Descubren una nueva clase de estrellas pulsantes en un sistema binario eclipsante

Barcelona 27.06.2013

Un estudio liderado por el Dr. Pierre Maxted, del Keele University y el Dr. Aldo Serenelli, investigador del Instituto de Ciencias del Espacio (CSIC-IEEC), ubicado en el campus de la UAB, ha logrado observar, por primera vez, pulsaciones no-radiales en una estrella progenitora de una estrella enana blanca de baja masa. Gracias al estudio de las pulsaciones y a que la estrella pertenece a un sistema binario eclipsante, se han podido determinar las características evolutivas del sistema. Los resultados de este descubrimiento han sido publicados en la prestigiosa revista Nature.

Una enana blanca es una estrella que se encuentra en su fase final de vida. La mayoría de las enanas blancas en el Universo no tienen una fuente de energía nuclear y, por ende, emiten radiación sólo a expensas del calor almacenado en su interior. Además, generalmente presentan una capa de hidrógeno muy fina en su superficie. Estas características permiten calcular fácilmente su edad en función de su luminosidad, lo que las convierte en cronómetros precisos.

Sin embargo, este último argumento parece no cumplirse para el sistema binario en cuestión. El sistema J0247-25 fue descubierto por la red de telescopios SuperWasp ubicados en el observatorio Roque de los Muchachos, en La Palma, Canarias y en el South African Astronomical Observatory, en Sudáfrica. Las observaciones confirmaron que el sistema está compuesto por el núcleo de una estrella gigante roja, en proceso de convertirse en una enana blanca de baja masa, y una estrella parecida al Sol, de la secuencia principal, orientadas de tal manera en el cielo que, desde la Tierra, puede observarse como las estrellas se eclipsan entre sí.

Debido a que el sistema es eclipsante, los científicos utilizaron el telescopio New Techonology Telescope (NTT) del Observatorio Austral Europeo (ESO) y UVES del VLT para determinar, con muy alta precisión, la luminosidad, el radio y la masa de ambas estrellas. Comparando los datos observacionales con modelos teóricos de evolución estelar en sistemas binarios, descubrieron que la precursora a enana blanca no sólo pulsaba de forma radial, como un globo que se infla y desinfla, sino que también presentaba pulsaciones no radiales, ambas características nunca antes vistas en este tipo de estrellas. Las pulsaciones no-radiales, en especial, permiten desvelar características del interior de la estrella proporcionando información sobre su estructura así como detalles sobre su evolución.

El Dr. Aldo Serenelli, experto en evolución estelar, llevó a cabo el desarrollo de modelos teóricos de la evolución de este sistema. El análisis de las pulsaciones de esta estrella y la comparación con los modelos teóricos permitió determinar que, según las pulsaciones de la estrella, la capa exterior de hidrógeno de la enana blanca en formación es mucho más gruesa que en la mayoría de las enanas blancas. El espesor de la envoltura permite que, en el caso de J0247-25, haya temperaturas elevadas en su base (alrededor de 107K) que dan lugar a reacciones nucleares de fusión de hidrógeno. Esta fuente adicional de energía tiene como consecuencia un enfriamiento mucho más lento de la enana blanca que en el caso en que la única fuente disponible de energía es su calor interno.

“Las enanas blancas de baja masa se forman en sistemas binarios, a través de episodios de transferencia de masa a su compañera. El descubrimiento de esta nueva clase pulsante de estrellas, en un estadio evolutivo inmediatamente posterior a la finalización de la fase de transferencia de masa, permitirá determinar la estructura interna de estos objetos y así reconstruir su evolución durante el proceso de formación. Es importante destacar que la evolución de sistemas binarios interactuantes es, desde el punto de vista teórico, muy poco conocido y, en este contexto, el estudio de estrellas pertenecientes a misma clase que J0247-25 permitirán una mejor comprensión de este tipo de sistemas estelares. Además, la determinación de la estructura interna de estas enanas blancas, servirá para desarrollar modelos más precisos de su evolución, en particular de sus curvas de enfriamiento, lo cual permitirá utilizarlas como relojes de precisión en otros campos de la astrofísica como, por ejemplo, la determinación de edades de púlsares de milisegundo.”

Por ende, el descubrimiento de esta nueva clase de estrellas pulsantes en sistemas binarios abre una nueva ventana hacia el estudio de las enanas blancas de baja masa. El descubrimiento de pulsaciones en la estrella precursora a enana blanca de baja masa en un sistema binario demuestra que el campo de aplicación de la asterosismología es enorme y reafirman su potencial como herramienta fundamental para comprender la estructura y evolución estelar y, en este caso particular, también la formación de este tipo de estrellas y sus entornos. Este trabajo marca sólo el comienzo de los estudios en este tipo de estrellas. Los autores cuentan, actualmente, con una veintena de sistemas eclipsantes similares a J0247-25. Futuras observaciones permitirán elucidar si estos sistemas presentan también pulsaciones no radiales que permitan determinar su estructura interna con alto grado de precisión.

Asterosismología

La Asterosismología se basa en estudiar la estructura interna de las estrellas mediante la interpretación de las frecuencias naturales de oscilación que producen. Las oscilaciones dentro de una estrella se producen en una multitud de modos, cada uno con un frecuencia particular, y proporcionan información del interior estelar debido a que cada modo penetra a diferentes profundidades de la estrella. De la misma manera que los sismólogos estudian el interior de la Tierra por medio de ondas sísmicas, la asterosismología permite reconstruir la estructura interna de las estrellas.

En el caso del Sol, la estrella mejor estudiada, la asterosismología (en este caso heliosismología) ha permitido determinar cantidades tan importantes como la densidad, la presión, la velocidad del sonido en su interior, la rotación interna con una precisión de 1 parte por mil. Gracias a la heliosismología el interior solar es conocido con muchísima más precisión que el interior terrestre.

Referencia: Pierre F. L. Maxted, Aldo M. Serenelli, Andrea Miglio, Thomas R. Marsh, Ulrich Heber, Vikram S. Dhillon, Stuart Littlefair, Chris Copperwheat, Barry Smalley, Elmé Breedt & Veronika Schaffenroth, Multi-periodic pulsations of a Stripped red-giant star in an eclipsing binary system, doi:10.1038/nature12192, 2013

Enlaces de interés

Página web de la Universidad de Keele sobre el sistema J0247-25:

http://www.astro.keele.ac.uk/~pflm/J0247/

Página web de la ULTRACAM (NTT-ESO): http://www.vikdhillon.staff.shef.ac.uk/ultracam

Información de Contacto

Aldo Serenelli Email: aldos@ice.cat Tel: 93 581 4366

Departament de Comunicació Científica Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) Alina Hirschmann Email: alina@ieec.cat