Representación artística de un sistema de estrellas binarias.UNIVERSIDAD INTERNACIONAL DE VALENCIA

Que el Sol no confunda. A pesar de que la estrella más cercana a la Tierra brille en solitario, lo más habitual es que los astros orbiten en compañía en el universo. La convivencia entre dos o más estrellas recibe el nombre de sistemas binarios, una categoría que abraza una gran diversidad de parejas estelares. Pero en concreto hay una que fascina a los astrónomos, las estrellas binarias Be de rayos X, que centran en Valencia, hasta este viernes, el Congreso Internacional BeXRB2021, organizado por la Universidad Internacional de Valencia (VIU) en colaboración con la Agencia Espacial Europea (ESA). El evento congrega de forma virtual a más de un centenar de investigadores de una veintena de nacionalidades, de centros como las universidades de Oxford o George Washington y de instituciones como la NASA.

Los sistemas binarios de Rayos X con compañera Be (BeXRBs), como se conoce a este tipo de estrellas en la astronomía moderna, representan todavía uno de los grandes enigmas de la historia cósmica. La unión consiste en juntar a una estrella de tipo “Be” —entre ocho y diez veces más masiva que el sol y que se asemeja a Saturno por su característico disco alrededor del ecuador, esculpido con el material que se le escapa— con un objeto compacto, una estrella de neutrones o un agujero negro, cuya órbita elíptica alrededor de la estrella masiva hace que ambos estén condenados a vivir en pareja.

La interacción, que emite rayos X, entre el disco y el objeto compacto, da lugar a una física y una fenomenología muy interesante que va al límite de lo que conocemos, nos ayuda a impulsar modelos y a confirmar las teorías, por ejemplo, como las de Einstein, sobre la estructura del espacio-tiempo y del comportamiento de la materia en condiciones extremas
PERE BLAY, DOCENTE DE LA VIU Y ASTRÓNOMO DE SOPORTE EN EL INSTITUTO DE ASTROFÍSICA DE CANARIAS
“Se produce una interacción, que emite rayos X, entre el disco y el objeto compacto, lo que da lugar a una física y una fenomenología muy interesante que va al límite de lo que conocemos, nos ayuda a impulsar modelos y a confirmar las teorías, por ejemplo, como las de Einstein, sobre la estructura del espacio-tiempo y del comportamiento de la materia en condiciones extremas. El interés natural por estos objetos ha aumentado en los últimos años”, explica Pere Blay, docente e investigador en la Universidad Internacional de Valencia y anteriormente astrónomo en los Observatorios de Canarias (OOCC) y en el Nordic Optical Telescope (NOT).

La formación de los discos de las estrellas Be todavía conforman uno de los misterios por resolver más antiguos de la astronomía. “Aunque estas estrellas se conocen desde finales del siglo XIX, todavía no sabemos cómo son capaces de formar sus discos circunestelares. Cuando el material de este disco es atrapado por un agujero negro o una estrella de neutrones en uno BeXRB, a través de su estudio, expandimos la frontera de nuestro conocimiento sobre su estructura o incluso sobre la estructura de la materia”, observa Blay.

Padres de los sistemas de ondas gravitacionales
Peter Kretschmar, responsable de supervisar el trabajo en el telescopio XMM-Newton en el Centro Europeo de Astronomía Espacial, ha destacado la escala “totalmente diferente” de este tipo de parejas cósmicas, con una magnetosfera de cientos de miles de kilómetros, la materia localizada en una estrella con un radio de 12 kilómetros y una columna desde donde surgen los rayos X de apenas unos metros o de kilómetros, zonas menudas de la que emerge una luminosidad decenas de miles de veces mayor que el Sol.

“Los BeXRBs son interesantes porque son fuentes de luz con múltiples emisiones y diversos niveles de actividad, con un espaciado regular determinado por el periodo orbital, pero no ocurre siempre. A veces es bastante regular y otras no, y esta es una de las preguntas más importantes. Las formas de comprenderlo son variadas. Se está trabajando muy duro por diseñar modelos. Los más simples siguen la curva de luz cuando la materia se acerca y se produce emisión, pero hace 20 años se empezó con otro sobre el que la interacción de la fuerza de las mareas del objeto pequeño algunas veces puede provocar una emisión. Otros modelos más elaborados proponen que el disco está alargado o deformado”, describe Kretschmar, que añade, como factor de interés, el estudio a lo largo del espectro electromagnético. “Algunos de estos sistemas binarios alcanzan no solo los rayos X, sino también gamma, por lo que pueden seguirse con telescopios ópticos, de infrarrojos o en radio”.

El origen de este tipo de sistemas binarios se da en la unión de dos estrellas, una girando alrededor de la otra, en la que la más masiva evoluciona más rápido y explota como supernova, una alternación que cambia la configuración del sistema con una velocidad de movimiento diferente
El origen de este tipo de sistemas binarios se da en la unión de dos estrellas, una girando alrededor de la otra, en la que la más masiva evoluciona más rápido y explota como supernova, una alternación que cambia la configuración del sistema con una velocidad de movimiento diferente. De la explosión queda un objeto compacto, una estrella de neutrones o agujero negro, cuyo resultado, junto con una estrella masiva, es un sistema binario de rayos X. “Estudiar los cambios en el movimiento ayuda a detectar si en su pasado ha tenido un evento cataclísmico de estas características”, anota Blay, doctorado en el estudio multifrecuencia de sistemas binarios de rayos X.

Tan importante como analizar el pasado es conocer qué les pasará a estas estrellas binarias en el futuro. “La estrella masiva también evoluciona y su forma natural es explotando como una supernova, de la que quedará también un objeto de neutrones o un agujero negro. Si tras la explosión el sistema sobrevive y los objetos permanecen juntos tendremos, tendremos un sistema que podemos estudiar con los detectores LIGO o LISA, porque los sistemas binarios de rayos X son los progenitores de los sistemas que luego se detectan en ondas gravitatorias”, describe Blay, coordinador de las jornadas, en cuya ponencia analizó la relación entre los móviles, el universo invisible y los sistemas binarios de rayos X.

La conexión con el móvil
Buena parte de los componentes de los teléfonos inteligentes son escasos en la corteza terrestre, lo que supone un quebradero de cabeza para la industria. Una explicación para entender por qué son tan escasos elementos como los metales preciosos, el germanio, el talio, tungsteno o el neodimio se encuentra precisamente en estas estrellas binarias. Casi todos los componentes de nuestro smartphone se dan en eventos cósmicos poco comunes como los sistemas binarios de rayos X.

En el núcleo de las estrellas, donde se cuece una fábrica de átomos, se producen fenómenos de fisión que generan desde lo más simple como el hidrógeno a cadenas de reacciones más complejas que producen elementos más pesados como el hierro. Pero para conseguir los ingredientes que permitan diseñar móviles inteligentes hace falta otro proceso más sofisticado, lo que obliga a salir del interior de la estrella. “Para los elementos más pesados se necesitan escenarios en los que el aporte energético sea muy grande y tenemos prueba de cómo se producen en las supernovas, pero las teorías todavía no llegan a explicar los elementos más pesados como el oro, la plata, el tungsteno. Los más materiales más pesados necesitan aportes aún más grandes de energía como las kilonovas, las fusiones de estrellas de neutrones en el universo invisible, o de una estrella de neutrones y un agujero negro, a partir de un sistema binario. Por eso esos elementos abundan tan poco en el universo”, explica Blay.

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