‘Increíble’: los astrofísicos han identificado el sistema estelar binario de menor masa y período más corto jamás observado

Esta ilustración representa un par de estrellas en órbita cercana. Crédito: ESO/L. Calcada

Astrofísicos de la Universidad Northwestern y la Universidad de California en San Diego han identificado el sistema binario más compacto jamás observado entre enanas ultrafrías.

Las dos estrellas están tan cerca que completan una revolución alrededor de la otra en menos de un día terrestre, lo que significa que el “año” de cada estrella dura solo 20,5 horas.

El sistema recién descubierto, LP 413-53AB, consta de un par de enanas ultrafrías, que son estrellas de muy baja masa que emiten luz principalmente en el infrarrojo, lo que las hace invisibles al ojo humano. A pesar de esto, son uno de los tipos de estrellas más abundantes en el universo.

Una ilustración muestra qué tan cerca están actualmente las estrellas binarias enanas ultrafrías y cómo esta cercanía ha cambiado con el tiempo. Crédito: Adam Burgasser/Universidad de California en San Diego

Anteriormente, los astrónomos solo habían detectado tres sistemas binarios enanos ultrafríos de período corto, todos los cuales son relativamente jóvenes, de hasta 40 millones de años. Se estima que LP 413-53AB tiene miles de millones de años, una edad similar a la de nuestro sol, pero tiene un período orbital al menos tres veces más corto que cualquier binaria enana ultrafría descubierta hasta ahora.

“Es emocionante encontrar un sistema tan extremo”, dijo Chih-Chun “Dino” Hsu, un astrofísico del Noroeste que dirigió el estudio. “En principio, sabíamos que estos sistemas deberían existir, pero ninguno de estos sistemas había sido identificado aún”.

Hsu presentó recientemente la investigación durante una conferencia de prensa en la reunión 241 de la Sociedad Astronómica Estadounidense en Seattle como parte de una sesión sobre “Las estrellas y su actividad”.

Hsu es investigador postdoctoral en física y astronomía en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern y miembro del Centro de Exploración e Investigación Astrofísica Interdisciplinaria (CIERA) de Northwestern. Comenzó este estudio cuando era estudiante de doctorado. estudiante en UC San Diego, donde fue asesorado por el profesor Adam Burgasser.

El equipo descubrió por primera vez el extraño sistema binario al explorar datos de archivo. Hsu ha desarrollado un algoritmo capaz de modelar una estrella en función de sus datos espectrales. Al analizar el espectro de luz emitido por una estrella, los astrofísicos pueden determinar la composición química, la temperatura, la gravedad y la rotación de la estrella. Este análisis también muestra el movimiento de la estrella a medida que se acerca y se aleja del observador, lo que se denomina velocidad radial.

Esta ilustración compara la proximidad de las dos estrellas enanas en el sistema binario recientemente descubierto con otros sistemas. Crédito: Adam Burgasser/Universidad de California en San Diego

Mientras examinaba los datos espectrales de LP 413-53AB, Hsu notó algo extraño. Las primeras observaciones capturaron el sistema cuando las estrellas estaban aproximadamente alineadas y sus líneas espectrales se superponían, lo que llevó a Hsu a creer que era solo una estrella. Pero a medida que las estrellas se movían a través de sus órbitas, las líneas espectrales se movían en direcciones opuestas, dividiéndose en pares en los datos espectrales posteriores. Hsu se dio cuenta de que en realidad había dos estrellas encerradas en un binario increíblemente apretado.

Usando poderosos telescopios en el Observatorio WM Keck, Hsu decidió observar el fenómeno por sí mismo. El 13 de marzo de 2022, el equipo apuntó los telescopios a la constelación de Tauro, donde se encuentra el sistema binario, y lo observó durante dos horas. Luego continuaron con más avistamientos en julio, octubre y diciembre.

“Cuando estábamos haciendo esta medición, pudimos ver que las cosas cambiaban a los pocos minutos de observar”, dijo Burgasser. “La mayoría de los binarios que rastreamos tienen períodos de órbita de años. Así que obtienes una medición cada pocos meses. Luego, después de un tiempo, puedes volver a armar el rompecabezas. Con este sistema, pudimos ver las líneas espectrales desviarse en tiempo real. Es increíble ver cualquier cosa que suceda en el universo a escala humana.

Las observaciones confirmaron lo que predijo el modelo de Hsu. La distancia entre las dos estrellas es aproximadamente el 1% de la distancia entre la Tierra y el sol. “Es notable porque cuando eran jóvenes, de algo así como 1 millón de años, estas estrellas habrían estado una encima de la otra”, dijo Burgasser.

El equipo especula que las estrellas migraron entre sí durante su evolución o que podrían haberse unido después de la expulsión de un tercer miembro estelar ahora perdido. Se necesitan más observaciones para probar estas ideas.

Hsu también dijo que al estudiar sistemas estelares similares, los investigadores pueden aprender más sobre planetas potencialmente habitables más allá de la Tierra. Las enanas ultrafrías son mucho más débiles y tenues que el sol, por lo que cualquier persona con agua líquida en la superficie, un ingrediente crucial para la formación y el mantenimiento de la vida, debería estar mucho más cerca de la estrella. Sin embargo, para LP 413-53AB, la distancia de la zona habitable es la misma que la de la órbita estelar, lo que imposibilita la formación de planetas habitables en este sistema.

“Estas enanas ultrafrías son vecinas de nuestro sol”, dijo Hsu. “Para identificar anfitriones potencialmente habitables, es útil comenzar con nuestros vecinos cercanos. Pero si los binarios cercanos son comunes entre las enanas ultrafrías, es posible que se encuentren pocos mundos habitables.

Para explorar completamente estos escenarios, Hsu, Burgasser y sus colaboradores esperan identificar más sistemas binarios enanos ultrafríos para crear una muestra de datos completa. Los nuevos datos de observación podrían ayudar a fortalecer los modelos teóricos de formación y evolución de estrellas binarias. Sin embargo, hasta ahora, encontrar estrellas binarias ultrafrías ha sido una hazaña rara.

“Estos sistemas son raros”, dijo Chris Theissen, coautor del estudio y becario postdoctoral de Chancellor en UC San Diego. “Pero no sabemos si son raros porque rara vez existen o porque simplemente no podemos encontrarlos. Es una pregunta abierta. Ahora tenemos un punto de datos sobre el que podemos comenzar a construir. Estos datos habían permanecido en los archivos durante mucho tiempo. La herramienta de Dino nos permitirá buscar otros binarios como este. »

Reunión: 241ª reunión de la Sociedad Astronómica Americana