Astrónomos descubren una rara binaria 'viuda negra', con la órbita más corta hasta ahora

Los astrónomos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Estados Unidos, han descubierto una binaria 'viuda negra', es decir, una estrella de neutrones que gira rápidamente y consume lentamente a una estrella compañera más pequeña. Bautizada como ZTF J1406+1222, la pareja tiene el periodo orbital más corto hasta ahora identificado, y es única porque parece albergar una tercera estrella que orbita alrededor de las dos estrellas interiores cada 10.000 años, según publican en la revista Nature.

Los astrónomos conocen unas dos docenas de binarios de 'viuda negra' en la Vía Láctea. Esta nueva candidata, llamada ZTF J1406+1222, tiene el período orbital más corto que se ha identificado hasta ahora, ya que el púlsar y la estrella compañera giran uno alrededor del otro cada 62 minutos.

Esta probable 'viuda negra' triple plantea preguntas sobre cómo pudo formarse un sistema de este tipo. Basándose en sus observaciones, el equipo del MIT propone una historia de origen: Al igual que la mayoría de las viudas negras binarias, el sistema triple probablemente surgió de una densa constelación de estrellas viejas conocida como cúmulo globular.

Este cúmulo en particular puede haber derivado hacia el centro de la Vía Láctea, donde la gravedad del agujero negro central fue suficiente para separar el cúmulo y dejar intacta la triple viuda negra.

"Es un escenario de nacimiento complicado --explica Kevin Burdge, becario postdoctoral Pappalardo en el Departamento de Física del MIT--. Este sistema probablemente ha estado flotando en la Vía Láctea durante más tiempo del que ha existido el Sol".

Burdge es el autor de un estudio que detalla el descubrimiento del equipo, en el que han participado colaboradores de múltiples instituciones, como la Universidad de Warwick, Caltech, la Universidad de Washington, la Universidad McGill y la Universidad de Maryland.

Los investigadores utilizaron un nuevo enfoque para detectar el sistema triple. Mientras que la mayoría de las binarias viuda negra se encuentran a través de la radiación gamma y de rayos X emitida por el púlsar central, el equipo utilizó la luz visible, y específicamente el destello de la estrella compañera de la binaria, para detectar ZTF J1406+1222.

NASA's Goddard Space Flight Center/Cruz deWilde

"Este sistema es realmente único en lo que respecta a las viudas negras, porque lo encontramos con luz visible, y por su amplia compañera, y el hecho de que provenga del centro galáctico --destaca Burdge--. Todavía hay muchas cosas que no entendemos sobre ella. Pero tenemos una nueva forma de buscar estos sistemas en el cielo".

Las binarias viuda negra se alimentan de púlsares, estrellas de neutrones que giran rápidamente y que son los núcleos colapsados de estrellas masivas. Los púlsares tienen un período de rotación vertiginoso, giran cada pocos milisegundos y emiten destellos de rayos gamma y X de alta energía en el proceso.

Normalmente, los púlsares giran y mueren rápidamente al quemar una enorme cantidad de energía. Pero de vez en cuando, una estrella que pasa puede dar una nueva vida a un púlsar. Cuando una estrella se acerca, la gravedad del púlsar extrae material de la estrella, lo que proporciona nueva energía para que el púlsar vuelva a girar. El púlsar "reciclado" comienza entonces a reirradiar energía que despoja aún más a la estrella, y finalmente la destruye.

"Estos sistemas se denominan viudas negras porque el púlsar consume a la estrella que lo ha reciclado, al igual que la araña se come a su pareja", explica Burdge.

Todas las binarias viudas negras detectadas hasta la fecha han sido detectadas a través de los destellos de rayos gamma y X del púlsar. En una primicia, Burdge dio con ZTF J1406+1222 a través de los destellos ópticos de la estrella compañera.

Resulta que el lado diurno de la estrella compañera -el lado que está perpetuamente orientado hacia el púlsar- puede ser muchas veces más caliente que su lado nocturno, debido a la constante radiación de alta energía que recibe del púlsar. "Pensé que, en lugar de buscar directamente el púlsar, había que buscar la estrella que está cocinando", explica Burdge.

Razonó que si los astrónomos observaban una estrella cuyo brillo cambiaba periódicamente en una cantidad enorme, sería una fuerte señal de que estaba en una binaria con un púlsar.

Para comprobar esta teoría, Burdge y sus colegas examinaron los datos ópticos tomados por el Zwicky Transient Facility, un observatorio con sede en California que toma imágenes de gran campo del cielo nocturno. El equipo estudió el brillo de las estrellas para ver si alguna cambiaba drásticamente por un factor de 10 o más, en una escala de tiempo de una hora o menos, signos que indican la presencia de una estrella compañera orbitando estrechamente alrededor de un púlsar.

El equipo fue capaz de identificar la docena de binarias viuda negra conocidas, validando la precisión del nuevo método. A continuación, detectaron una estrella cuyo brillo cambiaba por un factor de 13, cada 62 minutos, lo que indicaba que probablemente formaba parte de una nueva binaria viuda negra, que etiquetaron como ZTF J1406+1222.

Buscaron la estrella en las observaciones realizadas por Gaia, un telescopio espacial operado por la Agencia Espacial Europea que mantiene mediciones precisas de la posición y el movimiento de las estrellas en el cielo. Al revisar las mediciones de la estrella realizadas hace décadas por el Sloan Digital Sky Survey, el equipo descubrió que la binaria era seguida por otra estrella lejana. A juzgar por sus cálculos, esta tercera estrella parecía orbitar la binaria interior cada 10.000 años.

Curiosamente, los astrónomos no han detectado directamente las emisiones de rayos gamma o X del púlsar de la binaria, que es la forma típica en que se confirman las viudas negras. ZTF J1406+1222, por tanto, se considera una binaria candidata a viuda negra, que el equipo espera confirmar con futuras observaciones.

"Lo único que sabemos con seguridad es que vemos una estrella con un lado diurno mucho más caliente que el nocturno, orbitando alrededor de algo cada 62 minutos --añade Burdge--. Todo parece apuntar a que se trata de una binaria viuda negra. Pero hay algunas cosas raras en ella, así que es posible que sea algo completamente nuevo".

El equipo planea seguir observando el nuevo sistema, así como aplicar la técnica óptica para iluminar más estrellas de neutrones y viudas negras en el cielo.

Europa Press