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Descubiertos raros sistemas binarios

Ilustración original del disco protoplanetario por Sahl Rowther, et al, (https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac3975); con estrellas binarias añadidas por Poon, et al. (imágenes de Poon, Zhu, Zanazzi, U de T; Sahl Rowther, et al, Universidad de Warwick)

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Un equipo internacional de astrónomos ha identificado solo el segundo y tercer ejemplo de un raro tipo de sistema estelar que comprende dos estrellas centrales que orbitan entre sí, rodeadas por un notable disco de gas y polvo.

“Si hubiera un planeta en uno de estos sistemas, sería como el planeta Tatooine de Star Wars”, dice Michael Poon, estudiante de doctorado en el Departamento de Astronomía y Astrofísica David A. Dunlap de la Facultad de Artes y Ciencias y uno de los dos investigadores de la Universidad de Toronto involucrados en el descubrimiento.

Representación artística de hipotético planeta orbitando las estrellas binarias. Crédito de la imagen: Abbey Esparza, envatotuts+

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“Verías dos soles en el cielo orbitando el uno al otro. Además, hay un disco alrededor de las estrellas. Imagina los anillos de Saturno, pero mucho, mucho más grandes, con las estrellas en el medio”.

Tales discos se conocen como discos protoplanetarios porque eventualmente se forman en familias de planetas como nuestro sistema solar. Los sistemas recién descubiertos son raros porque sus discos se encuentran en ángulo con las órbitas de sus estrellas centrales.

“El descubrimiento de objetos como estos es importante para nuestra comprensión de la formación de planetas”, dice J.J. Zanazzi, becario postdoctoral en el Instituto Canadiense de Astrofísica Teórica (CITA) de la facultad. “Los planetas nacen de ellos, por lo que la existencia de discos alrededor de estrellas binarias muestra que es probable que encontremos más planetas orbitando binarios.

“También nos ayudarán a comprender si la vida puede existir en un planeta que orbita una estrella binaria en ángulo debido a cómo esa orientación afecta la temperatura y otras condiciones”.

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El descubrimiento de los nuevos objetos, designados Bernhard-1 y Bernhard-2, se describe en un artículo que se publicará el 4 de julio en el Astrophysical Journal Letters.

El autor principal es Wei Zhu de la Universidad de Tsinghua, Beijing, anteriormente becario postdoctoral en el Instituto Canadiense de Astrofísica Teórica (CITA) de la Facultad de Artes y Ciencias. Zanazzi y Poon son coautores de la U de T.

Bernhard-1 y Bernhard-2 están tan distantes que no podemos ver sus dos estrellas centrales individualmente (tales pares de estrellas se conocen como estrellas binarias). En cambio, solo vemos un único punto de luz y medimos el brillo total del binario.Los investigadores identificaron los nuevos objetos analizando las variaciones complejas y distintivas en el brillo causadas por su geometría inusual. Un gráfico de esas variaciones a lo largo del tiempo se conoce como una curva de luz y las curvas de luz de los nuevos sistemas coinciden con las del primer sistema de este tipo jamás descubierto, un objeto conocido como Kearns Herbst 15D (KH 15D).

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Las curvas de luz de Bernhard-1 y Bernhard-2 descienden a una fracción de su brillo máximo, el primero durante 112 días cada 192 días; este último durante 20 días cada 62 días. Estas caídas son la señal de que una de las estrellas en cada binario se está moviendo detrás del disco visto desde la Tierra. Cuando la estrella resurge, el brillo del sistema vuelve a la normalidad.Además, cuando los coautores compararon observaciones recientes con datos de archivo que se remontan a décadas, encontraron que ambos objetos variaron en brillo durante períodos mucho más largos. El análisis previo de KH 15D por Poon, Zhu y Zanazzi, junto con el trabajo de otros investigadores, concluyó que este patrón a largo plazo reveló que el disco y las estrellas estaban en ángulo entre sí.

Debido a que las estrellas binarias y sus discos protoplanetarios se condensan a partir de la misma vasta nube giratoria de material, el disco generalmente se encuentra en el mismo plano que las órbitas de las estrellas, al igual que las órbitas de la mayoría de los planetas y lunas de nuestro sistema solar se encuentran en el mismo plano. Imagina a dos patinadores artísticos, tomados de la mano, girando uno alrededor del otro mientras otros patinadores rodean a la pareja; todos están patinando en el mismo plano de la superficie del hielo.

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Pero KH 15D, Bernhard-1 y Bernhard-2 son raros en el sentido de que sus discos circumbinarios están en ángulo con los planos de las estrellas en órbita. Debido a esta inclinación, los discos se tambalean como una peonza, un movimiento conocido como precesión, a medida que se mueven entre nosotros y las estrellas, haciendo que la luz de las estrellas centrales se atenúe. Para KH 15D, ese ciclo de atenuación podría tomar entre 60 y 6.000 años.

Los dos tipos de variaciones en el brillo se combinan para crear la curva de luz característica de los objetos similares a KH 15D.

El descubrimiento de Bernhard-1 y Bernhard-2 se hizo cuando Klaus Bernhard, un astrónomo aficionado y miembro del Bundesdeutsche Arbeitsgemeinschaft für Veränderliche Sterne, analizó los datos de la Instalación Transitoria de Zwicky. El instrumento de la ZTF examina todo el cielo del norte cada dos días, proporcionando datos para innumerables objetos durante largos períodos de tiempo.

Revisando los datos, Bernhard descubrió candidatos similares a KH 15D. Luego compartió sus hallazgos con Poon, Zanazzi y Zhu, cuyo análisis posterior reveló Bernhard-1 y Bernhard-2.

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Ahora que los investigadores han encontrado dos más de estos raros objetos celestes, son optimistas de que seguirán más descubrimientos.

“Justo este mes, Gaia publicó sus datos más recientes”, dice Zanazzi de la misión espacial que ha estado observando mil millones de estrellas en la Vía Láctea desde su lanzamiento en 2013. “Y ahora que tenemos este modelo para estos objetos, tenemos la esperanza de que podamos usarlo para encontrar más objetos para agregar a la lista”.

“También esperamos que más observadores observen a Bernhard-1 y Bernhard-2 por períodos más largos”, dice Poon. “Tenemos la suerte de que KH 15D se ha observado en un momento especial donde su orientación hace que la luz de las estrellas centrales se atenúe. Estamos seguros de que Bernhard-1 y Bernhard-2 también existen en esta orientación favorable, por lo que tener más observaciones aumentará nuestra comprensión de estos objetos raros”.

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Referencia: El artículo original ha sido publicado por la Universidad de Toronto

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