Astronomers observe a star reborn in a flash

This image of the Stingray nebula, a planetary nebula 2700 light-years from Earth, was taken with the Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2) in 1998. In the centre of the nebula the fast evolving star SAO 244567 is located.
Credit: Credit: ESA/Hubble & NASA

An international team of astronomers using Hubble have been able to study stellar evolution in real time. Over a period of 30 years dramatic increases in the temperature of the star SAO 244567 have been observed. Now the star is cooling again, having been reborn into an earlier phase of stellar evolution. This makes it the first reborn star to have been observed during both the heating and cooling stages of rebirth.

Even though the Universe is constantly changing, most processes are too slow to be observed within a human lifespan. But now an international team of astronomers have observed an exception to this rule. “SAO 244567 is one of the rare examples of a star that allows us to witness stellar evolution in real time”, explains Nicole Reindl from the University of Leicester, UK, lead author of the study. “Over only twenty years the star has doubled its temperature and it was possible to watch the star ionising its previously ejected envelope, which is now known as the Stingray Nebula.”

SAO 244567, 2700 light-years from Earth, is the central star of the Stingray Nebula and has been visibly evolving between observations made over the last 45 years. Between 1971 and 2002 the surface temperature of the star skyrocketed by almost 40,000 degrees Celsius. Now new observations made with the Cosmic Origins Spectrograph (COS) on the NASA/ESA Hubble Space Telescope have revealed that SAO 244567 has started to cool and expand.

This is unusual, though not unheard-of, the other star thought to have experienced the same type of helium flash event is FG Sagittae, the rapid heating could easily be explained if one assumed that SAO 244567 had an initial mass of 3 to 4 times the mass of the Sun. However, the data show that SAO 244567 must have had an original mass similar to that of our Sun. Such low-mass stars usually evolve on much longer timescales, so the rapid heating has been a mystery for decades.

Fusion of helium in the core of low mass stars. Wikipedia.

Back in 2014 Reindl and her team proposed a theory that resolved the issue of both SAO 244567’s rapid increase in temperature as well as the low mass of the star. They suggested that the heating was due to what is known as a helium-shell flash event: a brief ignition of helium outside the stellar core, also known as late thermal pulses, occur late in the evolution of about 25% of low- to medium-mass stars.

This theory has very clear implications for SAO 244567’s future: if it has indeed experienced such a flash, then this would force the central star to begin to expand and cool again — it would return back to the previous phase of its evolution. This is exactly what the new observations confirmed. As Reindl explains: “The release of nuclear energy by the flash forces the already very compact star to expand back to giant dimensions — the born-again scenario.”

It is not the only example of such a star, but it is the first time ever that a star has been observed during both the heating and cooling stages of such a transformation.

Yet no current stellar evolutionary models can fully explain SAO 244567’s behaviour. As Reindl elaborates: “We need refined calculations to explain some still mysterious details in the behaviour of SAO 244567. These could not only help us to better understand the star itself but could also provide a deeper insight in the evolution of central stars of planetary nebulae.”

Until astronomers develop more refined models for the life cycles of stars, aspects of SAO 244567’s evolution will remain a mystery.

Sources: Hubble Site, Wikipedia

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Los Astrónomos observan una estrella renacer en un destello 

Hubble Space Telescope photograph of the Stingray Nebula (Credit: M. Bobrowsky and NASA)

Un equipo internacional de astrónomos usando el Hubble han podido estudiar la evolución estelar en tiempo real. A lo largo de un periodo de 30 años, han sido observados dramáticos incrementos de temperatura de la estrella SAO 244567. Ahora la estrella se está enfriando de Nuevo, habiendo renacido en una fase anterior de evolución estelar. Esto lo hace la primera estrella renacida observada durante ambas fases, calentamiento y enfriamiento y las fases de renacimiento.

Aunque el Universo está constantemente cambiando, la mayoría de procesos son muy lentos para ser observados en la vida de un humano. Pero ahora un equipo internacional de astrónomos, han observado una excepción a esta regla. “SAO 244567 es uno de los raros ejemplos en que una estrella nos permite ser testigos de la evolución estelar en tiempo real”, explica Nicole Reindl de la Universidad de Leicester, UK, autora principal de la investigación. “En tan solo veinte años la estrella a doblado su temperatura y era posible observarla ionizando a capa envolvente expulsada, lo que ahora se conoce como la Nebulosa Stingray.” 

SAO 244567, a 2700 años luz de la Tierra, es la estrella central de la Nebulosa Stingray y ha sido visible evolucionando entre observaciones hechas a lo largo de los pasados 45 años. Entre 1971 y 2002 la superficie de la temperatura de la estrella se disparó en casi 40.000 grados Celsius. Ahora nuevas observaciones hechas con el Cosmic Origins Spectrograph (COS) Espectrógrafo de Orígenes Cósmicos en el Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA ha revelado que SAO 244567 ha comenzado a enfriarse de nuevo.

Esto es insólito, aunque no sea inaudito, la otra estrella que se piensa ha tenido una experiencia del mismo tipo de flash de helio es FG Sagittae, el calentamiento rápido podría fácilmente ser explicado si uno asume que SAO 244567 tenía una masa inicial de 3 o 4 veces la masa del Sol. Sin embargo, la información muestra que SAO 244567 debía de tener una masa similar a la de nuestra Sol. Normalmente, tales estrellas de poca masa evolucionan en escalas de tiempo mucho mayores, así que el calentamiento rápido ha sido un misterio durante décadas. 

En el 2014 Reindl y su equipo propusieron una teoría que resolvía ambos problemas de SAO 244567, el rápido incremento de temperatura y también su poca masa como estrella. Estos sugirieron que el calentamiento se debía a lo que se conoce como un evento llamado flash de helio: esto es encendido de helio fuera del núcleo de la estrella, también conocido como pulso térmico final que ocurre tarde en la evolución de cerca del 25% de las estrellas de poca masa hasta la medianas. 

Esta teoría tiene claras implicaciones para el futuro de SAO 244567: si en efecto ha experimentado tal flash, entonces esto obligaría a la parte central de la estrella a comenzar a expandirse y enfriarse de nuevo — retornaría a la fase previa de su evolución. Y esto es exactamente lo que las nuevas observaciones confirmaron. Como explica Reindl: “la liberación de energía nuclear debido a la fuerza de los flashes de la ya muy compacta estrella obliga a la estrella a crecer de nuevo a dimensiones gigantescas — el escenario de nacer de Nuevo.” 

No es el único ejemplo de una estrella así, pero es la primera vez que una estrella ha sido observada durante ambas fases, el calentamiento y el enfriamiento en una transformación de este tipo

Aun así, no hay modelos de evolución estelar que expliquen por completo el comportamiento de SAO 244567. Como ha explicado Reindl: “Tenemos cálculos exactos que explican al detalle el aun extraño comportamiento de SAO 244567. Estos no solamente podrían ayudar a entender mejor a la propia estrella, sino que también podrían aportar un conocimiento más profundo acerca de la evolución de las estrellas en el centro de las nebulosas planetarias.” 

Hasta que los astrónomos desarrollen modelos más refinados de los ciclos de vida de las estrellas, los aspectos de la evolución de SAO 244567 permanecerán un misterio.

Fuentes: Hubble, Wikipedia