Los astrónomos del MIT y otras instituciones han descubierto una binaria estelar, o un par de estrellas, con una órbita extremadamente corta, que parece girar entre sí cada 51 minutos.

El sistema parece pertenecer a una rara clase de binarios conocidos como "variable cataclísmica", en los que una estrella similar a nuestro sol orbita estrechamente alrededor de una enana blanca, un núcleo denso y caliente de una estrella quemada.

Una variable cataclísmica ocurre cuando las dos estrellas se acercan, durante miles de millones de años, lo que hace que la enana blanca comience a acrecentarse o a consumir material de su estrella compañera. Este proceso puede emitir enormes y variables destellos de luz que, hace siglos, los astrónomos supusieron que eran el resultado de algún cataclismo desconocido.

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

Con estas medidas, los investigadores realizaron simulaciones de lo que probablemente esté haciendo el sistema hoy y cómo debería evolucionar en los próximos cientos de millones de años. Llegan 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" gran parte de su atmósfera de hidrógeno a la voraz enana blanca. La estrella similar al Sol eventualmente se reducirá a un núcleo mayormente denso y rico en helio. En otros 70 millones de años, las estrellas migrarán aún más juntas, con una órbita ultracorta que alcanzará los 18 minutos, antes de que comiencen a expandirse y separarse.

Hace décadas, los investigadores del MIT y otros lugares predijeron que tales variables cataclísmicas deberían pasar a órbitas ultracortas. Esta es la primera vez que se observa directamente un sistema de transición de este tipo.

"Este es un caso raro en el que atrapamos uno de estos sistemas en el acto de cambiar de acumulación de hidrógeno a helio", dice en un comunicado Kevin Burdge, miembro de Pappalardo en el Departamento de Física del MIT. "La gente 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 pone fin".

Burdge y sus colegas informan sobre su descubrimiento en Nature. Los coautores del estudio incluyen colaboradores de múltiples instituciones, incluido el Centro de Astrofísica de Harvard y Smithsonian.

Los astrónomos descubrieron el nuevo sistema dentro de un vasto catálogo de estrellas, observado por Zwicky Transient Facility (ZTF), un estudio que utiliza una cámara conectada a un telescopio en el Observatorio Palomar en California para tomar fotografías de alta resolución de amplias franjas de la estrella. cielo.

La encuesta ha tomado más de 1.000 imágenes de cada una de las más de 1.000 millones de estrellas en el cielo, registrando el brillo cambiante de cada estrella durante días, meses y años.

Burdge revisó el catálogo en busca de señales de sistemas con órbitas ultracortas, cuya dinámica puede ser tan extrema que deberían emitir ráfagas dramáticas de luz y ondas gravitacionales.

"Las ondas gravitacionales nos permiten estudiar el universo de una manera totalmente nueva", dice Burdge, quien está buscando en el cielo nuevas fuentes de ondas gravitacionales.

Para este nuevo estudio, 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.

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Usó un algoritmo para eliminar más de mil millones de estrellas, cada una de las cuales se registró en más de 1.000 imágenes. El algoritmo tamizó alrededor de 1 millón de estrellas que parecían parpadear cada hora más o menos. Entre estos, Burdge luego buscó señales de particular interés. Su búsqueda se centró en ZTF J1813+4251, un sistema que reside a unos 3.000 años luz de la Tierra, en la constelación de Hércules.

"Apareció esto, donde vi que ocurría un eclipse cada 51 minutos, y dije, está bien, esto definitivamente es binario", recuerda Burdge.

Él y sus colegas se centraron aún más en el sistema utilizando el W.M. Observatorio Keck en Hawai y el Gran Telescopio Canarias en España. Descubrieron que el sistema estaba excepcionalmente "limpio", lo que significa que podían ver claramente su cambio de luz con cada eclipse. Con tanta claridad, pudieron medir con precisión la masa y el radio de cada objeto, así como su período orbital.

Descubrieron que el primer objeto era probablemente una enana blanca, de 1/100 del tamaño del sol y aproximadamente la mitad de su masa. El segundo objeto era una estrella similar al Sol cerca del final de su vida, con una décima parte del tamaño y la masa del Sol (aproximadamente del tamaño de Júpiter). Las estrellas también aparecieron.

Las estrellas también parecían orbitar entre sí cada 51 minutos. Sin embargo, algo no cuadraba del todo. "Esta estrella se parecía al sol, pero el sol no puede caber en una órbita de menos de ocho horas, ¿qué pasa aquí?" dice Burgge.

Pronto encontró una explicación: hace casi 30 años, investigadores, incluido el profesor emérito del MIT Saul Rappaport, habían predicho que los sistemas de órbita ultracorta deberían existir como variables catastróficas. A medida que la enana blanca come orbita la estrella similar al Sol y se come su hidrógeno ligero, la estrella similar al Sol debería quemarse, dejando un núcleo de helio, un elemento que es más denso que el hidrógeno y lo suficientemente pesado como para mantener la estrella muerta. en una órbita estrecha y ultracorta.

Burdge se dio cuenta de que ZTF J1813+4251 probablemente era 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 otros, y también se erige como la variable cataclísmica de órbita más corta detectada hasta la fecha.