Una binaria eclipsante desvela una nueva clase de estrellas pulsantes

Un estudio liderado por los investigadores Pierre Maxted de la Universidad Keele (Reino Unido) y Aldo Serenelli del Instituto de Ciencias del Espacio (CSIC-IEEC) en Barcelona revela por primera vez pulsaciones no radiales en una pre enana blanca de baja masa.

Gracias al estudio de las pulsaciones y a que la estrella pertenece a un sistema binario eclipsante –donde una estrella eclipsa a la otra visto desde la Tierra–, se han podido determinar las características evolutivas del sistema. Los resultados del descubrimiento se publican en la revista Nature.

Una enana blanca es una estrella que se encuentra en su fase final de vida. La mayoría no tienen una fuente de energía nuclear, por lo que emiten radiación a expensas del calor almacenado en su interior. Además, suelen presentar una capa de hidrógeno muy fina en su superficie. Estas características permiten calcular su edad en función de su luminosidad, lo que las convierte en cronómetros precisos.

Sin embargo, esto parece no cumplirse en el sistema binario objeto del estudio: J0247-25, descubierto por los telescopios SuperWasp desde el observatorio Roque de los Muchachos (Canarias) y en el South African Astronomical Observatory de Sudáfrica.

Las observaciones confirmaron que el sistema está compuesto por el núcleo de una estrella gigante roja, en proceso de convertirse en una enana blanca de baja masa, y una estrella parecida al Sol, de la denominada secuencia principal. Como el sistema es eclipsante, los científicos también utilizaron el telescopio New Techonology Telescope (NTT) del Observatorio Europeo Austral (ESO) y el instrumento UVES del Very Large Telescope para determinar, con muy alta precisión, la luminosidad, el radio y la masa de ambas estrellas.

Comparando los datos observacionales con modelos teóricos de evolución estelar en sistemas binarios, descubrieron que la precursora a enana blanca no sólo pulsaba de forma radial, como un globo que se infla y desinfla, sino que también presentaba pulsaciones no radiales, ambas características nunca antes vistas en este tipo de estrellas.

Las pulsaciones no radiales, en especial, permiten desvelar características del interior de la estrella proporcionando información sobre su estructura así como detalles sobre su evolución.

Serenelli llevó a cabo el desarrollo de modelos teóricos de la evolución de este sistema. El análisis de las pulsaciones de esta estrella y la comparación con los modelos teóricos permitió determinar que, según las pulsaciones de la estrella, la capa exterior de hidrógeno de la enana blanca en formación es mucho más gruesa que en la mayoría de las enanas blancas.

El espesor de la envoltura permite que, en el caso de J0247-25, haya temperaturas elevadas en su base (alrededor de 10⁷ K) que dan lugar a reacciones nucleares de fusión de hidrógeno. Esta fuente adicional de energía tiene como consecuencia un enfriamiento mucho más lento de la enana blanca que en el caso en que la única fuente disponible de energía es su calor interno.

“Las enanas blancas de baja masa se forman en sistemas binarios, a través de episodios de transferencia de masa a su compañera –dice Serenelli–. El descubrimiento de esta nueva clase pulsante de estrellas, en un estadio evolutivo inmediatamente posterior a la finalización de la fase de transferencia de masa, permitirá determinar la estructura interna de estos objetos y así reconstruir su evolución durante el proceso de formación”.

“Además –añade–, la determinación de la estructura interna de estas enanas blancas, servirá para desarrollar modelos más precisos de su evolución, en particular de sus curvas de enfriamiento, lo cual permitirá utilizarlas como relojes de precisión en otros campos de la astrofísica como, por ejemplo, la determinación de edades de púlsares de milisegundo”.

En la actualidad se conocen una veintena de sistemas eclipsantes similares a J0247-25. Futuras observaciones permitirán elucidar si estos sistemas presentan también pulsaciones no radiales que permitan determinar su estructura interna con alto grado de precisión.

Los hallazgos de la asterosismología

El descubrimiento de esta nueva clase de estrellas pulsantes en sistemas binarios abre una nueva ventana hacia el estudio de las enanas blancas de baja masa, y destaca las posibilidades de la asterosismología para comprender la estructura y evolución estelar.

La asterosismología se basa en estudiar la estructura interna de las estrellas mediante la interpretación de las frecuencias naturales de oscilación que producen. Las oscilaciones dentro de una estrella se producen de muchas formas, cada una con un frecuencia particular, y proporcionan información del interior estelar debido a que cada modo penetra a diferentes profundidades de la estrella.

De la misma manera que los sismólogos estudian el interior de la Tierra por medio de ondas sísmicas, la asterosismología permite reconstruir la estructura interna de las estrellas.

En el caso del Sol, la estrella mejor estudiada, la asterosismología (en este caso heliosismología) ha permitido determinar cantidades tan importantes como la densidad, la presión, la velocidad del sonido en su interior, la rotación interna con una precisión de una parte por mil. Gracias a la heliosismología el interior solar es conocido con muchísima más precisión que el interior terrestre.