Los científicos dibujan un sistema estelar envejecido utilizando más de un siglo de observaciones

Los astrónomos han pintado su mejor imagen hasta la fecha de una variable RV Tauri, un tipo raro de binario estelar en el que dos estrellas, una que se acerca al final de su vida, orbitan dentro de un extenso disco de polvo. Su conjunto de datos de 130 años abarca la gama más amplia de luz recopilada hasta ahora para uno de estos sistemas, desde la radio hasta los rayos X.

“Hay sólo unas 300 variables RV Tauri conocidas en la galaxia de la Vía Láctea”, dijo Laura Vega, una reciente doctora en la Universidad de Vanderbilt en Nashville, Tennessee. “Centramos nuestro estudio en el segundo más brillante, llamado U Monocerotis, que ahora es el primero de estos sistemas en el que se han detectado rayos X”.

Un artículo que describe los hallazgos, dirigido por Vega, fue publicado en El diario astrofísico.

El sistema, llamado U Mon para abreviar, se encuentra a unos 3.600 años luz de distancia en la constelación de Monoceros. Sus dos estrellas se giran entre sí aproximadamente cada seis años y medio en una órbita inclinada unos 75 grados desde nuestra perspectiva.

La estrella principal, una supergigante amarilla anciana, tiene alrededor del doble de la masa del Sol, pero ha aumentado a 100 veces el tamaño del Sol. Un tira y afloja entre la presión y la temperatura en su atmósfera hace que se expanda y contraiga regularmente, y estas pulsaciones crean cambios de brillo predecibles con caídas alternas profundas y superficiales en la luz, un sello distintivo de los sistemas RV Tauri. Los científicos saben menos sobre la estrella compañera, pero creen que tiene una masa similar y es mucho más joven que la principal.

El disco frío alrededor de ambas estrellas está compuesto de gas y polvo expulsados ​​por la estrella primaria a medida que evolucionaba. Usando observaciones de radio del Submillimeter Array en Maunakea, Hawai’i, el equipo de Vega estimó que el disco tiene alrededor de 51 mil millones de millas (82 mil millones de kilómetros) de ancho. Las órbitas binarias dentro de una brecha central que los científicos creen que es comparable a la distancia entre las dos estrellas en su máxima separación, cuando están separadas por unos 540 millones de millas (870 millones de kilómetros).

Cuando las estrellas están más lejos unas de otras, están aproximadamente alineadas con nuestra línea de visión. El disco oscurece parcialmente el primario y crea otra fluctuación predecible en la luz del sistema. Vega y sus colegas creen que esto es cuando una o ambas estrellas interactúan con el borde interno del disco, desviando corrientes de gas y polvo. Sugieren que la estrella compañera canaliza el gas hacia su propio disco, que se calienta y genera una salida de gas que emite rayos X. Este modelo podría explicar los rayos X detectados en 2016 por el satélite XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea.

“Las observaciones XMM hacen de U Mon la primera variable RV Tauri detectada en rayos X”, dijo Kim Weaver, científico del proyecto XMM US y astrofísico del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. “Es emocionante ver que las mediciones de longitudes de onda múltiples terrestres y espaciales se unen para brindarnos nuevos conocimientos sobre un sistema que se ha estudiado durante mucho tiempo”.

En su análisis de U Mon, el equipo de Vega también incorporó 130 años de observaciones de luz visible.

La primera medición disponible del sistema, recopilada el 25 de diciembre de 1888, provino de los archivos de la Asociación Estadounidense de Observadores de Estrellas Variables (AAVSO), una red internacional de astrónomos aficionados y profesionales con sede en Cambridge, Massachusetts. AAVSO proporcionó mediciones históricas adicionales que van desde mediados de la década de 1940 hasta el presente.

Los investigadores también utilizaron imágenes archivadas catalogadas por Digital Access to a Sky Century @ Harvard (DASCH), un programa del Harvard College Observatory en Cambridge dedicado a digitalizar imágenes astronómicas a partir de placas fotográficas de vidrio fabricadas con telescopios terrestres entre las décadas de 1880 y 1990. .

La luz de U Mon varía porque la estrella primaria pulsa y porque el disco la oscurece parcialmente cada 6,5 ​​años aproximadamente. Los datos combinados de AAVSO y DASCH permitieron a Vega y sus colegas detectar un ciclo aún más largo, donde el brillo del sistema aumenta y disminuye aproximadamente cada 60 años. Creen que una deformación o un grupo en el disco, ubicado tan lejos del binario como lo está Neptuno del Sol, causa esta variación adicional a medida que orbita.

Vega completó su análisis del sistema U Mon como becaria predoctoral Harriett G. Jenkins de la NASA, un programa financiado por el Proyecto de Investigación y Educación de la Universidad de Minorías de la Oficina de Participación STEM de la NASA.

“Para su tesis doctoral, Laura usó este conjunto de datos históricos para detectar una característica que de otro modo aparecería solo una vez en la carrera de un astrónomo”, dijo el coautor Rodolfo Montez Jr., astrofísico del Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian, también en Cambridge. “Es un testimonio de cómo nuestro conocimiento del universo se construye con el tiempo”.

El coautor Keivan Stassun, experto en formación de estrellas y asesor de doctorado de Vega en Vanderbilt, señala que este sistema evolucionado tiene muchas características y comportamientos en común con los binarios recién formados. Ambos están incrustados en discos de gas y polvo, extraen material de esos discos y producen salidas de gas. Y en ambos casos, los discos pueden formar deformaciones o grumos. En binarios jóvenes, esos podrían indicar el comienzo de la formación de planetas.

“Todavía tenemos preguntas sobre la función en el disco de U Mon, que pueden ser respondidas por futuras observaciones de radio”, dijo Stassun. “Pero por lo demás, muchas de las mismas características están ahí. Es fascinante lo cerca que se reflejan estas dos etapas binarias de la vida”.