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Astrofísica

Donde el “día” dura medio minuto

Científicos brasileños descubrieron la estrella enana blanca más rápida, que completa un giro sobre su eje en menos de 30 segundos

Ilustración que muestra a una estrella enana blanca, similar a la del sistema CTCV J2056-3014, capturando materia cedida por su estrella compañera

Rodrigo Cassaro/Observatorio Nacional

Más del 97% de las estrellas de la Vía Láctea, incluido el Sol, se convertirán en su última etapa evolutiva en enanas blancas, estrellas degradadas y moribundas, extremadamente densas y compactas. Un grupo de astrofísicos de instituciones brasileñas, con la colaboración de un colega radicado en Estados Unidos, detectó un caso excepcional de este tipo de astros: una enana blanca ubicada en un sistema estelar denominado CTCV J2056-3014, que gira sobre sí misma más rápido que cualquier otra enana blanca conocida, en tan solo 29,6 segundos (s). Entre las enanas blancas, capaces de concentrar una masa similar a la del Sol comprimida en un volumen equivalente al de la Tierra, el récord anterior correspondía a una estrella que completa la rotación sobre su eje en 33 s.

La mayoría de estas estrellas –carentes de reacciones de fusión nuclear en su interior y, por ende, en proceso de enfriamiento– tienen períodos de rotación del orden de minutos a horas en los sistemas binarios, compuestos por dos estrellas, o de días, cuando están solas. Las enanas blancas son tan densas que pueden contener 25 toneladas de materia en un volumen equivalente al de una caja de fósforos. El sistema CTCV J2056-3014 está ubicado a 850 años luz de la Tierra (la estrella más cercana a la Tierra, después del Sol, es Próxima Centauri, que está a 4,2 años luz de distancia).

El día terrestre dura aproximadamente 24 horas porque ese es el tiempo necesario para que el planeta complete un giro sobre sí mismo. “En el caso de la enana blanca que estudiamos, ocurre que este ‘día’ dura menos de medio minuto”, comenta el astrofísico Raimundo Lopes de Oliveira, de la Universidad Federal de Sergipe (UFS) y del Observatorio Nacional (ON) de Brasil, autor principal del estudio, publicado el 30 de julio en un artículo en la revista The Astrophysical Journal Letters (ApJL). “En su plano ecuatorial, la estrella gira a unos 1.350 kilómetros por segundo [km/s]”. A modo de comparación, la velocidad de rotación de la Tierra en el ecuador es de alrededor de 0,46 km/s, una velocidad casi 3 mil veces menor. Solamente las estrellas de neutrones, que son todavía más densas y compactas que las enanas blancas, registran un período de rotación menor que el del sistema estudiado.

La celeridad de giro de la enana blanca en cuestión está asociada a las peculiaridades que presenta ese sistema. La misma encuentra muy cerca de una estrella similar al Sol y ambas orbitan en torno a un centro de gravedad en común. Y conforman, en la jerga de los astrónomos, un sistema binario. La distancia entre ellas es más o menos la misma que separa a la Tierra de la Luna, unos 380 mil km, un tramo corto en términos astronómicos. Son tan cercanas que la gravedad de la enana blanca consigue atraer materia fluida desde las capas externas de la estrella compañera. “Allí donde la materia cae, se produce una emisión de rayos X y también, en menor intensidad, de luz visible”, comenta la astrofísica Cláudia Rodrigues, del Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe), y coautora del trabajo. “Esta captura de materia es lo que provoca que la enana blanca gire tan rápidamente”. Esas emisiones tienen una periodicidad que pudo observarse y que ha permitido calcular el tiempo que le insume a la estrella completar un giro sobre sí misma.

LNA El antiguo y pequeño telescopio Zeiss, del LNA, se utilizó para observar al sistema binario en el espectro de la luz visibleLNA

El sistema de estrellas estudiado pertenece al tipo de las llamadas variables cataclísmicas, específicamente, las polares intermedias. Esta denominación deriva de la hipótesis que sostiene que la materia que sale de la estrella similar al Sol atraviesa el disco de acreción (una estructura circular difusa) que rodea a la enana blanca y sigue las líneas del campo magnético de la estrella compacta hasta depositarse sobre su superficie. Además de girar en forma extremadamente rápida, la enana blanca estudiada en el artículo presenta dos características físicas raras entre las variables cataclísmicas: su luminosidad en rayos X es baja, por lo que se dificulta su detección, y su campo magnético parece ser menos intenso que el estándar registrado para esta clase de estrellas.

El interés por estudiar el sistema formado por la enana blanca y su estrella compañera surgió a partir de una colaboración entre grupos de investigación nacionales que utilizaron diferentes telescopios en fases distintas de observación. En 2012 y 2018, Rodrigues y el astrofísico Alexandre Soares de Oliveira, de la Universidade de Vale do Paraíba (Univap), observaron alrededor de 100 sistemas que potencialmente podían albergar variables cataclísmicas, en lo posible magnéticas. Efectuaron observaciones en el espectro visible de la luz con el telescopio Soar, en Chile, y también en el Observatorio Pico dos Dias (OPD), que se encuentra en Brazópolis, en el estado  brasileño de Minas Gerais. Seleccionaron unos 30 que les parecieron los más prometedores. “Las estrellas de este tipo de sistemas se encuentran tan próximas entre sí que solo divisamos un puntito luminoso, el brillo conjunto de las dos”, explica Soares de Oliveira. “No se las puede distinguir visualmente”.

La mejor forma de encontrar variables cataclísmicas consiste en observar en la longitud de onda de los rayos X. Rodrigues y Soares de Oliveira convocaron a Raimundo Lopes de Oliveira y le propusieron estudiar algunos sistemas que posiblemente podían albergar ese tipo de estrellas. Los investigadores consiguieron tiempo de observación en el satélite XMM-Newton, de la Agencia Espacial Europea (ESA), e identificaron el pulso de 29,6 segundos y las peculiaridades en la emisión de rayos X en el sistema CTCV J2056-3014.

Con ese dato en su poder, los astrofísicos recordaron que un colega suyo, Albert Bruch, del Laboratorio Nacional de Astrofísica (LNA), en la localidad de Itajubá, Minas Gerais, había estudiado ese sistema en el rango de la luz visible en 2018 y publicado un artículo. “Pero yo no había detectado el pulso, porque no estaba buscando ese tipo de datos”, relata Bruch. A pedido de los otros investigadores, él analizó nuevamente los datos de su observación e identificó una variación cíclica de la emisión de luz visible de ese par de estrellas cada 29,6 segundos, exactamente igual a la que se había verificado en el espectro de los rayos X. Esa era una nueva evidencia de que el período de rotación del sistema era inferior a medio minuto. Lo interesante es que las mediciones de Bruch se obtuvieron con un telescopio pequeño y antiguo llamado Zeiss, que cuenta con un espejo de 60 centímetros, ubicado en el OPD. “Esto demuestra que un dispositivo modesto puede producir ciencia de buena calidad y formar parte de proyectos que incluyan grandes telescopios”, comenta Bruch, coautor del paper publicado en ApJL, en el cual también participó el astrofísico Koji Mukai, de la Nasa, la agencia espacial estadounidense, y de la Universidad de Maryland en Baltimore County.

Artículo científico
OLIVEIRA, R. L. et al. CTCV J2056-3014: An X-Ray-faint intermediate polar harboring an extremely fast-spinning white dwarf. The Astrophysical Journal Letters. 30 jul. 2020.

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