Esta estrella está consumiendo a su compañera y podría explotar muy pronto

Los sistemas estelares binarios no son raros. Tampoco lo son los sistemas donde una estrella es un remanente, como una enana blanca o una estrella de neutrones, y su compañera se encuentra en la secuencia principal. En estos sistemas, el remanente denso puede extraer material de la estrella de la secuencia principal. Esto puede crear violentas supernovas de Tipo 1a en el caso de una enana blanca, y la emisión de rayos X extremadamente potentes en el caso de una estrella de neutrones.

En una nueva investigación, astrónomos observaron la cataclísmica estrella binaria variable V Sagittae (V Sge). Es extremadamente brillante para su tipo, lo que indica que la estrella acretora está extrayendo una enorme cantidad de material de la donante, que se acumula en la superficie del acretor antes de encenderse y emitir una llamarada brillante.

La investigación, «V Sge: ¿Fuente Supersuave o Binaria Caliente Exótica? I. Una campaña X-Shooter en el estado alto», se publica en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. El autor principal es Pasi Hakala, del Centro Finlandés de Astronomía de ESO.

V Sge tiene una estrella de secuencia principal con aproximadamente 3,3 masas solares, que es la estrella donante del par. La otra estrella es el acretor, y aunque los astrónomos pensaron que era una enana blanca durante mucho tiempo, observaciones más recientes sugieren que se trata de una estrella Wolf-Rayet, estrechamente relacionada con las enanas blancas. V Sge es inusual y ha desconcertado a los astrónomos durante décadas.

«V Sagittae no es un sistema estelar común; es el más brillante de su tipo y ha desconcertado a los expertos desde su descubrimiento en 1902», afirmó el profesor Phil Charles, de la Universidad de Southampton, quien participó en el estudio.

Nuestro estudio demuestra que este brillo extremo se debe a que la enana blanca absorbe la vida de su estrella compañera, utilizando la materia acretada para convertirla en un infierno abrasador. Es un proceso tan intenso que se está volviendo termonuclear en la superficie de la enana blanca, brillando como un faro en el cielo nocturno.

Sus emisiones ópticas son muy variables y extremadamente complejas. Los astrofísicos han tenido dificultades para interpretar sus características y han estado observando la estrella durante mucho tiempo. Sin embargo, las nuevas observaciones de este trabajo revelaron un anillo circumbinario que ayuda a explicar lo que está sucediendo.

El anillo circumbinario no se capturó visualmente. Los investigadores recopilaron espectros de V Sge con el X-Shooter, un potente espectrógrafo instalado en el Very Large Telescope de ESO en Chile. Las líneas de emisión observadas, incluidas las velocidades reveladas, no pueden explicarse por las propias estrellas.

«Más importante aún, (a) esta característica no varía con la fase orbital, y (b) está centrada en la velocidad sistémica, lo que significa que estas características de emisión no siguen el movimiento de ninguno de los componentes estelares», escriben los autores.

«Creemos que la única explicación plausible para este comportamiento es que se originan a partir de un anillo o disco circumbinario de materia que ha escapado del sistema binario».

Para comprobar su idea, los investigadores tomaron los espectros y los modelaron. «Nuestras simulaciones muestran que, a medida que la materia escapa del lóbulo de Roche del telescopio espacial, forma uno o más anillos alrededor del sistema binario, con un radio de aproximadamente 2 a 4 separaciones binarias», escriben los autores. El lóbulo de Roche es una región alrededor de una estrella o un par binario donde el gas y el polvo se unen gravitacionalmente a las estrellas.

Para que el gas forme el anillo, la estrella acretora debe absorber una cantidad extremadamente grande de material de la estrella donante. La mayor parte fluye hacia el disco de acreción de la estrella acretora, pero no todo.

«Este anillo inesperado, formado a partir de los restos del festín desordenado, nos da una pista que podría cambiar lo que sabemos sobre la vida y la muerte de las estrellas», declaró el autor principal, Hakala, en un comunicado de prensa.

«La enana blanca no puede consumir toda la masa que se transfiere desde su estrella gemela caliente, por lo que crea este brillante anillo cósmico», explicó Hakala.

Ha habido varias explicaciones contradictorias para las características inusuales de V Sge. Algunos investigadores pensaban que se trataba de un par de estrellas muy calientes y que el brillo no se debía a un anillo, sino al resultado de los vientos calientes de ambas estrellas en colisión. Sin embargo, esto no puede explicar la variabilidad a corto o largo plazo del sistema, según los autores. Los autores creen que el disco circumbinario es la mejor explicación de V Sge, y que la variabilidad se debe al «comportamiento caótico del disco de acreción interno bajo una intensa irradiación», escriben.

Creen que el disco de acreción interno alrededor de la estrella en acreción presenta dos modos de inclinación, que oscilan caóticamente. «Esta misma inclinación puede persistir durante un intervalo prolongado (de días a años) antes de que se produzca el siguiente cambio de inclinación», explican los autores.

«La velocidad a la que este sistema estelar condenado se tambalea violentamente, probablemente debido a su brillo extremo, es una señal frenética de su inminente y violento fin», explicó Hakala.

Muchos de estos sistemas binarios pueden mantenerse estables durante miles de millones de años, siempre que la transferencia de masa entre ellos sea baja y estable. En ese caso, la estrella acretora acumula repetidamente una capa de gas de la estrella donante en su superficie. Finalmente, cuando la masa se acumula, explota como una nova, y el ciclo puede reiniciarse.

El Dr. Rodríguez-Gil, coautor del estudio y miembro del Instituto de Astrofísica de Canarias (España), explicó: «Es probable que la materia acumulada en la enana blanca produzca una explosión de nova en los próximos años, durante la cual V Sagittae se haría visible a simple vista». Pero la nova es solo el principio del fin.

En algunas de estas configuraciones binarias, las estrellas acaban colisionando entre sí. Esto puede ocurrir si la estrella donante se convierte en una gigante, lo que desestabiliza el sistema y provoca una colisión. También puede ocurrir una colisión si la estrella donante se convierte en una enana blanca. En ese caso, el par de estrellas podría entrar en una envoltura común y unirse en espiral, hasta explotar.

«Pero cuando las dos estrellas finalmente colisionen y exploten, se producirá una explosión de supernova tan brillante que será visible desde la Tierra incluso durante el día», concluye Rodríguez-Gil.

Con información de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society