientists initially proposed that the object was an old star surrounded by a surprising cloud typical of the kind that usually accompanies young stars. Another idea was that the observations might somehow be capturing two objects: a very old star and an embryonic cloud of star-making material in the same field.

Cordiner and his colleagues began to reconsider the object, conducting observations using ESA’s Herschel Space Observatory and analysing data gathered earlier with NASA’s Spitzer Space Telescope. Both telescopes operate at infrared wavelengths, which gave the team new insight into the gases, dust and ices in the cloud surrounding the star.

The additional information leads Cordiner and colleagues to think the star is in a very early stage of formation. The object is much brighter than it first appeared, they say, emitting about 20,000 times the energy of our sun. The team found large quantities of ices made from water and carbon dioxide in the cloud around the object. These ices are located on dust grains relatively close to the star, and all this dust and ice blocks out starlight making the star seem dimmer than it really is.

In addition, the dense cloud around the object appears to be collapsing, which happens when a growing star pulls in material. In contrast, the material around an evolved star is expanding and is in the process of escaping to the interstellar medium. The entire envelope of material has an estimated mass of 500 to 700 suns, which is much more than could have been produced by an elderly or dying star.

The Boomerang Nebula is an excellent example
of a bipolar outflow. Credit: NASA , STScl

“We think the star is probably in an embryonic stage, getting near the end of its accretion stage – the period when it pulls in new material to fuel its growth,” said Cordiner.

Also supporting the idea of a young star are the very fast wind speeds measured in two jets of gas streaming away from opposite poles of the star. Such jets of material, known as a bipolar outflow, can be seen emanating from young or old stars. However, fast, narrowly focused jets are rarely observed in evolved stars. In this case, the team measured winds at the breakneck speed of at least 322,000 kilometres per hour (90 kilometres per second) – a common characteristic of a protostar.

Still, the researchers acknowledge that the object is not a typical protostar. For reasons they can’t explain yet, the star has spectacular features of both a very young and a very old star.

“No matter how one looks at this object, it’s fascinating, and it has something new to tell us about the life cycles of stars,” said Steven Charnley, a Goddard astrochemist and co-author of the paper.

Sources: NASA, Astrophysical Journal, Spitzer, Wikipedia

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Un equipo de la NASA estudia una estrella contradictoria que desafía la edad

Star IRAS 19312+1950  in the centre of the image. Credit: NASA/JPL-Caltech

Hace muchos años que una peculiar estrella llamo la atención de los astrónomos, estos, por mucho tiempo ha estado confundido con esta estrella masiva profundamente alojada en la Vía Láctea y que muestra síntomas conflictivos de ser extremadamente vieja y extremadamente joven a la misma vez.

En un principio los investigadores clasificaron a la estrella como vieja, quizás siendo una supergigante roja. Pero un nuevo estudio llevado a cabo por un equipo de investigación de la NASA sugiere en vez de esto que quizás el objeto designado IRAS 19312+1950, pudiera ser de hecho algo mucho más diferente, una protoestrella, una estrella que se está aún formando y por lo tanto bastante joven.

“Los astrónomos reconocieron este objeto como de interés alrededor del año 2000 y desde entonces han tratado de dirimir el estado de su desarrollo,” dijo Martin Cordiner, un astroquímico que trabaja en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland. Él es el autor principal de la publicación en el Astrophysical Journal sobre el hallazgo del equipo, gracias a observaciones realizadas usando el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA y el Observatorio espacial Herschel de la ESA.

Situado a más de 12.000 años luz de la Tierra, este objeto primeramente destacó como peculiar cuando fue observado a frecuencias de radio particulares, varios equipos de astrónomos lo estudiaron usando telescopios ubicados en tierra, llegando a la conclusión que se trata de una estrella rica en oxigeno con cerca de 10 veces la masa del sol. La cuestión era: ¿Qué tipo de estrella es?

Algunos investigadores promueven la idea de que la estrella ha evolucionado – pasado el punto cumbre de su clico de vida y que está en declive. A lo largo de la mayoría del ciclo de vida de las estrellas estas obtienen su energía fusionado hidrogeno en sus núcleos, como lo hace ahora mismo el Sol. Pero las estrellas más viejas han usado la mayoría de su hidrogeno y ahora deben de sustentarse de combustible más pesado el cual no dura tanto, conduciendo a un rápido deterioro.

Dos pistas tempranas – intensas radio señales que se llaman máser – sugerían que la estrella era vieja. En astronomía, los máseres ocurren cuando las moléculas en ciertos tipos de gas se aceleran y emiten gran cantidad de radiación en un limitado rango de frecuencias. El resultado es una poderosa radio señal – el equivalente en microondas de un láser. 

Un máser observado de IRAS 19312+1950 esta exclusivamente asociado con las fases tardías de las estrellas. Este es el máser de óxido de silicio, producido por las moléculas hechas de un átomo de silicio y otro de oxígeno. Los investigadores no saben por qué este máser está casi exclusivamente relacionado con las estrellas más longevas, pero de los cientos de máseres de óxido de silicio, tan solo unos pocos que sean la excepción a esta norma han sido detectados. 

Además, se detectó en la estrella un máser de hidroxilo, producido por moléculas compuestas de un átomo de oxígeno y otro de hidrogeno. Los máseres de hidroxilo pueden darse en varios objetos astronómicos, pero cuando ocurren en una estrella vieja, el patrón de la radio señal es muy particular – este es especialmente fuerte en frecuencias de 1612 megahercios. Y este fue el patrón hallado por los investigadores en este caso. 

Aun así, el objeto no cumplía del todo al respecto de las estrellas que han evolucionado ya. Especialmente confuso era la mezcla heterogénea de químicos que se hallaban en la gran nube de material que envolvía a la estrella. Una nube químicamente rica como esta es típica de regiones en donde nuevas estrellas naces, pero ninguna de estas guarderías de estrellas se ha identificado cerca de la estrella. 

Los investigadores propusieron inicialmente que el objeto era una vieja estrella rodeada por una sorprendente nube típica de las que habitualmente acompañan a las jóvenes estrellas. Otra idea era que las observaciones de alguna manera pudieran estar detectando dos objetos: una estrella muy vieja y una nube embrionica de material creador de estrellas en el mismo campo.

Cordiner y sus compañeros empezaron a reconsiderar el objeto, llevando a cabo observaciones usando el Observatorio espacial Herschel de la ESA y analizando información que había sido generada con anterioridad por el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA. Ambos telescopios trabajan en longitudes de ondas de infrarrojo, y que le dio al equipo una nueva perspectiva en el interior del gas, polvo y hielo en la nubes y los alrededores de la estrella. 

La información adicional llevó a Cordiner y sus colegas a la conclusión de pensar que la estrella estaba en una fase muy temprana de desarrollo. El objeto es mucho más brillante de lo que parecía en un principio, dijeron, emitiendo cerca de 20.000 veces la energía de nuestro Sol. El equipo encontró grandes cantidades de hielos hechos de agua y dióxido de carbón en la nube que envuelve al objeto. Estos hielos se encuentran en granos de polvo relativamente cercanos a la estrella, y todo este polvo y el hielo bloquea la luz de la estrella haciendo parecer a la estrella mucho más tenue de lo que es en realidad. 

A parte de esto, la densa nube alrededor del objeto parece estar colapsando, lo que ocurre cuando una estrella que crece atrae material. Por el contrario, el material alrededor de una estrella evolucionada se expande y se halla en el proceso de escapar al medio interestelar. El envoltorio de material completo tiene una masa estimada de entre 500 hasta 700 soles, lo cual es mucho más de lo que podría producirse por una estrella moribunda más vieja y tenue. 

“Pensamos que la estrella esta probablemente en su fase embrionica, acercándose al final de su fase de acreción – el periodo cuando atrae nuevo material para alimentar su crecimiento,” dijo Cordiner. 

Además, esta idea de que sea una estrella joven se sustenta por el hecho de que se haya medido vientos rápidos en forma de dos chorros de gas siendo arrojados desde polos opuestos a la estrella. Tales chorros de material, conocidos como flujo bipolar, lo cuales pueden ser vistos en viejas o jóvenes estrellas. Sin embargo, rápidos y estrechamente enfocados chorros rara vez son observados en estrellas desarrolladas. En este caso, el equipo midió vientos a la vertiginosa velocidad de 322.000 kilómetros por hora (90 kilómetros por segundo) – lo que es una característica común de las protoestrellas. 

Pero los investigadores reconocen que no es una protoestrella típica. Debido a razones que aún no pueden explicar, la estrella tiene espectaculares características de ambas tanto de una estrella muy joven como de una muy vieja. 

“no importa como uno vea al objeto, es fascinante, y tiene algo nuevo que decirnos acerca del ciclo de vida de las estrellas,” dijo Steven Charnley, un astroquímico de Goddard y coautor de la investigación. 

Fuentes: NASA, Astrophysical Journal, Spitzer, Wikipedia