Por primera vez los astrónomos detectaron una estrella de neutrones que rota muy rápido y que gravitacionalmente está ligada a una estrella de helio que la acompaña. El descubrimiento de este inusual sistema binario contribuye a la confirmación de un proceso de histórica teoría pero poca observación que comúnmente se conoce como evolución con envoltura.
Los sistemas estelares binarios, o pares de estrellas que orbitan la una en torno a la otra, son muy comunes y de hecho se estima que el 85% de las estrellas del universo tienen al menos una compañera. Pero este par que acaban de descubrir es diferente a todos los demás.
En este caso una estrella de helio está vinculada a una pulsara de milisegundos: una estrella de neutrones que gira rápidamente y emite rayos de radiación a intervalos regulares. Estas estrellas alcanzan su extraordinaria velocidad de rotación tomando materia de las compañeras estrellas cercanas, como por un sistema de sifón.
En mayo de 2020 un equipo de investigadores liderado por Jin Lin Han, radio astrónomo de los Observatorios Astronómicos Nacionales y la Academia China de Ciencias de Beijing, usaron el radiotelescopio FAST de China para detectar débiles señales desde un punto en lo profundo de la galaxia de la Vía Láctea.
Meses mas tarde, confirmaron que esas señales eran emisiones de radiación de una pulsar. Entonces rastrearon esos estallidos durante cuatro años y medio y sus mediciones revelaron que esta estrella no está sola, sino que forma parte de un sistema binario y que completa una órbita en torno a su compañera cada 3,6 horas. Durante una sexta parte de esa órbita la radiación de la pulsar está bloqueada – o eclipsada – por su compañera.
“Eso es buena parte de la órbita”, le dijo Han a Gizmodo. “Y es extraño, solo una compañera de mayor tamaño podría hacerlo”.
En los sistemas binarios la pulsar de milisegundos suele estar acompañada por una enana blanca: el núcleo caliente y denso que queda después de que una estrella como nuestro sol agotó su combustible. Pero los datos que recogieron Han y sus colegas indicaban que esta compañera tenía que estar en algún lugar entre un objeto compacto y una estrella normal, según explicó.
Al investigar más a esta extraña compañera vieron que su masa es similar a la de nuestro sol, pero no podía ser una estrella normal porque era indetectable en todos los largos de onda fuera del espectro de radio. Eso hizo que los investigadores concluyeran que se trata de una estrella que ya no tiene hidrógeno, y que lo que quedó es un núcleo compuesto principalmente de helio. Publicaron sus hallazgos hoy en Science.
Han dijo que “nunca antes se había descubierto” este tipo de sistema binario. Sí había una teoría que indicaba que este tipo de pares podían formarse mediante la evolución con envoltura común, y eso es lo que creen que sucedió aquí, él y sus colegas.
“El proceso de evolución con envoltura es un tanto diferente a la forma en que las estrellas como las pulsares interactúan en los sistemas binarios, o al menos eso es lo que se cree”, le dijo en un e-mail a Gizmodo Duncan Lorimer, profesor de física y astronomía de la Universidad West Virginia.
Cómo sucede
Normalmente, el intenso campo gravitacional de una estrella de neutrones atrae material de una estrella compañera que se ha expandido y que permite que la estrella de neutrones “se coma” las capas gaseosas externas, explicó. El proceso, conocido como acreción, hace que la estrella de neutrones se convierta en pulsar.
Pero en la evolución con envoltura “la estrella compañera es tan grande que sus capas exteriores envuelven también a la estrella de neutrones y eso actúa como freno en todo el sistema binario”, dijo Lorimer.
Dentro de las capas externas de la estrella compañera – la envoltura – la fricción hace que la pulsar y el núcleo de la compañera giren en espiral, acercándose ambas y formando un sistema binario altamente compacto como el que observaron ahora Han y sus colegas. Con un período orbital de tan solo 3,6 horas, esta pulsar y su compañera orbitan la una en torno a la otra muy de cerca.
Finalmente, las capas externas de la estrella compañera se expulsan y eso explica por qué esta estrella compañera de helio está desnuda, dijo Lorimer.
“El camino evolutivo que presentaron los autores no es algo que sorprenda”, le dijo a Gizmodo Victoria Kaspi, profesora de física en la Universidad McGill, que no participó del estudio. “Es un camino que se ha reconocido, identificado, y conversado en detalle durante muchos años”.
Y añadió: “Lo interesante es que si encuentras 1.000 pulsares de milisegundos ‘cuántas de ellas serán como esta? Tal vez una en 1.000, o algo así. Y ellos la encontraron”.
Han y sus colegas creen que hay más de una docena de sistemas como este en nuestra galaxia, lo que los hace excepcionalmente raros. El hecho de que estos investigadores encontraran uno de ellos es “un gran avance”, según Lorimer.
“Cuantas más pulsares de milisegundos encontremos, más probable es que encontremos ejemplos de resultados evolutivos raros. Este sistema es un excelente ejemplo de ello”, concluyó.
