Científicos logran esbozar un sistema estelar antiguo usando más de un siglo de observaciones

Los astrónomos han esbozado la mejor imagen de un inusual tipo binario de estrellas variables RV Tauri (estrellas supergigantes que exhiben una luminosidad pulsante de amplio rango) orbitando dentro de un inmenso disco de polvo, en el que una de las estrellas se aproxima al final de su vida. El conjunto de 130 años de datos, que van desde ondas de radio hasta rayos X, abarca el rango más extenso de observaciones de luz compiladas de uno de estos sistemas.

"Solo existen unas 300 variables RV Tauri identificadas en la Vía Láctea", destacó Laura Vega, recién doctorada en astrofísica en la Universidad de Vanderbilt en Nashville, Tennessee. "Centramos nuestro estudio en el segundo sistema más brillante, denominado U Monocerotis, el primero de su tipo en el que se han detectado rayos X".

Un artículo encabezado por Vega, que describe los hallazgos, fue difundido en la publicación científica The Astrophysical Journal.

El sistema, abreviado U Mon, se encuentra a unos 3.600 años luz de distancia en la constelación de Monoceros. Sus dos estrellas giran entre sí aproximadamente cada seis años y medio en una órbita inclinada, respecto a nuestra línea de visión, de unos 75 grados.

La estrella primaria, una vieja supergigante amarilla, tiene casi el doble de la masa del Sol, pero se ha expandido a casi 100 veces el tamaño del Sol. Un lucha de tira y afloja entre la presión y la temperatura en su atmósfera causa que se expanda y contraiga regularmente, y estas pulsaciones crean cambios predecibles en su brillo. Mientras que los picos son similares, las depresiones varían entre más profundas y menos profundas, un patrón distintivo de los sistemas RV Tauri. Los científicos conocen menos de la estrella acompañante, pero estiman que sea de masa similar y mucho más joven que la primaria.

El disco frío alrededor de ambas estrellas está compuesto de gas y polvo que ha sido expulsado por la estrella primaria a medida que evoluciona. Usando las observaciones de radio del observatorio submilimétrico en Maunakea, Hawai'i, el equipo de Vega estimó que el disco que rodea al par estelar tiene alrededor de 51 mil millones de millas (82 mil millones de kilómetros) de ancho. La órbita binaria dentro de la brecha central que los científicos estiman es comparable a la distancia entre las dos estrellas en su máxima separación, es de casi 540 millones de millas (870 millones de kilómetros) de ancho.

Cuando las estrellas están en el punto más distante una de la otra, aproximadamente cada seis años y medio, se encuentran más o menos alineadas con nuestra línea de visión. El disco oscurece parcialmente la estrella primaria y crea una fluctuación predecible en la luz del sistema. Vega y sus colegas piensan que esto ocurre cuando una o ambas estrellas interactúan con el borde interno del disco, desviando flujos de gas y polvo en el proceso. El equipo sugiere que la estrella acompañante canaliza el gas hacia su propio disco, que se calienta y genera una eyección de gas que emite rayos X. Este modelo explicaría los rayos X detectados en el año 2016 por el satélite XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea.

"Las observaciones del XMM hacen de U Mon la primera variable RV Tauri detectada en banda de rayos X", destacó Kim Weaver, científica del proyecto XMM y astrofísica en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. "Es emocionante observar como mediciones de múltiples longitudes de onda con base en tierra y el espacio se unen para darnos nuevas pistas sobre un sistema largamente estudiado”.

En su análisis de U Mon, el equipo de Vega también incorporó 130 años de observaciones de luz visible.

La primera medición disponible del sistema, data del 25 de diciembre de 1888, proviene de los archivos de la Asociación Americana de Observadores de Estrellas Variables (AAVSO por sus siglas en inglés), una red internacional de astrónomos aficionados y profesionales con sede en Cambridge, Massachusetts. AAVSO proporcionó mediciones históricas adicionales que van desde mediados de la década de 1940 hasta la actualidad.

Los investigadores también usaron imágenes de archivo catalogadas por el proyecto de Acceso Digital a los Cielos de un Siglo en Harvard (DASCH por sus siglas en inglés), un programa del Observatorio de Harvard, en Cambridge, dedicado a digitalizar fotografías astronómicas realizadas entre los años 1880 y 1990.

La luz de U Mon varía porque la estrella primaria pulsa y también porque el disco lo oscurece parcialmente cada 6,5 años aproximadamente. Los datos combinados de AAVSO y DASCH permitieron a Vega y sus colegas detectar un ciclo aún más largo, en el cual el brillo del sistema se eleva y decae cada 60 años aproximadamente. El equipo cree que una curvatura o un cúmulo en el disco, situado tan lejos del binario como Neptuno lo está del Sol, causa esta variación adicional a medida que órbita.

Vega completó su análisis del sistema U Mon como becaria predoctoral del programa Harriett G. Jenkins de la NASA, el cual es financiado por Proyecto de Investigación y Educación Universitaria para Minorías de la Oficina de Educación de la NASA.

"Para su tesis doctoral, Laura utilizó este conjunto de datos históricos que le permitió detectar una característica de otra forma observable solo una vez en la vida de un astrónomo", explicó Rodolfo Montez Jr., coautor y astrofísico del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsoniano, en Cambridge. "Es prueba de cómo nuestro conocimiento del universo se construye con el tiempo".

Este evolucionado sistema tiene muchas características y comportamientos en común con sistemas binarios recién formados, aseguró Keivan Stassun, coautor, experto en formación estelar y asesor doctoral de Vega en Vanderbilt. Ambos están arraigados en discos de gas y polvo, extraen material de esos discos y producen eyecciones de gas. Y en ambos casos, los discos pueden curvarse o formar cúmulos. En los sistemas binarios jóvenes, podría indicar el inicio de la formación de planetas.

"Todavía tenemos preguntas sobre la función del disco de U Mon, que podrían ser respondidas por las futuras observaciones de radio", aseveró Stassun. "Por lo demás, muchas de las características comunes están presentes. Es fascinante lo mucho que estas dos etapas de vida binaria se reflejan entre sí".

Por Jeanette Kazmierczak

Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, MD.

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