Estrellas binarias: sucesos de recubrimiento común

[acafar]

Hola,

Leí hace poco de esto y comparto lo que entendí por si os interesa.

Los sucesos de recubrimiento común o Common-Envelope Events (CEE en inglés) comienzan cuando un sistema binario comienza a volverse inestable. Esto puede ser simplemente por problemas de inestabilidad en la órbita, pero lo más común es que se dé cuando una de los miembros de la pareja empieza a transferir masa a la otra en grandes cantidades. A esta estrella, a menudo una gigante que empieza a expandirse, se le llama "estrella donante". El siguiente dibujo de la wiki muestra el proceso:



Como se ve en la imagen la estrella gigante va perdiendo masa, que va llenando la figura con forma de 8 tumbado llamada lóbulo de roche.

¿Cómo acaba la historia? Pues resulta que al final queda un recubrimiento que forma una especie de nuevo objeto con dos núcleos, que inicialmente siguen girando uno alrededor del otro. Pero las fuerzas dentro del recubrimiento hacen que el sistema vaya frenando y que las dos estrellas se vayan juntando. A eesto le llaman en inglés spiral-in. La energía orbital que se pierde calienta el recubrimiento, que se expande. Al final pueden pasar dos cosas:

• El recubrimiento se acaba perdiendo y quedan los dos núcleos, girando uno alrededor de otro en una órbita -que puede ser estable o no-
• Las dos estrellas se unen, y ya no transmiten más energía rotacional al recubrimiento, que se queda en situación (más o menos) estable.

Por lo que deduzco este apasionante fenómeno puede llegar a verse, porque dan lugar a más brillo que una nova pero menos que una supernova. En realidad, como sucede a menudo en astronomía el fenómeno se ha estudiado de forma teórica, pero es difícil de ver en la práctica. Parece que las llamadas novas LRNe , un tipo particular de novas de color rojizo, se explicaría con este fenómeno.

Un ejemplo afortunado es el de V1309 Sco, una nova que se vió en 2008. Resulta que la nova no parecía una nova típica, la expansión de la capa externa era demasiado lenta. Aquí llega la suerte: resulta un proyecto con otro objetivo (proyecto http://ogle.astrouw.edu.pl) llevaba monitorizando esa zona del cielo desde 2001 hasta la época de la explosión, tomando alrededor de 2000 imágenes. Y analizando las imágenes se ve que la estrella antes de explotar tiene variaciones periódicas de brillo que indican que es una binaria muy cercana. Así que parece que el CEE fue pillado "in fraganti" y es la explicción más razonable.

En estos fenómenos parece estar el origen de ciertas binarias de rayos X, variables cataclísmicas, sistemas cerrados de estrellas de neutrones y muchos más tipos de binarias.

Seguro que otros foreros pueden ampliar o corregir la información que está sacada de cosas tan simples como la wiki y algún artículo. A mí me llamó la atención.

Sitios de donde he sacado información (no me he leído todo, solo he "picoteado"):

http://en.wikipedia.org/wiki/Common_envelope
http://www.sciencemag.org/content/339/6118/433.full
http://astrobites.org/2012/08/01/two-stars-merged-and-we-got-to-watch/
http://arxiv.org/abs/1012.0163
http://arxiv.org/pdf/0705.3668.pdf

saludos,

rafa

[tharsis]

Seguro que otros foreros pueden ampliar o corregir la información que está sacada de cosas tan simples como la wiki y algún artículo. A mí me llamó la atención.


saludos,

rafa

Pues yo seguro que no, pero sí tengo una pregunta, ¿como pueden existir los sistemas cerrados de estrellas de neutrones?

[acafar]

Pues cuando se encontraron estos sistemas por primera vez hicieron rascarse la cabeza a los astrónomos: ¿cómo podían los nucleos de objetos masivos rotar tan cerca uno de otro?

Y sin embargo se encontraron sistemas con periodos de rotación de unas pocas horas, como el PSR 1913+16. Este sistema conocido como el pulsar binario Hulse-Taylor fue descubierto en 1975, y les valió el premio nobel de física en 1993 a los descubridores. El sistema tiene un periodo de 7.75 horas, las dos estrellas tienen masa de alrededor de 1.4 masas solares, se alejan en el periastro 1.1 radio solares (1 radio solar=695,500 km) y en el apoastro llega a 4.8 radio solares.

La explicación son justamente estos sucesos de recubrimiento común, que frenan la velocidad de rotación de los nucleos -inicialmente distantes- y hacen que se acerquen las dos componentes. En el caso de dos estrellas de neutrones lo que se supone que ocurre es:

1) Primero tenemos una estrella de neutrones, compañera lejana (al menos no tan cercana) de una estrella gigante.
2) En su exansión la gigante genera una capa que acaba recubriendo a la estrella de neutrones.
3) Ahora el sistema gravitacional ha cambiado al estar la masa repartida de forma más uniforme dentro del recubrimiento común. El sistema se va frenando y en consecuencia se van acercando las dos estrellas.
4) La energía que pierde el sistema al rotar más despacio se transmite en forma de calor al recubrimiento, que termina escapando del sistema.
5) Finalmente la estrella gigante explota y deja una segunda estrella de neutrones.

Aunque seguro que no lo cuento bien -no soy físico-, y faltan detalles importantes es lo que entiendo que ocurre aproximadamente. Puedes leer algo más en: http://arxiv.org/pdf/astro-ph/0303456v1.pdf

Saludos,

rafa

[J30]

En estos casos se suelen formar discos de acrección. No solo hay una estrella doble, sino también una estrella variable: eclipsante, o bien eruptiva.

[tharsis]

Gracias Rafa, bien explicado. La verdad, es impresionante que una estrella de neutrones pueda afianzarse en un lugar(supongo que por su masa) tanto que pueda soportar una explosión cercana, porque supongo que una de ellas se convierte primero en supernova.
un saludo.

[acafar]

Sí, como dice J30 suelen formarse discos de acrección. No lo puse porque ya me costaba bastante explicame. Y en efecto, como dice Tharsis, la segunda estrella de neutrones pasa primero por supernova (lo que ponía en el paso 5) del mensaje anterior).

Lo que es curiosísimo, al menos para los profanos como yo, es como en estos casos el ser un sistema binario condiciona la evolución de las componente, saliéndose de las fases habituales y dando lugar a objetos diferentes. Y el que el descubrimiento de estos fenómenos sea algo reciente lleva a pensar que en los próximos años se decubrirán un montón de nuevas sorpresas, ampliando el catálogo con "criaturas" hoy insospechadas.

saludos,

rafa