Imagínate a dos estrellas girando una alrededor de la otra en sólo

Brian Warner: “Imagínate a dos estrellas girando una alrededor de la otra en
sólo diez minutos”
Le entusiasma la historia de la Astronomía, especialmente la del siglo XIX, y
transmite un gran interés por la ciencia en toda su diversidad: la botánica, la
arqueología, la paleontología… Pero también por la música, la poesía y los
libros. En general, persigue, como él mismo afirma, sus pasiones. En Astrofísica,
esto significa hablar de estrellas binarias.
¿Cuándo entraron las estrellas binarias en su vida?
Empecé trabajando en otro tema de investigación, pero me pasé a las
estrellas binarias sobre todo debido a la aparición de una nueva tecnología,
que consistió en la introducción del uso de miniordenadores en la observación.
Su aplicación a los telescópios hizo viable la llamada fotometría a alta
velocidad: visualizar cambios rápidos en el brillo de las estrellas. Ello permitió
analizar en tiempo real las variaciones y buscar periodicidades. Estudiando las
pulsaciones de las estrellas se puede conocer su estructura interna. Es una
ventana que permite mirar en su interior y determinar cómo es: densidad,
temperatura, presión, composición… Esto me ilusionó mucho.
¿Qué tipo de estrellas pulsan?
Muchos tipos de estrellas pulsan. Las de mayor tamaño, no las más masivas
sino las más grandes, pulsan con períodos de años, así que requiere una larga
espera dilucidar cuál es su pulsación.
Cuánto más densa es una estrella, y más compacta, oscila con mayor rapidez
y su período de oscilación es más corto. Cuando fue factible analizar
variaciones a gran velocidad hallamos por ejemplo las enanas blancas.
Muchas enanas blancas pulsan con períodos de cincuenta a cien segundos: la
estrella late con estos períodos, que son mucho más breves que en las grandes
estrellas pulsantes.
Los ordenadores crearon la oportunidad de estudiar variaciones rápidas en
estrellas muy compactas, como las enanas blancas o las estrellas de
neutrones. Algunas de ellas forman parte de estrellas binarias. Las estrellas
binarias pueden tener períodos orbitales, el tiempo que tardan en girar una en
torno a la otra, extremadamente cortos. Yo fui el codescubridor hace seis o
siete años del más corto jamás encontrado, de 610 segundos. Se trataba de
dos enanas blancas. Imagínate a dos estrellas girando una alrededor de la
otra en sólo diez minutos.
¿Cuándo se descubrió la primera estrella binaria?
Hace mucho tiempo. En el siglo XVIII se vio en el cielo una estrella que variaba
con una periodicidad que podía ser debida a su eclipse por otra estrella. Se
concluyó que β-Lyrae era una estrella doble.
El conocimiento de la existencia de estrellas binarias tuvo lugar en esa época.
Con un telescopio se distinguen muchas estrellas dobles en el cielo. En algunos
casos se trata de alineamientos “accidentales”, aunque parezcan estar juntas
una está muy lejos y la otra más cerca. Fue William Herschel quien se dio
cuenta de que el número de estrellas binarias observadas es muy superior al
que se esperaría si fuera algo casual, y que están muy probablemente
asociadas una a la otra y girando en órbitas.
Hace mucho tiempo que conocemos la existencia de estrellas binarias, pero
las de período muy corto sólo desde los años sesenta, cuando se descubrió la
primera con un período de unas pocas horas. En principio podrían ser incluso
de dos o tres minutos, pero todavía no se ha encontrado ninguna.
¿Qué proporción hay de estrellas binarias respecto a estrellas individuales?
La mayoría de las estrellas son binarias. Ocurre que estamos en una Tierra que
gira en torno a un Sol que es una estrella individual, por ello tenemos una
imagen distorsionada sobre la naturaleza de las estrellas. Probablemente un
80% de las estrellas sean binarias. El Sol es una estrella individual bastante rara.
Las estrellas se forman a partir de grandes nubes de gas que colapsan y
generan cúmulos estelares. Más tarde, el cúmulo se dispersa y las estrellas lo
abandonan en pares o tríos. No es extraño encontrar tres e incluso cuatro
estrellas en órbita unas en torno a las otras. Casi todas las estrellas cercanas, en
las cuales es más sencillo detectar sus compañeras, son dobles.
¿Podemos ver este proceso teniendo lugar?
Por toda la Galaxia existen nubes de gas que están simplemente produciendo
estrellas. En los cúmulos hay tantas estrellas juntas interactuando que muchas
de sus órbitas son, a largo término, inestables. Así que se distancian en un millón
o en mil millones de años. Esto puede reproducirse con un ordenador: las
estrellas abandonan eventualmente el cúmulo y continúan solas. Nuestro Sol
hace 5.000 millones de años pertenecía a un cúmulo del que se alejó, y no
sabemos dónde se encuentra actualmente.
De un cúmulo grande se eyectan muchas estrellas dobles, unas pocas estrellas
individuales como el Sol y unos pocos sistemas múltiples. Se trata simplemente
de la gravedad actuando, que hace en primer lugar que el gas colapse. Las
estrellas se forman individualmente en la nube de gas, comienzan reacciones
nucleares y se dispersan después. El número de cúmulos estelares en nuestra
galaxia es de unos escasos miles, muchos desaparecieron hace años al
romperse en binarias o estrellas individuales. Únicamente los cúmulos originales
de mayor tamaño existen todavía. Vemos los que se han mantenido estables.
¿Cómo es la vida de una estrella binaria?
Las dos estrellas envejecen con ritmos distintos. Las más pesadas queman
mucho más rápidamente su combustible, y se convierten en estrellas
compactas, como las enanas blancas. Así que a partir de dos estrellas
corrientes se obtiene una estrella corriente y una que está básicamente
muerta, que ha utilizado todo su combustible y expulsado gran parte de su
masa. Eventualmente, si transcurre el tiempo suficiente, la compañera también
acabará como una enana blanca. Las parejas de enanas blancas fueron
inicialmente parejas de estrellas ordinarias, pero han experimentado todo su
ciclo vital. Simplemente envejecen, queman hidrógeno en helio y elementos
más pesados. Acaban mayoritariamente como enanas blancas o, en
ocasiones, como estrellas de neutrones, lo que es todavía más exótico.
¿Cómo ocurre la acreción en las estrellas binarias?
Dos estrellas están en órbita una en torno a la otra, la más masiva envejece
más rápidamente lo que significa que crece en tamaño (en radio) hasta
convertirse en una estrella gigante, quizás en una estrella supergigante. Si llega
a ser tan grande que alcanza su estrella compañera, comienza la acreción: la
transferencia de gas desde la estrella de mayor diámetro. Así que hay una
estrella donante que cede su gas a una estrella acretante.
La estrella compañera puede ponerse a orbitar dentro de la crecida estrella
supergigante. De ocurrir esto, es como si un satélite terrestre se introdujera en la
atmósfera de la Tierra, descendiera en espiral y se calentara (eventualmente
se quemaría o chocaría contra el suelo). En el caso de dos estrellas depende
de la fricción existente. La estrella no se desplaza en el vacío del espacio sino
dentro de otra estrella. Se requieren unos mil años, un tiempo muy corto en
Astronomía, para que descienda casi hasta el centro.
Si la energía liberada por la fricción y el calentamiento, aumenta la
temperatura de las partes más externas de la estrella mayor, éstas se
desprenden dejando un par de estrellas girando una en torno a la otra con
períodos orbitales de unas pocas horas. Es así cómo se originan los sistemas
con un período corto: de dos estrellas con un único envoltorio.
¿Así que para que la acreción tenga lugar en estrellas binarias, éstas tienen
que ser viejas?
El proceso de acreción es una de las etapas finales de la evolución estelar. Es
un estado “geriátrico”: las estrellas han envejecido y finalizado como estrellas
compactas (agujeros negros, estrellas de neutrones o enanas blancas) y están
acretando masa procedente de una estrella compañera ordinaria.
Este proceso tiene lugar por el efecto de las mareas. En la Tierra, el Sol y la Luna
provocan mareas en los océanos. Imagina que la Luna estuviera tocando a la
Tierra, las mareas serían enormes. Esto es lo que ocurre con las estrellas: están
tan cerca que una enorme ola de marea es generada por el campo
gravitatorio de la estrella compañera. Tan grande que parte del gas
abandona la estrella donante y se une a la estrella acretante. Al final la estrella
donante acaba como un planeta parecido a Júpiter.