Interplay between evolved massive stars and their circumstellar mediuma (SUB) millimetre view of luminous blue variable mass loss

Resumen

Las estrellas masivas desempeñan un papel fundamental en la evolución de la Galaxia, con vientos estelares e intensos campos UV que modifican continuamente la estructura, dinámica y composición química del medio interestelar. Su impacto se vuelve más evidente aún cuando dejan atrás la secuencia principal, volviéndose inestables, y perdiendo parte de su masa inicial al atravesar una serie de etapas intermedias hacia su inevitable fin como supernovas. En esta evolución, la fase de variable luminosa azul (LBV) adquiere una especial relevancia. La fase LBV exhibe las tasas de pérdida de masa más altas, debido a sus densos vientos estelares, acompañados por violentos estallidos que expulsan las capas más externas de la estrella al medio circundante. Estos procesos provocan la formación de enormes nebulosas de gas y polvo, en las cuales está escrita la historia de pérdida de masa del objeto central. A pesar de haber sido estudiadas durante varias décadas, las estrellas LBV aún presentan algunas de las preguntas más desafiantes de la astrofísica estelar. ¿Cuál es el rol evolutivo de estos objetos? ¿Qué es lo que produce su inestabilidad? ¿Cuáles son los factores que determinan la forma de las nebulosas? Esta tesis presenta un extenso estudio de los procesos de pérdida de masa en estrellas LBV en longitudes de onda milimétricas y submilimétricas. Combinando espectroscopía molecular y observaciones de continuo en instalaciones punteras como el telescopio de 30m de IRAM, APEX y ALMA, hemos obtenido una representación precisa del entorno circunestelar de las LBV canónicas AG Car, Eta Car, AFGL2298, MN48 y HD168607, así como de las candidatas MN101, MN87, G79.29+0.46 y HD168625. En AG Car y MN101, hemos descubierto sendas estructuras en forma de anillo, formadas por gas CO. Probablemente, estos anillos trazan eventos de pérdida de masa ocurridos miles de años atrás, según se infiere de sus propiedades morfológicas y dinámicas, y de sus abundancias químicas. De igual manera, en Eta Car hemos detectado la contrapartida de HCN, H13CN y HCO+ de un anillo más joven y compacto relacionado con la Gran Erupción ocurrida en torno a 1840. También reportamos la detección de estructuras internas, más próximas a la estrella: una nube en expansión, visible solo en HCO+ y continuo, y unos proyectiles calientes de HCN. Estas estructuras están posiblemente asociadas a la erupción menor sufrida por Eta Car en 1890. Estos hallazgos se complementan con otros resultados prometedores -si bien no concluyentes- en los otros objetos estudiados. Hemos encontrado varias estructuras moleculares que, junto a los índices espectrales sorprendentemente negativos de las estrellas centrales, proporcionan nuevas pistas sobre la química molecular en entornos tan hostiles. Vistos en conjunto, los resultados de esta tesis demuestran que el gas molecular es un ingrediente fundamental del material circunestelar de las estrellas LBV, pudiendo representar más de un 30 por ciento del balance de pérdida de masa. Esto tiene profundas consecuencias para los modelos de evolución estelar, que son especialmente sensibles a la pérdida de masa. Las proximidades de las estrellas LBV parecen albergar una química molecular compleja, a pesar de sus condiciones extremas. Finalmente, con el fin de proporcionar una explicación satisfactoria para la formación de las estructuras observadas, hemos propuesto un escenario en el cual binaridad y rotación rápida son los factores más relevantes de la interacción entre estas estrellas y su entorno circunestelar, determinando la estructura de la eyecta molecular. Esta tesis servirá como referencia para estudios futuros de gas molecular asociado a estrellas LBV, y en general, estrellas de alta masa evolucionadas. Los resultados de este