Una investigación liderada por el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) ha descubierto que, en sistemas binarios, las estrellas que evolucionan en gigante roja cambian la forma en que giran con sus compañeras, volviéndose sus órbitas más circulares. El resultado se ha conseguido estudiando cerca de 1.000 estrellas oscilantes de tipo solar en sistemas binarios, lo que supone el mayor censo hasta la fecha de este tipo de objetos. Para su identificación se ha explorado el tercer catálogo de datos de la misión Gaia (Gaia-DR3) y los catálogos Kepler y TESS de la NASA. El estudio se ha publicado en la revista Astronomy and Astrophysics y ha sido seleccionado como Gaia Image of the Week de la Agencia Espacial Europea (ESA).
Las estrellas binarias, es decir, sistemas estelares formados por dos estrellas unidas gravitacionalmente, son un tesoro para la astrofísica estelar. Las dos compañeras nacieron de la misma nube interestelar y, por tanto, tienen la misma edad, composición química y distancia. Gracias a ello se puede deducir con gran certeza sus propiedades fundamentales, como la masa y la edad, y poner a prueba los conocimientos actuales de física estelar. El estudio de estas uniones estelares también ayuda a comprender otros fenómenos, como la interacción de los planetas y su estrella anfitriona.
Una poderosa técnica para estudiar estos sistemas estelares es la denominada astrosismología. Al igual que se utiliza la sismología de la Tierra para comprender mejor la estructura interna de nuestro propio planeta, la astrosismología permite inferir la estructura interna y la dinámica de las estrellas estudiando las variaciones periódicas de brillo causadas por las oscilaciones estelares.
Si uno o ambos componentes de un sistema binario muestran signos de movimientos o pulsaciones estelares, a partir del estudio de estas oscilaciones se puede obtener una imagen completa de la estructura y evolución estelar. Pero encontrar estrellas oscilantes como nuestro Sol en sistemas binarios ha sido tradicionalmente como buscar una aguja en un pajar. En esta tarea, la misión Kepler de la NASA fue la más prolífica, logrando identificar alrededor de 100 sistemas de este tipo.
Ahora, un estudio dirigido por el investigador del IAC Paul Beck, publicado recientemente en A&A, ha explorado el catálogo de Gaia DR3 y los catálogos Kepler y TESS de la NASA y ha encontrado cerca de 1.000 estrellas oscilantes de tipo solar en sistemas binarios, lo que supone un aumento considerable de la muestra conocida. Gracias a este nuevo censo el equipo ha podido corroborar una teoría sobre la evolución de las estrellas binarias de la que no hay evidencia observacional.
Bailes menos excéntricos
Cuando las estrellas como el Sol envejecen, sufren cambios drásticos. Una vez que la estrella agota el hidrógeno de su núcleo, se convierte en una estrella gigante roja, expandiendo sus capas exteriores de decenas a cientos de veces el radio solar actual. La teoría predice que, si las estrellas de un sistema binario están lo suficientemente cerca, estos cambios de tamaño modifican la danza de las dos compañeras estelares que empiezan a interactuar a través de fuerzas de marea. Con el tiempo, las mareas reducen la excentricidad de las órbitas de un sistema, haciéndolas cada vez más circulares.
"A partir de la teoría, esperamos una tendencia a la disminución de las excentricidades con el avance de la evolución estelar. Sin embargo, debido a la dificultad de identificar estrellas en distintas etapas de su evolución, esta tendencia aún no se ha detectado observacionalmente", explica Beck. Utilizando técnicas astrosísmicas para distinguir entre gigantes rojas menos y más evolucionadas, Beck y sus colaboradores demuestran que, efectivamente, las gigantes más evolucionadas se encuentran en órbitas con menores excentricidades debido a los efectos acumulados de la interacción de las mareas.
Aunque sigue habiendo preguntas abiertas, el equipo se muestra optimista ante la publicación del próximo catálogo de datos de Gaia (Gaia DR4) y la futura misión PLATO de la ESA. Este último satélite proporcionará datos para estudiar muchas más estrellas oscilantes, sistemas binarios y estrellas que albergan exoplanetas. "Con Gaia DR4 y PLATO se obtendrán conjuntos de datos aún mayores, que son esenciales para futuros estudios de la coevolución de las estrellas y sus sistemas binarios anfitriones; tal volumen de datos nos permitirá comprender mejor la interacción marea-estrella-planeta en los sistemas planetarios", concluye Beck.
Artículo: Beck et al. “Constraining stellar and orbital co-evolution through ensemble seismology of solar-like oscillators in binary systems -- A census of oscillating red-giants and main-sequence stars in Gaia DR3 binaries”, 2024, A&A 682, A7. DOI: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202346810
Contacto en el IAC:
Paul Beck, paul.beck [at] iac.es (paul[dot]beck[at]iac[dot]es)
[Vídeo] Representación artística que ilustra la evolución de un sistema binario desde las primeras fases de la gigante roja, cuando la estrella gigante roja apenas comienza a expandirse (panel izquierdo, fase de gigante roja), hasta las fases más avanzadas, en las que la gigante roja ya ha encendido el helio de su núcleo (panel derecho, fase de apelotonamiento rojo). Cada panel muestra a la izquierda las órbitas de los componentes estelares en torno al centro de gravedad común del sistema. El diagrama de la derecha muestra la evolución del radio para dos estrellas de aproximadamente la masa del Sol. Créditos: Lukas Steinwender
