Los astrónomos de la Universidad de Toronto (U of T) han descubierto los primeros pares de estrellas enanas blancas y de secuencia principal (remanentes «muertos» y estrellas «vivas») en cúmulos estelares jóvenes. Descrito en un nuevo estudio publicado en The Astrophysical Journal, este avance ofrece nuevos conocimientos sobre una fase extrema de la evolución estelar y uno de los mayores misterios de la astrofísica.
Los científicos ahora pueden comenzar a tender un puente entre las etapas más tempranas y finales de los sistemas estelares binarios (dos estrellas que orbitan alrededor de un centro de gravedad compartido) para mejorar nuestra comprensión de cómo se forman las estrellas, cómo evolucionan las galaxias y cómo se crearon la mayoría de los elementos de la tabla periódica. Este descubrimiento también podría ayudar a explicar eventos cósmicos como las explosiones de supernovas y las ondas gravitacionales, ya que se cree que los sistemas binarios que contienen una o más de estas estrellas muertas compactas son el origen de tales fenómenos.
La mayoría de las estrellas existen en sistemas binarios. De hecho, casi la mitad de todas las estrellas similares a nuestro Sol tienen al menos una estrella compañera. Estas estrellas emparejadas suelen diferir en tamaño, y una estrella suele ser más masiva que la otra. Aunque uno podría verse tentado a asumir que estas estrellas evolucionan al mismo ritmo, las estrellas más masivas tienden a vivir vidas más cortas y pasan por las etapas de evolución estelar mucho más rápido que sus compañeras de menor masa.
En la etapa en la que una estrella se acerca al final de su vida, se expandirá hasta cientos o miles de veces su tamaño original durante lo que llamamos fases de gigante roja o rama gigante asintótica. En sistemas binarios cercanos, esta expansión es tan dramática que las capas externas de la estrella moribunda a veces pueden engullir completamente a su compañera. Los astrónomos se refieren a esto como la fase de envoltura común, ya que ambas estrellas quedan envueltas en el mismo material.
La fase de envoltura común sigue siendo uno de los mayores misterios de la astrofísica. Los científicos han luchado por comprender cómo las estrellas que se unen en espiral durante este período crítico afectan la evolución posterior de las estrellas. Esta nueva investigación puede resolver este enigma.
Los remanentes que quedan después de que las estrellas mueren son objetos compactos llamados enanas blancas. El hallazgo de estos sistemas de envoltura poscomún que contienen tanto un remanente estelar «muerto» como una estrella «viva», también conocidos como sistemas binarios de secuencia principal de enanas blancas, proporciona una forma única de investigar esta fase extrema de la evolución estelar.
«Las estrellas binarias desempeñan un papel enorme en nuestro universo», afirma la autora principal Steffani Grondin, estudiante de posgrado en el Departamento de Astronomía y Astrofísica David A. Dunlap de la Universidad de Toronto. «Esta muestra observacional marca un primer paso clave para permitirnos rastrear los ciclos de vida completos de los sistemas binarios y, con suerte, nos permitirá limitar la fase más misteriosa de la evolución estelar».
Los investigadores utilizaron el aprendizaje automático para analizar datos de tres fuentes principales: la misión Gaia de la Agencia Espacial Europea (un telescopio espacial que ha estudiado más de mil millones de estrellas en nuestra galaxia) junto con observaciones de los sondeos 2MASS y Pan-STARRS1. Este conjunto de datos combinados permitió al equipo buscar nuevos sistemas binarios en cúmulos con características similares a las de los pares de enanas blancas y secuencias principales conocidos.
Aunque este tipo de sistemas binarios deberían ser muy comunes, ha sido difícil encontrarlos, ya que antes de esta investigación solo se habían confirmado dos candidatos dentro de cúmulos. Esta investigación tiene el potencial de aumentar ese número a 52 sistemas binarios en 38 cúmulos estelares.
Dado que se cree que las estrellas de estos cúmulos se formaron todas al mismo tiempo, encontrar estos sistemas binarios en cúmulos estelares abiertos permite a los astrónomos delimitar la edad de los sistemas y rastrear su evolución completa desde antes de las condiciones de envoltura común hasta los sistemas binarios observados en su fase posterior a la envoltura común.
«El uso del aprendizaje automático nos ayudó a identificar firmas claras para estos sistemas únicos que no podíamos identificar fácilmente con solo unos pocos puntos de datos», dice el coautor Joshua Speagle, profesor del Departamento de Astronomía y Astrofísica David A. Dunlap y del Departamento de Ciencias Estadísticas de la U of T. «También nos permitió automatizar nuestra búsqueda en cientos de cúmulos, una tarea que habría sido imposible si intentáramos identificar estos sistemas manualmente».
«Esto realmente muestra cuánto hay en nuestro universo oculto a simple vista, todavía esperando ser descubierto», dice la coautora Maria Drout, también profesora del Departamento David A. Dunlap de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de Toronto. «Si bien hay muchos ejemplos de este tipo de sistema binario, muy pocos tienen las restricciones de edad necesarias para mapear completamente su historia evolutiva. Si bien queda mucho trabajo por hacer para confirmar y caracterizar completamente estos sistemas, estos resultados tendrán implicaciones en múltiples áreas de la astrofísica».
Los sistemas binarios que contienen objetos compactos también son los progenitores de una explosión estelar extrema llamada supernova de tipo Ia y el tipo de fusión que causa ondas gravitacionales, que son ondulaciones en el espacio-tiempo que pueden detectarse mediante instrumentos como el Observatorio de Ondas Gravitacionales con Interferometría Láser (LIGO). A medida que el equipo utiliza datos de los telescopios Gemini, Keck y Magallanes para confirmar y medir las propiedades de estos sistemas binarios, este catálogo finalmente arrojará luz sobre los muchos fenómenos transitorios elusivos en nuestro universo.
Con información de The Astrophysical Journal
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