Estrellas como el Sol descubiertas orbitando compañeros ocultos

La mayoría de las estrellas en nuestro universo vienen en pares. Si bien nuestro propio Sol es un solitario, muchas estrellas como nuestro Sol orbitan estrellas similares, mientras que una gran cantidad de otros emparejamientos exóticos entre estrellas y orbes cósmicos salpican el universo. Los agujeros negros, por ejemplo, a menudo se encuentran orbitando entre sí. Un emparejamiento que ha demostrado ser bastante raro es el que existe entre una estrella similar al Sol y un tipo de estrella muerta llamada estrella de neutrones. 

Ahora, astrónomos liderados por Kareem El-Badry de Caltech Kareem El-Badry han descubierto lo que parecen ser 21 estrellas de neutrones en órbita alrededor de estrellas como nuestro Sol. Las estrellas de neutrones son núcleos densos y quemados de estrellas masivas que explotaron. Por sí solas, son extremadamente débiles y generalmente no se pueden detectar directamente. Pero a medida que una estrella de neutrones orbita alrededor de una estrella similar al Sol, tira de su compañera, haciendo que la estrella se mueva hacia adelante y hacia atrás en el cielo. Usando la misión Gaia de la Agencia Espacial Europea, los astrónomos pudieron captar estos bamboleos reveladores para revelar una nueva población de estrellas de neutrones oscuras.

“Gaia está escaneando continuamente el cielo y midiendo los bamboleos de más de mil millones de estrellas, por lo que hay muchas posibilidades de encontrar incluso objetos muy raros”, dice El-Badry, profesor asistente de astronomía en Caltech y científico adjunto en el Instituto Max Planck de Astronomía en Alemania.

El nuevo estudio, que incluye un equipo de coautores de todo el mundo, se publicó en The Open Journal for Astrophysics. Los datos de varios telescopios terrestres, incluido el Observatorio W. M. Keck en Maunakea, Hawai; el Observatorio La Silla en Chile; y el Observatorio Whipple en Arizona, se utilizaron para hacer un seguimiento de las observaciones de Gaia y aprender más sobre las masas y las órbitas de las estrellas de neutrones ocultas.

Si bien las estrellas de neutrones se han detectado previamente en órbita alrededor de estrellas como nuestro Sol, esos sistemas han sido más compactos. Con poca distancia que separa los dos cuerpos, una estrella de neutrones (que es más pesada que una estrella similar al Sol) puede robar masa de su compañera. Este proceso de transferencia de masa hace que la estrella de neutrones brille intensamente en las longitudes de onda de rayos X o radio. En contraste, las estrellas de neutrones en el nuevo estudio están mucho más lejos de sus compañeras, del orden de una a tres veces la distancia entre la Tierra y el Sol. 

Eso significa que los nuevos cadáveres estelares están demasiado lejos de sus parejas para estar robándoles material. En cambio, están en reposo y oscuros. “Estas son las primeras estrellas de neutrones descubiertas puramente debido a sus efectos gravitatorios”, dice El-Badry.

El descubrimiento llega como una sorpresa en cierto modo porque no está claro cómo una estrella que explotó termina junto a una estrella como nuestro Sol.

“Todavía no tenemos un modelo completo de cómo se forman estos binarios”, explica El-Badry. “En principio, la progenitora de la estrella de neutrones debería haberse vuelto enorme e interactuado con la estrella tipo solar durante su evolución tardía”. La enorme estrella habría golpeado la pequeña estrella, probablemente engulléndola temporalmente. Más tarde, la progenitora de la estrella de neutrones habría explotado en una supernova, que, según los modelos, debería haber desatado los sistemas binarios, enviando las estrellas de neutrones y las estrellas similares al Sol a toda velocidad en direcciones opuestas. 

“El descubrimiento de estos nuevos sistemas muestra que al menos algunos binarios sobreviven a estos procesos cataclísmicos, aunque los modelos aún no pueden explicar completamente cómo”, dice.

Gaia pudo encontrar los compañeros improbables debido a sus órbitas amplias y sus largos períodos (las estrellas similares al Sol orbitan alrededor de las estrellas de neutrones con períodos de seis meses a tres años). “Si los cuerpos están demasiado cerca, el bamboleo será demasiado pequeño para detectarlo”, dice El-Badry. “Con Gaia, somos más sensibles a las órbitas más amplias”. Gaia también es más sensible a los binarios que están relativamente cerca. La mayoría de los sistemas recién descubiertos se encuentran dentro de los 3.000 años luz de la Tierra, una distancia relativamente pequeña en comparación, por ejemplo, con los 100.000 años luz de diámetro de la Vía Láctea.

Las nuevas observaciones también sugieren cuán raros son los emparejamientos. “Estimamos que aproximadamente una de cada millón de estrellas tipo solar orbita una estrella de neutrones en una órbita amplia”, dijo. 

El-Badry también está interesado en encontrar agujeros negros inactivos invisibles en órbita con estrellas similares al Sol. Usando datos de Gaia, ha encontrado dos de estos agujeros negros silenciosos ocultos en nuestra galaxia. Uno, llamado Gaia BH1, es el agujero negro conocido más cercano a la Tierra a 1.600 años luz de distancia. 

“No sabemos con seguridad cómo se formaron estos binarios de agujeros negros”, dice El-Badry. “Claro que hay lagunas en nuestros modelos para la evolución de las estrellas binarias. Encontrar más de estos compañeros oscuros y comparar sus estadísticas de población con las predicciones de diferentes modelos nos ayudará a comprender cómo se forman”. 

El artículo titulado “Una población de candidatos a estrella de neutrones en órbitas amplias de la astrometría de Gaia” fue financiado por la National Science Foundation, el Consejo Europeo de Investigación y la Fundación Gordon y Betty Moore. Otros autores de Caltech incluyen a la estudiante graduada Natsuko Yamaguchi y al profesor de astronomía Andrew Howard. Entre los autores adicionales se encuentran Hans-Walter Rix y René Andrae del Instituto Max-Planck de Astronomía, David Latham y Allyson Bieryla del Centro de Astrofísica / Harvard y Smithsonian, Sahar Shahaf del Instituto Weizmann de Ciencias, Tsevi Mazeh de la Universidad de Tel Aviv; Lars Buchhave de la Universidad Técnica de Dinamarca, Howard Isaacson de UC Berkeley y la Universidad del Sur de Queensland; Alessandro Savino de UC Berkeley e Ilya Ilyin del Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam.