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Las estrellas binarias muy apartadas pueden causar estragos en sus sistemas planetarios

Es probable que al menos uno de nuestros planetas gigantes sería expulsado si el Sol tuviese una estrella compañera

Un equipo internacional de astrofísicos ha demostrado que los sistemas planetarios con estrellas binarias muy distantes son particularmente susceptibles a desarreglos violentos, más que los sistemas con dos compañeras estelares con órbitas próximas una alrededor de la otra.

El equipo, dirigido por Nathan Kaib, de la Universidad Northwestern, ha llevado a cabo 3.000 simulaciones por ordenador para estudiar los efectos de las compañeras estelares binarias (algunas con órbitas apretadas alrededor de la otra, y otras con órbitas amplias o distantes) sobre la formación y evolución de los sistemas planetarios.

Los investigadores encontraron que las estrellas binarias apartadas pueden dar lugar a dramáticos acontecimientos en los sistemas planetarios en algún momento de su historia. En un sistema hipotético, los investigadores agregaron al Sistema Solar de la Tierra una compañera binaria alejada. Esto produjo que al menos uno de los cuatro planetas gigantes (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno) fuesen expulsados en casi la mitad de las simulaciones.

En los modelos de computadora, estas eyecciones típicamente se retrasaron miles de millones de años, por lo que los sistemas planetarios pasaban la primera parte de su vida sin sentir los efectos de las estrellas binarias. Sólo después de que las órbitas binarias se hicieran muy excéntricas se alteraron catastróficamente los sistemas planetarios.

Los astrofísicos también encontraron evidencia sustancial de que este proceso se produce regularmente en sistemas planetarios extrasolares conocidos.

El estudio fue publicado el 6 de enero de la revista Nature. Kaib también presentarán las conclusiones a las 10:30 am PST (hora estándar del Pacífico) de hoy (07 de enero, 15:30 hs de Argentina), en una conferencia de prensa en la reunión 221a de la Sociedad Astronómica Americana en Long Beach, California

A diferencia del Sol, muchas estrellas son miembros de sistemas estelares binarios —en los que dos estrellas orbitan entre sí—, y los sistemas planetarios de estas estrellas puede ser alterados por la gravedad de sus estrellas compañeras binarias, que a su vez puede ser afectada por otras fuerzas.

Las órbitas de las compañeras estelares muy lejanas o amplias a menudo llegan a ser muy excéntricas —menos circulares— con el tiempo, conduciendo a la estrella que era lejana a una órbita que se sumerge en el sistema, pasando muy cerca de los planetas una vez por periodo orbital. (Los planetas orbitan la estrella menos lejana del sistema binario.) La gravedad de esta compañera que pasa cerca puede causar estragos en los sistemas planetarios, provocando dispersiones planetarias, e incluso eyecciones.

«Las órbitas estelares binarias amplias son muy sensibles a las perturbaciones de otras estrellas pasajeras, y también al campo de marea de la Vía Láctea», dijo Kaib, becario postdoctoral en el Centro Interdisciplinario para la Exploración e Investigación en Astrofísica (CIERA) y el departamento de física y astronomía en el Colegio Weinberg de Artes y Ciencias de Northwestern.

«Esto hace que sus órbitas estelares cambien constantemente su excentricidad; su grado de circularidad», dijo. «Si una binaria apartada dura lo suficiente, con el tiempo se encontrará con una excentricidad orbital muy alta en algún momento de su existencia.»

Kaib estaba interesado en estudiar binarias apartadas porque, a diferencia de las estrellas binarias cerradas, estos sistemas han quedado prácticamente sin estudiar. Las estrellas binarias abiertas están separados por más de 1.000 unidades astronómicas (UA). La UA que representa la distancia entre la Tierra y el sol.

Cuando una órbita binaria amplia se convierte en muy excéntrica, las dos estrellas pasarán muy cerca una vez por órbita en un lado de la elipse orbital, y estarán muy lejos en el otro lado de la elipse. Esto puede tener consecuencias nefastas para los planetas en estos sistemas, ya que la gravedad de la estrella que se aproxima puede cambiar radicalmente las órbitas planetarias alrededor de la otra estrella, provocando la dispersión de los planetas entre sí y, a veces su expulsión al espacio interestelar.

El proceso para que un sistema planetario sea afectado por una binaria apartada lleva cientos de millones de años, a veces miles de millones de años, para producirse.

«En consecuencia, los planetas en estos sistemas inicialmente se forman y evolucionan como si orbitaran una estrella aislada», dijo Kaib. «Es sólo mucho más tarde que empiezan a sentir los efectos de su estrella compañera, que a menudo conduce a la disrupción del sistema planetario».

Kaib, quien también es miembro nacional en el Instituto Canadiense de Astrofísica Teórica en la Universidad de Toronto, llevó a cabo las simulaciones por ordenador del proceso con el profesor de física de la Universidad de Queen Martin Duncan, y Sean N. Raymond, investigador de la Universidad de Burdeos y la Centre National de la Recherche Scientifique en Francia.

«También encontramos que hay pruebas sustanciales de que este proceso se produce regularmente en conocidos sistemas planetarios extrasolares», dijo Duncan. «Se cree que los planetas se forman en órbitas circulares, y sólo llegan a tener órbitas muy excéntricas a causa de poderosas y/o violentas perturbaciones. Cuando nos fijamos en las excentricidades orbitales de los planetas que se sabe que residen en binarias apartadas, encontramos que son estadísticamente más excéntricas que las de los planetas alrededor de estrellas aisladas, como nuestro Sol «.

Los investigadores creen que esto es una señal inequívoca de acontecimientos planetarios de dispersión en el pasado, y los que tienen órbitas excéntricas se interpretan a menudo como supervivientes de inestabilidades que afectaron todo el sistema.

«Las excéntricas órbitas planetarias observadas en estos sistemas son esencialmente las cicatrices de las perturbaciones pasadas causadas por la estrella compañera», dijo Raymond.

Los investigadores señalan que esta señal de observación sólo se puede reproducir bien cuando se supone que el sistema planetario típico se extiende desde su estrella madre hasta 10 veces la distancia entre la Tierra y el Sol. De lo contrario, el sistema planetario es demasiado compacto para ser afectados incluso un compañero estelar en una órbita muy excéntrica.

«Recientemente, se han obtenido imágenes directas de planetas que orbitan a grandes distancias alrededor de sus estrellas», dijo Duncan. «Nuestro trabajo predice que tales planetas son comunes, pero hasta ahora han pasado casi desapercibidos.»

Fuente: EurekAlert. Aportado por Eduardo J. Carletti

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Un planeta con cuatro soles

Un equipo de astrónomos aficionados, en colaboración con expertos de la Universidad de Yale, ha descubierto un sistema único en el Universo. Por primera vez, han observado un planeta con cuatro estrellas

Se trata del planeta PH1, que gira alrededor de un sistema estelar binario que, a su vez, es orbitado por un segundo par de estrellas distantes.

Según han explicado los expertos, se trata del primer sistema como éste y han señalado que se trata de una configuración planetaria «extremadamente rara». El astrónomo Meg Schwamb ha indicado que «actualmente solo se conocen seis planetas que orbitan dos estrellas, y ninguno de ellos se movió en órbita alrededor de otras compañeras estelares».

Los astrónomos han llamado a este ‘mundo’ recién descubierto ‘sistema circumbinario’. «Los planetas circumbinarios son los extremos de la formación de planetas», ha señalado Schwamb, quien ha apuntado que «el descubrimiento de estos sistemas obliga a los expertos a volver a la mesa de dibujo para entender cómo estos planetas pueden nacer y evolucionar dinámicamente en estos ambientes difíciles».

PH1 es un gigante de gas con un radio de alrededor de 6,2 veces el de la Tierra —algo mayor que Neptuno— y es denso, con una masa unas 170 veces mayor que la Tierra. Gira en torno a sus estrellas más o menos cada 138 días. Más allá de la órbita del planeta, a una distancia de alrededor de 1.000 UA (la distancia entre la Tierra y el Sol) está el segundo par de estrellas que orbitan el sistema planetario.

La importancia de los astrónomos aficionados

Se trata del primer planeta identificado por el programa de voluntarios Planet Hunters, gracias a una aplicación desarrollada por la empresa Vizzuality, que utiliza datos de la sonda espacial Kepler de la NASA, diseñada especialmente para buscar señales planetarias. Así, los científicos que hallaron este sistema circumbinario descubrieron huecos débiles en la luz causada por el planeta al pasar por delante de sus estrellas madre, un método común de encontrar planetas extrasolares.

Durante la presentación de este trabajo, en la Sociedad Astronómica Americana celebrada en Reno (Nevada), los expertos han destacado la importancia de la colaboración ciudadana para este tipo de hallazgos. «Este sistema único podría haber pasado desapercibido si no fuera por los agudos ojos de la opinión pública», ha destacado Schwamb.

Por su parte, los dos aficionados que han llevado a cabo este hallazgo, Robert Gagliano (Arizona) y Kian Jek (California) han destacado que se quedaron «sorprendidos» cuando vieron el nuevo sistema y han apuntado que «es un gran honor ser un cazador de planetas y trabajar mano a mano con astrónomos profesionales, haciendo verdaderas contribuciones a la ciencia».

Fuente: El Mundo. Aportado por Eduardo J. Carletti

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Las estrellas más brillantes no están solas

El telescopio VLT descubre que la mayor parte de las estrellas muy masivas interactúan por parejas

Un nuevo estudio, llevado a cabo utilizando el telescopio VLT (Very Large Telescope) de ESO, muestra que la mayor parte de las estrellas masivas muy brillantes, que son las que provocan la evolución de las galaxias, no se encuentran solas. Se ha descubierto que al menos tres de cada cuatro de estas estrellas tienen una estrella compañera cercana, muchas más de las que en un principio se creía. Sorprendentemente, muchos de esos pares también están interactuando, generando sucesos de inestabilidad, tales como transferencia de masa de una estrella a la otra, e incluso se cree que alrededor de un tercio de ellas acabarán fundiéndose, formando una sola estrella. Los resultados se publican en el número del 27 de julio de 2012 de la revista Science.

El Universo es un lugar plagado de diversidad, y hay muchas estrellas diferentes a nuestro Sol. Un equipo internacional ha utilizado el VLT para estudiar unas estrellas conocidas como “de tipo O”, que tienen unas temperaturas muy altas, así como mucha masa y un gran brillo [1]. Estas estrellas tienen vidas muy cortas y violentas y juegan un papel clave en la evolución de las galaxias. También están relacionadas con fenómenos extremos como los estallidos de rayos gamma, o las denominadas “estrellas vampiro”, donde una compañera de menor tamaño absorbe la materia de la superficie de su vecina, de mayor tamaño.

“Estas estrellas son auténticos monstruos” afirma Hugues Sana (Universidad de Ámsterdam, Países Bajos), quien lidera este trabajo. “Tienen 15 o más veces la masa de nuestro Sol y pueden superar su brillo en más de un millón de veces. Estas estrellas son tan calientes que brillan con una intensa luz blanquiazul y tienen temperaturas superficiales de 30.000 grados Celsius”.

Los astrónomos estudiaron un conjunto de estrellas individuales de tipo O y parejas de estrellas (binarias), situadas en seis cúmulos cercanos de estrellas jóvenes en la Vía Láctea. La mayor parte de las observaciones de este estudio se obtuvieron utilizando telescopios de ESO, entre otros el VLT.

Analizando en profundidad la luz proveniente de estos objetos [2], el equipo descubrió que el 75% de todas las estrellas de tipo O se encuentran en sistemas binarios, una proporción mayor de la estimada hasta el momento y la primera determinación numérica precisa. Aún más importante incluso: encontraron que la proporción de estas parejas que se encuentran lo suficientemente cerca como para interactuar (ya sea por fusiones estelares o por transferencia de masa en las denominadas “estrellas vampiro”), es mucho mayor de lo que se había pensado hasta el momento, lo cual tiene profundas implicaciones en nuestra comprensión de la evolución de las galaxias.

Las estrellas de tipo O constituyen tan solo una fracción del porcentaje total de estrellas en el universo, pero los violentos fenómenos asociados a su presencia implican un efecto desproporcionado en su entorno. Los vientos y choques provocados por estas estrellas pueden tanto desencadenar como frenar la formación estelar, su radiación alimenta el resplandor de las brillantes nebulosas, sus supernovas enriquecen las galaxias con elementos pesados cruciales para la vida, y están asociadas con los estallidos de rayos gamma, uno de los fenómenos más energéticos del universo. Por tanto, las estrellas de tipo O están implicadas en muchos de los mecanismos que desencadenan la evolución de las galaxias.

“La vida de una estrella se ve profundamente influenciada por el hecho de tener a otra estrella cerca”, afirma Selma de Mink (Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial = Space Telescope Science Institute, EE.UU.), coautora del estudio. “Si dos estrellas orbitan muy cerca la una de la otra, pueden llegar a fundirse. Pero incluso si esto no ocurre, es común que una de las estrellas atraiga material de la superficie de su compañera”.

El equipo estima que la fusión entre estrellas, un fenómeno violento, puede ser el destino final de entre un 20 y un 30 por ciento de las estrellas de tipo O. Pero incluso un escenario más moderado como el de las estrellas vampiro, que alcanza a un 40-50% de los casos, tiene profundos efectos en la evolución de estas estrellas.

Hasta el momento, los astrónomos consideraban que, en su mayor parte, las estrellas binarias masivas que orbitaban muy cerca la una de la otra eran una excepción, algo que explicaba fenómenos exóticos como las binarias de rayos X, púlsares dobles y binarias de agujeros negros. El nuevo estudio muestra que, para interpretar correctamente el universo, no se puede hacer esta simplificación: estas parejas de estrellas pesadas no son solo muy comunes, sino que sus vidas son diferentes a las de las estrellas individuales.

Por ejemplo, en el caso de las estrellas vampiro, la estrella más pequeña, de menor masa, rejuvenece a medida que absorbe el hidrógeno fresco de su estrella compañera. Su masa aumentará substancialmente y sobrevivirá a su compañera, viviendo más tiempo que una estrella individual de la misma masa. La estrella víctima, mientras tanto, perderá sus capas antes de tener la oportunidad de convertirse en una luminosa estrella roja supergigante. En su lugar, su caliente núcleo azul quedará al descubierto. El resultado es que la población de estrellas de una galaxia distante puede parecer mucho más joven de lo que es en realidad: ambas, las estrellas vampiro rejuvenecidas, y las víctimas empequeñecidas, se vuelven más calientes y más azules, imitando la apariencia de estrellas más jóvenes. Conociendo la proporción real de estrellas binarias masivas que interactúan es crucial para caracterizar correctamente estas galaxias distantes [3].

“La única información que tienen los astrónomos sobre galaxias distantes viene de la luz que llega a nuestros telescopios. Sin aceptar supuestos sobre cuál es el origen responsable de emitir esa luz, no podemos sacar conclusiones sobre la galaxia, como determinar cuán masiva es o cuál puede ser su edad. Este estudio demuestra que aceptar el supuesto de que la mayor parte de las estrellas son individuales puede llevarnos a conclusiones erróneas”, concluye Hugues Sana.

Para comprender la magnitud de estos efectos, y cuánto puede cambiar esta nueva perspectiva nuestra visión de la evolución de las galaxias, serán necesarios más estudios. Modelar estrellas binarias es complicado, por lo que llevará tiempo antes de que todas estas consideraciones se incluyan en modelos de formación de galaxias.

Notas

[1] La mayor parte de las estrellas se clasifican según su tipo espectral o color. Esto, a su vez, está relacionado con la masa y la temperatura superficial de las estrellas. Desde las más azules (y, por ende, más calientes y de mayor masa) hasta las más rojas (más frías y de menor masa) la secuencia de clasificación más común es O, B, A, F, G, K y M. Las estrellas de tipo O tienen temperaturas superficiales de alrededor de 30.000 grados Celsius o más, y tienen un brillante color azul pálido. Tienen una masa de unas 15 veces o más la masa del Sol.

[2] Las estrellas que componen los sistemas de estrellas binarias normalmente se encuentran demasiado cerca la una de la otra como para poder distinguirlas directamente como puntos de luz separados. Aún así, el equipo fue capaz de detectar su naturaleza binaria utilizando el espectrógafo ultravioleta y visible UVES del VLT (Ultraviolet and Visible Echelle Spectrograph). Los espectrógrafos separan la luz de las estrellas tal y como un prisma divide la luz del Sol en los colores del arco iris. Impresa en la luz de la estrella hay un sutil patrón, parecido a los códigos de barras, generado por los elementos contenidos en sus atmósferas, que oscurecen colores específicos de la luz (denominadas líneas de absorción). Cuando los astrónomos observan estrellas individuales, estas líneas de absorción son fijas, pero en las binarias, las líneas de las dos estrellas se superponen ligeramente debido al movimiento. La amplitud con la cual dichas líneas se contrarrestan entre ellas y la forma en que se mueven en el tiempo, permite a los astrónomos determinar el movimiento de la estrella y las características de su órbita, incluso saber si están lo suficientemente cerca la una de la otra como para intercambiar masa o incluso fundirse.

[3] La existencia de este amplio número de estrellas vampiro encaja con fenómenos anteriores que no tenían explicación. Se ha observado que, alrededor de un tercio de las estrellas que explotaban como supernovas, tienen muy poco hidrógeno. Aún así, la proporción de supernovas pobres en hidrógeno casi encaja con la proporción de estrellas vampiro encontradas en este estudio. Se especula que las estrellas vampiro son las responsables de causar esa escasez de hidrógeno en supernovas, ya que las capas exteriores ricas en hidrógeno son arrancadas por la gravedad de las estrellas vampiro antes de que su víctima explote como supernova.

Información adicional

Esta investigación fue presentada en el artículo “La interacción de binarias domina la evolución de estrellas masivas (Binary interaction dominates the evolution of massive stars)”, H. Sana et al., que aparece en el número del 27 de julio de 2012 de la revista Science.

El equipo está formado por H. Sana (Universidad de Ámsterdam, Países Bajos), S.E. de Mink (Space Telescope Science Institute, Baltimore, EE.UU.; Universidad Johns Hopkins, Baltimore, EE.UU.), A. de Koter (Universidad de Ámsterdam; Universidad de Utrecht, Países Bajos), N. Langer (Universidad de Bonn, Alemania), C.J. Evans (Centro de Tecnología de Astronomía del Reino Unido -UK Astronomy Technology Centre-, Edimburgo, Reino Unido), M. Gieles (Universidad de Cambridge, Reino Unido), E. Gosset (Universidad de Lieja, Bélgica), R.G. Izzard (Universidad de Bonn), J.-B. Le Bouquin (Universidad Joseph Fourier, Grenoble, Francia) y F.R.N. Schneider (Universidad de Bonn).

El año 2012 marca el 50 aniversario de la creación del Observatorio Europeo Austral (European Southern Observatory, ESO). ESO es la principal organización astronómica intergubernamental de Europa y el observatorio astronómico más productivo del mundo. Quince países apoyan esta institución: Alemania, Austria, Bélgica, Brasil, Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Holanda, Italia, Portugal, el Reino Unido, República Checa, Suecia y Suiza. ESO desarrolla un ambicioso programa centrado en el diseño, construcción y operación de poderosas instalaciones de observación terrestres que permiten a los astrónomos hacer importantes descubrimientos científicos. ESO también desarrolla un importante papel al promover y organizar la cooperación en investigación astronómica. ESO opera tres sitios únicos de observación de categoría mundial en Chile: La Silla, Paranal y Chajnantor. En Paranal, ESO opera el Very Large Telescope, el observatorio óptico más avanzado del mundo, y dos telescopios de rastreo. VISTA trabaja en el infrarrojo y es el telescopio de rastreo más grande del mundo, y el VST (sigla en inglés del Telescopio de Rastreo del VLT) es el telescopio más grande diseñado exclusivamente para rastrear el cielo en luz visible. ESO es el socio europeo de un revolucionario telescopio, ALMA, el proyecto astronómico más grande en desarrollo. Actualmente ESO está planificando el European Extremely Large Telescope, E-ELT, el telescopio óptico y de infrarrojo cercano de categoría 40 metros, que llegará a ser “el ojo más grande del mundo para mirar el cielo”.

Fuente: ESO. Aportado por Eduardo J. Carletti

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