La mayoría de las estrellas del universo existen en pares, a veces después de que la más masiva completó su ciclo de vida y se convirtió en una enana blanca .
Esta evolución cambia la danza entre los dos, al menos si estaban bastante cerca de comenzar, ya que el poderoso campo gravitatorio del enano atrae las capas externas de la estrella de secuencia principal hacia él, haciendo que los dos orbiten cada vez más cerca.
Cuando se transfiere suficiente material de esta manera, el par se convierte en una variable cataclísmica (CV). El nombre no proviene de un Armagedón inminente, sino de los breves destellos de luz que liberan estas estrellas cuando se atrae suficiente hidrógeno hacia la enana blanca para desencadenar la fusión nuclear.
El sistema ZTF J1813+4251 recién descubierto, informado en Nature, tiene un período orbital de solo 51 minutos, el tiempo más corto jamás observado para que esta combinación de tipos de estrellas se orbiten entre sí. Eso solo interesaría a los astrónomos, pero ZTF J1813+4251 es importante por otra razón: el par se eclipsa entre sí visto desde la Tierra, lo que permite a los observadores medir sus propiedades con detalles inusuales.
Los astrónomos han predicho previamente que debería ocurrir una transición a medida que las CV se acercan entre sí, alcanzando el punto en el que la enana blanca ha acrecentado o capturado todo el hidrógeno de su compañera y ahora está extrayendo helio.
Se han detectado CV que acumulan helio y los astrónomos sospechan que evolucionaron a partir de CV más convencionales, pero dado que el proceso habría ocurrido hace decenas o cientos de millones de años, esto no ha sido confirmado.
“Este es un caso raro en el que detectamos uno de estos sistemas en el acto de cambiar de acumulación de hidrógeno a helio”, dijo el Dr. Kevin Burdge del MIT en un comunicado . “La gente predijo que estos objetos deberían hacer la transición a órbitas ultracortas, y se debatió durante mucho tiempo si podrían acortarse lo suficiente como para emitir ondas gravitacionales detectables. Este descubrimiento lo pone fin”.
Burdge y sus coautores encontraron ZTF J1813+4251 analizando estudios del cielo que cubrían más de 1200 millones de estrellas y buscando aquellas que brillaban y se atenuaban en escalas de tiempo muy cortas. El brillo no proviene de los estallidos de fusión en la enana blanca, que son mucho más raros y menos regulares , sino del proceso de eclipse en el que una estrella bloquea la luz de la otra.
Con la certeza de que solo un par binario, y probablemente un CV, mostrarían un ciclo como este, Burdge y sus coautores obtuvieron tiempo en dos de los grandes telescopios del mundo para observar el ciclo de la luz en detalle. Llegaron a la conclusión de que el sistema está a unos 3.000 años luz de distancia y podemos verlo lo suficientemente claro como para medir tanto la masa como el radio de cada componente.
La enana blanca tiene aproximadamente la mitad de la masa del Sol, pero en la naturaleza de tales estrellas quemadas es mucho más pequeña. Su compañero tiene alrededor de 0,12 masas solares y es similar en tamaño a Júpiter.
Una estrella similar al Sol que todavía era principalmente hidrógeno no podría tener una órbita tan corta: Burdge dijo que algo menos de unas ocho horas sería imposible. Sin embargo, habiendo perdido la mayor parte de su hidrógeno en la enana blanca, la estrella en ZTF J1813+4251 se ha reducido casi a su núcleo de helio, cuya mayor densidad hace posibles órbitas más cortas.
Proyectando hacia el futuro, los autores predicen que ZTF J1813+4251 alcanzará una órbita de solo 18 minutos en unos 75 millones de años en el futuro, cuando el sistema acumulará helio por completo. Sorprendentemente, las estrellas no chocarán, sino que se separarán lentamente y la estrella donante se enfriará.
Los autores esperan poder detectar el acortamiento de la órbita dentro de una década y detectar ondas gravitacionales del sistema utilizando instrumentos futuros. Esto permitirá a los astrónomos probar las predicciones de Einstein sobre la desaceleración producida por una onda gravitatoria de un tamaño particular.
Aunque se conocen más de 1.000 CV, solo 12 tienen órbitas inferiores a 75 minutos. En consecuencia, ZTF J1813+4251 no solo establece récords, sino que tampoco tiene muchas contrapartes cercanas que podrían usarse para observaciones similares.
“Este es un sistema especial”, dijo Budge. “Tuvimos doble suerte de encontrar un sistema que responda a una gran pregunta abierta, y es una de las variables cataclísmicas de comportamiento más hermoso que se conocen”.
