Observan pares raros e “improbables” de estrellas gemelas
Sólo se conocen 21 de estos extraños pares de estrellas. Aunque nacieron al mismo tiempo y, por tanto, gemelos, uno vivirá miles de millones de años, el otro ha envejecido prematuramente y falleció hace mucho tiempo.
La historia que contamos comenzó hace unos 10 años. Corría diciembre de 2013 cuando se puso en órbita el telescopio espacial Gaia de la Agencia Espacial Europea. Desde hace 10 años, este telescopio (todavía hoy en pleno funcionamiento), observa toda la bóveda celeste, una y otra vez todas las estrellas hasta la magnitud 20 a lo largo del tiempo.
Lo que contamos es sólo una de las innumerables sorpresas de la misión Gaia.
Las observaciones de Gaia
Por lo tanto, Gaia está monitoreando aproximadamente 2 mil millones de estrellas, midiendo sus cambios de brillo y posición a lo largo del tiempo. Gracias a este seguimiento, entre los miles de millones de estrellas observadas, los astrónomos han descubierto 21 que muestran un comportamiento peculiar.
Se trata de 21 estrellas de masa similar a la del Sol (llamadas estrellas de tipo solar) que se mueven en el cielo (órbita) a lo largo de pequeñas elipses y tardan entre 6 meses y 3 años en completar una órbita completa. Después de haber sido monitoreados por el telescopio Gaia durante 10 años, fue posible observar estas estrellas realizando múltiples órbitas completas consecutivas.
Este comportamiento, es decir, moverse a lo largo de una elipse, es típico de estrellas que tienen una compañera y que (debido a la ley de gravitación universal) giran alrededor de un centro de masa común. El hecho es que en este caso la pareja es tan débil que resulta invisible. Gaia logró observar sólo la estrella de tipo solar y su movimiento, pero ningún rastro de su compañera invisible.
El vídeo de arriba muestra la órbita observada (color amarillo) de la estrella de tipo solar para cada una de las 21 estrellas. La órbita inferida de la estrella de neutrones, que permaneció invisible como se explica en las observaciones de Gaia, está representada en violeta. Las órbitas tienen forma elíptica, pero con diferente excentricidad e inclinación respecto al observador para cada sistema.
Seguimiento observacional
Una vez que se hace un descubrimiento, lo que generalmente ocurre es realizar una actividad de seguimiento. Es decir, comenzamos a observar y estudiar estas 21 estrellas con otros telescopios y otra instrumentación con el objetivo de caracterizar estos sistemas binarios (llamados así porque están formados por dos estrellas).
Gracias a la actividad de seguimiento realizada con los telescopios del Observatorio Keck (Hawái, EE.UU.), con los telescopios del Observatorio Europeo Austral (La Silla, Chile) y el Observatorio Whipple (Arizona, EE.UU.), se descubrió que la estrella La compañera invisible en los 21 sistemas es una estrella de neutrones.
Las estrellas de neutrones son extremadamente débiles, por lo que Gaia no pudo detectarlas. En los 21 sistemas, las estrellas de neutrones están inactivas y oscuras.
Cuando una estrella de neutrones se empareja con otra estrella y la distancia que las separa es relativamente pequeña, esta logra robarle parte de su masa a su compañera. La masa capturada, en el proceso de caer sobre la estrella de neutrones, produce una importante emisión de rayos X y radiación de radio, lo que hace que la estrella de neutrones esté activa y sea visible.
En los 21 sistemas estudiados, la distancia entre la estrella de tipo solar y la estrella de neutrones es suficientemente grande (2-3 veces la distancia Sol-Tierra) para haber evitado el "robo" de masa, dejando invisible a la estrella de neutrones.
Es muy común que las estrellas nazcan en pares o como sistemas múltiples. Al nacer al mismo tiempo, son estrellas gemelas. Sin embargo, aquellos con mayor masa completan más rápidamente las etapas evolutivas. Por tanto, aunque gemelos son "diferentes”.
En los sistemas binarios examinados, tanto la estrella de tipo solar como la estrella de neutrones tienen la misma edad, que puede alcanzar miles de millones de años. Sin embargo, una ya está muerta (la estrella de neutrones), la otra tiene todavía una vida muy larga.
¿Qué hace que estos sistemas estelares sean raros e improbables?
Como se informa en el título de este artículo, estos son sistemas estelares raros. Consideremos que de los 2 mil millones de estrellas monitoreadas por Gaia, sólo se han descubierto 21. Seguramente habrá otras, pero su porcentaje es bajísimo.
Además, son sistemas “improbables” que existen pero no deberían existir. De hecho, según los modelos que describen la evolución de las estrellas, la estrella de neutrones debió haberse convertido en gigante o supergigante antes de explotar. Por lo tanto, nuevamente basándose en los modelos, uno esperaría que esta estrella en expansión hubiera incorporado completamente la estrella de tipo solar. Además, sorprende cómo, tras haberlo incorporado, la posterior explosión de supernova no lo destruyó.
Un doble misterio por tanto, el de una estrella solar que sobrevivió a una fusión y a una supernova, es decir, a una de las explosiones más violentas del Universo.
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Referencias de la nota:
El-Badry, Kareem, Hans-Walter Rix, David W. Latham, Sahar Shahaf, Tsevi Mazeh, Allyson Bieryla, Lars A. Buchhave, et al. 2024. “A Population of Neutron Star Candidates in Wide Orbits from Gaia Astrometry.” The Open Journal of Astrophysics 7 (July). https://doi.org/10.33232/001c.121261