Desde Chile, científicos lograron determinar que una brillante y misteriosa fuente de rayos gamma corresponde en realidad a una estrella de neutrones que gira a una enorme velocidad (que recibe el nombre de púlsar de milisegundo), y que además se encuentra orbitando otra estrella en proceso de convertirse en una enana blanca de masa extremadamente baja. Los astrónomos llaman a este tipo de sistemas binarios como spiders (arañas en inglés), ya que el púlsar tiende a “devorar” las partes exteriores de la compañera estelar a medida que se convierte en una enana blanca.
Este dúo estelar fue detectado por los astrónomos en Chile, utilizando el Telescopio SOAR de 4,1 metros en el Cerro Pachón, en la Región de Coquimbo, un Programa de NOIRLab de NSF y de Observatorio AURA en Chile.
Por su parte, y desde su lanzamiento en 2008, el Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi de la NASA ha estado catalogando objetos en el Universo que producen rayos gamma. Sin embargo, no todas las fuentes de rayos gamma que detecta han sido clasificadas. Una de ellas, que los astrónomos nombraron 4FGL J1120.0-220, era la segunda fuente de rayos gamma más brillante que se había logrado identificar en el cielo hasta ahora.
Astrónomos de Estados Unidos y Canadá, dirigidos por Samuel Swihart del Laboratorio de Investigación Naval de Estados Unidos en Washington, D.C., utilizaron el espectrógrafo Goodman que se encuentra instalado en el telescopio SOAR para determinar la verdadera identidad de 4FGL J1120.0-2204. De este modo se logró demostrar que la fuente de rayos gamma, que también emite rayos X, según lo observado por los telescopios espaciales Swift de la NASA y XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea (ESA), es un sistema binario que está compuesto por un “púlsar de milisegundos” que gira cientos de veces por segundo, y por el precursor de una enana blanca de masa extremadamente baja. Esta pareja estelar única se encuentra a más de 2.600 años luz de distancia de la Tierra.
“El tiempo dedicado de la Universidad Estatal de Michigan al telescopio SOAR, su ubicación en el hemisferio sur y la precisión y estabilidad del espectrógrafo Goodman, fueron todos aspectos importantes para el descubrimiento”, precisó Swihart.
“Este es un gran ejemplo de la forma en que los telescopios de tamaño mediano en general, y SOAR en particular, pueden ser utilizados para ayudar a individualizar descubrimientos inusuales realizados con otras instalaciones terrestres o en el espacio”, agregó Chris Davis, Director de Programa de NOIRLab en la Fundación Nacional de Ciencias de los Estados Unidos. “Podemos anticipar que SOAR va a jugar un rol crucial en el seguimiento de muchas otras fuentes de mensajeros múltiples y variables en el tiempo durante la próxima década”.
El espectro óptico del sistema binario observado por el espectrógrafo Goodman mostró que la luz de la estrella que se está convirtiendo en enana blanca presenta un efecto Doppler —con corrimientos alternados hacia el rojo y el azul—, lo que indica que la naciente enana blanca orbita alrededor de una masiva y compacta estrella de neutrones cada 15 horas.
“Los espectros también nos permitieron restringir la temperatura aproximada y la gravedad superficial de la estrella compañera”, indicó Swihart, cuyo equipo tomó estas propiedades y las aplicó a los modelos para describir cómo los sistemas binarios evolucionan. Esto les permitió determinar que la compañera es la precursora de una enana blanca de masa extremadamente baja, con una temperatura superficial de 8.200 °C (15.000 °F), y con una masa de apenas el 17% de la de nuestro Sol.
Cuando una estrella con una masa similar o menor a la del Sol llega al final de su vida, se queda sin el hidrógeno que necesita para alimentar los procesos de fusión nuclear en su núcleo. Durante un tiempo el helio asume esta tarea y otorga energía a la estrella. Sin embargo, eso produce que la estrella se contraiga y que aumente su temperatura, provocando consecuentemente su expansión hasta convertirse en una gigante roja con un tamaño de cientos de millones de kilómetros. En algunas circunstancias, las capas externas de esta estrella gigante pueden acumularse en una compañera binaria y la fusión nuclear se detiene, dejando una enana blanca del tamaño de la Tierra con temperaturas superiores a 100.000 °C (180.000 °F).
La enana blanca primitiva del sistema 4FGL J1120.0-2204 aún no ha terminado de evolucionar: “Actualmente se encuentra hinchada, y tiene un radio cinco veces más grande que una enana blanca normal de masa similar”, explicó Swihart. “Continuará enfriándose y contrayéndose, y en unos dos mil millones de años, se verá idéntica a la mayoría de las enanas blancas de masa extremadamente baja que ya conocemos”.
Por su parte, los púlsares de milisegundos giran cientos de veces por segundo. El impulso del giro lo obtienen de la acumulación de material de una compañera, que en este caso corresponde a la estrella que se está convirtiendo en enana blanca. La mayor parte de los púlsares de milisegundos emiten rayos gamma y rayos X, a menudo cuando el viento del púlsar (que consiste en una corriente de partículas cargadas que emanan de la estrella de neutrones) choca con el material que emite la estrella acompañante.
Se conocen cerca de 80 enanas blancas de masa extremadamente baja, pero “esta es la primera precursora de una enana blanca de masa extremadamente baja que encontramos orbitando una estrella de neutrones”, expresó Swihart. En consecuencia, 4FGL J1120.0-2204 representa una mirada única al final de este proceso de aceleración. El resto de los sistemas binarios de enanas blancas y púlsares que se han descubierto, han superado con creces la etapa de giro.
“La espectroscopía de seguimiento con el Telescopio SOAR, que apuntó a fuentes detectadas por Fermi, nos permitió observar que la compañera estaba orbitando algo”, expresó Swihart. “Sin esas observaciones no habríamos sido capaces de encontrar este emocionante sistema”, concluyó.
