ESO : Una enana blanca azota con un rayo misterioso a una enana roja.- Sistema binario estelar AR Scorpii

http://www.eso.org/public/spain/news/eso1627/

Utilizando el telescopio VLT (Very Large Telescope) de ESO, junto con otros telescopios situados tanto en tierra como en el espacio, un equipo de astrónomos ha descubierto un nuevo tipo de estrella binaria. En el sistema AR Scorpii, una estrella enana blanca, que gira sobre sí misma a gran velocidad, impulsa electrones hasta casi la velocidad de la luz. Estas partículas de alta energía sueltan ráfagas de radiación que azotan a la compañera, una estrella enana roja, y hacen que todo el sistema pulse de forma dramática cada 1,97 minutos, con radiación que va desde el ultravioleta hasta las ondas de radio. La investigación se publicará en la revista Nature el 28 de julio de 2016.

En mayo de 2015, un equipo de astrónomos aficionados procedentes de Alemania, Bélgica y Reino Unido, se fijó en un sistema estelar que presentaba comportamientos diferentes a todo lo que habían visto hasta entonces. Gracias a una serie de observaciones de seguimiento dirigidas por la Universidad de Warwick, y a la utilización de multitud de telescopios en tierra y en el espacio [1], se ha descubierto la verdadera naturaleza de este sistema que, previamente, había sido mal identificado.

El sistema estelar AR Scorpii (AR Sco para abreviar), se encuentra en la constelación de Escorpio, a 380 años luz de la Tierra. Se compone de una enana blanca de rápido giro [2], del tamaño de la Tierra, pero con 200.000 veces más masa, y de una compañera enana roja fría con un tercio de la masa del Sol [3], y ambas se orbitan mutuamente cada 3,6 horas en una danza cósmica tan regular como un reloj.

Este singular sistema estelar binario muestra un comportamiento salvaje. Altamente magnética, y con una rápida rotación, la enana blanca de AR Sco acelera electrones hasta casi la velocidad de la luz. En su camino a través del espacio, estas partículas de alta energía liberan radiación en forma de haz (parecido al de los faros) que azota la cara de la fría estrella enana roja, causando que el sistema entero brille y se atenúe dramáticamente cada 1,97 minutos. Estos potentes pulsos incluyen radiación en frecuencias de radio, algo que nunca antes se había detectado en un sistema estelar con una enana blanca.

El investigador responsable del proyecto, Tom Marsh, del Grupo de Astrofísica de la Universidad de Warwick, afirma: “AR Scorpii fue descubierto hace más de 40 años, pero su verdadera naturaleza no ha sido desvelada hasta que empezamos a observar en el año 2015. Nos dimos cuenta de que estábamos viendo algo extraordinario pocos minutos después de comenzar las observaciones”.

Las propiedades observadas en AR Sco son únicas. También son misteriosas. La radiación en una amplia gama de frecuencias es indicativa de la emisión de electrones acelerados en los campos magnéticos, lo cual puede explicarse por la rápida rotación de la enana blanca de AR Sco. La fuente de los electrones, sin embargo, es un gran misterio, ya que no queda claro si está relacionada con la enana blanca en sí misma o con su compañera, más fría.

AR Scorpii fue observada por primera vez a principios de la década de 1970 y las fluctuaciones regulares en el brillo, que se dan cada 3,6 horas, llevaron a clasificarla incorrectamente como una solitaria estrella variable [4]. La verdadera fuente de la luminosidad variable de AR Scorpii fue revelada gracias a los esfuerzos combinados de los astrónomos aficionados y de los profesionales. Ya se había observado con anterioridad un comportamiento pulsante similar, típico de estrellas de neutrones (uno de los objetos celestes más densos conocidos en el universo) más que de enanas blancas.

Boris Gänsicke, coautor del nuevo estudio, también de la Universidad de Warwick, concluye: "Sabemos de la existencia de estrellas de neutrones pulsantes desde hace casi cincuenta años, y algunas teorías predecían que las enanas blancas podrían mostrar comportamientos similares. Es muy emocionante haber descubierto un sistema de este tipo y ha sido un fantástico ejemplo de trabajo en equipo entre astrónomos aficionados y académicos".

Notas

[1] Las observaciones de esta investigación se llevaron a cabo con: el VLT (Very Large Telescope) de ESO, ubicado en Cerro Paranal (Chile); los telescopios William Herschel e Isaac Newton del Grupo Isaac Newton de Telescopios, situados en la isla española de La Palma, en Canarias; el conjunto Australia Telescope Compact Array, en el Observatorio de Paul Wild, en Narrabri (Australia); el Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA; y el satélite Swift de la NASA.

[2] Las enanas blancas se forman al final del ciclo de vida de estrellas con masas de hasta cerca de ocho veces la masa de nuestro Sol. Cuando se acaba el proceso de fusión de hidrógeno en el núcleo de una estrella, los cambios internos se reflejan en el exterior a través de una expansión espectacular que forma una gigante roja, seguida de una contracción acompañada de la expulsión al medio de las capas externas de la estrella en forma de grandes nubes de polvo y gas. Lo que queda es una enana blanca del tamaño de la Tierra pero 200.000 veces más densa. Una sola cucharada de la materia que compone a una enana blanca pesaría tanto como un elefante aquí en la Tierra.

[3] Esta enana roja es una estrella de tipo M. Las estrellas de tipo M son la clase más común en el sistema de clasificación de Harvard, que utiliza solo letras para agrupar a las estrellas según sus características espectrales. La famosa (y extraña) secuencia de letras para recordar la clasificación es la siguiente: OBAFGKM, y a menudo se recuerda con la mnemónica Oh Be A Fine Girl/Guy, Kiss Me (que se traduciría como “Oh, sé un buen chico/una buena chica y bésame).

[4] Una estrella variable es una cuyo brillo fluctúa vista desde la Tierra. Las fluctuaciones pueden deberse a que las propiedades intrínsecas de la estrella cambian. Por ejemplo, algunas estrellas se expanden y se contraen de forma notoria. También podría ser debido a que haya otro objeto eclipsando regularmente a la estrella. AR Scorpii fue confundido con una estrella variable única, ya que dos estrellas orbitándose también dan como resultado fluctuaciones regulares en el brillo observado.

Información adicional

Este trabajo de investigación se presenta en el artículo científico titulado: “A radio pulsing white dwarf binary star”, por T. Marsh et al., que aparece en la revista Nature el 28 de julio de 2016.

El equipo está formado por T.R. Marsh (Universidad de Warwick, Coventry, Reino Unido); B.T. Gänsicke (Universidad de Warwick, Coventry, Reino Unido); S. Hümmerich (BAV, Bundesdeutsche Arbeitsgemeinschaft für Veränderliche Sterne e.V., Alemania; AAVSO, American Association of Variable Star Observers, EE.UU. –ambas son asociaciones de astrónomos aficionados para el estudio de estrella variables–); F.-J. Hambsch (BAV, Bundesdeutsche Arbeitsgemeinschaft für Veränderliche Sterne e.V, Alemania; AAVSO, American Association of Variable Star Observers, EE.UU.; VVS, Vereniging Voor Sterrenkunde, Bélgica –asociación de astrónomos aficionados de Bélgica–); K. Bernhard (BAV, Bundesdeutsche Arbeitsgemeinschaft für Veränderliche Sterne e.V., Alemania; AAVSO, American Association of Variable Star Observers, EE.UU.); C.Lloyd (Universidad de Sussex, Reino Unido); E. Breedt (Universidad de Warwick, Coventry, Reino Unido); E.R. Stanway (Universidad de Warwick, Coventry, Reino Unido); D.T. Steeghs (Universidad de Warwick, Coventry, Reino Unido); S.G. Parsons (Universidad de Valparaiso, Chile); O. Toloza (Universidad de Warwick, Coventry, Reino Unido); M.R. Schreiber (Universidad de Valparaiso, Chile), P.G. Jonker (Instituto de Investigación Espacial de los Países Bajos, Países Bajos; Universidad Radboud, Nijmegen, Países Bajos); J. van Roestel (Universidad Radboud, Nijmegen, Países Bajos); T. Kupfer (Instituto de Tecnología de California, EE.UU); A.F. Pala (Universidad de Warwick, Coventry, Reino Unido); V.S. Dhillon (Universidad de Sheffield, Reino Unido; Instituto de Astrofísica de Canarias, España; Universidad de La Laguna, España); L.K. Hardy (Universidad de Warwick, Coventry; Universidad de Sheffield, Reino Unido); S.P. Littlefair (Universidad de Sheffield, Reino Unido); A. Aungwerojwit (Universidad Naresuan, Tailandia); S. Arjyotha (Universidad Rajabhat de Chiang Rai, Tailandia); D. Koester (Universidad de Kiel, Alemania); J.J. Bochinski (Universidad Abierta del Reino Unido); C.A. Haswell (Universidad Abierta del Reino Unido); P. Frank (BAV, Bundesdeutsche Arbeitsgemeinschaft für Veränderliche Sterne e.V., Alemania) y P.J. Wheatley (Universidad de Warwick, Coventry, Reino Unido).

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