El Gran Telescopio de Canarias ayuda a comprender el canibalismo de las estrellas binarias

Foto: NASA

Hay sistemas de estrellas que se comen la una a la otra. Es decir, la masa fluye de un objeto al otro, sobreviviendo al proceso de pérdida y recuperación sucesiva de materia.

Esta transferencia de masa se ve en muchas estrellas binarias, pero aún no se comprende en profundidad este fenómeno, ya que debido a su cercanía lo lógico sería que se fundieran en un solo objeto. Un estudio llevado a cabo con el Gran Telescopio de Canarias (GTC) ha ayudado ahora a comprender este comportamiento ‘caníbal’.

La mayor parte de las estrellas del universo son binarias, es decir, parejas de estrellas que giran una en torno a la otra. Además, muchas de ellas acaban sus vidas como enanas blancas, objetos con una masa de unas 0,5 masas solares y del tamaño de la Tierra.

Se trata de mucha masa condensada en muy poco espacio, por lo que pertenecen a una clase denominada ‘objetos compactos’: remanentes de estrellas tan densos que muestran un estado de la materia que no podemos encontrar en la Tierra, la denominada ‘materia degenerada’. Dentro de los objetos compactos también se encuentran las estrellas de neutrones y los agujeros negros estelares masivos, cuyo estudio es fundamental para saber más sobre estos estados de la materia.

Estudiar estas estrellas binarias ayuda a ampliar el conocimiento sobre la física en las últimas fases de la evolución estelar, ya que son estrellas muertas — que ya no hay reacciones nucleares en su interior– y un ejemplo de materia degenerada.

El objeto de estudio es un tipo de binaria muy concreto: las AM Canum Venaticorum (AM CVn), una clase de estrellas variables cataclísmicas. Las parejas están formadas por dos estrellas enanas blancas en las que la masa fluye de un objeto al otro. Se cree que han sobrevivido a la sucesiva acreción mutua de masa, es decir, situaciones en las que la masa fluyó de un objeto a otro hasta tres veces.

Esta transferencia se ve en muchas parejas de estrellas binarias, especialmente cuando las dos estrellas están muy cerca la una de la otra y, en estos casos, lo lógico sería pensar que acabarían fundiéndose en una sola estrella que, tal vez, sobreviviría, pero que muy probablemente acabaría explotando como supernova Tipo Ia.

Estudiando la manera en la que permanecen como estrella binaria, los investigadores esperan comprender qué objetos acaban fundiéndose unos con otros  y cuáles explotan como supernovas de Tipo Ia, importantes para trazar la expansión acelerada del universo.

Por último, estas parejas tienen un periodo orbital muy corto, a veces de menos de una hora, y son prolíficas emisoras de ondas gravitacionales en longitudes de onda largas. Estas perturbaciones en el espacio tiempo fueron predichas por la teoría de la Relatividad General de Einstein y su existencia fue confirmada indirectamente al trazar la evolución de la órbita de estrellas de neutrones y parejas de binarias formadas por este tipo de estrellas.

TRANSFERENCIA DE MASA

Las simulaciones numéricas sobre la población de estos objetos dicen quela proporción de masa de las dos estrellas debería ser más extrema cuanto mayor sea el periodo de la binaria. Esto se debe a que, a medida que la masa fluye de una estrella a otra, el periodo va aumentando más y más en estos sistemas: lentamente se van separando, igual que la Tierra y la Luna se está alejando la una de la otra muy lentamente.

En las estrellas AM CVn, esta lenta ampliación de la órbita está acompañada por una transferencia de masa, que siempre va desde la estrella de menor masa a la estrella de mayor masa. Debido a esto, la diferencia de masa entre las dos estrellas se hace cada vez mayor.

Para las estrellas AM CVn de mayor periodo (con un periodo orbital de en torno a una hora), a la estrella que pierde ya le queda muy poca masa, no más que unas pocas veces la masa de Júpiter. Desde que empezó el proceso, con unas 500 veces la masa de Júpiter, ha perdido un 99 por ciento de su masa inicial.

La zona estudiada es un punto brillante, la región en la que la masa que fluye desde la estrella más grande y de menor masa hacia la estrella más pequeña pero de mayor masa, golpea el exterior del disco gaseoso que rodea a la estrella más masiva. Dado que, literalmente, choca contra el disco, esta zona se calienta y resplandece con más intensidad, con lo cual puede utilizarse el movimiento de este punto brillante para estudiar la velocidad de distintas partes del sistema.

USO DE LÍNEAS DE HELIO POR PRIMERA VEZ

Según uno de los autores, Thomas Kupfer, “por primera vez, gracias al GTC, se puede usar las líneas de helio para medir ciertas condiciones en el disco, como por ejemplo la temperatura”. “Esto no se había hecho hasta ahora”, ha apuntado.

Son sistemas muy débiles que se orbitan mutuamente a gran velocidad.“Con periodos orbitales de 30 minutos, estos sistemas son realmente pequeños: más o menos del tamaño del sistema Luna-Tierra o incluso más pequeños. Sólo un telescopio como GTC puede proporcionar la calidad de datos que se necesita para este trabajo en un tiempo razonable”, ha explicado otro de los investigadores, René Ruten.

“Dado que estos son sistemas aún relativamente calientes, son azules y, por tanto, brillan en longitudes de onda que pueden ser muy bien estudiadas por el instrumento OSIRIS“, ha indicado.

Pero eso no es todo, los resultados, que han sido publicados en ‘Monthly Notices of the Royal Astronomical Society’, muestran claramente “una muy inusual composición química en las binarias”. “La capacidad del GTC ha hecho posible detectar esas débiles líneas, una clave muy importante para comprender la evolución previa de estas estrellas binarias. Por el momento, estamos desconcertados por algunos de los resultados”, ha apuntado Kupfer.

Fuente

 

Acerca de A. Arrieta

Físico egresado de la Universidad de Córdoba con sede en la Ciudad de Montería. Magister en Física de la Universidad Nacional de Colombia con sede en la ciudad de Medellín. Docente del Instituto Tecnológico Metropolitano (ITM) y docente adscrito a la Secretaría de Educación de Medellín. "Amarrar el conocimiento no te hace más sabio, en cambio compartirlo te hace más útil a la sociedad, trascender y no morir para siempre"
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