Astrónomos realizan el mayor estudio de estrellas binarias de alta masa

Un grupo internacional encabezado por científicos de Brasil identificó y caracterizó 82 astros de este tipo en una galaxia satélite de la Vía Láctea

Por Elton Alisson  |  Agência FAPESP – Además de estar compuesto por estrellas aisladas, pueblan el Universo también las llamadas estrellas dobles –o binarias– de alta masa. A diferencia del “astro rey” –que perdura solo en el Sistema Solar–, estas estrellas binarias de alta masa tienen en su mayoría una compañera con la cual interactúan –debido a su cercanía– transfiriéndose materia e incluso llegando a fusionarse para generar una sola estrella, de gran masa y con una gran velocidad de rotación.

Con todo, la cantidad de estrellas binarias de alta masa conocidas era muy pequeña y básicamente se ceñía a las identificadas en nuestra galaxia, la Vía Láctea.

Pero un grupo internacional de astrónomos encabezado por científicos del Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas de la Universidad de São Paulo (IAG-USP), en Brasil, ha ampliado ahora la lista de estos cuerpos celestes conocidos al detectar y caracterizar 82 nuevas estrellas binarias de alta masa situadas en la nebulosa de la Tarántula, también conocida como 30 Doradus, que forma parte de la Gran Nube de Magallanes, una de las galaxias satélite de la Vía Láctea, situada a alrededor de 160 mil años luz de la Tierra.

Los resultados de este estudio, que forma parte de un proyecto de posdoctorado realizado con Beca de la FAPESP, se describieron en un artículo publicado en la revista Astronomy & Astrophysics.

“Con la detección y la caracterización de esas 82 estrellas binarias de alta masa, hemos duplicado con creces la cantidad de estos objetos y en una zona completamente nueva, cuyas condiciones son muy distintas a las halladas en la Vía Láctea”, declaró Leonardo Andrade de Almeida, posdoctorando del IAG-USP y primer autor del estudio, a Agência FAPESP.

Bajo la supervisión de Augusto Damineli Neto, docente del IAG y también uno de los autores del estudio, Andrade de Almeida analizó los datos obtenidos durante las campañas de observación VLT-Flames Tarantula Survey y The Tarantula Masive Binary Monitoring, realizadas en el Observatorio Europeo Austral (ESO) a partir de 2011.

Con un espectrógrafo llamado Giraffe-Flames acoplado al VLT –uno de los telescopios con espejo primario de ocho metros de diámetro en operación en el ESO, emplazado en el desierto de Atacama, en Chile–, durante las referidas campañas de observación se obtuvieron espectros (descomposición de la luz en diversos colores) de más de 800 objetos de alta masa situados en la región de la Tarántula, que recibió ese nombre debido a su semejanza con la forma del arácnido.

Del total de más de 800 objetos observados, los astrónomos integrantes de ambos proyectos identificaron 100 aspirantes a estrellas binarias de más alta masa –también catalogadas como estrellas de tipo espectral O– en una muestra de 360 estrellas, con base en parámetros tales como la amplitud de la variación de sus velocidades radiales, una referencia a las velocidades con las cuales estos objetos se alejan o se acercan del observador apostado en la Tierra.

En colaboración con colegas del exterior, Andrade de Almeida analizó durante los últimos dos años esas 100 posibles estrellas binarias de alta masa con el espectrógrafo Giraffe-Flames y logró caracterizar 82 totalmente.

“Esto representa el mayor estudio mediante caracterización espectroscópica de sistemas binarios de alta masa realizado hasta ahora, y sólo fue posible en razón de la capacidad tecnológica del espectrógrafo Giraffe-Flames”, afirmó.

Este instrumento científico desarrollado por el ESO permite obtener espectros de una combinación de objetos simultáneamente. Al acoplarlo al VLT, también fue posible observar objetos más débiles, toda vez que, debido a que el telescopio posee un espejo grande, es posible recolectar más luz, explicó Andrade de Almeida.

“Con el Giraffe-Flames es posible recolectar 136 espectros mediante una sola observación”, dijo. “Esto no era posible en el pasado, cuando contábamos con instrumentos que permitían observar únicamente objetos individuales y se tardaba mucho tiempo para caracterizarlos”, comparó.

Grandes semejanzas

Los análisis de las mediciones espectroscópicas de las 82 estrellas binarias de alta masa indicaron que sus propiedades –tales como la razón de masa, el período orbital (el tiempo que tardan para completar la vuelta a su órbita) y la excentricidad de la órbita (el alejamiento con respecto a una órbita de forma circular)– son muy similares a las de las que se han observado en la Vía Láctea.

Este resultado era inesperado, toda vez que la Gran Nube de Magallanes forma parte de una etapa del Universo anterior a la Vía Láctea, cuando se generó la mayor cantidad de estrellas de alta masa. Por eso exhibe una metalicidad –la proporción de materia constituida por elementos químicos distintos al hidrógeno y al helio (los dos átomos primordiales que dieron origen a las primeras estrellas)– correspondiente a la mitad de las de las estrellas binarias presentes en la Vía Láctea, cuya metalicidad es muy cercana a la solar.

“Al comienzo del Universo, la metalicidad de las estrellas era baja. Con la evolución química, éstas fueron adquiriendo más metales en su composición”, afirmó Andrade de Almeida.

Según el investigador, el análisis realizado ahora, durante el estudio de las estrellas binarias encontradas en la Gran Nube de Magallanes, suministra las primeras mediciones directas referentes a propiedades de estrellas binarias masivas en galaxias con formación estelar en la época del Universo en que la metalicidad era igual a la de la Gran Nube de Magallanes.

“Los descubrimientos realizados durante este estudio pueden suministrar mediciones mejores para la realización de simulaciones más realistas acerca de cómo evolucionaron las estrellas de alta masa durante las distintas etapas del Universo”, estimó Andrade de Almeida.

“De este modo, será posible obtener estimaciones más precisas de la tasa de formación de agujeros negros, estrellas de neutrones y supernovas, por ejemplo, para todas las épocas del Universo”, señaló.

Las estrellas de alta masa son las más importantes en la evolución química del Universo, toda vez que, precisamente por su gran masa, generan metales pesados, evolucionan más rápido y concluyen sus vidas como supernovas, arrojando todo el material al medio interestelar. Ese material es reciclado y da origen a una nueva población de estrellas.

Con todo, de manera usual, las estimaciones de la evolución química del Universo y de previsiones astrofísicas sobre la cantidad de agujeros negros en el cosmos sólo tenían en cuenta a las estrellas aisladas como el Sol, que evolucionan de manera más sencilla, según ponderó el investigador.

“Cuando se incluyen las estrellas binarias para hacer esas proyecciones, el resultado cambia drásticamente. Por ese motivo, para efectuar un pronóstico astrofísico más preciso, es necesario tener en cuenta a estos objetos masivos”, señaló.

Puede leerse el artículo intitulado “The Tarantula Masive Binary Monitoring: I. Observational campaign and OB-type spectroscopic binaries” (doi: 10.1051/0004-6361/201629844), de Andrade de Almeida y otros, en la revista Astronomy & Astrophysics, en el siguiente enlace: aanda.org/articles/aa/abs/2017/02/aa29844-16/aa29844-16.html.