Astrónomos descubren un binario raro de ‘viuda negra’, con la órbita más corta hasta ahora


El destello de una estrella cercana ha llevado a los astrónomos del MIT a un nuevo y misterioso sistema a 3.000 años luz de la Tierra. La rareza estelar parece ser un nuevo «binario viuda negra»: una estrella de neutrones, o púlsar, que gira rápidamente y que está dando vueltas y consumiendo lentamente una estrella compañera más pequeña, como lo hace su homónimo arácnido con su pareja.

Los astrónomos conocen unas dos docenas de viudas negras binarias en la Vía Láctea. Este candidato más nuevo, llamado ZTF J1406+1222, tiene el período orbital más corto identificado hasta ahora, con el púlsar y la estrella compañera dando vueltas cada 62 minutos. El sistema es único en el sentido de que parece albergar una tercera estrella lejana que orbita alrededor de las dos estrellas internas cada 10.000 años.

Esta probable viuda negra triple está planteando preguntas sobre cómo se podría haber formado un sistema así. Con base en sus observaciones, el equipo del MIT propone una historia de origen: como ocurre con la mayoría de los binarios de la viuda negra, el sistema triple probablemente surgió de una densa constelación de viejas estrellas conocida como cúmulo globular. Este cúmulo en particular puede haberse desplazado 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», dice Kevin Burdge, becario postdoctoral de Pappalardo en el Departamento de Física del MIT. «Este sistema probablemente ha estado flotando en la Vía Láctea durante más tiempo que el sol».

Burdge es el autor de un estudio que aparece en Nature que detalla el descubrimiento del equipo. Los investigadores utilizaron un nuevo enfoque para detectar el sistema triple. Si bien la mayoría de los binarios de la viuda negra se encuentran a través de la radiación gamma y de rayos X emitida por el púlsar central, el equipo utilizó luz visible, y específicamente el parpadeo de la estrella compañera del binario, para detectar ZTF J1406+1222.

«Este sistema es realmente único en lo que respecta a las viudas negras, porque lo encontramos con luz visible, y por su amplio compañero, y el hecho de que vino del centro galáctico», dice Burdge. «Todavía hay mucho que no entendemos al respecto. Pero tenemos una nueva forma de buscar estos sistemas en el cielo».

Los coautores del estudio son colaboradores de múltiples instituciones, incluidas la Universidad de Warwick, Caltech, la Universidad de Washington, la Universidad McGill y la Universidad de Maryland.

Día y noche

Los binarios de la viuda negra funcionan con 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 X y gamma de alta energía en el proceso.

Normalmente, los púlsares giran y mueren rápidamente a medida que queman una gran cantidad de energía. Pero de vez en cuando, una estrella que pasa puede dar nueva vida a un púlsar. A medida que se acerca una estrella, la gravedad del púlsar extrae material de la estrella, lo que proporciona nueva energía para hacer girar el púlsar hacia arriba. El púlsar «reciclado» luego comienza a volver a irradiar energía que despoja aún más a la estrella y finalmente la destruye.

«Estos sistemas se denominan viudas negras debido a la forma en que el púlsar consume lo que lo recicló, al igual que la araña se come a su pareja», dice Burdge.

Todos los binarios de la viuda negra hasta la fecha han sido detectados a través de destellos de rayos X y gamma del púlsar. Por primera vez, Burdge se encontró con ZTF J1406+1222 a través del parpadeo óptico de la estrella compañera.

Resulta que el lado diurno de la estrella compañera, el lado que mira perpetuamente al púlsar, puede ser muchas veces más caliente que el lado nocturno, debido a la constante radiación de alta energía que recibe del púlsar.

«Pensé, en lugar de buscar directamente el púlsar, intenta buscar la estrella que está cocinando», explica Burdge.

Razonó que si los astrónomos observaban una estrella cuyo brillo cambiaba periódicamente en gran medida, sería una fuerte señal de que estaba en un sistema binario con un púlsar.

movimiento estelar

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

El equipo pudo seleccionar la docena de binarios de viuda negra conocidos, lo que validó la precisión del nuevo método. Luego vieron una estrella cuyo brillo cambiaba por un factor de 13, cada 62 minutos, lo que indica que probablemente era parte de un nuevo binario 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. Mirando hacia atrás a través de décadas de mediciones de la estrella del Sloan Digital Sky Survey, el equipo descubrió que el binario estaba siendo seguido por otra estrella distante. A juzgar por sus cálculos, esta tercera estrella parecía estar orbitando la binaria interna cada 10.000 años.

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

«Lo único que sabemos con certeza es que vemos una estrella con un lado diurno que es mucho más caliente que el lado nocturno, orbitando alrededor de algo cada 62 minutos», dice Burdge. «Todo parece apuntar a que es un binario de viuda negra. Pero hay algunas cosas extrañas al respecto, por lo que es posible que sea algo completamente nuevo».

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

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