Astrónomos encuentran pareja de estrellas "cataclísmica" con órbita más corta hasta ahora

Los astrónomos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), la Universidad de Harvard y el Centro Smithsoniano de Astrofísica, en Estados Unidos, han descubierto una binaria estelar, o par de estrellas, con una órbita extremadamente corta, que parece dar vueltas alrededor de la otra cada 51 minutos. El sistema parece ser una de las raras clases de binarias conocidas como "variables cataclísmicas", en las que una estrella similar a nuestro sol orbita estrechamente alrededor de una enana blanca, un núcleo caliente y denso de una estrella quemada, según publican en la revista 'Nature'.

Casi la mitad de las estrellas de nuestra galaxia son solitarias como el Sol. La otra mitad está formada por estrellas que rodean a otras estrellas, en parejas y en múltiplos, con órbitas tan estrechas que algunos sistemas estelares podrían caber entre la Tierra y la Luna.

Una variable cataclísmica se produce cuando las dos estrellas se acercan, a lo largo de miles de millones de años, lo que hace que la enana blanca empiece a acretar, o a comer material de su estrella compañera. Este proceso puede emitir enormes y variables destellos de luz que, hace siglos, los astrónomos suponían que eran el resultado de algún cataclismo desconocido.

El sistema recién descubierto, que el equipo ha denominado ZTF J1813+4251, es una variable cataclísmica con la órbita más corta detectada hasta la fecha. A diferencia de otros sistemas de este tipo observados en el pasado, los astrónomos captaron esta variable cataclísmica mientras las estrellas se eclipsaban entre sí varias veces, lo que permitió al equipo medir con precisión las propiedades de cada estrella.

Con estas mediciones, los investigadores realizaron simulaciones de lo que probablemente esté haciendo el sistema en la actualidad y de cómo debería evolucionar en los próximos cientos de millones de años. Llegaron a la conclusión de que las estrellas están actualmente en transición y que la estrella similar al sol ha estado dando vueltas y "donando" gran parte de su atmósfera de hidrógeno a la voraz enana blanca. La estrella similar al sol acabará reduciéndose a un núcleo mayoritariamente denso y rico en helio. En otros 70 millones de años, las estrellas se acercarán aún más, con una órbita ultracorta de sólo 18 minutos, antes de empezar a expandirse y separarse.

Hace décadas, investigadores del MIT y de otros lugares predijeron que estas variables cataclísmicas deberían hacer la transición a órbitas ultracortas. Esta es la primera vez que se observa directamente un sistema en transición de este tipo.

"Se trata de un caso excepcional en el que hemos captado uno de estos sistemas en el acto de pasar de la acreción de hidrógeno a la de helio --afirma Kevin Burdge, becario Pappalardo del Departamento de Física del MIT--. La gente predijo que estos objetos debían hacer la transición a órbitas ultracortas, y durante mucho tiempo se debatió si podían acortarse lo suficiente como para emitir ondas gravitacionales detectables. Este descubrimiento pone fin a eso".

Los astrónomos descubrieron el nuevo sistema dentro de un vasto catálogo de estrellas, observadas por el Zwicky Transient Facility (ZTF), un estudio que utiliza una cámara acoplada a un telescopio en el Observatorio Palomar de California para tomar imágenes de alta resolución de amplias franjas del cielo.

El estudio ha tomado más de 1.000 imágenes de cada una de las más de mil millones de estrellas del cielo, registrando los cambios de brillo de cada estrella a lo largo de días, meses y años. Burdge peinó el catálogo en busca de señales de sistemas con órbitas ultracortas, cuya dinámica puede ser tan extrema que debería emitir espectaculares estallidos de luz y ondas gravitacionales.

"Las ondas gravitacionales nos permiten estudiar el universo de una forma totalmente nueva", afirma Burdge, que está buscando en el cielo nuevas fuentes de ondas gravitacionales.

Para este nuevo estudio, Burdge buscó en los datos del ZTF estrellas que parecieran parpadear repetidamente, con un periodo inferior a una hora, una frecuencia que suele señalar un sistema de al menos dos objetos en órbita cercana, en el que uno se cruza con el otro y bloquea brevemente su luz.

Utilizó un algoritmo para seleccionar más de mil millones de estrellas, cada una de las cuales fue registrada en más de 1.000 imágenes. El algoritmo seleccionó alrededor de un millón de estrellas que parecían parpadear cada hora aproximadamente. Entre ellas, Burdge buscó a ojo señales de especial interés. Su búsqueda se centró en ZTF J1813+4251, un sistema que se encuentra a unos 3.000 años luz de la Tierra, en la constelación de Hércules. "Apareció esta cosa, en la que vi que se producía un eclipse cada 51 minutos, y dije, vale, esto es definitivamente una binaria", recuerda Burdge.

Él y sus colegas se centraron más en el sistema utilizando el Observatorio W.M. Keck de Hawai y el Gran Telescopio Canarias de España. Descubrieron que el sistema era excepcionalmente "limpio", es decir, que podían ver claramente cómo cambiaba su luz con cada eclipse. Con esta claridad, pudieron medir con precisión la masa y el radio de cada objeto, así como su período orbital.

Comprobaron que el primer objeto era probablemente una enana blanca, con una centésima parte del tamaño del Sol y aproximadamente la mitad de su masa. El segundo objeto era una estrella parecida al sol, casi al final de su vida, con una décima parte del tamaño y la masa del sol (aproximadamente el tamaño de Júpiter). Las estrellas también parecían orbitar entre sí cada 51 minutos, pero algo no cuadraba. "Esta estrella se parecía al sol, pero el sol no puede entrar en una órbita de menos de ocho horas: ¿qué pasa aquí?". dice Burdge.

Pronto dio con una explicación: Hace casi 30 años, los investigadores, entre ellos el profesor emérito del MIT Saul Rappaport, habían predicho que los sistemas de órbita ultracorta deberían existir como variables cataclísmicas. A medida que la enana blanca orbita la estrella similar al sol y se come su hidrógeno ligero, la estrella similar al sol debería quemarse, dejando un núcleo de helio -un elemento más denso que el hidrógeno, y lo suficientemente pesado como para mantener la estrella muerta en una órbita apretada y ultracorta.

Burdge se dio cuenta de que ZTF J1813+4251 era probablemente una variable cataclísmica, en el acto de transición de un cuerpo rico en hidrógeno a uno rico en helio. El descubrimiento confirma las predicciones hechas por Rappaport y otros, y también se convierte en la variable cataclísmica de órbita más corta detectada hasta la fecha.

"Este es un sistema especial --subraya Burdge--. Hemos tenido doble suerte al encontrar un sistema que responde a una gran pregunta abierta, y es una de las variables cataclísmicas con mejor comportamiento conocido".

Europa Press