Después de analizar una montaña de datos astronómicos, Clarissa Pavao, estudiante de pregrado en el campus de Prescott, Arizona, de la Universidad Aeronáutica Embry-Riddle, presentó su análisis preliminar. La respuesta de su mentor fue rápida y en mayúsculas: "¡HAY UNA ÓRBITA!" el escribió.
Fue entonces cuando Pavao, estudiante de último año de física espacial, se dio cuenta de que estaba a punto de convertirse en parte de algo grande: un artículo en la revista Nature que describe un raro sistema estelar binario con características poco comunes.
El artículo, publicado el 1 de febrero de 2023 y en coautoría con el Dr. Noel D. Richardson, profesor asistente de Física y Astronomía en Embry-Riddle, describe un sistema de estrellas gemelas que es luminoso con rayos X y alto en masa. Con una órbita extrañamente circular, una rareza entre los binarios, el sistema gemelo parece haberse formado cuando una estrella en explosión o una supernova se apagó sin el estallido habitual, similar a un petardo fallido.
La órbita redonda del binario fue una pista clave que ayudó a los investigadores a identificar la segunda estrella en el sistema binario como una supernova empobrecida o "ultradespojada". Por lo general, después de que una estrella consume todo su combustible nuclear , su núcleo colapsa antes de explotar en el espacio como una supernova. En este caso, dijo Richardson, "la estrella estaba tan agotada que la explosión ni siquiera tuvo suficiente energía para impulsar la órbita a la forma elíptica más típica que se ve en binarias similares".
Somos polvo de estrellas
El nombre del sistema binario suena como una matrícula: CPD-29 2176. Los investigadores estiman que probablemente solo haya alrededor de 10 de estos sistemas estelares en la galaxia en la actualidad. Al estudiarlo, están desentrañando nuevas pistas sobre nuestros comienzos más tempranos, como polvo de estrellas.
"Cuando miramos estos objetos, estamos mirando hacia atrás en el tiempo", explicó Pavao. "Podemos saber más sobre los orígenes del universo, lo que nos dirá hacia dónde se dirige nuestro sistema solar. Como humanos, comenzamos con los mismos elementos que estas estrellas".
Richardson agregó que, sin sistemas binarios como CPD-29 2176, la vida en la Tierra sería muy diferente. "Es probable que sistemas como este se conviertan en estrellas de neutrones binarias, que finalmente se fusionan y forman elementos pesados que son arrojados al universo", señaló. "Esos elementos pesados nos permiten vivir de la forma en que lo hacemos. Por ejemplo, la mayor parte del oro fue creado por estrellas similares a la reliquia de supernova o estrella de neutrones en el sistema binario que estudiamos. La astronomía profundiza nuestra comprensión del mundo y nuestro lugar en eso."
La persistencia paga
El proyecto comenzó cuando Pavao pasó por la oficina de Richardson con la esperanza de obtener una experiencia de investigación. "Dije: 'Por favor, dame alguna investigación'". Sucedió que tenía datos, capturados por el telescopio de 1,5 metros del Observatorio Interamericano Cerro Tololo en Chile, de una estrella brillante conocida como estrella de tipo Be. La estrella Be estaba ubicada en el mismo lugar del cielo que otra que había producido un gran destello de rayos X. Ese destello, posiblemente algo llamado "repetidor gamma suave", llamó la atención de los astrónomos, lo que provocó que Richardson y otros solicitaran datos del telescopio.
Pavao trazó los espectros de la estrella Be, pero primero tuvo que limpiar los datos para que tuvieran menos ruido. "El telescopio mira una estrella y capta toda la luz para que puedas ver los elementos que componen esta estrella", señaló, "pero las estrellas Be tienden a tener discos de materia a su alrededor. Es difícil ver directamente a través de ellas". todas esas cosas".
La persistencia valió la pena: Pavao logró aprender más sobre el procesamiento de datos y la codificación informática para poder analizar los espectros estelares. Ella y Richardson encontraron una línea simple que provenía de la estrella y no estaba influenciada por el disco que la rodeaba. Ella pensó que su gráfico era un diagrama de dispersión. Richardson pensó lo contrario, lo que provocó su correo electrónico en mayúsculas. Después de introducir rápidamente los datos de Pavao en un programa informático especial, se dio cuenta de que habían encontrado una órbita para la estrella, pero era diferente de lo esperado. Un mayor procesamiento de datos reveló que, de hecho, una estrella trazaba un círculo alrededor de la otra cada 60 días más o menos.
Pavao recuerda que Richardson dijo: "Esto no es solo un sistema binario simple".
La colaboración cuenta
Ingrese a Jan J. Eldridge de la Universidad de Auckland, coautor del artículo de Nature y un destacado experto en la comprensión de los sistemas estelares binarios y su evolución. A pedido de Richardson, Eldridge revisó miles de modelos de estrellas binarias y encontró solo dos que eran análogos al que él y Pavao estaban estudiando.
Eldridge y sus colegas luego diagramaron el ciclo de vida de las dos estrellas del sistema binario, explicando cómo la reliquia de la supernova se había hinchado y arrojado masa sobre la estrella Be hasta que también comenzó a acumularse. En última instancia, la supernova se convirtió en una estrella de helio de baja masa que explotó, dejando atrás una estrella de neutrones, pero ya había transferido gran parte de su masa a la estrella Be que la explosión fue mediocre.
"Básicamente, descubrimos cómo la supernova ultradesnuda interactúa con la estrella Be y cómo pasa por estas extrañas fases del ciclo de vida ", explicó Pavao. "En algún momento en el futuro, esa estrella Be también será una estrella de neutrones de supernova a medida que continúe el ciclo. Se convertirá en un sistema binario con dos estrellas de neutrones, dentro de millones de años".
Fuente: Noel Richardson, Una binaria de rayos X de gran masa descendida de una supernova ultradespojada, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-022-05618-9 . www.nature.com/articles/s41586-022-05618-9
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