Astrofísicos resuelven el misterio de la "desaparición" del azufre en las nebulosas planetarias.

Una icónica collage ahora muestra 22 PNe conocidos individualmente, dispuestos artísticamente en un patrón espiral por orden de tamaño físico aproximado. Crédito: ESA / Hubble y NASA, ESO, NOAO / AURA / NSF a partir de una idea del autor correspondiente e Ivan Bojičić y renderizado por Ivan Bojičić con aportes de David Frew y el autor.

Dos astrofísicos del Laboratorio de Investigación Espacial (LSR) de la Universidad de Hong Kong (HKU) finalmente han resuelto un enigma astrofísico de 20 años sobre las cantidades de azufre más bajas de lo esperado encontradas en Nebulosas Planetarias (PNe) en comparación con las expectativas y mediciones de otros elementos y otros tipos de objetos astrofísicos.

Los niveles esperados de azufre han estado ausentes durante mucho tiempo. Sin embargo, ahora finalmente se han presentado después de haber estado escondidos a simple vista, como resultado de aprovechar datos altamente precisos y confiables. El equipo recientemente ha informado sus hallazgos en Astrophysical Journal Letters.

Las PNe son los efímeros resplandecientes, envolturas gaseosas expulsadas de estrellas moribundas que siempre han fascinado y entusiasmado tanto a astrónomos profesionales como a aficionados con sus formas coloridas y variadas. Las PNe tienen una vida útil de tan solo algunas decenas de miles de años en comparación con sus estrellas anfitrionas, las cuales pueden tomar miles de millones de años antes de pasar por la fase PN en su camino para convertirse en "enanas blancas".

En consecuencia, las PNe proporcionan una instantánea casi instantánea de la agonía de la muerte estelar. Son una ventana científica vital para la evolución estelar en etapas tardías, ya que sus ricas líneas de emisión permiten estudios detallados de sus composiciones químicas.

Estudios anteriores mostraron que los espectros ópticos de las PNe parecían tener un déficit variable del elemento azufre. Este déficit era difícil de explicar porque el azufre, conocido como un "elemento α", debería ser producido al mismo ritmo que otros elementos como el oxígeno, el neón, el argón y el cloro en estrellas más masivas. Como resultado, su abundancia cósmica también debería ser proporcional directamente.

Sorprendentemente, aunque se han observado correlaciones fuertes entre las abundancias de azufre y oxígeno en regiones H II (región ionizada de hidrógeno) y galaxias compactas azules (ver figura 2), las PNe originadas a partir de estrellas de baja a mediana masa consistentemente exhiben niveles de azufre más bajos, dando lugar al denominado "anomalía del azufre" que ha desconcertado y molestado a los astrónomos durante décadas.

La Srta. Shuyu Tan, graduada del programa de MPhil en Física de la HKU y Asistente de Investigación en el LSR de la HKU, junto con su supervisor, el profesor Quentin PARKER, Director del LSR, utilizó una muestra sin precedentes de espectros ópticos de alta señal a ruido (S/N) excepcional para aproximadamente 130 PNe ubicadas en el centro de nuestra galaxia. Este conjunto de datos excepcional tenía un ruido de fondo mínimo, lo que permitió un examen claro y detallado de las características espectrales, ayudando al equipo a abordar y resolver el misterio de manera efectiva.

Estas PNe fueron observadas utilizando el Telescopio Muy Grande de 8 m del Observatorio Europeo Austral (ESO) en Chile. Resulta que la anomalía era esencialmente un resultado de una mala calidad de los datos para las líneas de emisión de azufre en los espectros de las PNe. Se encontró que usar el oxígeno como comparador base de metalicidad para otros elementos no era preciso, y en cambio, el argón demostraba una correlación más fuerte con el oxígeno para el azufre y se sugirió como un indicador más confiable de la metalicidad y un elemento de comparación adecuado.

Entonces, cuando una muestra grande y cuidadosamente seleccionada de PNe se observa espectroscópicamente con alta S/N en un telescopio grande, no solo los datos revelaron un fuerte comportamiento "en sincronía" del azufre en las PNe por primera vez, como se ve y se esperaba para otros tipos de objetos astrofísicos, sino que la anomalía en sí misma efectivamente desapareció.

Los autores han desacreditado efectivamente reclamos anteriores que sugerían que la anomalía de azufre en las Nebulosas Planetarias era resultado de etapas de ionización de azufre superiores subestimadas o flujos de líneas de azufre débiles. Este hallazgo subraya la importancia crítica de datos de alta calidad para desentrañar misterios científicos.