Los astros condenados a vivir en pareja

Que el Sol no confunda. A pesar de que la estrella m¨¢s cercana a la Tierra brille en solitario, lo m¨¢s habitual es que los astros orbiten en compa?¨ªa en el universo. La convivencia entre dos o m¨¢s estrellas recibe el nombre de sistemas binarios, una categor¨ªa que abraza una gran diversidad de parejas estelares. Pero en concreto hay una que fascina a los astr¨®nomos, las estrellas binarias Be de rayos X, que centran en Valencia, hasta este viernes, el Congreso Internacional BeXRB2021, organizado por la Universidad Internacional de Valencia (VIU) en colaboraci¨®n con la Agencia Espacial Europea (ESA). El evento congrega de forma virtual a m¨¢s de un centenar de investigadores de una veintena de nacionalidades, de centros como las universidades de Oxford o George Washington y de instituciones como la NASA.

Los sistemas binarios de Rayos X con compa?era Be (BeXRBs), como se conoce a este tipo de estrellas en la astronom¨ªa moderna, representan todav¨ªa uno de los grandes enigmas de la historia c¨®smica. La uni¨®n consiste en juntar a una estrella de tipo ¡°Be¡± ¡ªentre ocho y diez veces m¨¢s masiva que el sol y que se asemeja a Saturno por su caracter¨ªstico disco alrededor del ecuador, esculpido con el material que se le escapa¡ª con un objeto compacto, una estrella de neutrones o un agujero negro, cuya ¨®rbita el¨ªptica alrededor de la estrella masiva hace que ambos est¨¦n condenados a vivir en pareja.

La interacci¨®n, que emite rayos X, entre el disco y el objeto compacto, da lugar a una f¨ªsica y una fenomenolog¨ªa muy interesante que va al l¨ªmite de lo que conocemos, nos ayuda a impulsar modelos y a confirmar las teor¨ªas, por ejemplo, como las de Einstein, sobre la estructura del espacio-tiempo y del comportamiento de la materia en condiciones extremas

Pere Blay, docente de la VIU y astr¨®nomo de soporte en el Instituto de Astrof¨ªsica de Canarias

¡°Se produce una interacci¨®n, que emite rayos X, entre el disco y el objeto compacto, lo que da lugar a una f¨ªsica y una fenomenolog¨ªa muy interesante que va al l¨ªmite de lo que conocemos, nos ayuda a impulsar modelos y a confirmar las teor¨ªas, por ejemplo, como las de Einstein, sobre la estructura del espacio-tiempo y del comportamiento de la materia en condiciones extremas. El inter¨¦s natural por estos objetos ha aumentado en los ¨²ltimos a?os¡±, explica Pere Blay, docente e investigador en la Universidad Internacional de Valencia y anteriormente astr¨®nomo en los Observatorios de Canarias (OOCC) y en el Nordic Optical Telescope (NOT).

La formaci¨®n de los discos de las estrellas Be todav¨ªa conforman uno de los misterios por resolver m¨¢s antiguos de la astronom¨ªa. ¡°Aunque estas estrellas se conocen desde finales del siglo XIX, todav¨ªa no sabemos c¨®mo son capaces de formar sus discos circunestelares. Cuando el material de este disco es atrapado por un agujero negro o una estrella de neutrones en uno BeXRB, a trav¨¦s de su estudio, expandimos la frontera de nuestro conocimiento sobre su estructura o incluso sobre la estructura de la materia¡±, observa Blay.

Padres de los sistemas de ondas gravitacionales

Peter Kretschmar, responsable de supervisar el trabajo en el telescopio XMM-Newton en el Centro Europeo de Astronom¨ªa Espacial, ha destacado la escala ¡°totalmente diferente¡± de este tipo de parejas c¨®smicas, con una magnetosfera de cientos de miles de kil¨®metros, la materia localizada en una estrella con un radio de 12 kil¨®metros y una columna desde donde surgen los rayos X de apenas unos metros o de kil¨®metros, zonas menudas de la que emerge una luminosidad decenas de miles de veces mayor que el Sol.

¡°Los BeXRBs son interesantes porque son fuentes de luz con m¨²ltiples emisiones y diversos niveles de actividad, con un espaciado regular determinado por el periodo orbital, pero no ocurre siempre. A veces es bastante regular y otras no, y esta es una de las preguntas m¨¢s importantes. Las formas de comprenderlo son variadas. Se est¨¢ trabajando muy duro por dise?ar modelos. Los m¨¢s simples siguen la curva de luz cuando la materia se acerca y se produce emisi¨®n, pero hace 20 a?os se empez¨® con otro sobre el que la interacci¨®n de la fuerza de las mareas del objeto peque?o algunas veces puede provocar una emisi¨®n. Otros modelos m¨¢s elaborados proponen que el disco est¨¢ alargado o deformado¡±, describe Kretschmar, que a?ade, como factor de inter¨¦s, el estudio a lo largo del espectro electromagn¨¦tico. ¡°Algunos de estos sistemas binarios alcanzan no solo los rayos X, sino tambi¨¦n gamma, por lo que pueden seguirse con telescopios ¨®pticos, de infrarrojos o en radio¡±.

El origen de este tipo de sistemas binarios se da en la uni¨®n de dos estrellas, una girando alrededor de la otra, en la que la m¨¢s masiva evoluciona m¨¢s r¨¢pido y explota como supernova, una alternaci¨®n que cambia la configuraci¨®n del sistema con una velocidad de movimiento diferente

El origen de este tipo de sistemas binarios se da en la uni¨®n de dos estrellas, una girando alrededor de la otra, en la que la m¨¢s masiva evoluciona m¨¢s r¨¢pido y explota como supernova, una alternaci¨®n que cambia la configuraci¨®n del sistema con una velocidad de movimiento diferente. De la explosi¨®n queda un objeto compacto, una estrella de neutrones o agujero negro, cuyo resultado, junto con una estrella masiva, es un sistema binario de rayos X. ¡°Estudiar los cambios en el movimiento ayuda a detectar si en su pasado ha tenido un evento catacl¨ªsmico de estas caracter¨ªsticas¡±, anota Blay, doctorado en el estudio multifrecuencia de sistemas binarios de rayos X.

Tan importante como analizar el pasado es conocer qu¨¦ les pasar¨¢ a estas estrellas binarias en el futuro. ¡°La estrella masiva tambi¨¦n evoluciona y su forma natural es explotando como una supernova, de la que quedar¨¢ tambi¨¦n un objeto de neutrones o un agujero negro. Si tras la explosi¨®n el sistema sobrevive y los objetos permanecen juntos tendremos, tendremos un sistema que podemos estudiar con los detectores LIGO o LISA, porque los sistemas binarios de rayos X son los progenitores de los sistemas que luego se detectan en ondas gravitatorias¡±, describe Blay, coordinador de las jornadas, en cuya ponencia analiz¨® la relaci¨®n entre los m¨®viles, el universo invisible y los sistemas binarios de rayos X.

La conexi¨®n con el m¨®vil

Buena parte de los componentes de los tel¨¦fonos inteligentes son escasos en la corteza terrestre, lo que supone un quebradero de cabeza para la industria. Una explicaci¨®n para entender por qu¨¦ son tan escasos elementos como los metales preciosos, el germanio, el talio, tungsteno o el neodimio se encuentra precisamente en estas estrellas binarias. Casi todos los componentes de nuestro smartphone se dan en eventos c¨®smicos poco comunes como los sistemas binarios de rayos X.

En el n¨²cleo de las estrellas, donde se cuece una f¨¢brica de ¨¢tomos, se producen fen¨®menos de fisi¨®n que generan desde lo m¨¢s simple como el hidr¨®geno a cadenas de reacciones m¨¢s complejas que producen elementos m¨¢s pesados como el hierro. Pero para conseguir los ingredientes que permitan dise?ar m¨®viles inteligentes hace falta otro proceso m¨¢s sofisticado, lo que obliga a salir del interior de la estrella. ¡°Para los elementos m¨¢s pesados se necesitan escenarios en los que el aporte energ¨¦tico sea muy grande y tenemos prueba de c¨®mo se producen en las supernovas, pero las teor¨ªas todav¨ªa no llegan a explicar los elementos m¨¢s pesados como el oro, la plata, el tungsteno. Los m¨¢s materiales m¨¢s pesados necesitan aportes a¨²n m¨¢s grandes de energ¨ªa como las kilonovas, las fusiones de estrellas de neutrones en el universo invisible, o de una estrella de neutrones y un agujero negro, a partir de un sistema binario. Por eso esos elementos abundan tan poco en el universo¡±, explica Blay.

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