Detectan una 'extraña pareja' de estrellas, las más próximas entre sí vistas hasta ahora

Ahora, un equipo de investigadores dirigidos por científicos del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), ha descubierto un sistema binario en el que sus dos estrellas están tan cerca que pueden orbitarse en apenas 51 minutos. El sistema parece pertenecer a una rara clase de de estrellas binarias, conocida como 'variable cataclísmica', en la que una estrella similar a nuestro Sol orbita a muy poca distancia de una enana blanca, el núcleo denso y caliente de una antigua estrella ya desaparecida. El estudio se acaba de publicar en 'Nature'.

Una variable cataclísmica sucede cuando las dos estrellas se van acercando durante miles de millones de años, lo que hace que la enana blanca empiece a consumir material de su estrella compañera y a hacerse, por lo tanto, cada vez más grande. Este proceso puede emitir enormes destellos de luz que, desde hace siglos, los astrónomos interpretaban como el resultado de algún tipo de cataclismo desconocido.

El sistema recién descubierto, etiquetado como ZTF J1813+4251, es una variable cataclísmica con la órbita más corta detectada hasta la fecha. A diferencia de otros sistemas similares, en efecto, los astrónomos captaron a esta 'extraña pareja' cuando las estrellas se ocultaron entre sí varias veces, lo que permitió al equipo medir con precisión las propiedades de cada una.

Gracias a esas medidas, los investigadores pudieron hacer simulaciones de lo que probablemente esté haciendo hoy el sistema, y predijeron también cuál sería su evolución durante los próximos cientos de millones de años. Así, llegaron a la conclusión de que las estrellas se encuentran actualmente en transición y que la estrella similar al Sol ha estado dando vueltas y 'donando' durante mucho tiempo una gran parte de su atmósfera de hidrógeno a la voraz enana blanca. En el futuro, la estrella similar al Sol se reducirá a poco más que un núcleo denso y especialmente rico en helio. En otros 70 millones de años, las estrellas se acercarán todavía más, con una órbita ultracorta que alcanzará los 18 minutos, antes de que comiencen a expandirse y se separen nuevamente.

Hace ya varias décadas, los investigadores ya predijeron que tales variables cataclísmicas deberían pasar a órbitas ultracortas. Pero esta es la primera vez que se observa directamente un sistema de transición de este tipo.

«Se trata de un caso raro en el que detectamos uno de estos sistemas en el acto de cambiar de acumulación de hidrógeno a helio -explica Kevin Burdge, del Departamento de Física del MIT y uno de los autores del estudio-. Ya se predijo que estos objetos deberían hacer la transición a órbitas ultracortas, y se debatió durante mucho tiempo si podrían acortarse lo suficiente como para emitir ondas gravitacionales detectables. Este descubrimiento lo confirma«.

Los astrónomos descubrieron el nuevo sistema entre los datos de un vasto catálogo de estrellas, compilado gracias al estudio Zwicky Transient Facility (ZTF), que utiliza una cámara conectada a un telescopio en el Observatorio Palomar en California para tomar fotografías de alta resolución de estrellas en amplias franjas del cielo. ZTF ha tomado ya más de 1.000 imágenes de cada una de las más de 1.000 millones de estrellas visibles en el firmamento, registrando el brillo cambiante de cada una de ellas durante días, meses y años.

Burdge y sus colegas revisaron el catálogo en busca de señales de sistemas con órbitas ultracortas, tan extremadamente energéticas que deberían emitir regularmente poderosas ráfagas de luz y ondas gravitacionales que, en palabras del científico, «nos permiten estudiar el Universo de una manera totalmente nueva».

En concreto, Burdge revisó los datos de ZTF en busca de estrellas que parecieran parpadear repetidamente, con un período de menos de una hora, una frecuencia que típicamente señala un sistema de al menos dos objetos en órbita cercana, uno cruzando al otro y bloqueando brevemente su luz. Así, entre los 1.000 millones de estrellas de ZTF, Burdge seleccionó inicialmente cerca de un millón que parecían parpadear a intervalos de más o menos una hora. Después, seleccionó de nuevo las señales que le parecieron más interesantes y al final se quedó con el sistema ZTF J1813+4251, a unos 3.000 años luz de la Tierra, en la constelación de Hércules. «Vi que ocurría un eclipse cada 51 minutos y dije, está bien, esto definitivamente es binario», recuerda el investigador.

Una vez seleccionado el objetivo, Burdge y sus colegas lo observaron con los potentes telescopios del Observatorio Keck, en Hawaii, y con el Gran Telescopio de Canarias, y descubrieron que el sistema estaba excepcionalmente 'limpio', lo que significa que podían ver claramente sus cambios de luz con cada eclipse. Gracias a esa claridad, lograron medir con precisión la masa y el radio de cada objeto, así como su período orbital.

De esta forma descubrieron que el primer objeto era probablemente una enana blanca, cien veces más pequeña que el Sol y con aproximadamente la mitad de su masa. El segundo objeto era una estrella similar al Sol, aunque diez veces menor (aproximadamente del tamaño de Júpiter) y mucho más cerca del final de su vida. Ambas estrellas se orbitaban entre sí cada 51 minutos.

Pero aún así había algo que no cuadraba del todo. «La estrella mayor se parecía al Sol -recuerda Burdge-, pero el Sol no puede caber en una órbita de menos de ocho horas. ¿Qué está pasando aquí?»

La respuesta no tardó en llegar. Hace casi 30 años, Saul Rappaport, también del MIT, había predicho junto a sus colegas que los sistemas de órbita ultracorta deberían existir como variables catastróficas. Por lo tanto, y a medida que la enana blanca se alimenta de la estrella similar al Sol, comiéndose su hidrógeno, ésta debería ir reduciendo su tamaño hasta quedar reducida a un núcleo de helio, elemento más denso que el hidrógeno y lo suficientemente pesado como para mantener a la estrella muerta en una órbita estrecha y extremadamente corta.

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 su equipo, y también se erige como la variable cataclísmica de órbita más corta detectada hasta el momento.

«Es un sistema muy especial -dice Burdge-. Tuvimos la doble suerte de encontrar un sistema que responde a una gran pregunta abierta, y que es al mismo tiempo una de las variables cataclísmicas de comportamiento más hermoso que se conocen».