Física Estelar e Interestelar

Las estrellas constituyen sondas físicas fundamentales. El Proyecto Severo Ochoa financia los objetivos más importantes del centro dentro de su línea de investigación de Física Estelar e Interestelar:

1) Identificar nuevos sistemas de agujeros negros y explorar la física de los agujeros negros y sus progenitores, para lo que el equipo utiliza algunos de los mejores observatorios del mundo, estudiando las masas dinámicas de  agujeros negros estelares en sistemas binarios, analizando los procesos de acreción/emisión en binarias compactas y contrastando las teorías que predicen la evolución del período orbital de estos sistemas como resultado de una ruptura del campo magnético o de radiación gravitatoria. Se utilizará el caso de estrellas que orbitan alrdedor de agujeros negros para comprobar el comportamiento de la gravedad en régimen de campo fuerte.

2) Conocer la física y el ciclo vital de las estrellas, desde las más masivas y luminosas observables a grandes distancias en el Universo que acabarán en violentos episodios explosivos y la formación de agujeros negros o de estrellas de neutrones, hasta las más débiles enanas marrones que enlazan con el dominio de los planetas. El objetivo en las estrellas masivas es aprovechar su enorme luminosidad y sus intensos campos de radiación y utilizarlos como herramientas para estudiar el universo a alto y bajo z. Los investigadores del IAC han sido pioneros en la búsqueda de enanas marones desde su descubrimiento (Rebolo et al. 1995 Nature), ahora se trata de comprender los mecanismos de formación de estos objetos, cuyo número se equipara al de las estrellas.

3) Estudiar del enriquecimiento químico durante las últimas fases de estrellas tipo solar; desvelar la distribución del carbono, en sus formas atómica y molecular, en la Vía Láctea y en otras galaxias y determinar el papel de las moléculas que contienen carbono en la química interestelar prebiótica. 

 Objetivos:

• Descubrir y estudiar agujeros negros, estrellas de neutrones y enanas blancas en sistemas sometidos a fuertes campos gravitatorios;
• Esclarecer el papel que desempeñan los vientos estelares en las estrellas más masivas y en la formación y evolución de las enanas marrones, que sirven de puente entre el mundo estelar y el dominio de  los exoplanetas;
• Conocer las últimas fases de la vida de las estrellas de tipo solar y desvelar la distribución del carbono y el papel de las moléculas que lo contienen en la química interestelar prebiótica.

Resultados científicos específicos:

Binarias compactas:

• BlackCAT (Corral-Santana et al. 2016, A&A), un catálogo de referencia de agujeros negros (BH) de masa estelar en objetos transitorios de rayos X.
• Confirmación dinámica de dos nuevas binarias BH (Torres et al. 2019, ApJL; Liu et al. 2019, Nature) y nuevo método para desvelar la población inactiva de BHs galácticos (Casares 2018, MNRAS; Casares & Torres 2018, MNRAS).
• Descubrimiento de un nuevo tipo de viento en los agujeros negros transitorios de rayos X durante el estallido (Muñoz-Darias et al. 2016, Nature) y de un potencial púlsar binario masivo de milisegundos (Linares et al. 2018, ApJ).
• Detección de un decaimiento del periodo orbital extremadamente rápido en una binaria BH (González-Hernández et al. 2017, MNRAS). No existe un modelo evolutivo estándar capaz de explicar la rápida tasa de decaimiento de este sistema, por lo que tiene fuertes implicaciones en la evolución y el tiempo de vida de estos agujeros negros binarios de rayos X.
• Se ha delimitado la región desde la que se emite el chorro en los BHs (Gandhi et al. 2017, Nat Ast).
• Descubrimiento de un gran remanente de nova recurrente en M31 con un tamaño de cáscara que muestra que durante millones de años la nova ha sufrido erupciones con alta frecuencia (Darnley et al. 2019, Nature).
• Descubrimiento de dos de las binarias de contacto más masivas conocidas, proporcionando la primera caracterización detallada de estos sistemas, probables progenitores de fuentes de ondas gravitacionales (GU Mon - Lorenzo et al. 2016 and VFTS 352 – Almeida et al., 2015).

Estrellas de muy baja masa y enanas marrones:

• Mapas 5D de cuatro cúmulos abiertos cercanos explotando la exquisita precisión astrométrica de Gaia (Lodieu et al. 2019a,b, A&A).
• Una secuencia de referencia de enanas marrones y objetos aislados de masa planetaria en la asociación OB más cercana al Sol, Upper Scorpius (Lodieu et al. 2018, MNRAS).
• El conjunto de datos espectroscópicos más completo hasta la fecha para inferir las escalas de metalicidad, gravedad y temperatura de las subenanas pobres en metales (Lodieu et al. 2019c, A&A).
• Confirmación de 100 subenanas M tardías (M5-L1) mediante el cruce de estudios de imágenes a gran escala: 2MASS, SDSS y UKIDSS. El estudio ha proporcionado tipos espectrales y movimientos espaciales en 3D para todas las fuentes investigadas (Lodieu et al. 2016).
• Descubrimiento del objeto subestelar más pobre en metales hasta la fecha (Zhang et al. 2017b).
• Descubrimiento de un nuevo miembro L5 del cúmulo de las Hyades con actividad cromosférica detectada con espectroscopia GTC/OSIRIS (Perez-Garrido et al. 2017).

Astrosismología:

• Sondeado el borde de nuestra galaxia con mejor precisión que Gaia (Mathur et al. 2016, ApJ).
• La potencia de la granulación puede proporcionar las gravedades superficiales de las estrellas desde la Secuencia Principal a las Gigantes Rojas con una precisión de ~5% (Bugnet et al. 2018, A&A).
• Un equipo de expertos en astrosismología del IAC, junto con el resto de la colaboración SONG, ha publicado un estudio detallado del espectro de oscilaciones de la estrella μ Her basado en unos 30.000 espectros recogidos en 2014 y 2015. La investigación detectó un total de 49 modos de oscilación.

Nebulosas ionizadas:

• Reevaluación de la forma de los gradientes radiales de abundancia de O y N de la Vía Láctea (Esteban et al. 2017, MNRAS; Esteban & García-Rojas 2018, MNRAS).
• Primera imagen directa de la emisión de recombinación de O2+ en una nebulosa planetaria (NP) (García-Rojas et al. 2016, ApJ).
• Descubrimiento de nuevas estrellas centrales binarias en NP (Jones & Boffin 2017, Jones et al. 2019) y su influencia en la morfología de la eyección nebular y la cinemática de la envoltura común (Hillwig et al. 2016, ApJ).
• Primer estudio de imagen y espectroscopia de la nebulosa planetaria NGC 7009 con MUSE (Walsh et al. 2018, A&A, seleccionado como destacado de la revista).
• Investigadores del IAC han encontrado que la discrepancia entre las abundancias de un elemento dado determinadas a partir de líneas de excitación por colisión y de recombinación en regiones HII parece tener una dependencia con la metalicidad. También se ha identificado una fuerte conexión entre el problema de la discrepancia de abundancias y la binaridad de la estrella central en las nebulosas planetarias.

Estrellas masivas:

• Completada la caracterización espectroscópica y física de la mayor muestra de estrellas galácticas masivas de tipo O hasta la fecha (G. Holgado, Ph.D., ULL, 2019).
• Descrita, por primera vez, la distribución del ensanchamiento macroturbulento en todo el dominio de estrellas OB (Simón-Díaz et al. 2018; Simón-Díaz et al., 2017; Godart et al., 2017).
• Descubrimiento de las dos primeras estrellas de tipo O con la menor metalicidad conocida hasta la fecha (García et al. 2019, MNRAS).
• La base de datos espectroscópica IACOB de estrellas OB del hemisferio norte permitió descubrir el decaimiento del campo magnético asociado a la evolución de las estrellas masivas (Schneider et al. 2016). 
• Determinación de las propiedades físicas para una muestra de casi 200 estrellas masivas en una única región de formación estelar, 30 Dor, en la Gran Nube de Magallanes, que está siendo testigo de la formación estelar más intensa jamás observada entre aquellas en las que se pueden resolver estrellas individuales (Sabin-Sanjulian et al., 2017; Ramirez-Agudelo et al., 2017). 
• Primer atlas de estrellas de tipo OB a metalicidades inferiores a la de la Pequeña Nube de Magallanes (Camacho et al., 2016). Las observaciones se realizaron con GTC-OSIRIS y representan el primer estudio de una población estelar masiva resuelta en galaxias de baja metalicidad.

Abundancias químicas en estrellas:

• Computación de las mayores bibliotecas disponibles de espectros estelares sintéticos (Allende Prieto et al. 2018, A&A).
• Identificación de varias de las estrellas más pobres en metales conocidas (Aguado et al. 2018a,b; 2019, ApJL).
• Software de vanguardia para la determinación automática de las abundancias estelares (García Pérez et al. 2016, AJ; Masseron 2019, A&A).
• Aplicaciones de machine-learning para clasificar familias de estrellas (Garcia-Dias et al. 2018, 2019, A&A).
• Se han realizado mediciones de las abundancias relativas [C/Fe] y [N/Fe] para 95 estrellas individuales de la Rama de Gigantes Rojas en la galaxia esferoidal enana Sculptor. Es la primera vez que se mide [N/Fe] para un número tan grande de estrellas en una galaxia de ese tipo (Lardo, Battaglia et al. 2016).
• El equipo del IAC que trabaja en el proyecto APOGEE ha descubierto múltiples transiciones del elemento de tierras raras neodimio en la banda H. Este descubrimiento permite determinar la abundancia de este elemento en decenas de miles de estrellas observadas con el instrumento APOGEE (Hasselquist et al. 2016).
• La primera publicación de datos de Gaia (Gaia Collaboration 2016) proporcionó una nueva visión de los efectos dinámicos que ha llevado a la correlación entre la rotación galáctica y la composición química conocida en las poblaciones estelares del disco galáctico (Allende Prieto, et al. 2016).

Etapas tardías de la evolución estelar:

• Primeras imágenes en el IR medio con GTC/Canaricam de fullerenos C60 alrededor de una nebulosa planetaria (Díaz-Luis et al. 2018, AJ) y detección de fullerenos C60 y C70 en la región de formación estelar IC 348 de la nube molecular de Perseo (Iglesias-Groth,2019, MNRAS).
• La detección de sistemas binarios amplios alrededor de estrellas AGB extremadamente masivas resolvió el enigma de décadas sobre el superviento extremo en estas estrellas (Decin et al. 2019, NatAst).

Resultados previos (2012 - 2015)